《民航飞机自动飞行控制系统》教学课件（全）.pptx

民航民航飞飞机自机自动飞动飞行控制系行控制系统统青椒小助手自自动飞动飞行控制系行控制系统统概述概述第一第一章章目目录录CONTENTS1自自动飞动飞行控制系行控制系统统的的发发展展自自动飞动飞行控制系行控制系统统的分系的分系统统23自自动飞动飞行控制系行控制系统统的功用的功用4有关有关飞飞行控制自行控制自动动化的争化的争议议自自动飞动飞行控制系行控制系统统的的发发展展第第1节节1.1 自自动驾驶仪动驾驶仪“陀螺陀螺驾驶仪驾驶仪”：功用是保持飞机的稳定平飞，即稳定飞机的角运动自动驾驶仪中的测量元件（陀螺）从气气动动陀螺陀螺发展为电动电动陀螺陀螺自动驾驶仪中的伺服系伺服系统统由过去的气气动动-液液压压式式发展为全全电动电动式式自动驾驶仪中控控制制信信号号的的处处理理与与放放大大组组件件从机机电电放放大大器器、磁磁放放大大器器发展为电电 子管、半子管、半导导体、集成体、集成电电路以及微路以及微处处理器和数字化理器和数字化由于通用航空飞机和大型运输客机对自动飞行的要求不同，因而自自动动驾驾驶驶 仪仪的的类类型型多多种种多多样样，其其发发展展极极不不平平衡衡在单发私人小飞机上，可能只用到 单独的“横横滚滚稳稳定定系系统统”或“机机翼翼改改平平系系统统”，而大型客机却有从起飞至 接地和滑行的全自动系统。

1.2 从自从自动驾驶仪动驾驶仪到自到自动飞动飞行控制系行控制系统统随着计算机技术和信息综合化技术的发展，数字式数字式的的 AFCS 开始和飞飞行管理行管理计计算机系算机系统统（FMCS）结合工作在飞行管理计算机统一管理下的自动飞行控制系统和自动油门配 合，实现对飞实现对飞机的自机的自动动控制和控制和对发动对发动机推力的自机推力的自动动控制控制飞飞行管理行管理计计算机系算机系统统的功能如下的功能如下：飞行计划性能管理导航计算对 VOR/DME 自动调谐自动油门速度指令1.2 从自从自动驾驶仪动驾驶仪到自到自动飞动飞行控制系行控制系统统图中的 IRS 是惯性导航系统，其主要作用是为飞行管 理计算机系统提供位置信号，并为自动驾驶仪提供姿 态和航向信号其中：整体的FMS工作条件：水平导航和垂直导航接通-单独工作在飞行管理计算机统一管理下的自动飞行 控制系统和自动油门1.3 电传飞电传飞行控制系行控制系统统电传飞电传飞行控制行控制也称电传操纵，意为驾驶员指令飞机运动，而不是指令舵面偏转AFCS依靠机械连接推动舵面，飞机的响应运动需由驾驶员通 过仪表感知后改变自己杆上的 操纵，因而驾驶员进入了飞行 控制回路FBW靠杆上传感器的电信号 和飞机运动传感器的反馈信号叠加后操纵舵面和飞机运 动，驾驶员不进入飞行控制 回路，在自动飞行方式下两 者无多大差别。

FBW 和和AFCS 之之间间 的不同的不同在于：驾 驶员扶杆操纵时1.4 光光传飞传飞行控制系行控制系统统为了防止电磁干扰传输信 号，FBW 采用双绞线和屏 蔽接地等技术，但尚不能 完全抑制意外的电磁和电 击干扰，在此问题上光传 输具有极好的防护性能国外主要飞机使用自动飞行控制系统的情况1.5 自自动飞动飞行控制系行控制系统统的的发发展方向展方向在管管制制员员驾驾驶驶员员数数据据链链通通信信（CPDLC）即将在飞机上推广使用的今 天，有人提出为使民用飞机进一步自动化，应应该该使使机机载载计计算算机机能能 够够读读出出地地面面空空中中交交通通管管制制（ATC）的的指指令令，并并转转化化为为选选定定飞飞行行路路径径 和和速速度度的的驾驾驶驶指指令令交交给给 AFCS 去去执执行行这是一个外回路指令生成问 题，属于 FMC 的工作，也是自动化飞行的发展方向自自动飞动飞行控制系行控制系统统的分系的分系统统第第2节节2 自自动飞动飞行控制系行控制系统统的分系的分系统统自动飞行控制系统的分系统自自动飞动飞行控制系行控制系统统的功的功用用第第3节节3.1 实现飞实现飞机的自机的自动飞动飞行行飞机的自动飞行控制就是利用一套专门的系统，在无人参与的条件下，自动操纵飞机按规定 的姿态和航迹飞行，通常可以实现沿飞机三轴姿态角和飞机在 3 个方向空间位置的自动稳定 和控制。

