第五章 飞行操纵系统

第三节 助力机械操纵系统
助力机械操纵系统的提出
舵面铰链力矩是随舵面尺寸和飞行速压的增加而增加！ 当舵面铰链力矩变得很大时，即使利用当时的空气动力补偿法，也不能使驾 驶杆（脚蹬）力保持在规定的范围之内：
1. 研究效率更高的空气动力补偿； 2. 研究液压助力器，以实现液压助力操纵！
助力机械操纵系统的分类
钢索承受拉力时，容易伸长。由于操纵系统的弹性变形而产 生的“间隙”称为弹性间隙； 钢索的弹性间隙太大，会降低操纵的灵敏性； 钢索预紧（施加予张力）是减小弹性间隙的措施！ 常见故障：断丝与锈蚀，主要部位是滑轮或导索板处。
几个注意问题： 1、为了改善软式操纵系统的灵敏性，钢索在未安 装之前，必须用相当于设计强度50％~60%的力进 行予拉伸处理； 2、装在飞机上的钢索必须根据周围温度的高低而 保持一定的予张力； 3、在飞机主操纵系统中，可以使用的钢索最小直 径是1/8英寸； 4、钢索不可气割，不可焊接，只能用钢索剪剪断 或用錾子錾断； 5、在改变钢索方向不大于 3º的情况下，可以使用 导索板或导索环。
中央操纵机构—手操纵机构
驾驶杆式手操纵机构
推拉驾驶杆操纵升降舵； 左右压杆操纵副翼！
横纵向操纵的独立性
驾驶杆要操纵升降舵和副翼， 但两者不会互相干扰！
独 立 性 分 驾驶杆左右摆时，传动杆沿着以b-b线为中 析 心轴，以c点为顶点的锥面运动；
由于圆锥体的顶点c到底部周缘上任一点的 距离相等，所以当驾驶杆左右摆动时，摇 臂1不会绕其支点前后转动，因而升降舵不 会偏转！
。
操纵系统
主操纵系统
副翼
升降舵
辅助操纵系统
前缘襟翼缝翼
后缘襟翼 扰流板 水平安定面
警告系统
失速警告 起飞警告
方向舵
第一 节 简单机械操纵系统（人力操纵）
简单机械操纵系统是一种人力操纵系统，由于 其构造简单，工作可靠，使用了30余年，才出 现助力操纵系统。 简单机械操纵系统现在仍广泛应用于低速飞机 和一些小型运输机上。
软式传动系统
简单机械操纵系统（人力操纵）
简单机械操纵系统是一种人力操纵系统，由于其 构造简单，工作可靠，使用了30余年，才出现助 力操纵系统。 简单机械操纵系统现在仍广泛应用于低速飞机和 一些运输机上。
硬式传动系统
对飞行操纵系统的要求
一般要求：
重量轻、制造简单、维护方便； 具有足够的强度和刚度。
兼有硬式和软式的优点和缺点！
硬式传动机构主要构件
一、传动杆 硬式传动机构中的操纵力由传动杆传递，传动杆可承受 拉力和压力。传动杆的刚度较大。一般由硬铝管制成，受力 大的地方也可使用 钢管。 可调接头 传动杆两端有接头， 其一端的接头可以调 整。调整接头端部有 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。接头装有滚珠轴承或旋转铰链、球形铰链。 失效形式——失稳！
操纵系统的传动比是操纵系统的另一个参数，其 大小由驾驶杆和各摇臂的传动比决定！
非线性机构
传动系数不变的操纵系统，不 能满足对飞机操纵性的要求：
传动系数大，小舵面偏角小时， 杆行程太小，难以准确地控制操 纵量； 传动系数小，舵面偏角很大时， 杆行程过大！
装有非线性传动机构的操纵系 统，杆行程与舵面偏角之间成 曲线关系。
调松钢索时，螺杆末端不应超过小孔的位置
五、钢索张力补偿器
飞机机体外载荷及周围气温 变化会使机体结构和操纵系 统钢索产生相对变形，导致 钢索变松或过紧。
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。
第二节
定义：
传动系数
传动系数K是指舵偏角△δ与杆位移△X的比值。
驾驶杆 优点 构造较简单 驾驶盘
通过增大驾驶盘的转角， 可使操纵副翼省力！
缺点 不便于用增大驾驶杆倾斜角
度的办法来减小操纵副翼时 的杆力！
应用
小型飞机、低速飞机
构造较复杂 大中型飞机、高速飞机
中央操纵机构—脚操纵机构
平放式脚蹬
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； 平行四边形机构的作用： 保证在操纵方向舵时，脚蹬 只作平移而不转动，便于飞 行员操纵。
飞行操纵系统
飞行操纵系统概述
定义：
飞机飞行操纵系统是 飞机上用来传递操纵 指令，驱动舵面运动 的所有部件和装置的 总合，用于飞机飞行 姿态、气动外形、乘 坐品质的控制。
操纵系统功用
驾驶员通过操纵飞机的各舵面和调整片实现飞机绕纵轴、
横轴和立轴旋转，以完成对飞机的飞行状态控制。
飞行操纵系统分类
存在摩擦、间隙和非线性因素导致无法实现精微操纵信 号传递； 机械操纵系统对飞机结构的变化非常敏感； 体积大，结构复杂，重量大！ 机械操纵系统可靠性较高！ 单通道电传系统可靠性较低： 7 可接受的安全指标： 110 解决措施：余度技术！
