先进飞行控制系统-第十二课
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飞机 0回到波束中心线上。
（3）下滑波束导引系统
▪ 下滑波束导引系统结构图建立：
1） 飞机航迹倾斜角偏差 与波束偏差角г之间的几何关系
下滑波束线
2.5
R 2.5
2.5 V0
d •飞机重心
▪ 设下滑波束线仰角为 2.5(与水平线夹角)飞机航迹在下滑
波束下方一个垂直距离d（飞机在波束线下方，d<0）且 波束偏差角г
▪ 拉平阶段： 大约在飞机离地15m左右，飞机的垂直下降速度下降，接
地时大约有 H 0 .5 ~ 0 .6 m /s ，且航迹倾斜角 减小，
使飞机沿曲线拉起，称为拉平阶段
（1）自动着陆的几个典型飞行阶段
▪
保持（漂落）阶段： 大约飞机离地0.5~1.0m时，进一步减小速度，且使
v方
向与地面平行（即 0）；此时逐渐加大 角，保持
信标台
1）下滑信标台：
在地面上，用以给飞机提供下滑基准。 ▪ 下滑信标台向飞机着陆方向连续发射两个频率的无线电调
幅波（90HZ和150HZ）,其载波频率范围一般为 329.3~335MHZ，由90HZ的大波瓣下沿与150HZ最下面 一个波瓣互相重叠，形成等信号线―即下滑波束中心线，
此线仰角一般为 2~4，在此下滑线下方150HZ调幅信
（1）自动着陆的几个典型飞行阶段
▪ 定高阶段： 飞机在着陆前，大约300~500m高度上做定高飞行
▪ 下滑阶段： 当截获到下滑波束线后，即按一定的下滑坡度下滑，此时 速度较高，是失速速度的1.3倍，民航机约v＝70~85m/s
而垂直下降度H 3 .5 ~ 4 .5 m /s, 航迹倾斜角2.5~3
G(S)
下滑耦合器结构图
K
er
g 0
K ir ey
S
G(S)
g
▪
其中： G(S) GS g1 S g2
▪ 零点 S g1 ，用来补偿俯仰角位移系统传函中最靠近原
点的极点。
3） 下滑波束导引系统结构图
姿态角位移控制系统 飞机方程―用短周期纵向方程
e((SS))S2 M 2e(d SdSZ )d2
耦合器
控制系统
( S)
环节
工作原理：
▪ 当飞机沿下滑波束中心线飞行时，机上的接收机接到两个 频率的信号强度相等，耦合器输出为零。当飞机偏离下滑 线一边时由于机上接收到的两个频率信号强度不等而出现 波束偏差角г（在波束上方，г为正值），当г＞0时，耦合
器输出g 0 经俯仰角位置控制系统工作，迫使
▪ 根据图中几何关系有：
tg d R
57.3 d R
d V 0si2 .n 5 () 5 V .0 3 7 (2 .5 0 )
(S)R V 0 2 S.50 (S)
结构图为：
0 2.5
(S )
v0 1 d( S) 57.3
( S)
57.3 S
R
下滑波束导引系统运动学环节方块图
波束导引的 运动学环节
下滑波束导引系统结构图
说明：
▪ 图中考虑基准下滑航迹倾斜角 0 2.5 ；姿态控制中
加 g 2.5 补偿信号进入姿态控制系统，对沿下滑线
下降的过渡过程有好处。
▪ 对常值力矩干扰 M g干 是折算成舵面偏角加到系统中，而 垂直风则折成迎角干扰考虑分析的。
▪ 进场时间短，对精度影响大的是飞机外形的变化，v变
2）拉平轨迹
化和r的变化。分析误差主要应分析 ， 引起的
变化。
▪ 测量距离由指点信标台完成，如不好准确测量，可用高 度来近似计算。
（4）自动拉平系统
1）自动着陆等级的划分 ▪ 自动着陆可分三级，即等级Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，而最高级Ⅲ又可
细分为Ⅲa，Ⅲb，Ⅲc。这个等级是按能见度条件分类的 （包括垂直方向上指允许的最小云雾底部的高度；称为决 断高度DH, 水平距离是飞机对跑道能见的距离RVR）。等 级规定了DH与RVR的组合区。
控制律：
eTS 11LqL(g)
(垂直风）
g 2.5
Mg干 1 I yM e
w
w2d
S 2 2d wdS wd2
g源自文库
Ker
g
1
Kir er
G(S)
L
T S 1
Me(S Z ) 1
S 2 2d wdS wd2 S
S
