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飞行操纵----飞机结构与系统课件

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  • 卖家[上传人]:F****n
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  • 上传时间:2019-04-19
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    • 1、飞行操纵,张宏伟,第一章 飞行操纵系统概述,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,飞行操纵系统构成,飞行操纵系统分类信号来源,人工飞行操纵系统 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) 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 结构振动模态抑制系统。,飞行操纵系统分类信号传递,机械操纵系统 机械操纵系统的操纵信号由钢索、传动杆的机械部件传动。 电传操纵系统 而电传操纵系统的操纵信号通过电缆传动。 光传操纵系统 操纵信号为在光缆中的光信号。,飞行操纵系统分类驱动方式,简单机械操纵系统 简单机械操纵系统依靠驾驶员体力克服铰链力矩驱动舵面运动,又被称为简单机械操纵系统。 软式操纵系统 硬式操纵系统 简单机械操纵系统构造比较简

      2、单,主要由驾驶杆、脚蹬、钢索、滑轮、传动杆、摇臂等组成。 助力操纵系统 液压助力 电助力,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,起飞警告,失速警告,操纵系统,主操纵系统,辅助操纵系统,警告系统,飞行操纵系统组成,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,2.1 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 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,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

      3、等 混合式传动机构,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,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,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,通过叶片状的万向节头传递扭矩,驾驶杆不动,所以,不会使升降舵偏转 而前推或后拉驾驶盘时,由于有叶片状的万向接头,副翼控制钢索轮不会转动,钢索不会绷紧或放松,所以既不会使副翼偏转,也不会影响驾驶盘的前后动作。,驾驶杆与驾驶盘的比较,侧杆操纵机构,一种输入力信号,输出电信号的小型侧置手操纵机构。,飞行控制 计算机,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 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,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

      4、的,脚蹬位置调整,手操纵机构与脚操纵机构的匹配,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,三、传动机构,传动机构特点比较,钢索,只承受拉力,不能承受压力 用两根钢索构成回路,以保证舵面能在两个相反的方向偏转,钢索构造和规格,规格型号 77 719,股数,钢丝数,钢索构造和规格,类型 碳钢、不锈钢 尺寸 1/16到3/8英寸 名义直径相同的钢索,股数越多,它的柔性越好;名义直径相同,股数相同,钢丝数越多,柔性就越好。,钢索预紧,M铰,T,M铰,T0,T0,+T,-T,固有缺陷弹性间隙,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 常见故障断丝(滑轮、导向器部位),胶木/硬铝制成 作用 支持钢索 改变钢索的运动方向,5.滑轮,支持钢索 改变钢索的运动方向 改变传动力的大小,5.扇形轮/扇形摇臂,钢索导向装置,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,6.松紧螺套,飞机机体外载荷及周围气温变化会使机

      5、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 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,7.钢索张力补偿器,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,1.传动杆,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,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,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)偏转的角度不同 实现差动操纵最简单的机构是差动摇臂,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,3.导向滑轮,2.3 传动系数/传动比,一、传动系数:舵偏角与杆位移X的比值,2.4 非线性机构,传动系数不变的操纵系统,不能满足对飞机操纵性的要求: 传动系数大,小舵面偏角小时,杆行程太小,难以准确地控制操纵量 传动系数小,舵面偏角很大时,杆行程过大 装有非线性

      6、传动机构的操纵系统,杆行程与舵面偏角之间成曲线关系,第五章 电传操纵系统,电传操纵系统的提出 机械操纵系统缺点 存在摩擦、间隙和非线性因素导致无法实现精微操纵信号传递 机械操纵系统对飞机结构的变化非常敏感 体积大,结构复杂,重量大 电传操纵系统的可靠性问题 机械操纵系统可靠性较高 单通道电传系统可靠性较低 可接受的安全指标 解决措施:余度技术,5.1 电传操纵系统的组成四余度系统,前置 放大,计算机,舵机,传感器,助力器,余度系统的工作特点 对组成系统的各个部分具有故障监控、信号表决的能力 一旦系统或系统中某部分出现故障后,必须具有故障隔离的能力。即在发生故障时,系统应具有第一次故障能工作,第二次故障还能工作的能力 当系统中出现一个或数个故障时,它具有重新组织余下的完好部分,使系统具有故障安全或双故障安全的能力,即在性能指标稍有降低情况下,系统仍能继续承担任务 电传操纵系统特性 驾驶员的操纵指令信号,只通过导线(或总线)传给计算机,经其计算(按预定的规律)产生输出指令,操纵舵面偏转,以实现对飞机的操纵 人工操纵系统 安全可靠性是由余度技术保证,5.2 电传操纵系统优点/缺点,优点 减轻

