飞行操纵系统工作原理

3.3 飞行操纵系统的工作原理
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
。 手操纵
脚操纵
中央操纵机构（座舱操源自文库机构）
驾驶杆
升降舵
手操纵机构：操纵升降舵和副翼
方向舵
脚操纵机构 ：操纵方向舵
传动机构（传动装置）
副翼
脚蹬
将操纵机构的动作传到舵面的部 分，由传动杆、摇臂、钢索、滑 轮等组成。
在飞机起飞前，若水平安定面不在安定面指示器的安全区，如果油门杆前推，则 起飞警告系统发出警告信号。
自动配平，自动驾驶仪提供信号传动齿轮机构，带动滚珠螺杆，使安定面偏转， 完成自动配平。
人工机械配平提供水平安定面的应急配平。驾驶员操纵配平手轮，带动链轮机构 ，通过钢索传动齿轮机构和滚珠螺杆驱动安定面偏转。
三．飞行扰流板/减速板和地面扰流板操纵系统
扰流板分为： 飞行扰流板：动作一致时，用以在飞行中和地面滑跑时作为减速器。 地面扰流板：动作不同时，用于协助副翼操纵飞机的侧滚。
副翼向上一侧的飞行扰流板向上偏转，副翼向下一侧的飞行扰流板保持 关闭位置不变。
操纵驾驶盘，输入机械信号被传到副翼操纵系统，以及扰流板传 动比改变机构和扰流板混合机构，通过钢索系统作动飞行扰流板 动力操纵组件（PCU）的操纵阀，液压油通过操纵阀进入飞行扰 流板动力操纵组件的作动器内，驱动飞行扰流板。
飞机出现下俯力矩，操纵电门使调整片向下偏转α角，调整片 上产生向上的升力Y调。对升降舵转轴的力矩为Y调·L1，迫使升
降舵向上转动，舵面上、下的压力差构成了空气动力Y舵，对 升降舵构成了另一个力矩Y舵·L2，两个力矩平衡时，升降舵自 动保持在某一上偏转角β不变,保持飞机的俯仰平衡状态。
驾驶员不用长时间带杆，减轻劳动量。
在小迎角高速飞行时，为减小 阻力，缝翼应收进，使机翼的切 面具有高速翼形；在大迎角低速 飞行时为增加升力，缝翼应该放 出，使机翼切面具有低速翼形。
液压操纵器通过机械的缝翼螺杆 传动装置操纵其放出或收进。
2．后缘襟翼和前缘襟/缝翼操纵系统的工作原理
操纵襟翼手柄，带动钢索系统和襟翼操纵阀， 液压油通过襟翼操纵阀使液压马达工作，液压 马达输出扭矩经齿轮机构和扭力杆被传到滚珠 螺杆，旋转运动变为直线运动，推动襟翼在滑 轨上收放。
典型飞机操纵舵面的布局
3.1.2 飞机操作系统发展过程
民用飞机的操纵系统划分为：机械操纵系统 电传操纵系统
简单
初级
人工 机械 操纵
气动 助力 操纵
液压 助力 操纵
复杂 完善
电传 操纵
机械操纵系:驾驶杆、脚蹬、钢索、滑轮、传动杆、摇臂 机械传动装置直接驱动各舵面:升降舵、副翼、方向舵 舵面上的气动力矩反馈给驾驶员，获得力和位移的感觉。
四．调整片的操纵及控制
1．调整片的功用 保持飞机俯仰平衡，横侧平衡和方向平衡
飞行一段时间消耗机身后 部油箱的一些燃料，使飞 机重心前移，造成附加的 下俯力矩，迫使飞机下俯， 这时驾驶员应向后带驾驶 杆使升降舵上偏，增大水 平安定面的上仰力矩，使 作用于飞机的各俯仰力矩 之和仍等于零，保持飞机 处于俯仰平衡状态，
第三章 飞行操纵系统工作原理
飞机操纵系统是供驾驶员对飞机起飞、爬升、巡航、着陆、和滑行实 施操作的一整套机电或液压设备。操纵飞机绕其横轴、立轴和纵轴旋 转，改变飞机的飞行状态；并且提供起飞、着陆的增升、增阻能力 （地面或飞行中），以改善飞机的操纵性能。
侧滚操纵 偏航操纵
民用飞机操纵系统的功能包括： 俯仰操纵
由于增稳系统在增大飞机阻尼和改善动稳定性的同时，必然 在一定程度上削弱了飞机操纵反应的灵敏度，从而降低了飞 机的操纵性。为了消除这个缺点，在自动增稳系统的基础上 研制出了控制增稳系统，改善了飞机的操纵性和机动性 。
3.1.2 飞机操作系统发展过程（续）
由于在复杂的机械系统中存在着摩擦、间隙和弹性变形，始终难以 解决精微操纵信号的传递问题。70年代初，成功地实现了电传操纵 系统 。 若把操纵权限全部赋予控制增稳系统，并使电信号替代机械信号而
空中减速操纵 地面减速操纵 减升操纵 增升操纵
