飞行操纵系统

飞行操纵系统

摘要：飞行操纵系统是保障民航飞机在天空安全可靠飞行的重要系统。它是飞机上所有用来传递操纵指令，驱动舵面运动的所有部件和装置的总和，用于控制飞机的飞行姿态、气动外形和乘坐品质。波音737NG作为典型的液压助力机械式主操作系统，对其研究具有重要意义。因此，本文将结合波音737NG对飞机的主操纵系统和辅助操纵系统做主要介绍。

正文：

飞行操纵系统分类很多，根据操纵信号的来源不同可分为人工飞行操纵系统和自动飞行操纵系统。自动飞行操纵系统操纵信号由系统本身产生，而人工飞行操纵系统操纵信号由驾驶员产生。在人工操纵系统中，通常又分为主操纵系统和辅助操纵系统。主操纵系统指驱动副翼、升降舵和方向舵，使飞机产生绕纵轴、横轴、立轴转动的系统。其他驱动扰流板、前缘装置、后缘襟翼和水平安定面配平等辅助操纵面的操纵系统均称为辅助操纵系统。

一、飞行主操作系统

1、副翼

飞机副翼通常铰接在机翼外侧后缘，在大型飞机的组合横向操纵系统中，通常有4块副翼----2块内副翼和2块外副翼。低速飞行时，内外副翼可以共同进行横向操作；高速飞行时，仅有内副翼进行横向

操作。

副翼系统操纵飞机绕纵轴进行滚转运动，运动期间，一侧机翼的副翼上偏，另一侧机翼的副翼下偏，两侧机翼产生升力差，飞机完成滚转。

图一典型副翼操纵系统原理

如图所示为737NG飞机的副翼操纵系统，采用并列驾驶盘式操纵机构，两驾驶盘通过互联鼓轮柔性相连。当转动任意驾驶盘产生操纵信号都可以按如下路径向后传递：驾驶盘、左侧副翼鼓轮、钢索、副翼输入扇形轮、副翼输入扭力管、输入摇臂和输入杆、液压助力器、输出摇臂和输出扭力管、输出鼓轮、钢索、扇形轮、传动杆、副翼。其中关键部件为驾驶盘柔性互联机构、液压助力器与副翼感觉定中机构。驾驶盘柔性互联机构用于防止驾驶盘卡阻。正常情况下，操纵一侧驾驶盘，另一侧随动。当右侧驾驶盘卡阻，左侧机长可以操纵左驾驶盘通过左钢索系统操纵副翼；当左驾驶盘卡阻时，副驾驶可以使用

右驾驶盘操纵扰流板进行应急横滚操作。现代民航客机舵面的气动载荷较大，故采用液压助力器进行助力操作。液压助力器输入是一个机械信号，此输入信号经比较机构与输出反馈信号比较，使偏差信号推动液压伺服活门，输出与偏差信号成正比的液压功率到作动筒，作动筒产生一个放大的机械输出信号，同时提供反馈信号到比较机构，使输入与输出一一对应。当驾驶员操纵副翼时，副翼感觉定中机构提供感觉力，防止操作不足或过量，使飞机保持安全平稳飞行。

2、升降舵

升降舵位于水平安定面的后缘，波音737NG飞机拥有2块升降舵。

升降舵系统操纵飞机绕横轴进行俯仰运动。当驾驶员前推驾驶杆时，升降舵下偏，飞机产生低头力矩；同理，后拉驾驶杆时，升降舵上偏，飞机产生抬头力矩。

如图二为波音737NG飞机的升降舵操纵系统，该系统中重要部件为升降舵扭力管（如图四）和升降舵感觉定中机构（如图三）。扭力管可以将升降舵助力器的动力输出到升降舵摇臂，一般采用双层套管结构，外套管为一根长管，内套管为两根短管，内外套管在外管中间部位用铆钉链接；输入摇臂连接在外套管上，摇臂分别接助力器，输出摇臂连接在内套管上。无论扭力管从哪个助力器获得操纵力矩，内管均从扭力管中央获得扭矩输出，使得左右内套管外端相对于内端扭曲角度相同，保证左右升降舵偏转角度一致。升降舵需要进行对飞

