CN115123520A - 一种飞机操纵系统的增稳方法 - Google Patents

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Abstract

一种飞机操纵系统的增稳方法，主要是在机械杆系中关联一个控制増稳系统，将其中一根拉杆更换为复合舵机，增加控制增稳计算机、驾驶杆组件位移传感器、三轴角速率陀螺及加速度计等部件，通过引入三轴角速率及过载信号形成反馈回路，实现闭环控制，改善荷兰滚阻尼，提高静稳定性，同时引入驾驶杆组件位移信号形成前馈回路，产生满足操纵要求的控制指令，增强操纵性。采用本发明实施例，可解决飞机稳定性差，无法精确操纵、操纵力大等问题，提高飞机加受油对接成功率以及飞机的飞行品质。

Description

一种飞机操纵系统的增稳方法
技术领域
本申请涉及大中型飞机的飞行控制系统设计领域，具体是机械操纵系统的增稳原理及实施方法。
背景技术
现有的飞机操纵系统为纯机械操纵，含有驾驶杆组件、机械杆系、主舵面、调整片和配平开关，驾驶杆组件通过机械杆系操纵主舵面实现飞机操纵，配平开关设置在驾驶舱内用于控制调整片。飞行员操纵行程及操纵力偏大，造成飞行员负担。飞机高空低速状态大重量构型短周期频率较低，不满足国军标要求。飞机高空低速状态大重量构型长周期阻尼比低，存在定速静不稳定情况。在空中航迹响应和姿态响应不能被充分分离，易导致对俯仰操纵的急剧响应，飞机的俯仰回落特性普遍较差，飞行员很难实现精确操纵，增加空中受油过程中加受油飞机对接难度。针对现有的飞行控制系统稳定性差、无法精确操纵及操纵力大等问题，需设计一种提高机械操纵系统稳定性及操纵性的方法。
发明内容
本申请的目的在于提供一种飞机操纵系统的增稳方法，主要是在机械杆系中关联一个控制増稳系统，改善荷兰滚阻尼，提高静稳定性，增强操纵性。
一种飞机操纵系统的增稳方法，飞机操纵系统含有驾驶杆组件、机械杆系、主舵面、调整片和配平开关，驾驶杆组件通过机械杆系操纵主舵面实现飞机操纵，配平开关设置在驾驶舱内用于控制调整片，其特征在于包含以下内容：1)在飞机操纵系统上关联一个控制增稳系统，该控制增稳系统包含复合舵机、控制增稳计算机、位移传感器、三轴角速率陀螺和加速度计，所述的复合舵机串接在机械杆系上，复合舵机受驾驶杆组件和控制增稳计算机的双重控制，复合舵机用于向主舵面提供操纵动力，所述的位移传感器连接在驾驶杆组件上，用于获取驾驶杆组件的位移信号，提供给控制增稳计算机，三轴角速率陀螺和加速度计分别连接在飞机机体上，用于获取飞机的角速率及过载信号，并将该信号反馈给控制增稳计算机，2)控制增稳计算机根据飞机的角速率及过载信号和驾驶杆组件的位移信号进行控制律解算，输出增稳控制指令到复合舵机进行不可逆的助力操纵，实现主舵面的控制增稳功能。
在驾驶杆组件和复合舵机之间的机械杆系上还连接有一个载荷机构和调效机构，该调效机构受配平开关的控制，驾驶杆组件的操纵力感觉由载荷机构和调效机构提供。
当控制增稳计算机不能输出增稳控制指令到复合舵机时，驾驶杆组件通过机械杆系和复合舵机，实施对主舵面的操纵，配平开关接通调效机构，配平开关与调整片断开，驾驶杆组件的操纵力感觉由载荷机构和调效机构提供。
当复合舵机的助力功能失效时，复合舵机成为机械杆系的组成部分，驾驶杆组件仅通过机械杆系实施对主舵面的操纵，配平开关与调效机构断开，配平开关控制调整片，卸掉一部分驾驶员的操纵力，主舵面的气动力完全由驾驶员操纵驾驶杆组件来克服。
本申请的有益效果在于：1)本发明在原机械操纵杆系中新增复合舵机、控制增稳计算机、驾驶杆组件位移传感器、三轴角速率陀螺及加速度计，实现控制增稳功能；新增载荷机构及调效机构提供操纵力感觉。
2)通过在机械杆系中关联控制増稳系统，改善飞机的稳定性和操纵性，提高飞机的飞行品质，增加加受油飞机对接成功率。
3)在机械杆系中关联控制増稳系统可保留大部分机械杆系，只需将一根拉杆更换为复合舵机，增加控制增稳计算机、驾驶杆组件位移传感器、三轴角速率陀螺及加速度计等部件，可做到机械线系改动量及改装成本最小，且有利于后续在现有飞机上贯改。
4)在机械杆系中关联控制増稳系统，可使飞控系统具备控制增稳、机械助力、应急机械操纵三种工作状态，增加飞控系统安全性和可靠性。
以下结合实施例附图对本申请作进一步详细描述。
附图说明
图1是飞机现有的机械操纵系统原理示意图。
图2是飞机机械杆系中关联控制増稳系统原理示意图。
图3是飞机控制增稳功能失效时机械助力状态原理示意图。
图4是飞机助力功能失效时应急机械操纵状态原理示意图。