下滑耦合器
L
w (垂直风干扰） 0 2.5
Z
V0
S Z
RS
号强于90HZ的信号，而此线上方则是90HZ信号较强。
150HZ
90HZ
下滑信标台
下滑线
（中心线）
2 ~ 4
下滑信标台提供下滑基准
2）下滑波束导引系统（在机上）：
组成： ▪ 下滑耦合器（由信号接收，放大，限幅和信号变换等部分
组成）。 ▪ 俯仰角位置控制系统。
g 0
下滑波束导引系
统
下滑 g 俯仰角位置 (S) 运动学
DH(m)
Ⅰ级
60
Ⅱ级
30 Ⅲc Ⅲb Ⅲa 级
0 200 400 600 800 1000 1200
着陆等级的定义
RVR(m)
▪ 实现Ⅱ级自动着陆（含Ⅰ级）是指仅靠下滑导引系统（ 或下滑耦合器）引导飞机下滑，到达决断高度后，由飞行 员利用手操纵继续着陆―即意味着不用设计自动拉平系统
▪ 若实现Ⅲ级着陆，则必须有自动拉平系统。Ⅲa允许飞机 利用自动拉平系统完成自动着陆，此时飞行员在飞机接地 后才接管对飞机的控制。Ⅲb允许飞机利用自动拉平系统 及拉平后的继续控制，这样，驾驶员在飞机接地后，只需 在跑道的途中进行控制。Ⅲc允许飞机完成自动着陆的全 过程。Ⅲa，Ⅲb的决断高度DH及RVR随飞机的类型及各 国航空公司而定的。
▪ 由图可见：波束偏差角г与航迹倾斜角 (S)成积分关系，
随着飞机接近地面，R ，使积分速率U 0 ，导引系统将
R
发散 (t)
2） 下滑耦合器控制律的选择
▪ 由于航迹倾斜角 与波束偏差角г之间有一个积分环节，
为保证系统有良好的动态特性和稳态精度，取耦合具有比例 加积分的形式，同时为改变动态特性，又接入相位超前网络
V 方向与地平面平行；当速度达到降落速度时，将
由于G＞L（升力），飞机以指数曲线轨迹落地称为飘落
▪ 滑跑阶段：
当飞机与地面接触后，在跑道上滑跑，此时常采用轮子刹
车或发动机反推力措施，来减小滑跑距离。
（2）完成自动着陆飞行的必备设备
▪ 飞机上： 装有含无线电接收设备的下滑波束导引系统
▪ 地面上：（无线电信标台） 下滑信标台：给出下滑基准； 航向信标台：给出航向（侧向）着陆基准； 外、中、近三个指点信标台：指示飞机进入跑道入口精确 距离和时间。
（3）下滑波束导引系统
▪ 下滑波束导引系统结构图建立：
1） 飞机航迹倾斜角偏差 与波束偏差角г之间的几何关系
下滑波束线
2.5
R 2.5
2.5 V0
d •飞机重心
▪ 设下滑波束线仰角为 2.5(与水平线夹角)飞机航迹在下滑
波束下方一个垂直距离d（飞机在波束线下方，d<0）且 波束偏差角г
▪ 拉平阶段： 大约在飞机离地15m左右，飞机的垂直下降速度下降，接
地时大约有 H 0 .5 ~ 0 .6 m /s ，且航迹倾斜角 减小，
使飞机沿曲线拉起，称为拉平阶段
（1）自动着陆的几个典型飞行阶段
▪
保持（漂落）阶段： 大约飞机离地0.5~1.0m时，进一步减小速度，且使
v方
向与地面平行（即 0）；此时逐渐加大 角，保持
信标台
1）下滑信标台：
在地面上，用以给飞机提供下滑基准。 ▪ 下滑信标台向飞机着陆方向连续发射两个频率的无线电调
幅波（90HZ和150HZ）,其载波频率范围一般为 329.3~335MHZ，由90HZ的大波瓣下沿与150HZ最下面 一个波瓣互相重叠，形成等信号线―即下滑波束中心线，
此线仰角一般为 2~4，在此下滑线下方150HZ调幅信
（1）自动着陆的几个典型飞行阶段
▪ 定高阶段： 飞机在着陆前，大约300~500m高度上做定高飞行
▪ 下滑阶段： 当截获到下滑波束线后，即按一定的下滑坡度下滑，此时 速度较高，是失速速度的1.3倍，民航机约v＝70~85m/s
而垂直下降度H 3 .5 ~ 4 .5 m /s, 航迹倾斜角2.5~3
G(S)
下滑耦合器结构图
K
er
g 0
K ir ey
S
G(S)
g
▪
其中： G(S) GS g1 S g2
▪ 零点 S g1 ，用来补偿俯仰角位移系统传函中最靠近原
点的极点。
3） 下滑波束导引系统结构图
姿态角位移控制系统 飞机方程―用短周期纵向方程
e((SS))S2 M 2e(d SdSZ )d2
耦合器
控制系统
( S)
环节
工作原理：
