CN112731970A - 一种考虑重心突变的俯仰配平方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于飞机飞行控制系统设计技术领域。针对电传飞控系统俯仰配平功能，提出一种考虑重心突变的俯仰配平方法，包括：步骤1、当飞机重心出现突变，安定面达到极限位置时，断开升降舵卸载控制回路；步骤2、进一步的，当飞机离地面高度降低到警戒值时，自动配平断开，人工配平控制升降舵偏转。本发明保证重心突变时飞机的俯仰配平操纵性，提高飞机的安全性。
Description
技术领域
本发明属于飞机飞行控制系统设计技术领域。
背景技术
运输机执行空投任务时，货物的舱内移动及出舱瞬间，会使飞机重心在短时间内发生大幅突变。当空投任务正常执行时，空投后飞机重心会恢复至正常区域。但是，若货物移动至舱门处出现卡滞故障，则飞机重心会出现短时间后移突变，且后续无法恢复。
先进运输机均采用电传飞控系统，俯仰配平功能是电传飞控的一项重要功能，控制安定面和升降舵偏转，平衡飞机重心变化产生的不平衡力矩。需要设计一种考虑重心突变的俯仰配平控制律，保证空投卡滞导致的飞机重心突变情况下的俯仰配平功能。
当前国内现役运输机为机械操纵系统或电控系统，无自动配平功能，当出现空投卡滞故障导致飞机重心突变时，仅能依靠人工配平进行克服，飞行员操纵负担非常重，并且重心后移突变易造成飞机静不稳定，若人工配平不及时，则飞机俯仰姿态可能发散。我国运输机电传飞控系统研制起步较晚，需要针对电传飞控系统俯仰配平器考虑空投卡滞导致的飞机重心突变情况，以提高飞机安全性。
发明内容
发明目的
针对电传飞控系统俯仰配平功能，提出一种考虑重心突变的俯仰配平方法，保证重心突变时飞机的俯仰配平操纵性，提高飞机的安全性。
技术方案
一种考虑重心突变的俯仰配平方法，包括：
步骤1、当飞机重心出现突变，安定面达到极限位置时，断开升降舵卸载控制回路；
步骤2、进一步的，当飞机离地面高度降低到警戒值时，自动配平断开，人工配平控制升降舵偏转。
步骤1包括：
步骤11、当飞机重心突变时，自动配平持续进行飞机配平，水平安定面运动到极限位置，升降舵有配平舵偏；
步骤12、当水平安定面运动到极限位置时，升降舵的卸载控制回路断开，进而保证升降舵配平指令ELVT_TRIM_CMD为稳定的配平舵偏。
飞机离地面高度的警戒值为无线电高度小于15m。
步骤12具体为：
THS_LIMIT_SW为安定面极限位置判断逻辑，当安定面达到极限位置时，THS_LIMIT_SW＝1，实现切断安定面卸载升降舵回路功能；当安定面未达到极限位置且自动配平接通情况下，THS_LIMIT_SW＝0，安定面卸载升降舵回路功能正常工作。
步骤12还包括：
当安定面未达到极限位置且自动配平断开情况下，THS_LIMIT_SW保持上一拍状态。
步骤2具体为：
ELVT_MANTRIM_SW为人工配平升降舵逻辑开关，当自动配平断开且安定面达到极限位置时，ELVT_MANTRIM_SW＝1，将人工配平安定面指令THS_MANTRIM_CMD与效率比K2相乘后形成人工配平产生的升降舵偏转速率指令，经积分器后生成人工配平升降舵角度指令。
K2取值为1.5～3。
本方法在控制律中的俯仰配平控制律中实现。
有益效果
本发明可保留传统电传飞控系统，设计一种考虑重心突变的自动配平控制律，并合理设置人工配平和自动配平的逻辑关系，从而保证重心突变时飞机的俯仰配平操纵性。该方法解决了运输机空投卡滞故障导致重心突变情况下飞控系统俯仰配平控制问题。该方法不需要对飞行控制系统任何硬件部分进行改造，可按照该方法设计俯仰配平控制律，更改飞控系统控制律软件，节约改造成本，实现飞机重心突变情况下的俯仰配平功能，提高飞机安全性。
附图说明
图1为本发明俯仰配平控制架构示意图。
图2为本发明考虑重心突变的俯仰配平控制架构示意图。
图3为本发明THS_LIMIT_SW逻辑示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对一种考虑重心突变的俯仰配平器做具体说明。
