飞机操纵系统

第二节 简单机械操纵系统
➢ 简单机械操纵系统是一种人力操纵系 统，由于其构造简单，工作可靠，使 用了30余年，才出现助力操纵系统
➢ 简单机械操纵系统现在仍广泛应用于 低速飞机和一些运输机上
2-01
2.1 对飞行操纵系统的要求
➢ 一般要求
➢ 重量轻、制造简单、维护方便 ➢ 具有足够的强度和刚度
➢ 特殊要求
➢现代民航客机在操纵系统中设置了 专门的非线性传动机构，靠它来改 变整个操纵系统的传动系数，实现：
➢在舵面偏转角较小时，杆行程较 大，便于飞行员准确操纵飞机；
➢在舵面偏转角较大时，杆行程不 至于过大，即灵敏性增加。
第三节 舵面补偿装置
➢作用：减小铰链力矩和杆力 ➢形式：
➢轴式补偿 ➢角式补偿 ➢内封补偿 ➢调整片补偿
连杆及蜗轮螺杆机构
➢平衡调整片
第五节 主操纵系统
➢飞行操纵系统由三个部分组成：主操 纵系统、辅助操纵系统和警告系统。
➢主操纵系统包括 ➢副翼 ➢升降舵 ➢方向舵
5.1 副翼操纵系统
➢驾驶盘柔性互联机构
➢液压助力器
➢现代大中型飞机的重量较重，飞行速度较快， 舵面上的气动载荷较大，因此常采用液压助 力器进行助力操纵。
➢ 实现差动操纵最简单的机构是差动摇臂
2-17
➢弗利兹副翼--平衡两机翼诱导阻力差
3.导向滑轮
➢支持传动杆 ➢提高传动杆的受压时的杆轴临界应力 ➢增大传动杆的固有频率，防止传动杆发生
共振
三、主操纵系统的传动系数和传动比
➢传动系数
➢传动系数 驾驶杆（盘或脚蹬）移动一 个很小的行程ΔX时，舵面的偏转角相 应也会改变一定数值Δδ，操纵系统 的传动系数K就定义作Δδ与ΔX的比 值，即：
➢结构振动模态抑制系统。
1.3 飞行操纵系统组成
操纵系统
主操纵系统
辅助操纵系统 警告系统
副翼 升降舵 方向舵
前缘襟翼缝翼 后缘襟翼 扰流板
水平安定面 1-04
失速警告 起飞警告
1.4 操纵飞机绕三轴运动
➢手操纵机构用于操纵副翼和升降舵，转 动驾驶盘可操纵副翼，前推或后拉驾驶 盘可操纵升降舵的偏转。
➢ 保证驾驶员手、脚操纵动作与人类运动本能相一致 ➢ 纵向或横向操纵时彼此互不干扰 ➢ 脚操纵机构能够进行适当调节 ➢ 有合适的杆力和杆位移 ➢ 启动力应在合适的范围内 ➢ 系统操纵延迟应小于人的反应时间 ➢ 应有极限偏转角度止动器 ➢ 所有舵面应用“锁”来固定
2-02
2.2 主操纵系统工作原理
➢软式操纵系统 手操纵
铰接点用滚珠轴承减小摩 擦力，并消除间隙
机构 具有较佳的操纵灵敏度
缺点
刚度较小 弹性间隙 操纵灵敏度差 钢索在滑轮处容易磨损
构造复杂 重量加大 难于“绕”过机内设备 易与发动机发生共振
混合 兼有硬式和软式的优点和缺点
2-12
1. 钢索
➢只承受拉力，不能承受压力 ➢用两根钢索构成回路，以保证舵面能在两
K
X
传动系数过大过小都不好
➢过大：
➢杆力太大，操纵起来费力 ➢操纵太灵敏，不易准确
➢过小：
➢杆力太小，不便于根据力的感觉操纵 ➢需要杆的全行程很大，操纵迟钝
传动比
➢操纵系统的传动比n是杆力P与舵面操纵 摇臂上的传动力Q的比值，即：
n P Q
➢传动比是无量纲量，它和传动系数成正 比，因此传动比和传动系数在描述操纵 系统传动特性时，具有相同的意义。
➢ 变松将发生弹性间隙，过紧 将产生附加摩擦
➢ 钢索张力补偿器的功用是保 持钢索的正确张力
2-25
➢钢索预加张力不正常危害
➢预加张力不足
➢弹性间隙过大 ➢钢索与滑轮相对滑动，容易磨损
➢预加张力太大
➢钢索承受过大载荷，容易断丝 ➢钢索对滑轮的径向压力大，摩擦力大，飞行员操纵费力
➢预加张力变化原因
➢气温变化——钢索预加张力随气温变化的规律 ➢钢索永久变形
四、调整片
➢配平调整片
飞机在飞行中用配平调整片进行配平。 配平的意思是对飞机产生某些不需要的 飞行姿态趋势进行修正。
➢随动调整片
随动调整片（操纵片）是装在舵面后缘 的辅助舵面，它直接和操纵系统的操纵 摇臂连接，驾驶员通过操纵机构直接操 纵的不是舵面，而是随动调整片（操纵 片）。
配平调整片 随动调整片
n Kr
四、非线性传动机构
➢线性传动的操纵系统对低速飞机比较合适， 但往往不能满足高速飞机的操纵性要求。
➢因为高速飞机的飞行速度范围很大，传 动系数较大的操纵系统（如图中直线1） 只能满足小速度飞行时的操纵性要求， 而不能满足大速度飞行时的要求；