通过人工操纵或自动控制系统操纵飞机各舵面或调整片而实现
3.1 飞行操纵系统的组成及发展过程 3.1.1飞行操纵系统的组成
主操纵系统：副翼操纵系统， 方向舵操纵系统（包括偏航 阻尼控制和行程控制等）和 升降舵操纵系统；
主操纵系统
辅助操纵系统：水平安定面 配平操纵系统，前缘襟翼/ 缝翼、后缘襟翼操纵系统以 及飞行扰流板/减速板和地 面扰流板操纵系统等；
3.3 飞行操纵系统的工作原理(续)
升降舵操纵系统的功用是提供飞机纵向操纵，使飞机绕其横轴作俯仰运动。
3.4、辅助操纵系统的操纵与控制
一．水平安定面的操纵与控制
水平安定面是用于俯仰配平的装置，其配平控制系统通过改变水平安定面的迎角 来进行水平配平。水平安定面由左、右两个安定面组成，安定面由尾舱里的螺杆 组件驱动，而该螺杆又由两个电气作动器（主电或自动驾驶仪）或人工钢索进行 操纵。
副翼系统 升降舵系统 方向舵系统
飞行操纵系统 辅助操纵系统 扰流板系统
后缘襟翼 前缘襟翼和缝翼
警告系统 失速警告系统 起飞警告系统
水平安定面
警告系统：失速警告系统和起飞警告系统。当飞机在接近失速状态时，失速 警告给驾驶员提供抖杆警告，当飞机的某些飞行操纵面不在适当的起飞位置 时，起飞警告系统提供音响警告。
操纵驾驶杆偏转升降舵或是 使用调整片偏转升降舵
驾驶员通过带杆可以重新保持俯仰平衡，长时间的带杆，驾驶员 会疲劳。因此飞机升降舵、副翼和方向舵上一般都装有调整片
升降舵调整片来使升降舵偏转，以保持飞机的俯仰平衡。利用方 向舵调整片可使方向舵偏转，以保证飞机方向平衡。利用副翼调 整片可使副翼偏转，以保持飞机横侧平衡
纵动作和分散驾驶员的注意力，同时可以缩短训练驾驶员的时间。 (2)驾驶杆既可操纵升降舵，又可操纵副翼，同时要求在纵向或横向操纵时
彼此互不干扰。 (3)驾驶舱中的脚操纵机构应当能够进行调节，以适应不同身材的需要。 (4)驾驶员是凭感觉来操纵飞机的，除感受过载大小之外，还要有合适的杆
力和杆位移的感觉，其中杆力尤为重要。脚蹬力和脚蹬位移也是如此。 (5)驾驶杆（或脚蹬）从配平位置偏转时，所需的操纵力应该均匀增加，并
在飞行中，俯仰平衡受到破 坏，机头上仰，驾驶员可向 上偏转调整片（等效于向前 推杆）使升降舵下偏一定角 度。如果机头下俯，则应向 下偏转调整片（等效于向后 带杆）使升降舵上偏一定角 度，借水平尾翼力矩作用以 保持飞机的俯仰平衡。
飞机下俯时用调整片恢复平飞
2．调整片控制电路举例 小型飞机上的电动调整片控制
工作，机械系统处于备用地位，这就是“准电传操纵系统”；若再 把备用机械操纵系统取消，就成为“纯电传操纵系统”，简称为 “电传操纵系统”。
空客系列A320、A340以及波音系列的B777等飞机的操纵系 统均采用电传操纵系统。
3.2 对飞行操纵系统的要求
重量轻、制造简单、维护方便、生存力好、足够的强度和刚度 (1)保证驾驶员手、脚操纵动作与人类运动本能相一致。避免发生错误的操
装 装 操纵灵活
置置
3.1.2 飞机操作系统发展过程（续）
人工机械操纵方式简单，但对大型高速民用飞机而言，操纵面的气 动铰链力矩很大，驾驶员的体力将难以承受由很大的铰链力矩所引 起的操纵力。
随着飞机性能的逐步提高，机械操纵系统也在迅速发展，由简单 的拉杆摇臂或钢索鼓轮直接传动操纵面，发展成为带液压助力器 驱动的机械操纵系统，以及增加力臂调节的措施等。B737、
水平安定面主电配平控制
主电配平作动器是一个 双速马达115V400Hz
操纵杆转换组件
襟翼在收上位时，它是低速的；当襟翼未收上时，速度 继电器激励，使马达作高速配平。
二．后缘襟翼和前缘襟/缝翼的操纵与控制
1．襟翼和缝翼的空气动力原理
功用是增加升力，在起飞时提供相对较小阻力，而在着陆时提供较大阻力
位于机翼后缘的襟翼是一 种增升增阻装置。放下襟 翼可以提高升力，同时也 增大阻力。起飞时为了增 大升力，采用小角度放下 襟翼；着陆时为了增大阻 力缩短着陆滑跑的距离， 采用大角度放下襟翼。
(8)操纵系统的间隙和系统的弹性变形会产生操纵延迟现象。延迟是很危险 的，因此必须使操纵系统中的环节和接头数量最少，接头处的活动间隙 量小及系统应有足够的刚度。
