第四章1电传操纵系统

1、1.飞机操纵系统的发展（续）带增稳的机械操纵系统机械连接将驾驶员操纵指令信号变为电信号，处理后引入到增稳系统中，舵机的。较好地解决了性与操纵性之间的。权限可以增大到全权限的30%以上电传操纵系统（Fly-by-wire, FBW）完全取消机械操纵，驾驶员的操纵电气连接指令通过电信号，利用统实现对飞机操纵。增稳系要具有相当于机械操纵系统的可靠性,余度结构1.飞机操纵系统的发展（续）光传操纵（Fly-by-light ,FBL）系统抗电磁干扰、抗雷击、质量轻体积小、频带宽、可复用、抗腐蚀多电/飞机传统飞机：主发动机为次级功率系统械系统提供原动力。、气压、电气、机飞机：以电气系统取代多电飞机：以电气

2、系统部分取代、气压和机械系统的飞机、气压和机械系统功率电传作动系统（PBW，Power-by-wire）电动作动器、电备份作动器、机电作动器2 电传操纵系统的发展与应用第一架采用FBW飞机是F-111，于1964年开始飞行，采用了p三余度带机械备份的模拟。六十年代中期集成电路的出现，对航空技术的发展产生了巨大影响。1972年F-16成为世界上第一架无机械备份的模拟式电传操纵系统的飞机。p1978年，F-18有机械备份的四余度数字式电。p同期，英国一架“美洲虎”作为验证机试飞了无机械备份的四余度数字式电传飞控系统。80年代中期，F-16C/D型飞机，采用四余度数字电，p系统的体积比模拟降低了2/

3、3。1986年投入运营的A320是带有机械备份的数字式电传操纵系统；90年代中期投入运营的B777也采用了数字式电传操纵系统； 俄罗斯生产的su-27战斗机是一种四余度模拟式电传操纵系统；当前几乎全部新型战斗机和大型飞机都采用数字电传技术pppp二、发展电传操纵系统的1、系统的可靠性p 只有FBW的安全可靠性与机械操纵系统相当或超过时，FBW 才会有实用价值。p 飞行操纵系统的可靠性两个指标：n 飞行安全可靠性n 完成任务可靠性p 飞行操纵系统故障所引起的飞机最大损失率为：I，II，IV类飞机:62.5×10-7/飞行小时，III类飞机（大飞机）：0.746×10-7/飞行

4、小时。p 飞行操纵系统故障所引起的中断飞行任务的故障率应为： I，II，IV类飞机：0.625×10-3/飞行小时，III类飞机：0.15×10-3/飞行小时。1、系统的可靠性p 对电传操纵系统安全可靠性提出的指标飞机为1.0×10-7/飞行小时，民用飞机为（1.0×10-91.0×10-10）/飞行小时，是：p 单套电气系统的安全可靠性，仅为（12）×10-3/飞行小时，与机械操纵系统相比要差上万倍。p 解决：n 提高部件的可靠性，是有限的。n 有效是采用余度技术，即用多重可靠性较低的相同或相似的件组成可靠性较高的系统。p 余度飞控

5、系统2、系统故障检测与p 余度电的基本能力p 感受系统工作状况，检测并故障的称为或检测技术。从维护、检查、验证和飞行安全等考虑，故障检测与能力是极其重要的。p BIT-Builtintestn 在飞行中完成这能称为飞行中。n 在地面上完成故障检测称为地面检测或地面机内检测。p 几个重要指标：覆盖率：故障发生时，故障被检测的概率的概率(安全可靠性)nn 漏报率：系统发生故障，未给出告警信号n 误警率：系统中无故障、给出告警信号p 技术要求：的概率(任务可靠性)n 覆盖率通常要求能达到95%以上的故障检测和n 误报率和漏报率要求小于5%的概率。3、FBW系统飞行品质和律设计p 必定要有增稳，实现所

6、要求的飞行品质。p 对飞行品质的影响取决于系统所实现的律，采用的前馈和反馈以及补偿滤的特性决定。p 电滤的优点是容易对系统所采用的前馈、反馈及补偿特性进行修改调整，以满足宽范围的飞行任务和飞行品质的要求，即实现多任务多模态的可调整的p 电传操纵系统的设计必须做两方面工作：功能。1） 确定合适的飞行品质的要求以及相应飞行品质的评定2） 确定合理的电传操纵系统的前馈及反馈通道的结构和参数。4、四防设计p 防电源中断n 余度n 备份p 防丢失n 余度n 备份p 防雷电多套电源飞控计算机专门的备用电源源23套源EBHA电备份作动器n 防雷设计、雷击试验p 防电磁干扰n 防电磁干扰设计、电磁干扰试验光三

7、、电传操纵系统律结构分析1、电传操纵系统功能1）系统(9490D)，必要的：裕度和鲁棒性。相裕度>45°；幅值裕度>6分贝特别注意，在系统故障，依赖备份系统工作时，也应保证稳定性。2)飞机对飞行员指令输入要有合适的响应过程（响应型式）不同飞行任务可有不同的响应，响应过程馈形式决定。的前馈及反3)在整个飞行包线内，保证有飞行品质随飞行状态变化的律参数，合理的律结构4)提供对飞机重要变量的极值边界限制，如过载、迎角、速度等5)对大气及各种扰动有良抑制作用2.典型电传操纵系统律结构分析1）.电传操纵系统纵向律结构分析p 飞机特性、飞行阶段、飞行任务不同，形式可能是不同的。但电传