常见故障
——传动杆裂纹、轴承卡阻。
二、摇臂
摇臂通常由硬铝材料制成，在连接处装有轴承； 摇臂按臂数可分为单摇臂、双摇臂和复摇臂三类。
摇臂的作用
支持传动杆； 改变传动力的大小； 改变位移； 改变传动速度； 改变传动方向； 实现差动操纵
传动方向的改变
差动操纵
所谓差动，就是当驾驶杆前后（或左右）偏转的同一 角度时，升降舵（或副翼）上下（或左右）偏转的角 度不同。差动机构的作用是消除有害偏航。 实现差动操纵最简单的机构是差动摇臂（双摇臂）， 摇臂的输入端或输出端的连接至少有一端不是90度。
载荷感觉器刚度：
1. 小杆位移时，要求刚度大 2. 大杆位移时，要求刚度小
W
弹簧载荷感觉器（弹簧支柱）构造
F
W
五、调整片效应机构
杆力来源 无助力操纵系统 舵面铰链力矩 助力操纵系统 载荷感觉器 飞行中消除杆力的机构 配平调整片 调整片效应机构
第四节 飞机颤振与副翼反效
飞机颤振是飞机飞行中空气动力、结构弹性力 和惯性力之间的交互作用的现象。 颤振是飞机各种振动中最危险的一种振动，必 须保证在飞机使用中不发生颤振。 副翼反效——发生副翼反效的原因是属于副翼 位于机翼外侧后缘。 副翼偏转所产生的空气动力使机翼发生扭转和 弯曲的弹性变形，由弹性变形产生的附加空气 动力形成横向气动力矩，它与副翼操纵力矩方 向相反，遂降低了副翼操纵效能，甚至使其效 能降低为零，或使飞机随副翼的偏转而逆动， 这一情况称为副翼反效。
提高机翼弯扭颤振临界速度的措施
A 激振力ΔYθ与飞行速度平方 成正比； 阻振力ΔYα与飞行速度成正 比； 飞行中激振力ΔYθ与所阻振 力ΔYα所作功的曲线如右图 提高临界速度的措施：
用陪重法将机翼重心前移 提高机翼扭转刚度！ V临界
V
二、机翼弯曲——副翼偏转颤振
分析条件：副翼是刚性地固接在机翼上； 颤振原因：副翼重心位于副翼铰链轴之后； 颤振过程如下图所示：
副翼反效临界速度
副翼偏转产生的操纵力矩与飞行速度平方成正比； 副翼偏转导致机翼扭转产生的逆反力矩与飞行速度四 次方成正比； 飞行中操纵力矩与逆反力矩曲线如下图：
Hale Waihona Puke MV临界V
提高副翼反效临界速度的措施
副翼内移 采用高低速副翼
第五节
电传操纵系统
一．电传操纵系统的提出
机械操纵系统缺点：
B、应急操纵
C、助力器灵敏特性
D、助力器稳定特性
四、载荷感觉器
载荷感觉器功用：
1. 无回力的助力操纵系统中，使飞行员能从驾驶杆 上感受到力； 2. 有回力的助力操纵系统中，在舵面铰链力矩较小 时，使驾驶杆不致过“轻”。 载荷感觉器类型： F
1. 弹簧载荷感觉器 2. 动压Q罐载荷感觉器
根据操纵信号来源不同，操纵系统可分为： 人工飞行操纵系统，其操纵信号由驾驶员发出。
飞机的俯仰、滚转和偏航操纵系统； 增升、增阻操纵系统； 人工配平操纵系统等。
自动飞行控制系统，其操纵信号由系统本身产生， 对飞机实施自动和半自动控制，协助驾驶员工作或 自动控制飞机对扰动的响应。
自动驾驶仪； 发动机油门自动控制 结构振动模态抑制系统
中央操纵机构—手操纵机构
驾驶盘式手操纵机构
推拉驾驶盘操纵升降舵； 左右转动驾驶盘可操纵副翼！
独立性分析
左右转动驾驶盘时，支柱不动， 升 降 舵 不 会 偏 转 ； 前推或后拉驾驶盘时，由于和 横管平行的一段钢索与轴线a-a 是重合的，钢索不会绷紧或放 松，不会使副翼偏转。
驾驶杆与驾驶盘的比较
二、滑轮——硬胶木或硬铝制成 作用：
支持钢索 改变钢索的运动方向
常见故障：
滑轮轮沟磨损、轴承卡阻。
三、扇形轮——又称扇形摇臂，钢索与扇形轮有 连接关系 作用：
支持钢索； 改变钢索的运动方向； 改变传动力的大小。
常见故障：连接松动、轴承卡阻。
四、松紧螺套 作用：
调整钢索的预张力 连接 检查小孔作用
提高机翼弯曲副翼偏转颤振临界速度的措施
A 激振力ΔYδ与飞行速度平方 成正比； 阻振力ΔYα与飞行速度成正 比； 飞行中激振力ΔYδ与所阻振 力ΔYα所作功的曲线如右图 提高临界速度的措施：
用陪重法将副翼重心前移 提高操纵系统的刚度，减小间隙！ V临界
V
三、副翼反效
副翼偏转所产生的空气动力使机翼发生扭转和弯曲的弹性变 形，由弹性变形产生的附加空气动力形成横向气动力矩，它 与副翼操纵力矩方向相反，遂降低了副翼操纵效能，甚至使 其效能降低为零，或使飞机随副翼的偏转而逆动，这一情况 称为副翼反效。
特殊要求：
保证驾驶员手、脚操纵动作与人类运动本能相一致； 纵向或横向操纵时彼此互不干扰； 脚操纵机构能够进行适当调节； 有合适的杆力和杆位移； 启动力应在合适的范围内； 系统操纵延迟应小于人的反应时间(灵敏度高)； 系统不应发生卡阻现象； 应有极限偏转角度止动器； 所有舵面能够用“锁”来固定。