飞机操纵系统发展史

飞机操纵系统发展史
飞机操纵系统发展史
飞机飞⾏操纵系统⼤作业
飞机飞⾏操纵系统发展史
班级: 100321
学号: 100311xx
姓名: 王尼玛
专业: ⾃动化
指导⽼师: 于黎明
⼆零⼀三年六⽉⼆⼗⼀⽇
飞机飞⾏操纵系统发展史【摘要】
本⽂主要论述了的飞机飞⾏操纵系统的发展史，对飞机机械操纵、增稳操纵、控制增稳操纵、电传操纵、光传操纵做了详细的描述，并对未来飞机的操纵系统进⾏了展望。

关键词:飞机飞⾏操纵系统;机械操纵系统;增稳操纵系统;控制增稳操纵系统;电传操纵系统;光传操纵系统
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⽬录
【摘要】 .................................................. 1 ⽬
录 ...................................................... 2 第⼀章飞机操纵系统的发展历程 ............................ 3 第⼆章机械操纵系
统 ...................................... 3 第三章增稳操纵系
统 ...................................... 4 第四章控制增稳操纵系
统 .................................. 4 第五章电传操纵系
统 ...................................... 4 第六章光传操纵系
统 ...................................... 5 第七章飞机操纵系统的发展趋势 ............................ 5 参考⽂
献 (6)
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第⼀章飞机操纵系统的发展历程
最初的飞机操纵系统是由简单的钢索、滑轮、连杆和曲柄等机械部件组成，即我们所说的机械传动操纵系统。

飞⾏员通过直接操纵机械传动系统来控制飞机的操纵舵⾯，实现对飞机姿态和飞⾏轨迹的控制，此时可不考虑系统本⾝的动特性，只需对摩擦，间隙和系统的弹性形变加以限制，便可获得满意的系统性能。

随着飞机设计的发展和飞机速度的不断提⾼，即使使⽤看⽓动⼒补偿，飞⾏员的体⼒还不能适应作⽤于操纵舵⾯上的空⽓动⼒载荷，这时便产⽣了液压助⼒器，此系统实际上仍是⼀个除飞⾏员外开环的机液伺服系统。

伴随着飞⾏包线的进⼀步扩⼤，飞机的稳定性与可操纵性之间的⽭盾更加突出，相继出现了增稳操纵系统和控制增稳操纵系统，这时的系统已在局部使⽤了电传操纵技术，但操纵系统仍以机械通道为主控通道。

为实现最佳⽓动布局的飞机设计，在电传操纵余度技术逐渐趋于成熟的条件下，操纵系统的机械通道有被电传通道完全取代的趋势，这便产⽣了现在以被⼴泛使⽤的电传操纵系统。

但电传操纵系统难以克服⾃⾝易受⼲扰的缺陷，为了改善电传操纵系统的性能，克服⾃⾝的缺陷，在电传操纵系统内采⽤了新的信号传导材料——光纤。

光纤作为信号传导材料与电传操纵系统相⽐，在抗电磁⼲扰、减轻重量、提⾼可靠性等⽅⾯有明显的优势。

运⽤新的信号传导材料与电传操纵系统相结
合所产⽣的操纵系统，这便是光传操纵系统的雏形。

光传操纵系统对提⾼飞机的稳定性和满⾜⽇益提升的飞⾏性能产⽣了深远的影响。

第⼆章机械操纵系统
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。

这种系统由两部分组成:?位于驾驶舱内的中央操纵机构;?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
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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。

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。

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。

第三章增稳操纵系统
现在战⽃机为了使⽓动布局有较好的效益，飞机本⾝的静稳定度设计的较⼩现代战⽃机⼜往往在⼤迎⾓下飞⾏，⽽飞机的纵向静稳定度随迎⾓增⼤⽽减⼩，甚⾄改变符号，纵向静不稳定，驾驶员难以操作。