      7、了操纵系统的重量,减少体积 节省设计和安装时间 消除了机械操纵系统中的摩擦、间隙、非线性因素以及飞机结构变形的影响 简化了主操纵系统与自动驾驶仪的组合 可采用小侧杆操纵机构 飞机操稳特性得到根本改善,并可发生质的变化 缺点 单通道电传操纵系统的可靠性不够高 电传操纵系统的成本较高 系统易受雷击和电磁脉冲波干扰影响,第三章 助力机械操纵系统,助力机械操纵系统的提出 舵面铰链力矩是随舵面尺寸和飞行速压的增加而增加 当铰链力矩变得很大时,即使利用当时的气动补偿法,也不能使驾驶杆(脚蹬)力保持在规定的范围之内 研究效率更高的空气动力补偿 研究液压助力器,以实现液压助力操纵 助力机械操纵系统的分类 可逆助力机械操纵系统(回力) 不可逆助力机械操纵系统(无回力) 助力机械操纵系统的主要元件:液压助力器,一、可逆助力机械操纵系统,二、不可逆助力机械操纵系统,飞行中松驾驶杆,舵面在空气动力的作用下不能自由偏转 将液压助力器安装在舵面附近,减少助力器后传动机构的连接点,可减少舵面的活动间隙,从而有效地防止机翼或尾翼颤振 舵面受阵风载荷后不能自动偏转,这对于结构受力是不利的,3.4 液压助力器,液压助力器

      8、特性 机械-液压伺服装置 工作原理 机械-液压伺服原理 应急操纵 液压系统压力不足或液压助力器有故障时,可以关闭助力器的工作开关,转为用体力进行应急操纵 特性参数 最大输出力 最大输出速度 最大行程 性能分析 快速性 灵敏性 稳定性,补充知识 伺服原理,原理 系统靠输出与输入信号的偏差进行工作,从而使系统输出再现输入,达到输入控制输出的伺服控制目的 基本特征 输出量能够自动地、准确而快速地复现输入量的变化规律,且还能对输入信号实行放大(功率放大)与变换作用,一、典型液压助力器构造,壳体,配油柱塞,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,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,六、液压助力器性能分析,.快速性 快速性是指在液压作用下,助力器的传动活塞能以多大速度运动的性能 快速性直接影响舵面偏转

      9、的最大角速度,从而影响飞机的操纵性 影响快速性的因素 流量 密封性,六、液压助力器性能分析,2.灵敏性 灵敏性是指传动活塞迅速地跟随配油柱塞运动的能力 影响因素 不灵敏范围:配油柱塞在某一范围内活动时,传动活塞并不运动 随从误差:当传动活塞跟随配油柱塞运动时,传动活塞的行程与配油柱塞的行程之间始终存在着一定的差值,影响不灵敏范围因素 配油柱塞交叠量 密封性 摩擦力 混入空气,六、液压助力器性能分析,3.稳定性 液压助力器的稳定性,指它在外部扰动作用消失后,能够迅速、自动地恢复到原来的工作状态的能力 影响器稳定性的因素 传动机构连接部分的间隙 混杂在油液中的空气 操纵系统的摩擦力 助力器的密封性 固定支架松动,载荷感觉器 无回力助力操纵系统中,使飞行员从驾驶杆上感受到力 有回力助力操纵系统中,在舵面铰链力矩较小时,使驾驶杆不致过“轻” 载荷感觉器类型 弹簧载荷感觉器 动压载荷感觉器 载荷感觉器刚度 小杆位移时,要求刚度大 大杆位移时,要求刚度小,3.5 载荷感觉器,弹簧载荷感觉器构造,F,W,小弹簧座,3.6 调整片效应机构,操纵电门,电力驱动,水平安定面的配平操纵,操纵电门一般采用弹簧加载的定中电门,松开电门,电门会自动回到关断位,电动机停止工作。同时在电动操纵系统中,往往带有一些极限位置电门,当操纵面运动到极限位时,位置电门将使控制电路断开,防止操纵面运动超过极限位置,引发安全问题。,舵机,分类 是飞机自动飞行控制系统和电传操纵系统的液压执行机构。舵机的控制回路称为舵回路,它是电液位置伺服控制系统(电动舵机控制回路是电电系统)。 把液压舵机装在液压助力器上,组成一个整体式的舵面操纵机构,称为复合舵机。作为人工操纵和自动驾驶控制舵面的共用舵机。 电传操纵采用液压舵机+助力器或复合舵机,主飞行操纵与辅助操纵系统区别,6.1 辅助操纵系统特点,与主操纵系统区别

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