7第七章 飞机飞行操纵系统

第七章飞机飞行操纵系统飞行操纵系统是用于供飞行员操纵飞机的副翼、升降舵、方向舵和其它可动舵面，从而实现飞机的横向、纵向、航向运动。

7.1简单机械操纵系统7.1.1 飞行操纵系统的工作原理飞行操纵系统通常包括主操纵系统和辅助操纵系统两部分。

主操纵系统用来操纵方向舵、副翼、升降舵。

辅助操纵系统用来操纵水平安定面、调整片等。

在主操纵系统中，飞行员手、脚直接操纵的部分，称为中央操纵机构（或称座舱操纵机构），它是由手操纵机构和脚操纵机构所组成。

将操纵机构的动作传到舵面的部分，叫做传动机构（或称为传动装置）。

传动机构是由传动杆、摇臂、钢索、滑轮等组成。

1、飞机的纵向操纵飞机的纵向操纵是通过操纵驾驶杆或驾驶盘前、后运动控制升降舵来实现的。

在飞行中向后拉杆，机头应向上仰；向前推杆，机头应下俯。

2、飞机的横向操纵飞机的横向操纵系统是通过操纵驾驶杆或驾驶盘左、右运动或转动控制副翼来实现的，在飞行中，向左压杆或逆时针方向旋转驾驶盘，飞机应向左横滚；向右压杆或顺时针方向旋转驾驶盘，飞机应向右横滚。

3、飞机的航向操纵飞机的航向操纵是通过脚蹬控制方向舵来实现的。

在飞行中蹬右脚蹬，机头应向右偏转，蹬左脚蹬，机头应向左偏转。

7.1.2 中央操纵机构的构造和工作原理飞机主操纵系统是由中央操纵机构和传动系统两大部分组成。

中央操纵机构由手操纵机构和脚操纵机构所组成。

一、手操纵机构手操纵机构一般分为驾驶杆式和驾驶盘式等两种。

图7-1表示一种驾驶杆式手操纵机构。

驾驶杆式手操纵机构虽然要操纵两个舵面——升降舵和副翼，但两者不会互相干扰。

也就是说，单独操纵某一舵面时，另一舵面既不随之偏转，也不妨碍被操纵舵面的动作。

图7-2表示一种驾驶盘式手操纵机构。

二、脚操纵机构脚操纵机构有脚蹬平放式和脚蹬立放式两种。

图7-1 驾驶杆式手操纵机构图7-2 驾驶盘式手操纵机构图7-3表示一种脚蹬平放式脚操纵机构。

图中的脚蹬安装在由两根横杆和两根脚蹬杆组成的平行四边形机构上。

飞行员蹬脚蹬时，两根横杆分别绕转轴O和O’转动（转轴固定在座舱底板上），经钢索（或传动杆）等的传动，使方向舵偏转。

平行四边形机构的作用，是保证在操纵方向舵时，脚蹬只作平移而不转动（如图中双点划线所示），以便于飞行员操纵。

图7-4表示一种脚蹬立放式脚操纵机构。

从图中可见，蹬脚蹬时，它是通过传动杆和摇臂等构件的传动而使方向舵偏转的。

同时，由于传动杆和摇臂等的连接，左右脚蹬的动作是协调的，即一个脚蹬向前时，另一个脚蹬向后。

图7-3 脚蹬平放式脚操纵机构图7-4脚蹬立放式脚操纵机构7.1.3 传动机构的构造和工作原理一、传动机构的构造型式飞机操纵系统的传动机构通常分为软式、硬式、混合式三种。

