CN106828884A - 水陆两栖飞机飞控系统加装控制增稳系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水陆两栖飞机带自动驾驶仪的机械液压助力操纵系统加装控制增稳系统的基本原理及实施方法，即在原机械助力+自动驾驶仪的基础上加装控制增稳系统组成机械控制增稳+自动驾驶仪的飞控系统，加装控制增稳系统除了系统本身所必须的设备如显控面板、控制增稳计算机、传感器以及控制增稳舵机之外，另外只需把自动驾驶仪舵机之后液压助力器之前的某个普通摇臂改装为复合摇臂，并与控制增稳舵机输出并联即可，此种方式改动最小，且重量亦不会增加太多，并可与现有的自动驾驶仪相互兼容，即无论自动驾驶仪是否接通，控制增稳系统均可接通工作，实现了全时控制增稳功能。采用本发明实施例，能够有效解决水陆两栖飞机的操纵性和稳定性改善问题，提高了其飞行品质，且能确保与原系统的兼容性。

Description

水陆两栖飞机飞控系统加装控制增稳系统的 方法

技术领域

本发明型涉及飞机飞行控制系统设计领域，尤其涉及一种水陆两栖飞机带自动驾驶仪的机械液压助力操纵系统加装控制增稳系统的基本原理及实施方法。

背景技术

水陆两栖飞机现有的飞行控制系统为带自动驾驶仪的机械液压助力操纵系统，其在执行一般飞行任务时，操纵和乘坐品质尚可，然而当其在恶劣水况下起降或执行特种飞行任务如灭火投水、海上搜救以及低空低速盘旋等时，其操纵性和稳定性往往不足，而机械操纵系统单纯靠驾驶员的驾驶技术和经验控制飞行，其对驾驶员的操纵要求较高，飞行品质不能得到保证，另外，水陆两栖飞机的自动驾驶仪系统使用包线范围较窄，且控制权限较低，因此其在特种飞行环境下，无法执行自动飞行任务。此外，为进一步改善水陆两栖飞机的水上起降性能，降低水上起降速度，提高抗浪高度，后续其还将采用襟翼吹气附面层控制增升技术，飞机在起降时启用附面层吹气增升技术，气动焦点可能前移，其亦会导致飞机纵向静稳定性不足，且由于起降时飞机处于低速大迎角飞行状态，飞机纵向动稳定性和阻尼特性都将下降，最终使得现有的飞行控制系统操纵品质变差。鉴于以上，水陆两栖飞机飞行控制系统需要进一步改进和完善，以提高其在恶劣水况下起降和执行特种飞行任务时的飞行品质。

发明内容

本发明实施例提出一种带自动驾驶仪的机械液压助力操纵系统加装控制增稳系统的方法。控制增稳系统通过反馈特定的飞机运动参数(如过载、角速率、迎角等)并与操纵杆前馈指令综合，建立起驾驶员操纵输入和飞机特定运动参数之间的直接对应关系，从而配合驾驶员操纵飞机高品质地完成飞行任务。控制增稳系统除了具有增稳系统的反馈通道外，还融入了驾驶员的操纵指令信号，因而使得飞控系统既有增稳又有改善操纵特性的功能。本发明能够有效解决水陆两栖飞机的操纵性和稳定性改善问题，提高水上飞机在恶劣水况起降以及执行特种飞行任务的飞行品质，该加装控制增稳系统的方法改动较小，实施方便，且能确保与原系统的兼容性，实现全时控制增稳功能。

本发明实施例提供一种水陆两栖飞机飞控系统加装控制增稳系统的方法，包括传感器分系统、控制-显示分系统、计算机分系统和伺服作动分系统；

传感器分系统主要利用各种姿态、速率传感器以及过载传感器测量飞机的运动参数，以提供给控制增稳计算机使用，主要包括驾驶指令传感器、三轴角速度传感器、法向侧向过载传感器等；