图中编号说明：1驾驶杆组件、2机械杆系、3主舵面、4调整片、5配平开关、6载荷机构、7调效机构、8复合舵机、9位移传感器、10控制增稳计算机、11三轴角速率陀螺及加速度计。
具体实施方式
参见附图，图1为大中型飞机现有的机械操纵系统，驾驶杆组件1通过机械杆系2操纵主舵面3实现飞机操纵，配平开关5设置在驾驶舱内用于控制调整片4，消除一部分飞行员的操纵力。
本申请的飞机操纵系统的增稳方法，是在飞机现有的操纵系统上关联一个控制增稳系统，该控制增稳系统包含复合舵机8、控制增稳计算机10、位移传感器9、三轴角速率陀螺和加速度计11，所述的复合舵机8串接在机械杆系2上，复合舵机8受驾驶杆组件1和控制增稳计算机10的双重控制，复合舵机8用于向操纵主舵面3提供操纵动力。实施中，复合舵机8包括左/右副翼复合舵机、方向舵复合舵机、左/右升降舵复合舵机，受驾驶杆组件和控制增稳计算机的双重控制，将机械操纵指令和电气控制指令进行复合输出，通过内置液压助力器实现液压助力操纵，减轻飞行员负担；当液压源失效时，复合舵机转入人工应急操纵模态，可当做拉杆使用。
控制增稳计算机10实现输入/输出信号的交叉采集及传输，由软件进行数据的余度管理、控制律计算、通道故障逻辑及故障切换、复合舵机的伺服控制以及飞控系统BIT等。
所述的位移传感器9连接在驾驶杆组件1上，用于获取驾驶杆组件1的位移信号，提供给控制增稳计算机10。三轴角速率陀螺和加速度计11分别连接在飞机机体上，用于获取飞机的角速率及过载信号，并将该信号反馈给控制增稳计算机10。位移传感器9用于测量驾驶杆、驾驶盘及脚蹬的角位移信号，三轴角速率陀螺用于测量飞机俯仰、偏航、横滚三轴的角速率信号，加速度计用于测量飞机侧向、法向过载信号，上述传感器输出电压信号分别传输给控制增稳计算机进行数据处理。
飞行控制时，控制增稳计算机10根据飞机的角速率及过载信号和驾驶杆组件1的位移信号进行控制律解算，输出增稳控制指令到复合舵机8进行不可逆的助力操纵，实现主舵面3的控制增稳功能。
本申请中的控制增稳系统，在驾驶杆组件1和复合舵机8之间的机械杆系2上还连接有一个载荷机构6和调效机构7，该调效机构7受配平开关5的控制，驾驶杆组件1的操纵力感觉由载荷机构6和调效机构7提供。本申请中的控制增稳系统，将配平开关5与调整片4和调效机构7关联，用于转换对调整片4和调效机构7的控制。实施中，载荷机构6采用弹簧载荷机构，当驾驶杆组件1通过机械杆系工作时，随动压缩载荷机构内弹簧，给飞行员提供操纵力感觉。调效机构7通过内部直流电动机动作，减轻或消除载荷机构的弹簧力，实现助力状态下的配平功能。
图2为大中型飞机机械杆系中关联控制増稳系统方案，当各部件正常工作时，飞控系统处于控制增稳工作状态。控制增稳计算机10采集三轴角速率陀螺和加速度计11的电压信号以及驾驶杆组件位移传感器9的电压信号进行控制律解算得到电气控制指令，电气控制指令与机械控制指令两条指令综合到复合舵机8中进行不可逆助力操纵，实现控制增稳功能。此时飞行员的操纵力感觉由载荷机构6提供，当需要长时间操纵驾驶杆组件1时，可通过配平开关5控制调效机构7，将载荷机构6的弹簧力卸掉。在这一状态下，复合舵机8实现助力操纵用于克服主舵面气动力。
图3为大中型飞机机械杆系中控制增稳功能失效时机械助力状态方案，当控制增稳系统发生二次故障时，控制增稳系统断开，此时控制增稳计算机10不能输出增稳控制指令到复合舵机8时，飞控系统处于机械助力状态。驾驶杆组件1通过机械杆系2和复合舵机8，实施对主舵面3的操纵，配平开关5接通调效机构7，配平开关5与调整片4断开，驾驶杆组件1的操纵力感觉由载荷机构6和调效机构7提供。飞行员操纵驾驶杆组件1，通过机械线系2带动复合舵机8进行不可逆助力操纵，此时飞行员的操纵力感觉仍由载荷机构6提供，通过配平开关5控制调效机构7，卸掉载荷机构6的弹簧力。在这一状态下，复合舵机8实现助力操纵用于克服舵面气动力。
图4为大中型飞机助力功能失效时应急机械操纵状态方案，当液压源失效时，飞控系统控制增稳功能和助力功能均失效，复合舵机8的助力功能失效，复合舵机8成为机械杆系2的组成部分，复合舵机8相当于拉杆，系统处于应急机械操纵状态。驾驶杆组件1仅通过机械杆系2实施对主舵面3的操纵，配平开关5与调效机构7断开，配平开关5控制调整片4，卸掉一部分驾驶员的操纵力，主舵面3的气动力完全由驾驶员操纵驾驶杆组件1来克服。飞行员操纵驾驶杆组件1，通过机械杆系2操纵舵面偏转。此时，配平开关5控制调整片4，卸掉一部分飞行员的操纵力。在这一状态下，舵面的气动力完全由飞行员操纵力来克服。