▪ 当飞机沿下滑波束中心线飞行时，机上的接收机接到两个 频率的信号强度相等，耦合器输出为零。当飞机偏离下滑 线一边时由于机上接收到的两个频率信号强度不等而出现 波束偏差角г（在波束上方，г为正值），当г＞0时，耦合
器输出g 0 经俯仰角位置控制系统工作，迫使
▪ 根据图中几何关系有：
tg d R
57.3 d R
d V 0si2 .n 5 () 5 V .0 3 7 (2 .5 0 )
(S)R V 0 2 S.50 (S)
结构图为：
0 2.5
(S )
v0 1 d( S) 57.3
( S)
57.3 S
R
下滑波束导引系统运动学环节方块图
波束导引的 运动学环节
下滑波束导引系统结构图
说明：
▪ 图中考虑基准下滑航迹倾斜角 0 2.5 ；姿态控制中
加 g 2.5 补偿信号进入姿态控制系统，对沿下滑线
下降的过渡过程有好处。
▪ 对常值力矩干扰 M g干 是折算成舵面偏角加到系统中，而 垂直风则折成迎角干扰考虑分析的。
▪ 进场时间短，对精度影响大的是飞机外形的变化，v变
2）拉平轨迹
化和r的变化。分析误差主要应分析 ， 引起的
变化。
▪ 测量距离由指点信标台完成，如不好准确测量，可用高 度来近似计算。
（4）自动拉平系统
1）自动着陆等级的划分 ▪ 自动着陆可分三级，即等级Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，而最高级Ⅲ又可
细分为Ⅲa，Ⅲb，Ⅲc。这个等级是按能见度条件分类的 （包括垂直方向上指允许的最小云雾底部的高度；称为决 断高度DH, 水平距离是飞机对跑道能见的距离RVR）。等 级规定了DH与RVR的组合区。
控制律：
eTS 11LqL(g)
(垂直风）
g 2.5
Mg干 1 I yM e
w
w2d
S 2 2d wdS wd2
g源自文库
Ker
g
1
Kir er
G(S)
L
T S 1
Me(S Z ) 1
S 2 2d wdS wd2 S
S
下滑耦合器
L
w (垂直风干扰） 0 2.5
Z
V0
S Z
RS
号强于90HZ的信号，而此线上方则是90HZ信号较强。
150HZ
90HZ
下滑信标台
下滑线
（中心线）
2 ~ 4
下滑信标台提供下滑基准
2）下滑波束导引系统（在机上）：
组成： ▪ 下滑耦合器（由信号接收，放大，限幅和信号变换等部分
组成）。 ▪ 俯仰角位置控制系统。
g 0
下滑波束导引系
统
下滑 g 俯仰角位置 (S) 运动学
DH(m)
Ⅰ级
60
Ⅱ级
30 Ⅲc Ⅲb Ⅲa 级
0 200 400 600 800 1000 1200
着陆等级的定义
RVR(m)
▪ 实现Ⅱ级自动着陆（含Ⅰ级）是指仅靠下滑导引系统（ 或下滑耦合器）引导飞机下滑，到达决断高度后，由飞行 员利用手操纵继续着陆―即意味着不用设计自动拉平系统
▪ 若实现Ⅲ级着陆，则必须有自动拉平系统。Ⅲa允许飞机 利用自动拉平系统完成自动着陆，此时飞行员在飞机接地 后才接管对飞机的控制。Ⅲb允许飞机利用自动拉平系统 及拉平后的继续控制，这样，驾驶员在飞机接地后，只需 在跑道的途中进行控制。Ⅲc允许飞机完成自动着陆的全 过程。Ⅲa，Ⅲb的决断高度DH及RVR随飞机的类型及各 国航空公司而定的。
▪ 由图可见：波束偏差角г与航迹倾斜角 (S)成积分关系，
随着飞机接近地面，R ，使积分速率U 0 ，导引系统将
R
发散 (t)
2） 下滑耦合器控制律的选择
▪ 由于航迹倾斜角 与波束偏差角г之间有一个积分环节，
为保证系统有良好的动态特性和稳态精度，取耦合具有比例 加积分的形式，同时为改变动态特性，又接入相位超前网络
V 方向与地平面平行；当速度达到降落速度时，将
由于G＞L（升力），飞机以指数曲线轨迹落地称为飘落
▪ 滑跑阶段：
当飞机与地面接触后，在跑道上滑跑，此时常采用轮子刹
车或发动机反推力措施，来减小滑跑距离。
（2）完成自动着陆飞行的必备设备
▪ 飞机上： 装有含无线电接收设备的下滑波束导引系统
▪ 地面上：（无线电信标台） 下滑信标台：给出下滑基准； 航向信标台：给出航向（侧向）着陆基准； 外、中、近三个指点信标台：指示飞机进入跑道入口精确 距离和时间。