控制-显示装置为空地勤人员提供对控制增稳飞行控制系统的启动、工作模式设置与转换，并且可将系统的实时工作状态、故障情况进行申报，以及响应需要咨询的信息，主要指控制增稳显控面板；

控制增稳计算机是整个控制增稳系统的核心，其用以实现整个飞控系统控制律的计算功能，并向伺服作动系统输出控制指令，同是它又是整个系统的管理部件，负责整个系统余度管理计算与逻辑判断、工作模式转换，并实现系统状态申报、故障告警以及全飞控系统的BIT功能等；

伺服作动分系统的主要功能是根据控制增稳计算机的指令，输出位移与主操纵机构进行复合，复合方式采用把自动驾驶仪舵机之后液压助力器前的某一普通摇臂改装为复合摇臂，然后与控制增稳舵机输出并联，进而通过液压助力器实现对飞机各操纵面的控制。对于这种改装方式，无论自动驾驶仪是否接通，控制增稳系统均可接通工作，因此实现全时控制增稳功能。控制增稳伺服作动分系统包括升降舵舵机、方向舵舵机和副翼舵机系统。

为了满足系统可靠性和安全性要求，控制增稳系统故障危及飞机安全的概率应小于10^-7/飞行小时。考虑到当前数字式控制增稳计算机、传感装置以及伺服作动设备的基本可靠性水平，水陆两栖飞机控制增稳系统主要设备如传感装置、控制增稳计算机以及伺服舵机等均采用三余度基本配置，以实现“一次故障-工作，二次故障-安全”工作方式。

本发明为一种机械液压助力操纵系统加装控制增稳系统的改装方法，在对现有水陆两栖飞机飞控系统的分析基础上，提出了一种优化改进方案，即在原机械助力+自动飞行控制的飞控系统基础上加装控制增稳系统，组成机械控制增稳+自动飞行控制的飞控系统，加装控制增稳系统除了系统本身所必须的设备如控制增稳计算机、传感器以及控制增稳舵机之外，另外只需把现有机械操纵系统助力器之前自动驾驶仪舵机之后的某个普通摇臂改成复合摇臂，并与控制增稳舵机输出并联即可，此种方式改动最小，且重量亦不会增加太多，并可与现有的自动驾驶仪系统相互兼容，无论自动驾驶仪是否接通，控制增稳系统均可接通工作，实现全时控制增稳工作。采用本发明实施例，能够有效解决机械操纵系统加装控制增稳系统的改装问题，且能确保与原系统的兼容性。

要解决的技术问题

为改善水陆两栖飞机的操纵性和稳定性，降低水上起降速度，提高飞行品质，需要在现有的机械液压助力操纵系统的基础上加装控制增稳系统，而加装控制增稳系统首先需要解决的是控制增稳系统的总体原理方案设计问题，包括系统工作原理、系统设备组成、系统设备余度等，其次是需要解决控制增稳系统与原系统的交联及兼容性问题，尤其是控制增稳伺服系统与主操纵系统的机械交联问题，如何以最小的改动、最小的重量增加来实现控制增稳系统的加装目的，以达到改装成本最小且拆装方便，并能确保与原有飞行控制系统的兼容性。

技术方案

控制增稳系统主要实现三轴控制增稳功能，以改善驾驶员的操纵灵敏性和飞机纵横航向动静稳定性。本发明实施例解决水陆两栖飞机加装控制增稳系统的技术问题所采用的技术方案是：水陆两栖飞机在现有的带自动驾驶仪的机械液压助力系统的基础上，加装控制增稳系统所专用的传感器系统、控制-显示装置、控制增稳计算机以及控制增稳舵机等，并在自动驾驶仪舵机后液压助力器前把某一普通摇臂改装成复合摇臂并与控制增稳三轴舵机并联，以实现全时控制增稳功能。

控制增稳系统是由机械通道、电气通道组成，电气与机械两通道并联，飞行控制系统操纵输出为两种控制方式的叠加。控制增稳计算机根据显控面板的操纵指令，通过接受航姿系统、惯导系统、大气数据系统信息以及驾驶员指令传感器、角速度传感器、法向侧向过载传感器等飞机状态信号，然后进行控制律计算，并输出控制指令给控制增稳舵机，通过复合摇臂与主操纵机构进行机械综合，从而实现控制增稳功能。

