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第九篇
飛行控制系統(tǒng)檢修
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第九篇 飛行控制系統(tǒng)檢修
第一章 飛行控制系統(tǒng)概述
第一節(jié) 飛行控制的基本概念
隨著飛行任務(wù)的不斷復(fù)雜化，其對飛機(jī)性能的要求越來越高，不僅要求距離遠(yuǎn)（運(yùn)輸機(jī)），高度高（偵察機(jī)），而且要求飛機(jī)具有良好的機(jī)動性（戰(zhàn)斗機(jī)）。為使駕駛員在長途飛行中減輕疲勞，或使駕駛員集中精力于戰(zhàn)斗，希望用自動控制系統(tǒng)代替駕駛員控制飛機(jī)。這種在沒有人直接參與條件下由控制系統(tǒng)自動地控制飛行器的飛行，稱為自動飛行，相應(yīng)的系統(tǒng)稱為飛行自動控制系統(tǒng)（也稱自動飛行控制系統(tǒng)）。
"世紀(jì) 年代以前，含有自動駕駛儀的飛行自動控制系統(tǒng)主要用于運(yùn)輸機(jī)和轟炸機(jī)，當(dāng)時戰(zhàn)斗機(jī)的飛行速度和高度都不大，自身的穩(wěn)定性好，對自動控制的需求并不迫切。超音速飛機(jī)問世后，飛行包線（飛行速度和高度的變化范圍）擴(kuò)大，飛機(jī)自身的穩(wěn)定性變差。例如，飛機(jī)自身的阻尼力矩在高空因空氣稀薄而變小，阻尼比下降，至使飛機(jī)角運(yùn)動產(chǎn)生強(qiáng)烈的擺動，僅靠駕駛員操縱飛機(jī)較為困難。為解決這類問題，在飛機(jī)上安裝由角速度陀螺、放大器和串聯(lián)舵機(jī)組成的阻尼器，引入飛機(jī)角速度的負(fù)反饋，增強(qiáng)角運(yùn)動的阻尼，增加穩(wěn)定姓。后又由阻尼器發(fā)展成為增穩(wěn)控制和控制增穩(wěn)系統(tǒng)。阻尼器只是增大阻尼（改善動穩(wěn)定性），而增穩(wěn)和控制增穩(wěn)系統(tǒng)還可增加靜穩(wěn)定性和改善操縱性。飛機(jī)上安裝了阻尼器或增穩(wěn)系統(tǒng)，就好似變成了一架穩(wěn)定性較好的新飛機(jī)。阻尼器和增穩(wěn)系統(tǒng)的工作方式與自動駕駛儀不同，前兩者飛機(jī)起飛就投入工作，這時駕駛員仍然直接操縱飛機(jī)，這種系統(tǒng)稱為人工飛行操縱系統(tǒng)。自動駕駛儀（即飛行 %&動控制系統(tǒng)）則僅在飛機(jī)完成空中配平（指飛機(jī)力矩的平衡和桿力的平衡）后，才能接人。此后，駕駛員只能通過自動駕駛儀操縱臺上的旋鈕操縱飛機(jī)。
人工飛行控制（或操縱）系統(tǒng)和飛行自動控制系統(tǒng)總稱為有人駕駛飛機(jī)的飛行控制（或操縱）系統(tǒng)。
第二節(jié) 飛行控制系統(tǒng)的作用和地位
由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)及空氣動力學(xué)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，飛行控制系統(tǒng)在整個飛機(jī)系統(tǒng)中所處的地位愈來愈重要。現(xiàn)代飛行控制系統(tǒng)是現(xiàn)代飛機(jī)中不可缺少的重要組成部分。他除具有最基本的自動駕駛功能外，還對改善飛機(jī)的穩(wěn)定性、操縱性和機(jī)動性有重要作用。
"世紀(jì) &年代，飛機(jī)設(shè)計(jì)思想發(fā)生了根本性變化，即出現(xiàn)了隨控布局設(shè)計(jì)思想，從而
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取代了以氣動布局為中心的設(shè)計(jì)思想。所謂隨控布局設(shè)計(jì)思想意指：綜合考慮氣動布局、飛行器結(jié)構(gòu)、推進(jìn)裝置和控制系統(tǒng)四個環(huán)節(jié)，并以飛行控制為紐帶充分發(fā)揮和協(xié)調(diào)四個環(huán)節(jié)的功能，從而大大提高整個飛機(jī)的性能。