软式传动机构主要由钢索、滑轮等构件所组成；硬式传动机构主要由传动杆、摇臂等构件所组成；混合式传动机构则由软式、硬式传动机构混合组成。

二、硬式传动机构的主要构件1、传动杆传动杆又称为拉杆。

它通常采用硬铝管制成，两端有接头，其一端的接头通常是可以调整的。

在调整拉杆长度时，为了防止接头的螺杆长度调出过多，而使螺纹的结合圈数过少，在管件端部应有检查小孔。

把传动杆调长时，接头螺杆的末端不应超过小孔的位置。

在传动过程中，传动杆不仅要作往复直线运动，而且要相对于摇臂转动。

为了减小磨擦，其接头内通常装有滚珠轴承。

空心的传动杆要求有排水孔，因为潮气能从接头的连接处进入到杆的内腔，然后凝聚成水，除可能发生锈蚀和增加杆的重量外，由于水能结成冰还可能膨胀而使杆损坏。

排水孔必须足够大，在水结冰之前就可以排除掉，但也不能过大以致过度消弱杆的强度。

因此在维护中不应使小孔堵塞或扩孔。

2、摇臂摇臂通常由硬铝材料制成，在与传动杆和支座的连接处都装有轴承。

摇臂除起支持传动杆的作用外，还可以起到以下的作用：（1）放大或缩小力的作用；（2）放大或缩小位移的作用；（3）放大或缩小运动速度的作用；（4）改变传动杆运动方向。

当驾驶杆左右或前后移动的位移相等，舵面上下的偏角不等，称为差动操纵。

实现差动操纵的最简单机构是双摇臂，我们把这种双摇臂叫做差动摇臂。

3、导向滑轮导向滑轮是由三个或四个小滑轮及其支架所组成。

它的功用是：支持传动杆，提高传动杆的受压时的杆轴临界应力，使传动杆不至于过早地失去总稳定性。

并且可以增大传动杆的固有频率，防止传动杆发生共振。

三、软式传动机构的主要构件1、钢索钢索是由钢丝编成的。

它只能承受拉力，不能承受压力。

钢索承受拉力时，容易伸长。

当飞行员操纵舵面时，舵面的偏转会落后于驾驶杆或脚蹬的动作，就像操纵系统有了问题一样。

由于操纵系统的弹性变形而产生的“间隙”通常称为弹性间隙。

钢索的弹性间隙太大，就会使操纵的灵敏性变差。

为了减小弹性间隙，操纵系统中的钢索在装配时都是预先拉紧的，预先拉紧的力称为预加张力。

有预先张力的钢索能减小弹性间隙，这是因为：第一，钢索被预先拉紧后，就把各股钢丝绞紧，传动时钢索就不容易被拉长；第二，钢索在传动中张力增加得较少。

2、滑轮和扇形轮滑轮通常用胶木或硬铝制成，它用来支持钢索和改变钢索的运动方向，为了减小磨擦在支点处装有滚珠轴承。

扇形轮也叫扇形摇臂，它除了具有滑轮的作用外，还可以改变力的大小。

扇形轮多用硬铝制成，在支点处也装有滚珠轴承。

摇臂和硬式传动机构中的摇臂一样，通常用硬铝制成，在支点处也装有滚珠轴承。

但在软式传动机构中的摇臂，大多是双摇臂，它具有扇形轮的功用。

3、松紧螺套松紧螺套用来调整钢索的预加张力。

螺套两端的螺杆，一根是顺螺纹的，一根是反螺纹的；转动螺套，即可使两根螺杆同时缩进或伸出，使钢索绷紧或放松。

螺套上有两个检查小孔，调松钢索时，螺杆末端不应超过小孔的位置。

4、钢索张力补偿器由于飞机机体上的外载荷的变化和周围气温变化的影响，飞机机体结构和飞机操纵系统之间会产生不同程度的相对变形，因而钢索可能会变松或过紧。

变松将发生弹性间隙，过紧将产生附加摩擦。

钢索张力补偿器的功用正是保持钢索的正确张力，而不受上述因素的影响。

7.2有助力器的飞机操纵系统现代高速飞机和重型飞机的操纵系统广泛采用了助力器，利用液压或电力来驱动舵面，以减少驾驶杆力，改善飞机的操纵性。

此外，为了配合助力器工作，调节飞机的操纵性，操纵系统中还装有载荷感觉器、调整片效应机构和力臂调节器。

有助力器的飞机操纵系统，简称助力操纵系统。

它除了有上述附件外，其他组成部分都与无助力器的飞机操纵系统相同。

7.2.1 助力操纵系统的形式1、有回力的助力操纵系统有回力的助力操纵系统，通常是利用回力连杆把舵面传来的一部分载荷传给驾驶杆的。

如图7-5所示，舵面传来的载荷P传到摇臂CD以后，在D端把一部分力P2传给液压助力器，在C端则将一部分力P1通过回力连杆以及其它传力机构传给驾驶杆。

根据杠杆原理不难看出，摇臂CD上的接点E越是靠近D，则助力器承受的力越大，而回力连杆传递的力就越小。

如果E点与D点重合，则力P全部由助力器承受，回力连杆不起作用。

这样，助力操纵系统就变成无回力的了。

图7-5 助力操纵系统的回力比2、无回力的助力操纵系统在无回力的助力操纵系统中，液压助力器的一端直接与通向舵面的传动机构相连（图7-6），舵面传来的载荷全部由助力器承受。