行姿态影响最为明显的俯仰操作，故其感觉定中机构更为复杂，它由感力计算机和感力定中单元组成。感力计算机是液压机械部件，并非传统意义上的计算机。它一方面可以感受飞机飞行时的总压、静压，从而换算出与飞机空速相关的动压。另一方面，它可以感受A、B两液压系统的压力。这两方面的因素决定了双重感觉作动筒的的移动方向，由此影响感力定中单元输出给驾驶员的驾驶感力，使其可以进行准确安全的操作。

图二典型升降舵操纵系统原理

图三升降舵感力定中装置

图四扭力管

3、方向舵

方向舵位于飞机垂直安定面的后缘，波音737NG采用单块的方向舵舵面。

方向舵系统操纵飞机绕立轴进行偏航运动，可通过方向舵配平手轮或脚蹬操作。在方向舵上装配有偏航阻尼器，用于消除由于飞机的横侧稳定性过强而偏航稳定性弱产生的荷兰滚，但此时方向舵脚蹬并不随动。

二、飞行辅助操纵系统

1、飞机增升装置

民航飞机的机翼外形适用于高速飞行。在低速飞行时，特别是在起飞着陆阶段，飞行速度较小，即使增大迎角，升力依然不足以维持

飞机的水平飞行，故民航飞机普遍配置有增升装置。通常增大机翼弯度、增大机翼面积和延缓机翼上气流分离可以达到增升的目的。

现代民航飞机采用的增升装置主要有后缘襟翼、前缘缝翼和前缘襟翼。后缘襟翼：简单襟翼、分裂襟翼、富勒后退襟翼和后退开缝式襟翼。前缘襟翼常用布鲁格襟翼。前缘缝翼安装在机翼前缘，分为固定式和可动式。固定式前缘襟翼与机翼本体间构成一条固定狭缝，不能随迎角改变而开闭；而可动式缝翼可根据空气动力的压力或吸力改变狭缝宽度。

2、扰流板

扰流板是安装在机翼上表面的可偏转小片，分为地面扰流板和飞行扰流板。地面扰流板仅有两个位置：放下位和立起位，故其传动装置为普通双向单杆液压作动筒。地面扰流板仅在地面使用，立起时可卸除升力，同时增大阻力，缩短滑跑距离。飞行扰流板既可以在空中使用也可以在地面使用，主要功用为：配合副翼操纵；飞机减速；应急横侧操纵；降低机翼突风载荷以及在地面减速卸升，缩短滑跑距离。

3、配平操纵

配平的意思是消除驾驶杆力，以减轻长途飞行时驾驶员的疲劳；对飞机产生某些不需要的飞行姿态趋势进行修正。现代民航客机广泛采用助力操纵系统，由于助力操纵系统的操纵感力由感力定中机构提供，所以他的配平操纵就是指消除感力定中机构的模拟感力。副翼和

方向舵没有专门的配平舵面而通过扳动相应的配平电门或旋钮，控制配平电机工作，使定中机构重新定于中立位。俯仰配平可以通过水平安定面实现，人工操纵、电动配平以及自动驾驶操纵都可以实现对水平安定面的操作。通常手动操纵优先级最高，其次是电动配平，自动驾驶仪优先权最小。

三、飞机操纵警告系统

1、起飞警告系统

飞机位于地面时，油门杆前推，已下任一情况都会触发起飞警告：1）减速板手柄未在“放下位”；

2）停留刹车未松开；

3）前缘襟翼未放出；

4）后缘襟翼不在起飞位；

5）水平安定面不在绿区范围；

2、失速警告系统

飞机临近或达到最大可用升力（即飞机接近失速状态）时触发失速警告。核心部件为失速管理计算机，其信号输入来源有：迎角、襟翼位置、缝翼位置和空/地信号。当它采集到失速信号后，会输出电信号，经放大器后驱动推杆器，自动推杆，减小飞机迎角，防止失速。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]陈再新.空气动力学.北京：航空工业出版社，1993