Claims (5)

1.一种飞机操纵系统的增稳方法，飞机操纵系统含有驾驶杆组件、机械杆系、主舵面、调整片和配平开关，驾驶杆组件通过机械杆系操纵主舵面实现飞机操纵，配平开关设置在驾驶舱内用于控制调整片，其特征在于包含以下内容：1)在飞机操纵系统上关联一个控制增稳系统，该控制增稳系统包含复合舵机、控制增稳计算机、位移传感器、三轴角速率陀螺和加速度计，所述的复合舵机串接在机械杆系上，复合舵机受驾驶杆组件和控制增稳计算机的双重控制，复合舵机用于向主舵面提供操纵动力，所述的位移传感器连接在驾驶杆组件上，用于获取驾驶杆组件的位移信号，提供给控制增稳计算机，三轴角速率陀螺和加速度计分别连接在飞机机体上，用于获取飞机的角速率及过载信号，并将该信号反馈给控制增稳计算机，2)控制增稳计算机根据飞机的角速率及过载信号和驾驶杆组件的位移信号进行控制律解算，输出增稳控制指令到复合舵机进行不可逆的助力操纵，实现主舵面的控制增稳功能。
2.如权利要求1所述的飞机操纵系统的增稳方法，其特征在于，在驾驶杆组件和复合舵机之间的机械杆系上还连接有一个载荷机构和调效机构，该调效机构受配平开关的控制，驾驶杆组件的操纵力感觉由载荷机构和调效机构提供。
3.如权利要求2所述的飞机操纵系统的增稳方法，其特征在于，所述的配平开关与调整片和调效机构关联，用于转换对调整片和调效机构的控制。
4.如权利要求1或2或3所述的飞机操纵系统的增稳方法，其特征在于，当控制增稳计算机不能输出增稳控制指令到复合舵机时，驾驶杆组件通过机械杆系和复合舵机，实施对主舵面的操纵，配平开关接通调效机构，配平开关与调整片断开，驾驶杆组件的操纵力感觉由载荷机构和调效机构提供。
5.如权利要求1或2或3所述的飞机操纵系统的增稳方法，其特征在于，当复合舵机的助力功能失效时，复合舵机成为机械杆系的组成部分，驾驶杆组件仅通过机械杆系实施对主舵面的操纵，配平开关与调效机构断开，配平开关控制调整片，卸掉一部分驾驶员的操纵力，主舵面的气动力完全由驾驶员操纵驾驶杆组件来克服。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115783247A (zh) * 2022-11-11 2023-03-14 中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所 一种用于改善纵向乘坐品质的主动控制方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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