本发明的技术方案是：
(1)运输机的俯仰操纵面一般为水平安定面和升降舵，运输机电传飞控系统具有自动配平和人工配平功能。
(2)自动配平功能由水平安定面和升降舵共同完成，先由升降舵完成配平，之后安定面进行偏转，同时升降舵回中，实现安定面代替升降舵执行配平功能，最终实现由安定面进行配平。当飞机偏离配平状态时，控制律实时对比飞机当前俯仰角速率、法向过载及配平状态下俯仰角速率、法向过载指令，根据偏差计算出升降舵偏转指令进行配平，随后依据控制逻辑实现安定面代替升降舵偏转。
(3)人工配平由水平安定面完成，通过电气链路实现对安定面作动器的控制，从而实现人工配平。
(4)为了保证着陆接地拉飘过程中的操纵特性，需要断开自动配平功能。因此，当飞机离地面高度较小时，为人工配平，自动配平不工作；当飞机离地面高度较高时，为自动配平，人工配平不工作。
(5)当飞机重心出现突变时(如空投卡滞)，飞机的俯仰角速率、法向过载会偏离配平状态，自动配平会控制升降舵和安定面运动，若重心突变量很多，则会出现安定面达到极限位置的情况。
(6)当安定面达到极限位置时，说明此时安定面舵面效能已无法完全配平飞机，还需要升降舵进行配平，因此需要断开安定面代替升降舵执行配平功能的控制逻辑，即断开升降舵卸载控制回路，避免安定面达到极限位置后升降舵出现回中的情况。
(7)飞机离地面高度较小时，自动配平断开，安定面和升降舵的自动配平指令保持在自动配平断开时刻。然而，正常情况下人工配平仅能控制安定面运动。因此，当安定面达到极限位置且自动配平断开时，为了保证人工配平权限，应该实现人工配平能够控制升降舵偏转。
根据上述技术方案，在控制律中的俯仰配平控制律中实现。
实施例
步骤1：运输机的俯仰操纵面一般为水平安定面和升降舵，运输机电传飞控系统具有自动配平和人工配平功能。通常情况下，升降舵的控制指令为偏转角度指令，水平安定面的控制指令为偏转速率指令。
步骤2：自动配平功能由水平安定面和升降舵共同完成，先由升降舵进行配平，之后安定面进行偏转，同时升降舵回中，实现安定面代替升降舵执行配平功能，最终由安定面进行配平。当飞机偏离配平状态时，控制律实时对比飞机当前俯仰角速率、法向过载及配平状态(平飞时配平状态下俯仰角速率为0deg/s，法向过载为1；转弯时俯仰角角速率及法向过载需要根据飞行力学知识进行计算，本发明不再赘述)，根据偏差计算出升降舵偏转指令进行配平，随后依据控制逻辑实现安定面代替升降舵偏转。俯仰配平控制架构如图1所示。
步骤3：人工配平由水平安定面完成，通过电气链路实现对安定面作动器的控制。图1中的AUTO_TRIM_SW为自动配平接通/断开逻辑开关，当无线电高度大于等于15m时，AUTO_TRIM_SW＝1，即自动配平接通，水平安定面指令THS_CMD也由自动配平产生；当无线电高度小于15m时，AUTO_TRIM_SW＝0，即自动配平断开，随后仅能人工配平安定面，THS_CMD由人工配平产生。
步骤4：图1中的K2为安定面与升降舵的俯仰操纵效能之比，该值可通过气动专业提供的气动数据计算得到(运输机该值一般为1.5～3)。K1为自动配平控制增益，该值根据飞机特性及控制律进行选取，如根据飞机俯仰控制目标飞参的动态调节时间确定。
步骤5：当飞机重心突变时，自动配平会持续进行飞机配平，水平安定面会运动到极限位置，升降舵也会有配平舵偏。然而图1中升降舵的卸载回路还在开启，导致升降舵配平指令ELVT_TRIM_CMD向0变化，从而使飞机偏离配平状态，随后自动配平功能又会生成新的ELVT_TRIM_CMD，从而导致升降舵存在往复振荡运动，引发飞机姿态呈现俯仰振荡。
步骤6：根据步骤5的分析，当水平安定面运动到极限位置时，升降舵的卸载回路应该断开，进而保证ELVT_TRIM_CMD为稳定的配平舵偏，这样就可以实现重心突变情况下的配平，并解决步骤5中提到升降舵往复振荡运动问题。