(9)在中央操纵机构附近应有极限偏转角度止动器，以防止驾驶员用力过猛 ，操纵过量而使系统中某些部件或机体结构遭到损坏。
(10)飞机停在地面上时，为防止舵面被大风吹坏，所有舵面应用“锁”来固 定。舵面锁紧系统应在飞机内部，不应采用外部锁紧装置，内锁紧装置 应直接与舵面连接。为防止在起飞状态下，舵面仍处于锁定状态，要求 必须在所有舵面都开锁后，油门才能打开。
B747、B757和B767等飞机就主要采用液压助力操纵。这种
操纵方式具有良好的动态品质，飞机上同时配有具有良好感觉特 性的感觉机构，因而这种操纵方式应用很广。
3.1.2 飞机操作系统发展过程（续）
随着超音速飞机的出现，飞机在高空超音速飞行，遇到了 纵向静稳定性过大，动稳定性不足的问题。为解决这一问 题，在飞机操纵系统上附加了自动增稳系统。
升降舵
驾驶杆
方向舵
两杆一舵加上开关电门
副翼
驾驶员手、脚的操纵和人体运动 的本能反应相一致 驾驶员有位移和力的变化的感觉
3.3 飞行操纵系统的工作原理(续)
副翼操纵系统的功用是与扰流板一起提供飞机横向操纵，使其绕纵轴作滚转运动。
3.3 飞行操纵系统的工作原理(续)
方向舵操纵系统的功用是提供飞机偏航操纵，操纵飞机使其绕垂直轴作偏转运动。
3.1.2 飞机操作系统发展过程（续）
中央操纵机构
系统由两 部分组成：
机械传动装置
位于驾驶舱内由驾驶杆、驾 驶盘和脚蹬组成
介于中央操纵机构到舵面之间，
有软式和硬式两种型式
由钢索和滑轮组成，特点：
重量轻，容易绕过飞机内 部装配障碍，弹性变形和 摩擦力较大。
软硬
式 式 由传动拉杆和摇臂组
传 动
传 动
成，特点：刚度大，
机翼迎角保持不变，放下简单襟翼，改变了机翼切面形状，弧 曲度增大。空气流过机翼上表面时流速加快，压力降低；流过 其下表面流速减慢，压力提高，使机翼上、下表面压力差增大， 提高升力。而另一方面机翼后缘的涡流区扩大，机翼前、后缘 压力差增大，使阻力同时增大。
前缘缝翼位于机翼前缘，与机翼之间有一缝隙。延缓机翼的气 流分离现象，以提高临界迎角和最大升力系数。
且力的指向总是与偏转方向相反，这样，驾驶杆（或脚蹬）就有自动回 中（即回到配平位置）的趋势。
正确的操纵动作应是：驾驶杆前推，机头应下俯，飞机下降；
驾驶杆向左转，飞机应向左侧倾斜；
踩右脚蹬，机头应向右偏转。
(6)驾驶杆力（或脚蹬力）应随飞行速度增加而增加，并随舵面偏转角度增 大而增大。
(7)为防止驾驶员无意识动杆及减轻驾驶员的疲劳，操纵系统的启动力应在 合适的范围内。“启动力”是指飞机在飞行中舵面开始运动时所需的操纵 力，启动力包括操纵系统中的摩擦（其中包括助力器分油活门的摩擦） ，预加载荷等。
当水平安定面配平切断开关处于“正常”位置，电源处于等待状态，驾驶员可按 下俯或上仰方向操纵配平控制开关，电源被接通，配平电动机构工作，然后带动 齿轮机构使滚珠螺杆转动，与安定面相连的螺母则上下移动，改变了水平安定面 的迎角，从而完成了配平工作。配平速率受襟翼位置控制，襟翼收上时的配平速 率是襟翼放下时的1/3。切断开关可在升降舵操纵作用与水平安定面配平作用矛 盾时切断水平安定面的电动配平。
当飞机着陆后，操纵减速板手柄，液压油进入地面扰流板作动筒内，地面扰 流板被打开至最大位置, 减少飞机升力，增加机轮和地面的结合力，增加刹 车效率。如果满足规定的逻辑条件，所有扰流板在地面均自动打开，在任意 一个油门杆前推前，自动打开的所有扰流板均收回。在中止起飞时，所有扰 流板自动打开。
典型飞机自动地面减速板的工作控制
液压系统故障时，可采用电动应急收放襟翼。
当后缘襟翼放下到一定量时，前缘襟翼放下到最 大位置，前缘缝翼则放下到中间位置； 后缘襟翼进一步放下到一个预定量时，前缘襟翼 仍保持在最大放下位置，而前缘缝翼也放下到最 大位置。后缘襟翼收上时，前缘襟/缝翼收上。
飞机攻角达预定值时，自动缝翼计算机接受 攻角传感器的信号，控制自动缝翼操纵阀， 使前缘缝翼放下到最大位置，防止飞机失速