因此有了增稳操纵系统。

增稳控制系统⼀般由引⼊迎⾓反馈信号、法向过载反馈信号或迎⾓与俯仰⾓速度组合反馈信号构成闭环控制系统，使飞机的飞⾏操纵品种得到了很⼤的提升。

但是增稳操纵系统在提⾼飞机稳定性的同时，降低了飞机的操纵性，为了解决这个问题，出现了控制增稳操纵系统。

第四章控制增稳操纵系统
飞机的稳定性与操作性是飞机飞⾏品质特性中⼀对基本的⽭盾。

增稳操纵系统的采⽤，在提⾼飞机稳定性的同时，降低了飞机的操作性。

为了解决稳定性与操作性的⽭盾，在增稳系统的基础上，发展了控制增稳操纵系统。

控制增稳操纵系统是在增稳操纵系统的基础上增加⼀个杆⼒传感器和⼀个指令模型构成，即系统由机械通道、电⽓通道和增稳回路组成、电⽓和机械两通道并⾏，电⽓通道的作⽤是增⼤传递系数。

控制增稳系统对操作性的改善主要表现在:增加杆⼒灵敏度;改善单位过载杆⼒、不受飞机固有频率影响;增加静操纵系数。

第五章电传操纵系统
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。

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，
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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。

电传操纵的重要性在于打破了飞机设计中需要保持静稳定性的布局，设计师们可以为战⽃任务选择和优化最有效的布局，然后由储存在飞⾏控制计算机软件中的相应控制律增加⼈⼯稳定性。

现役战⽃机中已经有多种飞机采⽤电传操纵系统。

第六章光传操纵系统
光传操纵系统是以光代替电作为传输载体，以光导纤维作为物理传输媒质，在计算计之间或计算机与远距离终端(如舵机等)之间传递指令和反馈信息的飞⾏控制系统。

光传操纵系统是在电传操纵系统上发展起来的，也是后者的发展趋势。

电传操纵系统的致命弱点是易受雷电和电磁⼲扰及核辐射的影响。

现代飞机性能不断提⾼，电⼦设备⽇趋复杂，这必然导致电缆⽤量的增加以及线路布局的复杂化，从⽽加⼤了线路之间的⼲扰，使电传操纵系统不能正常⼯作。

解决这⼀问题的根本办法就是采⽤光传操纵系统。

采⽤光纤作为传输介质，以光信号的形式传输，使得光传操纵系统具有很多优点。

⾸先，它具有抗电磁⼲扰、抗电磁脉冲辐射和防雷电等特点，且光纤本⾝不辐射能量，这就提⾼了可靠性和安全性。

其次，光缆可减轻控制
系统的重量、缩⼩体积，从⽽⼤⼤改进飞机的稳定性和可操纵性。

再次，光纤的故障隔离性好，当⼀个通道发⽣故障时不会影响其他通道。

光传操纵系统的研究始于上个世纪70年代。

1975年，美国空军试验中⼼在A-7D飞机上利⽤光纤作为传输线。

1979年，洛克希德公司在⼀架喷⽓滑翔机上试验了光传操纵系统，取得成功。

⽬前光传操纵系统的研究重点是开发各类光传感器、光处理器等。

光传操纵系统的好处有以下⼏点:
1) 在强电磁⼲扰下飞⾏
2) 减轻机载设备重量
3) 数据传输速率⾼和传输容量⼤
4) 改善系统的动态特性
5) 提⾼飞机的总体性能及燃油经济性
6) 降低验证费⽤，改善成本-效益指标
第七章飞机操纵系统的发展趋势
现在对于飞机操纵系统的研究有许多，例如:
1) 光传/电传混合计划
2) 信号光传/能量电传(FBL/PBW)计划
3) 先进光传硬件计划
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参考⽂献
[1]徐鑫福.飞机飞⾏操纵系统.北京航空航天⼤学出版社.1989.
[2]瞿福存.飞⾏控制系统的演变.飞⾏试验.1997.
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