飞机操纵系统

控制飞机飞行姿态的系统

飞机操纵系统，是指传递驾驶员或自动驾驶仪的操纵指令，驱动舵面和其他机构以控制飞机飞行姿态的系统。根据操纵指令来源，可分为人工操纵（又可分为主操纵系统和辅助操纵系统）和自动控制系统。主操纵系统是通过驾驶杆（或驾驶盘）和脚蹬，即中央操纵机构来控制飞机的升降舵（或全动平尾）、副翼和方向舵的操纵机构来控制飞机飞行轨迹和姿态。辅助操纵系统包括调整片、襟翼、减速板、可调安定面和机翼变后掠角操纵机构等，用于控制飞机的运动状态。它们的操纵仅是靠驾驶员选择相应开关、手柄位置，通过电信号接通电动机或液压作动筒来完成。自动控制的指令来自系统的传感器，能对外界的扰动作出反应，以保持规定的飞行状态。常用的自动控制系统有自动驾驶仪、各种增稳系统和主控操纵系统。自动控制系统的工作与驾驶员人工操纵相互独立、互不妨碍。飞机操纵系统随着飞机的发展经历了由简单初级到复杂完善的发展过程，先后出现了人工机械系统、助力器操纵系统和电传操纵系统。20世纪70年代初出现了多余度设计的电传操纵系统，使用电信号和相应开关或手柄,以及导线电缆和电动执行机构来操纵舵面。已在许多民用飞机上使用。

主操纵系统

用于控制飞机飞行轨迹和姿态，由升降舵(或全动平尾)、副翼和方向舵的操纵机构组成（图1）。

主操纵系统应使驾驶员有位移和力的变化感觉，这是它与辅助操纵系统的主要差别。辅助操纵系统包括调整片、襟翼、减速板、可调安定面和机翼变后掠角操纵机构等。它们的操纵只是靠选择相应开关位置，通过电信号接通电动机或液压作动筒来完成。

自动控制系统的操纵指令来自系统的传感器，能对外界的扰动自动作出反应，以保持规定的飞行状态，改善飞机飞行品质。常用的自动控制系统有自动驾驶仪、各种增稳系统、自动着陆系统和主动控制系统。

自动控制系统的工作与驾驶员的操纵是各自独立、互不妨碍的。飞机主操纵系统经历了由简单初级到复杂完善的发展过程。先后出现了机械式操纵、可逆、不可逆助力操纵和电传操纵，并在电传操纵基础上发展了主动控制技术。

机械操纵系统

驾驶员通过机械传动装置直接偏转舵面。舵面上的气动铰链力矩通过机械联系使驾驶员获得力和位移的感觉。这种系统（图1 ）由两部分组成：①位于驾驶舱内的中央操纵机构；②构成中央操纵机构和舵面之间机械联系的传动装置。中央操纵机构由驾驶杆(或驾驶盘)和脚蹬组成。

驾驶员前推或后拉驾驶杆可带动升降舵下偏或上偏，使飞机下俯或上仰。向左或向右压驾驶杆（或转动驾驶盘）则带动副翼偏转，使飞机向左侧或向右侧滚转。脚蹬连结着方向舵，驾驶员蹬左脚时，方向舵向左偏转，机头向左偏；反之，机头向右偏。

对于各类飞机，中央操纵机构的尺寸、操纵行程和操纵力均有标准规定。通常在被操纵舵面(升降舵、副翼和方向舵)上，用气动补偿措施减少气动铰链力矩，把操纵力控制在规定范围内。

机械传动装置直接带动舵面，有软式和硬式两种基本型式。

软式传动装置由钢索和滑轮组成，特点是重量轻，容易绕过障碍，但是弹性变形和摩擦力较大。硬式传动装置由传动拉杆和摇臂组成，优点是刚度大，操纵灵活。软式和硬式可以混合使用。

简单机械式操纵系统广泛用在亚音速飞机上。在大型高速飞机上，舵面上的气动铰链力矩很大，虽然用气动补偿的方法可以减小力矩，但很难在高低速范围内达到同样效果。40年代末出现了液压助力系统，舵面由液压助力器驱动，驾驶员通过中央操纵机构、机械传动装置控制助力器的伺服活门，间接地使舵面偏转。它同时通过杠杆系统把舵面一部分气动载荷传给中央操纵机构，使驾驶员获得操纵力的感觉,构成所谓“机械反馈”,这就是可逆助力操纵系统。

助力操纵系统

可逆助力操纵系统虽可解决杆力过大的问题，但在超音速飞机上还会出现所谓杆力反向变化的问题。由于杆力反向变化，会使驾驶员产生错觉而无法正确驾驶飞机。为此，须把可逆助力操纵系统中的机械反馈取消，即舵面气动载荷全部由液压助力器承受。为了使驾驶员获得操纵力感觉，在系统中增加了人工载荷机构（通常是弹簧的）以及其他改善操纵特性的装置,形成不可逆助力操纵系统（图2）。飞机操纵系统

在高空超音速飞行时，由于空气密度减小，飞机容易发生频率很高的俯仰和横侧振荡，驾驶员来不及作出反应。为了克服振荡，在超音速飞机上普遍安装自动增稳装置，如俯仰阻尼器和方向阻尼器等。

电传操纵系统

在不可逆助力操纵系统中，存在着间隙、摩擦、弹性变形等影响，难以解决微弱信号的传递问题。又由于普遍采用增稳装置，机械联杆装置越来越复杂，重量增加。自动控制和微电子技术的发展，为取消机械传动装置创造了条件，可用电信号综合传感器信号和驾驶员的操纵指令，对飞机进行有效的操纵（图3）。

如果在电传操纵系统之外,还保留机械操纵系统作为备用，则称为准电传操纵系统。电传操纵系统的关键是系统的可靠性问题，它的可靠性至少不能低于机械操纵系统。为此需要采用余度技术，对于关键部件和线路采用多重布置的原则，以提高系统的可靠性。

电传操纵系统的优点是体积小、重量轻、通过性好，便于采用主动控制技术，易于与其他系统交联，生存力强，维护性好，可提高飞机操纵品质和性能，是高性能飞机操纵系统发展的方向。

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