➢传动系数较小的操纵系统（如图中直线 2）只能满足大速度飞行时的操纵性要 求，而不能满足小速度飞行时的要求。
个相反的方向偏转。
➢飞机上的操纵钢索通常是用碳素钢或不锈 钢制成的。
➢钢索的单体结构是钢丝。把一束钢丝按螺 旋形形编织成股，然后以一股为中心，其 余数股绕其编织而成为钢索。最常用的钢 索是7×7和7×19两类。
2-19
➢钢索的直径由钢丝的直径和根数决 定，一般范围是 ( 1/16—3/8 ) 英寸。
三、液压助力器应急工作
三、液压助力器应急工作
三、液压助力器应急工作
三、液压助力器应急工作
三、液压助力器应急工作
三、液压助力器应急工作
副翼配平及感觉定中凸轮机构
➢助力操纵系统由于使用了液压助 力器，其舵面载荷不能反传回操 纵机构，因而要使用专门的感觉 机构产生感觉力。
飞行扰流板配合副翼进行横侧操纵
脚操纵
2-03
2.2 主操纵系统工作原理
➢硬式操纵系统 手操纵
脚操纵
2-04
一、主操纵系统组成
➢中央操纵机构—由驾驶员直接操纵的部分
➢手操纵机构
➢驾驶杆/驾驶盘：控制副翼和升降舵 ➢独立性
➢脚操纵机构
➢脚蹬：控制方向舵（转弯/刹车） ➢位置调整装置和限动装置
➢传动机构—将操纵信号传到舵面
➢软式传动机构—钢索、滑轮等 ➢硬式传动机构—传动杆、摇臂等 ➢混合式传动机构
➢定期检查和调整钢索预加张力
➢测量工具：张力计（结合校准图表使用） ➢修正工具：钢索张力图
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硬式传动系统 1.传动杆
➢硬式传动机构中的操纵力由传动杆传递，传动杆 可承受拉力和压力
➢传动杆的刚度较大 ➢可调接头
➢调整接头端部有检查小孔，把传动杆调长时，接头螺 杆的末端不应超过小孔的位置
➢失效形式——失稳
➢特点：操纵信号由驾驶员发出 ➢组成：
➢飞机的俯仰、滚转和偏航操纵系统 （主操纵系统） ➢增升、增阻操纵系统，人工配平系 统等（辅助操纵系统）
1-03
➢自动飞行控制系统
➢特点：
➢操纵信号由系统本身产生，对飞 机实施自动和半自动控制，协助 驾驶员工作或自动控制飞机对扰 动的响应
➢组成：
➢自动驾驶仪
➢发动机油门自动控制
➢常见故障—断丝（滑轮、导向器部位） ➢锈蚀 ➢处理办法
➢钢索终端用不同的 接头方式，主要包 括：钢索球头、环 眼接头、螺纹接头 等。 它们都是挤压 在钢索端头的。螺 纹接头、环眼接头、 叉形接头、单柄球 头、双柄球头主要 用于连接钢索到松 紧螺套、扇形轮等 机构。
2.滑轮
➢胶木/硬铝制成 ➢作用
2-13
2. 摇臂
➢材料：硬铝 ➢特点：在连接处装有轴承 ➢分类：单摇臂/双摇臂/复摇臂
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摇臂的作用
➢支持传动杆 ➢改变传动力的大小 ➢改变位移 ➢改变传动速度 ➢改变传动方向 ➢实现差动操纵
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传动方向的改变
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差动操纵
➢ 所谓差动，就是当驾驶杆前后（或左右）偏转的同一 角度时，升降舵（或副翼）上下（或左右）偏转的角 度不同
2-05
二、中央操纵机构 ➢驾驶杆式手操纵机构
➢推拉驾驶杆操纵升降舵 ➢左右压杆操纵副翼
➢横、纵向操纵的独立性
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独 立 性 分 析➢ 驾驶杆左右摆时，传动杆沿着以b-b线为中心轴，以c点
为顶点的锥面运动 ➢ 由于圆锥体的顶点c到底部周缘上任一点的距离相等，所
以当驾驶杆左右摆动时，摇臂1不会绕其支点前后转动， 因而升降舵不会偏转
➢机构液压伺服助力器，其输入是一个机械信 号（位移或力），此输入信号经比较机构与 输出反馈信号进行比较，将偏差信号推动液 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， 使输出与输入一一对应。
➢机械液压伺服助力器由双重输入摇臂，控制 活门，旁通活门，作动筒等组成。作动筒的 活塞杆与飞机结构固定，外筒可移动产生输 出位置信号。