考虑到安全性和可靠性要求，控制增稳系统控制权限应不大于30％，并参考当前数字式控制增稳计算机、传感装置以及伺服作动设备的基本可靠性水平，控制增稳系统主要设备如传感器系统、控制增稳计算机以及伺服舵机等均采用三余度基本配置，以实现“一次故障-工作，二次故障-安全”工作方式。

有益效果

本发明实施例的有益效果是，针对改善水陆两栖飞机的操纵性和稳定性，提高其飞行品质的要求，在其原机械液压助力+自动驾驶仪的飞控系统基础上，提出了一种优化改进方案，即加装控制增稳系统组成机械控制增稳+自动驾驶仪的飞控系统，加装控制增稳系统除了系统本身所必须的设备如控制增稳计算机、传感器系统以及三轴控制增稳舵机等之外，另外只需把现有机械操纵系统液压助力器之前自动驾驶仪舵机之后的某个普通摇臂改装成复合摇臂，并与控制增稳舵机并联输出即可，此种方式改动最小，且重量亦不会增加太多，并可与现有的自动驾驶仪系统相互兼容，无论自动驾驶仪是否接通，控制增稳系统均可接通工作，实现全时控制增稳功能。

附图说明

图1为本发明实施例中的水陆两栖飞机现有的飞行控制系统示意图，其中包含人工机械液压助力操纵系统和自动飞行控制系统；

图2为水陆两栖飞机改装后的飞行控制系统示意图，在基本不改变原系统的基础上增加了控制增稳系统所必须的设备。

图中，11为驾驶盘/杆/脚蹬；12为操纵杆系；13为载荷机构；14为液压助力器；15为舵面；21为自动驾驶仪舵机；22为扇形轮；31为显控面板；32为驾驶员指令传感器；33为飞行状态信息；34为控制增稳计算机；35为控制增稳舵机；36为复合摇臂。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

对于图1，即改装前的飞行控制系统方案，当自动驾驶系统断开时，自动驾驶仪舵机21处于悬空状态，驾驶员通过驾驶杆/盘以及脚蹬11操纵飞机飞行，其通过拉杆、摇臂等操纵杆系12连接到液压助力器14，并由其提供动力控制舵面15偏转，进而控制飞机运动，液压助力器14无力反馈，驾驶员的操纵力感觉主要靠载荷机构13提供；当自动驾驶系统接通时，自动驾驶仪舵机21通过扇形轮22与主操纵杆系交联，并驱动操纵杆系运动，进而由液压助力器14控制舵面15偏转，达到自动驾驶的目的。

图2为水陆两栖飞机加装控制增稳系统的原理图，控制增稳飞行控制系统由机械通道、电气通道组成，电气与机械两通道并联，飞行控制系统操纵输出为两种控制方式的叠加。控制增稳计算机34根据显控面板31的工作指令，通过接受传感器系统包括驾驶员指令传感器32以及角速率传感器、过载传感器和大气数据等飞行状态信息33，然后进行控制律计算，并输出控制指令给控制增稳舵机35，其输出位移通过复合摇臂36与主操纵机构进行机械复合，复合输出至液压助力器14进而控制舵面15偏转，实现控制增稳功能；

所述显控面板31主要为空地勤人员提供对控制增稳飞行控制系统的启动、工作模式设置与转换，并且可将系统的实时工作状态、故障情况进行申报，以及响应需要咨询的信息等；

所述传感器系统主要指驾驶员指令传感器32以及角速率传感器、过载传感器和大气数据等飞行状态信息33提供的驾驶员操纵指令和飞机运动参数信息，其用以提供给控制增稳计算机34进行控制律计算使用；