第三節(jié) 穩(wěn)定性、操縱性和機(jī)動性
飛機(jī)的飛行運(yùn)動可分為基準(zhǔn)運(yùn)動和擾動運(yùn)動�；鶞�(zhǔn)運(yùn)動是指各運(yùn)動參數(shù)完全按預(yù)定的規(guī)律變化。擾動運(yùn)動是指由于受到外干擾而偏離基準(zhǔn)運(yùn)動的運(yùn)動。
飛機(jī)穩(wěn)定性，是指飛機(jī)在受到外加干擾情況下，當(dāng)干擾作用消除后駕駛員不做任何操縱，飛機(jī)自動恢復(fù)到原始平衡狀態(tài)的能力 "飛機(jī)穩(wěn)定性主要由穩(wěn)定力矩和阻尼力矩決定。在飛行控制系統(tǒng)理論中又分為靜穩(wěn)定性和動穩(wěn)定性。
靜穩(wěn)定性是指在外干擾停止作用的最初瞬間，鑒別運(yùn)動參數(shù)變化的趨勢。外干擾消除后，依靠飛機(jī)本身的氣動特性使飛機(jī)有恢復(fù)、偏離和既不恢復(fù)也不偏離平衡位置的趨勢，分別稱為靜穩(wěn)定、靜不穩(wěn)定和靜中立穩(wěn)定。
動穩(wěn)定性是指在外干擾停止作用之后，至少在一段時間內(nèi)，飛機(jī)不按基準(zhǔn)運(yùn)動的規(guī)律運(yùn)動，而是按擾動運(yùn)動的規(guī)律運(yùn)動，飛機(jī)自動恢復(fù)到原始狀態(tài)的能力。經(jīng)過若干時間，如果飛機(jī)能從擾動運(yùn)動恢復(fù)到基準(zhǔn)運(yùn)動，則稱基準(zhǔn)運(yùn)動是穩(wěn)定的。若擾動運(yùn)動越來越偏離基準(zhǔn)運(yùn)動，則稱基準(zhǔn)運(yùn)動是不穩(wěn)定的。若擾動運(yùn)動既不恢復(fù)也不偏離基準(zhǔn)運(yùn)動，則稱基準(zhǔn)運(yùn)動是中立穩(wěn)定的。
值得注意的是，飛機(jī)的穩(wěn)定性與自動控制原理中穩(wěn)定性的概念是一致的，這里引出動穩(wěn)定性、靜穩(wěn)定性概念，是在一定條件下產(chǎn)生的，并不是說飛機(jī)具有兩種意義的穩(wěn)定性。穩(wěn)定性是惟一的，即動穩(wěn)定性。那么為什么要引出這兩個概念呢？因?yàn)轱w機(jī)的氣動布局決定了飛機(jī)運(yùn)動具有長周期和短周期兩種運(yùn)動形式（稱模態(tài)）。對有人駕駛的飛機(jī)來說，短周期模態(tài)不穩(wěn)定是不允許的，因?yàn)樗l(fā)散很快，駕駛員來不及干予。為此，對一般飛機(jī)，要求飛機(jī)重心在焦點(diǎn)之前，以保證短周期模態(tài)是穩(wěn)定的。重心與焦點(diǎn)間的相互位置關(guān)系，實(shí)質(zhì)上就是靜穩(wěn)定性的概念。他在飛機(jī)設(shè)計(jì)中占有十分重要的地位。后來為了研究飛機(jī)受擾后的運(yùn)動特性，又提出了動穩(wěn)定性的概念。因?yàn)殪o穩(wěn)定性只研究擾動停止后飛機(jī)在最初瞬間的運(yùn)動趨勢，而動穩(wěn)定性要研究整個運(yùn)動過程及其最終結(jié)果。所以，從這個程度上說，靜穩(wěn)定性不是飛機(jī)真實(shí)的穩(wěn)定性，具有靜穩(wěn)定性的飛機(jī)不一定具有動穩(wěn)定性，但是，在一般情況下，靜穩(wěn)定性是動穩(wěn)定性的必要條件。
飛機(jī)的操縱性，是指能按照駕駛員的操縱指令，改變飛機(jī)姿態(tài)的能力，即飛機(jī)以相應(yīng)的運(yùn)動（過載、迎角、俯仰角速度和橫滾角速度等），響應(yīng)駕駛員操縱平尾、副翼和方向舵動作的能力。研究的是為實(shí)現(xiàn)某一飛行狀態(tài)應(yīng)該怎樣操縱飛機(jī)，易于操縱的條件及飛機(jī)對操縱響應(yīng)的快慢等。如果駕駛員能感覺到桿力適中，并且飛機(jī)的姿態(tài)改變沒有過分的延遲，即是說飛機(jī)對駕駛員操縱指令的響應(yīng)是既迅速又準(zhǔn)確的復(fù)現(xiàn)操縱指令，則飛機(jī)的操縱性就好。飛機(jī)的操縱性往往又分為靜操縱性和動操縱性。
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