第1章概述 1.1飞行控制系统分系统 的定义及组成 飞行控制系统一般由感知对象状态的传感器、实施数据处理 和执行控制功能的计算机、操纵舵面运动的伺服作动系统作为人 机接口部件的控制与显示装置及机内自测试(BT)等分系统组成 见图11)。以上5个分系统是飞行控制系统完成其功能和任务 的基本平台每个分系统性能的优劣直接决定着整个飞行控制系 统的性能。 计算机分系缆 伺服作动 分系统 飞机 BIT BI 控制一显示 分系統 BIT 传感器分系统 BIT 图11飞行控制系统组成 1)飞行控制计算机分系统 飞行控制计算机是飞行控制系统的核心分系统。它担负着系 统数据的采集、余度管理、控制律计算等重要任务。飞行控制计算 机分系统是唯一一个与其他四个分系统均有信息交换的分系 统
2 飞行控制计算机的发晟是从模拟式开始的但随着飞行控制 系统功能的日益增多,飞行包线的不断扩大,尤其是综合控制技术 的发展,目前的飞行控制计算机已发展成以数字机为基础的可实 现多种组合功能的余度计算机系统。 飞行控制计算机是通过采集驾驶员指令及飞行器运动参数 后,按指定的控制算法及逻辑产生控制指令,通过执行机构控制飞 机运动,达到闭环控制目的。典型飞行控制计算机的主要功能一 般包括 (1)采集驾驶员指令及飞机运动的反馈信号; (2)对各类信息(输入或输出)进行交换管理和处理; (3)飞行控制系统工作模态的管理与散障申报及隔离; (4)多模态控制律计算,生成相应的控制指令; (5)完成各分系统及部件机内自检测的激励判断及报告 飞行控制计算机分系统由硬件和软件两部分组成,一个典型 的飞行控制计算机硬件和软件的基本组成见图12和图13 机箱底座 机箱 机箱箱体 母板 硬件部分 电源 主处理机电路扳 输入/输出电路板 伺服放大电路板 功能印制电路板 总线接口电路板 飞行测试电路板 机拟备价电路板 图12典型飞行控制计算机的硬件基本组成
3 调度 操作软件 同步 o处理 余度管理 软件部分 应用就件 控制律计算 故障申报 加电启动BT 飞行前BrT BT教件 飞行中BTr 维护BrT 图13典型飞行控制计算机的软件基本组成 为了保证飞行控制系统的任务可靠性和安全可靠性,在现代 飞行控制系统特别是电传飞行控制系统中,飞行控制计算机均采 用余度技术。一般为四余度或三余度容错飞行控制计算机。余度 设计及其综合验证是飞行控制计算机设计的关键,对于操纵权限 较小的飞行控制系统,也可以采用双余度飞行控制计算机(如直升 机控制增稳系统),但对于可靠性要求非常高的民用客机的电传飞 行控制系统,不但要采用多余度结构,还要采用非相似余度技术 (如波音777飞机),以避免软件共性故障的发生。目前较多采用 的中央处理芯片有: Intel86、M68k、TMs320x、 Power pc6xx、 R30xx1960等CSC和RISC中央处理单元,采用的语言有:汇 编、C、Ada等。 为提高飞行控制计算机的运算和处理能力,还可在每个通道 内采用两个或多个处理器并行工作,分别完成不同的运算和管理
工作。 表面贴装元件的采用,减轻了重量提高了组装密度。LRM (外场可更换模块)结构的逐渐采用降低了维护成本。ATR(航空 标准机箱)则促进了飞行制计算机的标准化。 2)伺服作动分系统 伺服作动分系统是飞行控制系统中必不可少的组成部分,作 为执行机构,伺服作动分系统按照计算机指令驱动舵面实现对飞 机的控制。伺服作动分系统性能的高低直接影响飞行控制系统的 性能。 伺服作动分系统是一种伺服控制系统,般由舵机和伺服控 制电子部件两部分组成。舵机是伺服作动分系统的执行部件,其 输出一般为力(或力矩)和线位移(或角位移)。伺服控侧电子部件 利用舵机的速度和位移等项反馈闭合伺服作动系统,以达到闭环 控制的目的故伺服作动分系统组成的回路又常被称为舵回路。 电动舵机和液压航机是飞行控制系统最为常用的两种形式。 由于液压舵机输出功率大反应时间快,目前在飞行控制系统应用 中占据主导地位。 电动舵机一般用于舵面较小的次操纵系统中,如扰流片、襟翼 等控制或者直升机控制和导弹控制。但是,近年来由于稀土材料 的应用,新型的电动舵机的应用越来越广泛。 本书将重点介绍液压舵机。现代液压舵机的特点表现在:高 频带、高可靠性和组合式。般使用频带为6Hz~1H。为保诳 高可靠性多采用余度技术。 伺服作动分系统的设计关键包括:高性能伺服阀、主控阀、位 移传感器的设计、系统增益分配及综合调试等。 伺服作动分系统的最新发展包括:直接驱动作动器、灵巧作动 器、功率电传作动器等。一项最新的调查表明,在A320飞机上去 掉一套液压系统后可减轻100kg重量,而功率电传作动器的采用 使之成为可能。灵巧作动器也可以给用户带来很大益处,如减轻 重量(减少电缆数量)安装方便(接口装置)提高可靠性改善维
5 护性等。此外提高工作压力以降低液压系统重量也是发展方向 之一。目前国外先进战斗机如EFA,JAS39,Su-27等均采用400 PSI的压力系统。工作压力为8000SL的超高压液压系统正在 研制之中,研究结果表明工作压力从传统的300S提高到800 PSI后液压系统的重量可以下降30%。 3)传感器分系统 要实现对飞机的飞行控制,首先要解决的问题就是如何精确 测量飞机的各类飞行参数,如飞机的婆态角迎角角速率、过载、 飞行高度和速度等。此外要控制飞机运动也需要测量驾驶员的指 令,如驾驶杆的位移或力。因此出现了各种敏感元件,如陀螺仪、 迎角传感器加速度计高度传感器以及位移和力传感器。传感器 是发展较早也是发展较为活跃的一个领域。传感器的种类很多, 飞机用传感器一般采用机械和电子相结合的机电产品,近年来激 光和光纤技术也大大推动了传感器的研制和发展,如激光陀螺、光 纤陀螺相继投入使用。 不同功能的飞行控制系统选用不同的传感器。控制增稳系统 选用的典型传感器包括速率陀螵加速度计迎角传感器和驾驶员 指令传感器等。自动驾驶仪选用的典型传感器还包括姿态陀螺、 高度传感器速度传感器等。 由于飞行控制系统所需敏感的信息较多,又是余度结构配置, 故飞行控制系统把所有提供信息的部件均划归为传感器分系统之 中 现代飞行控制系统特别是电传飞行控制系统所用的传感器, 均要求按余度配置,并应具有自监控功能,以便实现空中的实时监 控和地面的自检测。所以出现了3个或4个相同或同类传感器组 合装配在一个盒子内的传感器组件。 飞行控制系统的发展,带动了传感器技术的发展,尤其是主动 控制技术的出现,不仅要求传感器具有多功能、高精度的特点,而 且在其使用范围工作环境和可靠性方面提出了更高的要求。此 外,传感器分系统还将由分散结构向综合化信息系统方向发展