飞行控制系统及其使用

飞行控制系统及其使用

摘要基于电传控制自动飞行控制系统和数字化的电子飞行仪表系统，将飞行方式和飞行导引显示在主飞行显示器上，实时提供给飞行员；并引入飞行管理系统（fms）作为导航源。使用自动驾驶仪可以减小飞行员工作量，特别是在仪器飞行规则（instrument flight rules）的时候。你可以让自动驾驶仪帮助你完成一些辅助工作（比如象保持航向和高度），可以让你集中精力去完成其他一些与飞行安全相关的工作（比如空管信息，通话等等）。

关键词自动飞行；控制系统；民用飞机

中图分类号v249 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2013）

93-0113-02

0前言

民用客机自动飞行控制系统的发展可以分为三个阶段，1914年首次出现基于反馈原理与飞机空气动力响应行程的闭合回路的自动

驾驶仪，它是以舵机回路的稳定控制为主。然后从自动驾驶仪到自动飞行控制系统，配合无线电导航，惯性导航等侧向指令的输入，增加了外汇路控制部分，并与自动油门相结合控制飞机的速度。基于电传控制自动飞行控制系统和数字化的电子飞行仪表系统，将飞行方式和飞行导引显示在主飞行显示器上，实时提供给飞行员；并引入飞行管理系统（fms）作为导航源。使用自动驾驶仪可以减小飞行员工作量，特别是在仪器飞行规则（instrument flight rules）的时候。你可以让自动驾驶仪帮助你完成一些辅助工作（比如象保

持航向和高度），可以让你集中精力去完成其他一些与飞行安全相关的工作（比如空管信息，通话等等）。

1飞行控制原理

飞机的控制系统是个闭环系统，如图1所示飞机控制原理如下：当飞机偏离原状态或者目标状态（比如空速，高度，航姿等），飞行员通过观察飞机上安装的仪表了解飞机当前的状态，操纵飞机的操纵机构和油门杆，使飞机舵面偏转和油门增减，使飞机达到原状态或目标状态。

自动飞行控制系统替代了飞行员的工作，由敏感元件感受偏离输出信号给自动飞行计算机，计算机计算后发出指令给飞机的执行机构。

图1 飞机控制原理框图

2自动飞行控制系统的系统构成

自动飞行控制系统的系统的控制回路包括以下5部分：

传感器和测量装置：如无线电高度表，航姿计算机，惯性导航计算机，大气数据计算机，无线电导航设备等，测量飞机的运动参数作为信号输入给自动飞行控制系统。

信号处理装置：自动飞行控制计算机，处理传感器和测量装置的输入信号，并与输入基准指令进行比较，发出控制指令。

执行机构：根据信号处理装置数据的信号，控制舵面偏转和发动机功率。

反馈回路：反馈飞机舵面运动和发动机数据给信号处理装置，与

基准信号比较，不断修正误差信号，以保证飞机运动的准确性和飞行品质。

显示系统：提供飞行导引指令，系统接通断开和系统模式通告等显示给飞行员。

3自动飞行控制系统的系统功能

自动飞行控制系统已经能够协助飞行员完成大多数的飞行任务，从起飞，爬升，巡航，下降，再到着陆，自动飞行控制系统在整个飞行过程中扮演的角色越来越重要，先阶段典型的民航飞机自动飞行控制系统的功能有：

自动驾驶仪（ap）：依据飞行导引指令，控制飞行姿态。

飞行指引仪（fd）：在自动驾驶仪工作时指示驾驶仪的工作状态，在人工飞行时提供飞行导引给驾驶员的飞行动作。

偏航阻尼器（yd）：提供抑制荷兰滚和协调转弯的功能

自动油门（at）：结合自动驾驶仪，自动地控制发动机的油门而控制飞机速度。

马赫数配平：飞机在达到一定马赫数后，会产生气动焦点后移，导致飞机低头，通过马赫数配平功能调整水平安定面位置产生抬头力矩抑制飞机低头。

自动着陆：自动飞行控制系统基于仪表着陆系统对飞机的下滑道进行捕获，完成进近和着陆。

4自动飞行控制系统控制界面

飞行模式控制板是飞行员和自动飞行控制系统的主要人机界面，

大部分的自动飞行控制系统的控制指令是通过对飞行模式控制板的操作发出去的。给自动飞行控制系统发指令对飞机进行操作依据干线和支线飞机有不同，自动飞行控制系统的控制界面也不同，但是大体的功能一致。以波音747为例，飞行模式控制板提供ap和at接通断开，高度预选，速度预选，航向预选，飞行模式选择和切换等功能。

图2 b747飞行模式控制板

5自动飞行控制系统模式

自动飞行控制系统提供不同的飞行模式来执行不同的控制任务，涵盖了从起飞到着陆不同的任务需求。飞行模式分为纵向模式和横向模式。纵向模式提供飞行指引仪和自动驾驶仪飞机纵轴控制的导引指令，横向模式提供飞行指引仪和自动驾驶仪飞机横轴控制的导引指令。

自动油门提供推力管理模式和速度管理模式，有的还提供了速度保护模式，限制在自动飞行中飞机进入低速和过速。自动油门的工作模式依照飞行导引的模式自动地选择来控制发动机的工作。表1中列举了典型的自动飞行控制系统模式及其功能。

自动飞行控制系统提供fma（flight mode anounceation），在主飞行显示器上显示自动驾驶仪，自动油门，偏航阻尼器的接通状态和飞行模式显示。

自动飞行控制系统的飞行模式的执行需要横向和纵向的配合来进行，操作时需要选择一个横向模式和一个纵向模式来执行飞行；

当选定一个横向模式或者纵向模式时，之前的横向模式或者纵向模式将被取代。

6自动飞行控制系统的操作

飞行员是如何操作自动飞行控制系统进行飞行的呢？下面将举

三个例子来说明。

例1 高度选择和航向选择

控制目标：飞机从巡航状态下降到1000ft高度并以135°航向飞行：

系统当前状态：高度30000ft；航向180°：ap、at、yd接通；横向模式是航向保持；纵向模式是俯仰保持。

机上操作：纵向模式选择高度选择模式；横向模式选择航向选择模式；预选高度29000ft，航向135°。

飞机响应：飞机自动下降到29000ft并保持（捕获后会自动转换为高度保持模式）；飞机调整航向至145°。

例2 使用fms作为导航源飞行

飞行之前和飞行中飞行员可以给飞管计算机输入航路点指令，做好一个飞行计划，再经过飞行管理系统处理的导航信息和航迹参数优化信息在飞行计划的各个航段上解算出飞行导引指令给自动驾

驶仪、飞行指引仪和自动油门。

例3 使用仪表着陆系统（ils简称instrument landing system）进近

仪表着陆系统可以给出飞机进近着陆的准确路线航作为导引输