采用自采用自动飞动飞行的行的优优点如下点如下:长距离飞行时解除飞行员的疲劳，减轻飞行员 的劳动负荷在某些坏天气或复杂的气象条件下，飞行员难于精确控制飞 机的姿态和轨迹时，自动飞行控制系统可以实现对飞机姿态 和轨迹的精确控制当气象条件比较复杂，飞行员难于合理地操纵进 近着陆阶段时，可以由自动飞行控制系统精确地 完成进近和着陆的机动飞行3.2 改善改善飞飞机的性能机的性能一般来说，飞机的性能和飞行品质是由飞机自身的空气动力特性 和发动机的特性决定的但是，随着随着飞飞行高度和行高度和飞飞行速度的增加行速度的增加，飞飞机自身的特性会机自身的特性会变变坏坏现现代代飞飞机机上上常常用用的的增增稳稳系系统统或或阻阻尼尼系系统统也是一种控制系统，但 它不是用来实现飞机的自动飞行控制，而是用来改善飞机的某些 特性，实现所要求的飞行品质的这类系统虽然不能实现自动飞 行控制，但仍用于飞行控制，所以，它们也是自动飞行不可缺少 的组成部分有关有关飞飞行控制自行控制自动动化的争化的争议议第第4节节4.1 关于自关于自动飞动飞行控制系行控制系统统自自动动化程度的争化程度的争议议高度自动化使驾驶员在空中减少工 作负荷，并过分空闲，造成惰性，从而丧失警觉性。

由于驾驶员知识水平不够且训练不 太充分，驾驶员对飞行自动化的理 解较肤浅，容易造成对某些飞行自 动化的曲解和误操作输入方式不再是通过分立的专用电门、旋 钮、手柄，而统一由方式控制板（MCP）和/或控制显示组件（CDU）实现，容易发 生输入差错，这种差错将造成重大危害；应急情况下容易慌神，更易输错或使人机 接口脱节，无法输入控制人机接口关系上曾提出人机接口关系上曾提出过过一些正面教学的一些正面教学的观观点点：自动飞行方式过多，在某些方式 的自动过渡中易使驾驶员模糊或 误解某些驾驶员过分依赖自动化，造成 盲目的安全感而导致意外失控驾驶员长期依靠自动化系统而缺乏 手动操纵实践，技术熟练程度逐渐 下降和荒废，当出现某些意外时，将手足无措，不能操纵改出4.1 关于自关于自动飞动飞行控制系行控制系统统自自动动化程度的争化程度的争议议驾驶员和 CDU 打交道太多，下 视时间太久，影响了平视和对 外部环境的感知玻璃驾驶舱中，存在两套显示部件、两套侧杆，正副驾驶员职责划分上 如何分工协调，两人的操作意图如 何充分交流、互相理解，这里留下 的空隙往往是引起事故的缘由之一人机接口关系上曾提出人机接口关系上曾提出过过一些正面教学的一些正面教学的观观点点：信息量加大，输入/输出数据 量加大，一方面减少了驾驶 员体力负荷，另一方面增加 了驾驶员对信息读取理解、判断决策上的脑力负荷，使 得心理负荷更为沉重。

驾驶员成为管理员，脱离了对 飞机的实时控制，靠编程计划 去实现飞行，对飞行中实时空 情察觉的把握程度降低了，一 旦发生意外，就不能立即进入 角色4.1 关于自关于自动飞动飞行控制系行控制系统统自自动动化程度的争化程度的争议议争争议议的一般的一般结论认为结论认为：设计 AFCS 的前提是为保证飞行任务圆满完成，达到安全指标和经济效益，并不是单纯去追求高 度自动化注意人机接口上的安排，遵照人的因素和工效学原则，考虑到驾驶员的理解和接受程度，设计中 要尽可能降低复杂性，由于 AFCS 飞行工作方式过多，所以要在 EFIS 屏幕的明显位置显示自动飞 行的工作方式，防止驾驶员不能很好地感知生效工作方式，造成互相矛盾的误操作或操纵不当加强对驾驶员的训练，通过训练充分掌握自动飞行的机理和应急处理程序总之，讨论肯定了飞 行自动化深入发展，以提高飞机的稳定性、操纵性和飞行品质的必要性这些都有利于缓解驾驶 员操作紧张和疲劳，有利于飞行安全4.2 关于关于 FBW 是否需要机械是否需要机械连连接作接作备备份的争份的争议议这个问题起源于空客和波音两大公司对 FBW 原理认识上的差异通通过过时时间间的的考考验验，证证明明了了FBW 是是安安全全的的，多余度电传或光传链 接的可靠性在某些场合并不低于 机械连接，特别对大尺寸飞机来 说，超长度机械连接很不利。

