飞机飞行控制系统建模与研究文献综述

 2021-09-25 08:09

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文献综述

一、飞机飞行控制系统简介

飞机飞行控制系统关乎到飞机的可操作性、安全性等,是飞机的重要系统之一。完整的飞控系统由飞行控制律、舵回路、飞机本体、气动力、发动机、大气数据计算机等模块构成。随着现代航空技术的发展和飞机使用要求的提高,飞机的时飞行包线(飞行速度和飞行高度的范围)不断扩大。一方面,飞机自身的稳定性和操纵性能在整个飞行包线范围内变化很大,飞机呈现出复杂多变的动力学特性;另一方面,单靠驾驶员的判断和体力来完成飞机操纵是不可能的。飞行控制系统从最初针对单通道飞行控制的增稳系统,发展到控制增稳系统,以及针对特定飞行任务而设计的自动飞行控制律等等。现代大型民用飞机具有自动飞行控制和自动油门系统,能够完成飞机从起飞到着陆的完全自动飞行控制。正是有了飞行控制系统,使得系统和飞机本体表现出的综合飞行动力学特性能够满足飞机的飞行品质要求。

二、飞机飞行控制系统的发展概况

从飞机诞生后的三十多年时间中,飞机都是简单的机械式操纵系统。驾驶员操纵驾驶杆或脚蹬,通过钢索或传动杆直接控制飞机升降舵、副翼、方向舵的偏转。但是随着飞机尺寸和质量的增加,飞行速度快速提高,特别是进入亚音速甚至超音速飞行后,作用在飞机舵面的铰链力矩随着舵面上压力分布的变化越来越大,此时驾驶员已经难以直接操纵舵面的转动,此时,出现了助力操纵系统。助力操纵系统一般分为可逆助力操纵系统和不可逆助力操纵系统。其中可逆阻力操纵系统,驾驶员可以感受到舵面气动力矩的变化;但是对于超音速飞机,铰链力矩的变化太大,不能取得恰当的回力比,因此有了不可逆助力操纵系统。因为驾驶员在不可逆操纵系统不能从杆力大小判断飞行状态,因此引入了人工载荷感觉器以及调整片效应机构。

直到现在,还是有许多飞机是人工操纵的,因为在面对各种意外时,人能够有巨大的学习新的行为方式的能力,这是机器不可比拟的。但由于人反应速度、体力以及感觉和判断有限等问题,单用人工操纵已经不能满足飞行需要了。当飞机高速飞行在很低的高度,或者复杂的崎岖地形飞行时,需要自动引导;人在长期连续负载下,精神负担力过大,需要一个稳定飞机飞行速度和姿态的控制系统;而且在高空时示时,需要吃行速度、高度、航向等运动参数,而驾驶员不具备测量这些控制参数的能力,需要有专业的测量传感元件。因此,由于驾驶员操纵的有限性,自动飞行控制系统逐步替代了人工操纵飞行。

三、飞机飞行控制系统的结构

飞行控制系统是飞机系统中的重要组成部分,由于它与飞机其它系统的数据连接复杂,相关概念多,尽管常规飞行控制系统已具有相当固定的结构和功能,关于它的描述仍然不尽相同。总的控制系统是多个子系统的综合,是一种层级结构,这决定了飞行控制系统具有相对应的层级式结构与功能。由底至顶依次为:

层级1对应于飞行控制计算机(FCC)的功能,通常被称作电传飞行控制系统,它的作用为改善飞机性能,是一个全时全权限的控制系统。

层级2对应于飞行导引计算机(FGC)的功能,通常被称为自动飞行系统,它的作用为保证飞行器按照驾驶员在飞行方式控制面板(MCP)上的设定进行自动飞行。自动飞行系统只有在接通相应的控制方式卜才会工作。

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