(整理)自动飞行控制系统电子讲稿第一部分

学习情景1 课程导论

1.飞行控制系统发展概述

自动飞行控制系统已有100多年的研制历史，早在有人驾驶飞机出现之前，自动飞行装置即已出现。

1.1方向稳定器

1873年，法国雷纳德（C.C.Renard）无人多翼滑翔机的方向稳定器。

1.2 电动陀螺稳定装置-姿态稳定

1914年，美国的爱莫尔·斯派雷（Eimer Sperry）研制成功第一台可以保持飞机稳定平飞的电动陀螺稳定装置，该装置利用陀螺的稳定性和进动性，建立一个测量基准，用来测量飞机的姿态，它和飞机的控制装置连在一起，一旦飞机偏离指定的状态，这个机构就通过飞机的控制装置操纵飞机的舵面偏转使飞机恢复到原来的状态。

1.3 自动驾驶仪

20世纪30年代出现了可以控制和保持飞机高度、速度和航迹的自动驾驶仪。

第二次世界大战促使自动驾驶仪等设备得到进一步发展，由过去气动-液压到全电动，由三个陀螺分别控制三个通道改用一个

或两个陀螺来操纵飞机，并可作机动、爬高及自动保持高度等。

➢二次大战期间，美国和原苏联相继研制出功能较完善的电气式自动驾驶仪C-1和其仿制品A∏-5；

➢德国在二战后期研制成功飞航式导弹V-1和弹道式导弹V-2，

更进一步促进了飞行自动控制装置的研制和发展。

20世纪50年代后，和导航系统、仪表着陆系统相联，自动驾驶装置实现了长距离自动飞行和自动着陆。

1.4 自动飞行控制系统

1947年成功突破音障后，飞机的飞行包线（飞行速度和高度的变化范围）扩大，越来越复杂的飞行任务对飞机性能的要求也越来越高，仅靠气动布局和发动机设计所获得的飞机性能已经很难满足复杂飞行任务的要求。因此，借助于自动控制技术来改善飞机稳定性的飞行自动控制装置（如增稳系统）相继问世，在此基础上，自动驾驶仪的功能得到进一步的扩展，发展成为自动飞行控制系统（AFCS）。

20世纪60年代，产生了随控布局飞行器（congtrol configured vehicle--CCV）的设计思想。

20世纪60年代前的以模拟电路或模拟计算机为主要计算装置的飞行控制系统，逐渐发展成为现在已普遍应用的数字式飞行控制系统，这也为新技术应用和更复杂更完善系统的综合提供了实现的可能性。例如：

➢主动控制技术（active control technology—ACT）；

➢余度技术

➢容错控制技术

➢20世纪80年代得到迅速发展的火/推/飞综合控制系统等。

20世纪70年代中期，由于计算机的应用使自动驾驶仪和飞机的指引系统组成一个综合系统，使飞机的各种传感器数据、指

引与控制系统已在飞行管理系统中，从而实现了更高程度的自动化。

20世纪70年代末期，计算机和控制技术的迅速发展，使自动驾驶仪的功能迅速扩展。

在现代化的大中型民航客机上，自动飞行控制系统通常包括自动驾驶仪、飞行指引系统、自动油门系统、偏航阻尼系统、安定面自动配平等。

2.自动飞行控制系统的基本概念

（1）飞行控制

通过某种手段，使用一定的设备，从而实现对飞行器的飞行运动和模态变化所进行的控制。

（2）飞行运动和模态变化

飞行器的飞行运动和模态变化，包括其重心的线运动、绕重心的角运动，以及飞行器的几何形状与结构模态的改变。

（2）飞行器

是对可以在大气层内或在外层空间中飞行的装置的统称。

➢无人驾驶飞行器

➢有人驾驶飞行器

（3）飞行控制系统

实现飞行器飞行控制所使用的设备（由装置、机构组成并建立的开环或闭环信息传递链），称之为飞行控制系统。

3.飞行控制系统的分类

（1）人工飞行控制系统

由驾驶员通过对驾驶杆和脚蹬的操纵实现控制任务的飞控系统，称为人工飞行控制系统。

（2）自动飞行控制系统

不依赖于驾驶员操纵驾驶杆和脚蹬指令而自动完成控制任务的飞控系统，称为自动飞行控制系统。

自动驾驶仪操纵飞机的方框图

按采用的飞行操纵系统分类

⏹机械式飞控系统

⏹液压式飞控系统

⏹电传飞控系统

➢模拟式电传飞控系统

➢数字式电传飞控系统

⏹光纤式飞控系统（光传飞控系统）

⏹电驱式飞控系统

⏹智能式飞控系统

4.飞行控制系统的基本组成

在现代化大中型民航客机上，自动飞行控制系统通常包括：（1）自动驾驶仪(A/P)；

（2）飞行指引仪(F/D)；

（3）安定面配平系统(STAB/T)；

（4）偏航阻尼器(Y/D)；

（5）自动油门系统(A/T)

民用飞机飞行控制系统的基本组成

按照ATA100对飞机系统内容的编排，自动飞行控制系统属于ATA100-22章节的内容。

人工飞行控制系统是由驾驶员手动操纵的主辅飞行操纵系统，属于ATA100-27章节的内容。

军用飞机自动飞行控制系统除了上述ATA100-22章节的内容，还有自动地形跟随和自动地形回避系统，与火控系统交联控制以及其它一些特殊控制要求的系统。

5.自动飞行控制系统的作用

增加飞行安全

改善飞行品质

减轻驾驶员负担

学习情景2 自动驾驶仪

学习单元1 自动驾驶仪基础

1. 基本原理

⏹驾驶员控制飞机飞行的过程，如图1-1；

⏹自动驾驶仪控制飞机飞行的过程，如图1-2；

⏹自动驾驶仪控制飞机飞行过程中，敏感比较元件、放大计算装

置和执行机构可以代替驾驶员的眼睛、大脑神经系统与肢体，自动控制飞机的飞行。

⏹敏感比较元件、放大计算装置和执行机构是自动飞行控制系统

的核心，即自动驾驶仪。

⏹自动驾驶仪是利用反馈控制原理（负反馈）来实现对飞机运动

参数的控制。