辅助操纵机构用于操纵辅助操纵 系统舵面的偏转。
三、传动机构
➢硬式传动机构
➢传动杆 ➢摇臂 ➢导向滑轮
➢软式传动机构
➢钢索 ➢滑轮 ➢扇型轮/扇型摇臂 ➢松紧螺套 ➢钢索张力补偿器
2-11
传动机构特点比较
类型 优点
软式 构造简单
传动 尺寸较小
机构
重量较轻 比较容易绕过机内设备
硬式 刚度较大
传动
➢方向舵用于操纵飞机绕立轴的转动。
➢左右脚蹬平齐时，方向舵也处于中立位 置。当向前蹬左脚蹬，右脚蹬向后运动 时，方向舵向左偏转，作用于垂直尾翼 上的空气动力使飞机机头向左偏转。当 向前蹬右脚蹬时，方向舵向右偏转，从 而使机头向右偏转。
1.5 飞机操纵性
➢ 飞机的操纵性是飞机跟随驾驶员操纵驾驶杆、 脚蹬动作而改变其飞行状态的特征。飞机必须 具有可操纵性，能改变原来的平衡状态，实现 起飞、降落、转弯等飞行状态的变化。
➢平行四边形机构可 保证飞 行员在操纵脚蹬时，脚蹬 只作平移而不转动
2-10
中央操纵机构—脚操纵机构
➢立放式脚蹬
➢蹬脚蹬时，通过传动杆和摇臂等构件的传动使 方向舵偏转
➢由于传动杆和摇臂等的连接，左右脚蹬的动作 是协调的
4.2-10
电传操纵
➢在有些飞机上采用电传操纵（FLY BY WIRE），实际上它是将传动机构部分或全 部用电缆代替，驾驶员手、脚作动操纵机 构的信号也都转换成了电信号，通过电缆 将此电信号输送到液压助力器，由液压助 力器驱动舵面偏转。因此电传操纵并不是 电动操纵，它仍然要借助液压系统及液压 助力器实现助力操纵。有些电传飞机上仍 然采用部分机械传动机构传递信号。
➢当转动驾驶盘超过一定角度 时，副翼上偏一侧的飞行扰 流板打开，以帮助副翼进行 横侧操纵。
➢固有缺陷——弹性间隙
➢钢索承受拉力时，容易伸长；由于操纵 系统的弹性变形而产生的“间隙”称为弹 性间隙。
➢危害：弹性间隙太大，会降低操纵的灵 敏性。
➢解决措施：钢索预紧
➢安装之前，必须用相当于设计强度50-60 ％的作用力进行预拉伸处理；装到飞机上 的钢索也要预加载，把钢索拉紧，具有一 定的预加张力。
一、典型液压助力器构造
配油柱塞
壳体
传动活塞
二、典型液压助力器工作原理
二、典型液压助力器工作原理
二、典型液压助力器工作原理
二、典型液压助力器工作原理
二、典型液压助力器工作原理
二、典型液压助力器工作原理
二、典型液压助力器工作原理
二、典型液压助力器工作原理
二、典型液压助力器工作原理
1-01
1.1 飞行操纵系统定义
➢飞机飞行操纵系统是飞机上用来传 递操纵指令，驱动舵面运动的所有 部件和装置的总合。
➢驾驶员通过操纵飞机的各舵面和调 整片实现飞机绕纵轴、横轴和立轴 旋转，以完成对飞机的飞行状态、 气动外形的控制。
1-02
1.2 飞行操纵系统分类
➢人工飞行操纵系统
2-07
➢驾驶盘式手操纵机构
➢推拉驾驶盘操纵升降舵 ➢转动驾驶盘可操纵副翼
➢独立性分析
➢左右转动驾驶盘时，支 柱不动，升降舵不会偏 转
➢前推或后拉驾驶盘时， 由于和横管平行的一段 钢索与轴线a-a是重合 的，钢索不会绷紧或放 松，不会使副翼偏转
2-08
中央操纵机构—脚操纵机构
➢平放式脚蹬
➢由两根横杆和两根脚蹬杆 构成平行四边形机构
➢ 飞机重心位置的前后移动会影响飞机的纵向操 纵性能。
➢ 一架飞机在稳定飞行时，倘若驾驶员用不大的 力施加在驾驶盘或脚蹬上，改变一个操纵舵面 的偏转角度，飞机很快做出反应，改变了飞行 状态，那么这架飞机的操纵性能是好的；倘若 反应很慢，则就是操纵不灵敏。操纵性好的飞 机，稳定性必然下降，因此飞机的操纵性和稳 定性要达到合理的平衡。
➢支持钢索 ➢改变钢索的运 动方向
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3.扇形轮/扇形摇臂
➢支持钢索 ➢改变钢索的运动方向 ➢改变传动力的大小
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4. 扭力管
5. 钢索导向装置
6.松紧螺套
➢ 作用：调整钢索的预张力 ➢ 注意：调松钢索时，螺杆末端不应超过小孔的位置
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7.钢索张力补偿器
➢ 飞机机体外载荷及周围气温 变化会使机体结构和操纵系 统钢索产生相对变形，导致 钢索变松或过紧