第五章 飞机飞行操纵系统

飞机结构与系统
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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。
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㈢ 软式传动机构的主要构件
1、钢索：钢索是由钢丝编成的。只能承受拉力， 不能承受压力。用两根钢索构成回路，以保证舵 面能在两个相反的方向偏转。
（一）传动机构的构造形式 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： 由软式、硬式传动机构混合组成。
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（二）硬式传动机构的主要构件
1、传动杆，传动杆又称为拉杆。传动杆的接头如 图所示。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。
操纵系统
主操纵系统
辅助操纵系统 警告系统
副翼 升降舵 方向舵
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前缘襟翼缝翼 后缘襟翼 扰流板
水平安定面
失速警告 起飞警告
主操纵系统
手操纵机构：操纵升降舵、副翼 脚操纵机构：操纵方向舵
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副翼
左副翼
右副翼
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升降舵
左副翼
右副翼
左升降舵
右升降舵
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⑵ 放大或缩小位移的作用
飞机结构与系统
nx
F1 F2
d2sr2 d1s r1
nF
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⑶ 放大或缩小运动速度的作用
飞机结构与系统
v2 v1
r2 r1
( nF )
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⑷ 改变传动杆运动方向
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差动摇臂：当驾驶杆左右或前后移动的位移
相等，而舵面上下偏转的角度不等，称之为差动 操纵，实现差动操纵最简单的机构是双摇臂，称 为差动摇臂，其工作原理如图所示：
第五章 飞机飞行操纵系统
5.1 飞行操纵系统概述
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。
驾驶员通过操纵飞机的各舵面和调整片实现 飞机姿态的改变，以完成对飞机的飞行状态、气 动外形的控制
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飞机转动轴
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飞行操纵系统组成
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升降舵的过度重量平衡对飞机操纵性有不良
的影响。当飞机作法向过载飞行时，由于升降度 配重的质量力使驾驶杆自动向后倒向驾驶员，一 般在驾驶杆的前面加上反平衡配重
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㈢ 副翼反效
当飞行速度达到某一值时，操纵副翼产生的滚转 力矩与机翼上气动力引起的弹性变形产生的力矩相互 抵消，就会使副翼失效（即副翼效应为零），飞机无 法操纵。这时的飞行速度称为反效速度。
脚操纵机构有脚蹬平放式和脚蹬立放式两种。
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㈡ 脚操纵机构
脚操纵机构有脚蹬平放式和脚蹬立放式两种。 脚蹬平放式脚操纵机构
平行四边形机构保证脚蹬只做平移而不转动
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脚蹬立放式脚操纵机构
之一
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之二
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四、传动机构的构造和工作原理 四、传动机构的构造和工作原理
水平安定面的安装角变化范围一般为 -12°~3°
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七、飞机颤振与副翼反效、结构承力与传力、操纵 系统的强度与刚度
（1）传动杆的振动和翼面颤振 1、振动的主要特性参数
①振幅 ②振动周期
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梁的自然振动
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2、传动杆的振动
传动杆会发生振动，振动的方向与传动杆的 长度垂直，因此叫做弯曲振动。
当飞行速度超过反效速度，副翼产生的滚转力矩 将小于在气动力作用下因机翼变形而产生的反方向力 矩。此时副翼效应为负而起相反的作用。——这种情 况就被称作“副翼反效”
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提高副翼反效作用的 临界速度的措施：
① 把副翼向机翼内 侧移动，缺点是挤掉襟 翼面积。
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• 气动平衡与气动补偿的区别：
功能不同：气动平衡是将铰链力矩完全 抵消，驾驶员松杆，飞机仍保持飞行姿 态；气动补偿是驾驶员操纵舵面偏转时， 减小铰链力矩
操纵方式不同：气动平衡装置不是随操 纵面偏转来起作用的，而是通过独立的 配平手轮或配平电门操纵
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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 驶盘控制副翼来实现的。
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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。
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三、中央操纵机构的机构和工作原理 飞机主操纵系统是由中央操纵机构和传动系
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飞机1713
生物学家在研究蜻蜓 翅膀时，发现在每个翅膀 前缘的上方都有一块深色 的角质加厚区——翅痣。 这较重的褐色的厚片，可 以保持飞行时的平稳。人 们根据蜻蜓翅痣的原理， 在飞机翅膀上也设计了加 厚的部分，这样就能消除 颤振的危害。
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⑵ 机翼重心的位置
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舵面铰链力矩
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⑴ 移轴补偿
将铰链轴后移，轴前面积即为补偿面积
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⑵ 角式补偿
将一小部分舵面伸出于铰链轴的前面，形成一个角， 该角的面积约占操纵面面积的6-12%
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⑶ 随动补偿
随动补偿片也称随动调整片，在舵面后缘有自己转 轴的可旋转小翼面。随着舵面的偏转，补偿片向 与舵面转动方向相反的方向转动。
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水平安定面
左副翼
俯仰配平 左安定面
右副翼 右安定面
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方向舵
左副翼
右副翼
俯仰配平
左安定面
方向舵
右安定面
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扰流板
左副翼
扰流板
右副翼
俯仰配平
左安定面
方向舵
右安定面
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1、飞机的纵向操纵（飞制1711）
飞机的纵向操纵是通过操纵驾驶杆或驾驶盘 控制升降舵来实现的。
机翼重心位置沿弦向前移，使机翼重心靠近 刚心，临界速度增大。为了提高颤振临界速度常 在机翼翼尖的前缘部位上加配重。
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机翼弯曲——副翼偏转颤振（舵面颤振类似)