这种操纵系统的驾驶杆力，是由载荷感觉器产生的。

载荷感觉器和其他一些附件配合工作，能使驾驶杆力随舵面偏转角、飞行速度、高度等条件的变化而变化。

装有无回力的助力操纵系统的飞机，在飞行中即使放松驾驶杆，舵面在空气动力的作用下，也不能自由偏转。

因此，只要将液压助力器安装在舵面附近，减少助力器以后的传动机构的连接点，就可减少舵面的活动间隙，从而有效地防止机翼或尾翼颤振。

但是，舵面受阵风载荷后不能自动偏转，这对于结构受力是不利的。

图7-6 无回力液压助力器原理7.2.2 液压助力器的基本工作原理飞机上使用的液压肋力器的构造虽然各不相同，但其基本工作原理却是相同的，均为液压位置伺服控制系统。

在采用机械式操纵机构的系统中，为机液位置伺服机构；在采用电传操纵系统（或自动驾驶仪）中，为电液位置伺服机构。

液压位置伺服控制系统，是一种以液压动力装置（液压作动筒或液压马达）作为执行机构并且有反馈控制的控制系统。

它不仅能够自动地、准确而快速地复现输入量的变化规律，而且还能对输入信号进行放大与变换。

图7-7是飞机上常用的机液伺服机构（或称助力器）和电液伺服控制机构的原理图。

输入信号1的改变，经输入环节2形成了伺服控制机构输入与输出环节间的失调量。

比较装置3测量并放大此失调量，形成与此失调量相互对应的、使液压伺服活门4（调节装置）工作的偏差信号。

液压伺服活门4按着这个偏差信号的大小和方向，控制液压动力输向作动筒工作腔内的流量5，从而构成闭合控制回路，活塞杆推动舵面产生角位移对舵面进行操纵。

可见，反馈装置7检测出活塞的实际位移量并加到比较机构上，然后用输入与输出之间的差值对活塞的位移进行修正，直到输入信号与反馈信号之差等于零为止，因此，系统是按照输入与输出之间的偏差进行调节的，保证输出再现输入的控制过程。

传统的机械操纵系统存在许多缺点：重量大、体积大、存在非线性（摩擦、间隙）、弹性变形和保证飞机合适的操纵性的机构相当复杂。

例如某飞机的机械操纵系统，总共有114个铰支点，重2225N，每个铰支点都有一个摩擦源和可能的故障源。

但机械操纵系统的最大优点，那就是可靠性较高，电传操纵系统的优缺点大体上与机械操纵系统相反。

单通道电传操纵系统的可靠性是不及机械操纵系统，但采用余度技术后就可克服此缺点。

图7-8是四余度电传操纵系统简图。

下面叙述一下电传操纵系统的优缺点。

图7-7 机液与电液伺服机构图7-8 四余度电传操纵系统简图1、电传操纵系统的优点（1）减轻了操纵系统的重量（2）减少体积（3）节省设计和安装时间（4）提高生存力（5）消除了机械操纵系统中的摩擦、间隙、非线性因素以及飞机结构变形的影响（6）优化了主操纵系统与自动驾驶仪的组合（7）可采用小侧杆操纵机构（8）飞机操稳特性不仅得到根本改善，且可以发生质的变化由前面分析可知，电传操纵系统不仅能改善飞机的稳定性、操纵性，而且能改善机动性，这是这种系统最突出的优点。

正是因为有了这个优点，电传操纵系统才有可能成为设计随控布局飞机的基础，使飞机的性能发生质的变化。

2、电传操纵系统存在的问题（1）单通道电传操纵系统的可靠性不够高；（2）电传操纵系统的成本较高；（3）系统易受雷击和电磁脉冲波干扰影响；（4）尚无一套现成的品质规范可循。