8、操纵系统的基本功能是相同的，具有许多相同的特点。（1）俯仰指令模块俯仰指令模块（1）俯仰指令模块p 杆指令整形：实现所要求的杆力梯度特性。p 过载限制环节限制高速飞行时的法向过载p 前置滤指令成形滤：（驾驶指令模型）传递函数：（T1s+1）/(T2S+1)主要作用：，T2>T1滤除杆力的猛烈冲动和高频噪声，并使指令变得柔和平滑；该网络的超前作用又可补偿系统中后续环节（如舵机、助力器）中的相位前置滤，系统的飞行品质。有时也采用非线性滤形式。（2）机动指令反馈模块（2）机动指令反馈模块p 确定稳态时俯仰杆指令对应的飞机机动参数；p 可能对应俯仰速率、法向度、攻角或三者的任意组合；p 依飞行阶

9、段、飞机的构型、空速或飞机实际机动要求确定。：p 高速飞行阶段系统采用过载反馈p 低速飞行时(动压q小于12kpa)，法向过载和俯仰速率组合反馈形式律的变化，通过对、nz增益调参实现pqp 依动压q,利用调参规律Kq1实现p 必要的反馈信号通道、校正网络和增益（3）增稳模块（4）迎角限制模块（4）迎角限制模块p 实现无忧虑操纵，应对飞机重要变量的边界加以限制。p 过载限制是在杆力指令模块中引入限幅环节。p 实现过载限制不能保证实现对攻角的限制：法向过载与攻角的近似速度v较大时，通过对nz极值的限制，攻角速度较低时，攻角超过了最大值，过载nz并超过最大值。达到最大值。（5）速度模块（5）速度模块

10、p 平直飞行或等过载飞行时，杆力与飞行速度V的变化曲线：p 曲线的斜率tgvpp=dFS/dv=FSV称为杆力梯度若：p FSV>0，即增度需向前推杆，称为正速度性(Positive speedstability.p FSV<0，即增PSS)；速度。度需向后拉杆，称为负速度性，即速度不。p FSV=0，即速度变化与杆力无关，称为中性速度性(NeutralSpeedStability.NSS）。起飞着陆等端点飞行阶段，采用正向速度性。中性速度性:VFS =0p 前向通路串联有积分环节，性.便可获得中性速度飞行速度改变，飞机将会爬升或下降，积分器起到自动配平作用，保持飞机平直飞行，在杆

11、指令为零情况下，使速度恢复平衡状态。前向通道积分器，使杆力与升降舵偏转角无比例pp使飞机的稳态攻角或过载与杆力无比例；高速时，把杆指令与法向过载的稳态误差保持为零； 低速度时，使任何非指令的俯仰速度和法向过载自动减少到零。pp由于积分器的特性，使飞机具有了中性速度性。p但并没有改变飞机本身的速度性，又称表观中性速度将性。自动配平p 飞机受到纵向不平衡力矩扰动或飞行速度 变化时，驾驶员必须动杆进行配平人工配平。p 具有中性速度性时，系统本身具有补偿外干扰及飞行速度变化飞机升降舵配平 变化的能力，即自动配平的能力。即驾驶 员可以不动杆配平，简化了驾驶员的操纵程序，减轻了驾驶员的工作负担。(6)结构

12、模态的滤波功能(6)结构模态的滤波功能p 机体的结构弹性模态振荡频率较高，阻尼较小易被飞机的角速率陀螺等传感器感受，将振荡引入电(6)结构模态的滤波功能p 结构模态的滤波功能抑制弹性模态输入信号的通过。p 结构陷陷波频率根据飞机低阶结构模态频率确定，传递函数的分子分母均为复数极点，形成一对复数偶极子p 结构陷位置n 正向通道的后端n 反馈通道（7）升降舵机指令生成模块指令生成模块（7）升降舵机指令生成模块p 舵机位置的最大、最小指令限幅；p 舵机最大及最小的速率限幅；p 为了抑制舵机的抖动，设置后置平滑滤。2）.电传操纵系统横侧向律结构分析功能：接收驾驶员滚转及偏航操纵指令；反馈滚转角速率、偏

13、航角速率、侧向度ny信号；输出副翼及方向舵舵机的指令。某型飞机电传操纵系统横航向律（1）横滚指令通道滚转指令梯度函数；滚转指令限幅值；驾驶员指令模型：与纵向通道中的指令模型的作用相同。（2） 横滚通道反馈模块 ：p反馈（3） 滚转通道前向模块：可调增益、副翼位置及速率的限幅器。（4） 偏航轴指令生成模块：与滚转轴类似。（5）偏航轴反馈模块： 偏航角速度及侧向 过载ny反馈。偏航角速率信号洗出网络， 稳态时偏航指令将对应侧向过载。（6）偏航轴前向通道模块：方向舵舵机的位置及速率限制器。（7）交联模块（7）交联模块p 飞机的横航向耦合紧密，较复杂。采用古典设计时，按纵侧向设计，没有考虑耦合影响。在

14、常规机动时是可行的。但飞机以较大攻角快速滚转机动时，必须考虑系统之间的耦合。p 攻角与侧滑角耦合：飞机在大攻角时绕机体轴快速滚转900，迎角会变成侧滑角。 将使飞机向相反方向滚转并引起滚转振荡。战斗机都通过系统设计，让飞机绕速度轴滚转，从而保持初始攻角。r = ptgrs = 0 = - p sin + r cos即p 惯感：飞机绕速度轴滚转，没有侧滑。在快速大迎角滚转时，有相当大的偏航角速度，此时，所产生的陀螺效应将产生机体俯仰力矩，使机头抬起“俯仰偏离” 必须限制滚转指令速率以避免俯仰偏离。或引入适当的交联耦合环节。（7）交联模块p p与乘积到偏航轴的交联反馈近似实现绕速度轴的偏航角速率反馈rs = - p si