对 于谨慎设计的利用侧杆控制的 FBW 已被普遍接受国内某些专家也认为，由于 电传操纵系统具有机械操纵 系统无法比拟的优点，故电电 传传操操纵纵系系统统已已成成为为民民用用飞飞机机 操操纵纵系系统统的的发发展方向展方向谢谢谢谢聆聆听听Thank You！空气空气动动力学基力学基础础知知识识第二第二章章目目录录CONTENTS1引言引言2国国际标际标准大气准大气飞飞机升力的机升力的产产生原理生原理5飞飞机的空气机的空气动动力特性力特性气体流气体流动动的基本概念和基本方程的基本概念和基本方程34引引言言第第1节节1 引言引言空空气气动动力力学学是研研究究飞飞机机和和空空气气做做相相对对运运动动时时（飞飞机机在在静静止止空空气气中中运运动动或或 空空气气流流过过静静止止不不动动的的飞飞机机），空空气气的的运运动动规规律律及及空空气气作作用用在在飞飞机机上上的的力力 和和力力矩矩的的规规律律的的学学科科在这种相对运动过程中，空气作用在飞机上的力 叫作空气动力它的大小和变化规律与飞机外形、飞行姿态、飞行速度 和飞行高度有密切的关系国国际标际标准大准大气气第第2节节2 国国际标际标准大气准大气所谓国国际标际标准大气准大气（International Standard Air，ISA），就是人为地规定一个不变的大气环境，包括 大气温度、密度、气压等随高度变化的关系，得出统一的数据，作为计算和试验飞行的统一标准。

国际标准大气由国国际际民航民航组织组织（International Civil Aviation Organization，ICAO）制订，它是以北半 球中纬度地区大气物理特性的平均值为依据建立的国国际标际标准大气假准大气假设设重力加速度重力加速度为为恒定恒定值值，包括如下，包括如下规规定定：海平面高度为 0 m海平面气温为 288.15 K，或 15或 59海平面气压为 1 013.2 hPa（百帕）或 29.92 inHg（英寸汞柱）海平面声速为 661 kt对流层高度为 11 km（36 089 ft）对流层内标准温度递减率为每增加 1 000 m 温度递减 6.5，或每增加 1 000 ft 温度递减2；从11 km 到 20 km 之间的平流层底部气体温度为常 值：56.5 或 216.65 K气体流气体流动动的基本概念和基本方的基本概念和基本方程程第第3节节3.1 流流线线和流和流线谱线谱流线是流体微团流动的路线流线具有不可能相交，不可能分叉不可能相交，不可能分叉的特点流流线线的集合称的集合称为为流流线谱线谱，流，流线线所所围围成的成的管管 状曲面称状曲面称为为流管流管流线谱和流管3.2 流体的流体的连续连续性定理性定理连续连续性定理性定理的表述为：流体流流体流过过流管流管时时，在同一，在同一时间时间流流过过流管任意截面的流体流管任意截面的流体质质量相等量相等。

流过截面 1（面积为 S1，流速 为 v1，密度为1）和流过截面 2（面积为 S2，流速为 v2，密 度为2）的流体的质量相等即连续性方程为：S1v1 1=S2v2 2=常常量量当流体低速流动时，空气密度不变，1=2则：S1v1=S2v2即截面大的地方，流速小；截面小的地方，流速大流速大 小与截面面积成反比流体的连续性定理3.3 流体的伯努利定理流体的伯努利定理空气稳定流动时，主要有 4 种能量：动能、压力能、热能、重 力势能根据能量守恒定律，应有：动动能能+压压力力能能+热热能能+重重力力 势势能能=常常量量当空气低速流动时，热能可忽略不计；空气密度小，重力势能 可忽略不计因此，沿流管任意截面上有：动动能能+压压力力能能=常常 值值伯努利定律可以表述为：稳稳定气流。