机翼弯曲振动引起副翼偏转振动产生激振 力而形成的剧烈的自激振动。
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副翼重心到转轴的距离
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2、补偿配平调整片：又称助力配平调整片。
驾驶员直接操纵舵面: 调整片按补偿调整片原 理工作，起助力作用
驾驶员操纵调整片操纵 机构（转盘或手柄）， 起配平作用
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安装角可变的水平安定面
通过改变水平安定面的安装角，达到纵向 配平的目的
现代大型高速飞机，尤其是大型客机上普 遍使用
统两大部分组成。 ㈠ 手操纵机构
手操纵机构一般分为驾驶杆式和驾驶盘式两 种，图为驾驶杆式手操纵机构及其原理
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驾驶盘式手操纵机构
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• 侧杆操纵机构 输入力信号，输出电 信号；前后、左右摆 动时发出互不干扰的 电信号
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㈡ 脚操纵机构
传动系数大,小舵面偏转角 时，杆行程太小，难以准确 控制 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
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六、气动力补偿及气动力平衡
㈠ 气动补偿的目的：降低铰链力矩，减小驾驶员
操纵飞机的疲劳程度
气动补偿方法：移轴补偿、角式补偿、随动补偿、 内补偿、操纵调整片
松紧螺套用来调整钢索的预紧力。调松钢索时， 螺杆末端不应超过小孔的位置
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4、钢索张力补偿器（飞机1711）
飞机机体上的外载荷的变 化和周围气温变化，使机 体结构和操纵系统之间产 生相对变形，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是 保持钢索的正确张力。
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Pபைடு நூலகம்ge34
五、飞机飞行操纵系统的传动系数、传动比及非线 性传动机构
㈠ 操纵系统的传动系数 舵偏角△δ与杆位移△X的比值
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㈡ 操纵系统的传动比
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㈢ 改变传动比和传动系数的机构 ——非线性传动机构
❖传动系数不变的操纵系统， 不能满足对飞机操纵性的要求：
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一、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
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助力操纵系统的回力比
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回力比：枢轴力矩相同的条件下，使用液压助力 器时平衡舵面载荷所需的杆力与不使用液压助力 器时平衡舵面载荷所需的杆力的比值
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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
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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。
⑴ 放大或缩小力的作用
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nF
F1 F2
r2 r1
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小回力比可在舵面枢轴力矩很大的情况下保证驾 驶杆力不致过大，但在舵面枢轴力矩阵较小的时 候，会使驾驶杆变得过“轻” 。
• 规格型号 7×7
股数
7×19
钢丝数
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有预加张力和无预加张力的钢索，在 传动中所受的张力。
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2、滑轮和扇形轮 滑轮用来支撑钢索和改变钢索的运动方向； 扇形轮（扇形摇臂）除了具有滑轮的作用外，还 可以改变力的大小
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3、松紧螺套
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操纵系统摩擦力过大的原因如下： 1、活动连接接头表面不清洁或润滑不良而造
成锈蚀； 2、活动连接接头固定过紧； 3、传动机构和飞机其他部分发生摩擦； 4、传动机构本身摩擦力过大。
㈡ 防止系统间隙过大 ㈢ 保持钢索张力正常 ㈣ 操纵系统的调整
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5.2 有助力器的飞机操纵系统
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防止机翼弯曲——副翼偏转颤振的措施：
重量平衡法:在副翼前缘加上配重使其重心前移， 包括分布配重和集中配重。
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6、尾翼颤振
尾翼颤振是和机身的弯扭、振动联合产生的，有 机身弯曲—舵面偏转或机身扭转—舵面偏转。
预防尾翼颤振：对舵面采用重量平衡的方法，通 常采用集中配重。对后略式尾翼，还需在舵面尖端 安置端部配重，且是过度的静平衡。
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机翼的弯扭颤振 • 由于机翼垂直运动速度而产生减振力
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• 产生弯扭颤振的结构原因
– 机翼为弹性体（刚度） – 重心和刚心不重合 （重心的位置）
⑴ 机翼刚度 增加机翼的蒙皮厚度以增大机翼扭转刚度。 为使蒙皮在弯曲强度中、桁条在扭转中有贡献，
因而发展了单块式机翼结构。
② 用差动平尾以代替正常形式的副翼，同时采用机 翼上的扰流片，以辅助差动平尾在低速时效能不 足。
③ 在大型飞机的机翼上有两个副翼。一个位于机 翼内侧称为内侧副翼，又称高速副翼；另一个位 于机翼外侧，称为外侧副翼，又称低速副翼。
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五、简单机械操纵系统的维护特点 ㈠ 防止系统摩擦力过大
助力机械操纵系统的提出
– 舵面铰链力矩随舵面尺寸和飞行速压的增加而增加 – 当铰链力矩变得很大时，即使利用气动补偿法，也
不能使驾驶杆（脚蹬）力保持在规定的范围之内 – 现代高速和重型飞机广泛采用助力器
助力机械操纵系统的分类
–有回力的助力操纵系统 –无回力的助力操纵系统
助力机械操纵系统的主要元件：液压助力器
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颤振
弹性结构在气动力 和惯性及自身弹性 结构力的作用下， 由于作用力相互耦 合而形成的剧烈自 激振动。
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颤振的形式
机翼弯曲扭转颤振 机翼弯曲-舵面偏转颤振 操纵面本身颤振
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机翼的弯扭颤振 • 由于机翼扭转而产生激振力
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飞机结构与系统
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⑷ 内补偿
补偿面积位于机翼后缘的空腔内，该空腔由气密 布隔成上下两部分。一般用在副翼上
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⑸ 操纵调整片
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㈡ 气动力平衡：飞机处于某一飞行状态时，完全
消除驾驶杆力，实现松杆飞行
1、配平调整片：调整片一般用于飞机配平，当飞机 着陆时，如果需要也可以利用调整片带动升降舵 向上偏转来减小驾驶杆的拉力。