所述控制增稳计算机34是整个控制增稳系统的核心部件，其主要承担控制增稳控制律的计算功能并输出控制指令给控制增稳舵机35，同时负责整个系统的余度管理、逻辑判断和工作模式转换以及机内自检测(BIT)功能，并向飞机航电系统提供系统状态申报、故障告警等；所述控制增稳舵机35的主要功能是接受控制增稳计算机34的控制指令，按规定的静动态特性要求输出位移，并通过复合摇臂36与主操纵传动机构进行机械复合，进而由液压助力器14实现对飞机各舵面15的控制，达到控制增稳的目的。控制增稳舵机35包含升降舵舵机、方向舵舵机以及副翼舵机，分别用以控制飞机三轴舵面。

为了满足系统可靠性和安全性要求，控制增稳系统故障危及飞机安全的概率应小于10^-7/飞行小时，且控制权限应不大于30％，并考虑到当前数字式控制增稳计算机、传感装置以及伺服作动设备的基本可靠性水平，水陆两栖飞机控制增稳系统主要设备如传感装置、控制增稳计算机以及伺服舵机等均采用三余度基本配置，以实现“一次故障-工作，二次故障-安全”工作方式。

本发明实施例所提供的加装控制增稳系统的方法，其加装设备除了系统本身所必须的设备外，另外只需把自动驾驶仪舵机之后液压助力器之前的某个普通摇臂改装为复合摇臂，并与控制增稳舵机输出并联即可，此种方式改动最小，重量增加不多，并可与现有的自动驾驶仪系统相互兼容，无论自动驾驶仪是否接通，控制增稳系统均可接通工作，实现全时控制增稳工作。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种水陆两栖飞机飞行控制系统加装控制增稳系统的方法，其特征在于，包括显控面板、传感器系统、控制增稳计算机和伺服作动系统，所述显控面板主要为空地勤人员提供对控制增稳飞行控制系统的启动、工作模式设置与转换，并且可将系统的实时工作状态、故障情况进行申报，以及响应需要咨询的信息，所述传感器系统主要利用各种姿态、速率传感器以及过载传感器测量飞机的运动参数，以提供给控制增稳计算机使用，主要包括驾驶指令传感器、三轴角速度传感器、法向侧向过载传感器等，所述控制增稳计算机是整个控制增稳系统的核心，其用以实现整个飞控系统控制律的计算功能，并向伺服作动系统输出控制指令，同是它又是整个系统的管理部件，负责整个系统余度管理计算与逻辑判断、工作模式转换，并实现系统状态申报、故障告警以及全飞控系统的BIT功能等，所述伺服作动系统主要是根据控制增稳计算机的指令，按规定的静态和动态特性要求，输出位移与主操作机构进行复合，进而通过液压助力器实现对飞机各操纵面的控制，以实现控制增稳功能，伺服作动系统包括升降舵舵机、方向舵舵机以及副翼舵机系统，三轴舵机输出通过复合摇臂与主操纵系统进行综合。

2.如权利要求1所述的控制增稳系统，其特征在于，显控面板既能用于飞行中控制增稳系统的接通和断开以及系统工作状态和故障信息的显示，亦能用于地面空勤人员对控制增稳系统的检测和维护等。

3.如权利要求1所述的控制增稳系统，其特征在于，传感器系统既测量飞机的基本运动参数，亦测量驾驶员的操纵指令，控制增稳系统根据两者进行综合控制，以实现控制增稳功能。

4.如权利要求1所述的三轴控制增稳舵机，其通过复合摇臂与主操纵机构并联于自动驾驶仪舵机之后液压助力器之前，因此无论自动驾驶仪是否接通，控制增稳系统均可工作，实现了全时控制增稳功能。

5.如权利要求1所述的控制增稳系统，其特征在于，所述主要系统设备如传感器装置、控制增稳计算机、伺服舵机等均采用三余度基本配置方式，其可实现“一次故障-工作，二次故障-安全”工作模式。

6.如权利要求1所述的控制增稳系统，其特征在于，所述系统设备互不干扰，拆装维护方便，且能与原系统保持良好的兼容性。