步骤7：根据步骤3描述，当无线电高度小于15m时为人工配平。然而根据前述控制逻辑，人工配平只能控制安定面运动。但是，在重心突变情况下水平安定面会运动到极限位置，这种情况下人工配平就失去了俯仰配平权限，会影响飞机安全。为解决该问题，实现当水平安定面运动到极限位置后，人工配平能够控制升降舵运动，从而保证足够的俯仰配平权限。
步骤8：步骤6和步骤7的解决实施方案如图2所示。THS_LIMIT_SW为安定面极限位置判断逻辑，当安定面达到极限位置时，THS_LIMIT_SW＝1，实现切断安定面卸载升降舵回路功能；当安定面未达到极限位置且自动配平接通时，THS_LIMIT_SW＝0，安定面卸载升降舵回路功能正常工作。当安定面未达到极限位置且自动配平断开情况下，THS_LIMIT_SW保持上一拍状态。ELVT_MANTRIM_SW为人工配平升降舵逻辑开关，当自动配平断开且安定面达到极限位置时，ELVT_MANTRIM_SW＝1，将人工配平安定面指令THS_MANTRIM_CMD与效率比K2相乘后形成人工配平产生的升降舵偏转速率指令，经积分器后生成人工配平升降舵角度指令。
步骤9：需要对THS_LIMIT_SW进行重点考虑。THS_LIMIT_SW逻辑决定了升降舵卸载回路的通断，当自动配平接通情况下，安定面达到极限位置后，需要升降舵进行配平，即ELVT_TRIM_CMD会有配平指令。当飞机离地面高度较低，即自动配平断开的情况下，若飞行员进行人工配平控制安定面离开极限位置，此时升降舵卸载回路不应该接通，ELVT_TRIM_CMD的配平指令应保持，从而保证飞机俯仰姿态的稳定。因此，仅当安定面离开极限位置且自动配平接通情况下，升降舵卸载回路才接通。THS_LIMIT_SW逻辑实现如图3所示。
步骤10：根据上述步骤，即可实现一种考虑重心突变的俯仰配平器，上述内容在控制律中实现。
Claims (8)
1.一种考虑重心突变的俯仰配平方法，其特征在于，包括：
步骤1、当飞机重心出现突变，安定面达到极限位置时，断开升降舵卸载控制回路；
步骤2、进一步的，当飞机离地面高度降低到警戒值时，自动配平断开，人工配平控制升降舵偏转。
2.如权利要求1所述的一种考虑重心突变的俯仰配平方法，其特征在于，
步骤1包括：
步骤11、当飞机重心突变时，自动配平持续进行飞机配平，水平安定面运动到极限位置，升降舵有配平舵偏；
步骤12、当水平安定面运动到极限位置时，升降舵的卸载控制回路断开，进而保证升降舵配平指令ELVT_TRIM_CMD为稳定的配平舵偏。
3.如权利要求1所述的一种考虑重心突变的俯仰配平方法，其特征在于，
飞机离地面高度的警戒值为无线电高度小于15m。
4.如权利要求1所述的一种考虑重心突变的俯仰配平方法，其特征在于，步骤12具体为：
THS_LIMIT_SW为安定面极限位置判断逻辑，当安定面达到极限位置时，THS_LIMIT_SW＝1，实现切断安定面卸载升降舵回路功能；当安定面未达到极限位置且自动配平接通情况下，THS_LIMIT_SW＝0，安定面卸载升降舵回路功能正常工作。
5.如权利要求4所述的一种考虑重心突变的俯仰配平方法，其特征在于，步骤12还包括：
当安定面未达到极限位置且自动配平断开情况下，THS_LIMIT_SW保持上一拍状态。
6.如权利要求3所述的一种考虑重心突变的俯仰配平方法，其特征在于，步骤2具体为：
ELVT_MANTRIM_SW为人工配平升降舵逻辑开关，当自动配平断开且安定面达到极限位置时，ELVT_MANTRIM_SW＝1，将人工配平安定面指令THS_MANTRIM_CMD与效率比K2相乘后形成人工配平产生的升降舵偏转速率指令，经积分器后生成人工配平升降舵角度指令。
7.如权利要求6所述的一种考虑重心突变的俯仰配平方法，其特征在于，
K2取值为1.5～3。
8.如权利要求1所述的一种考虑重心突变的俯仰配平方法，其特征在于，
本方法在控制律中的俯仰配平控制律中实现。
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