电传操纵技术

自飞机发明至今,其操纵系统仍以机械操纵为主。机械式操纵系统在操纵装置(操纵杆、脚蹬)和飞机的舵机之间有一套相当复杂的机械连杆和液压管道,飞行员通过上述连杆和液压管道操纵操纵杆和脚蹬,以控制舵机的位置,使飞机达到期望的姿态和航向。
以前的飞机都是直接用人工机械操作。当飞机的尺寸和速度增大时,驾驶员难以直接用绳索将舵面拉起,因此作为驾驶员的辅助操纵装置,液压助力器被安装到操纵系统中。通过一个并联的液压驱动器来增加驾驶员操纵钢索时所施加的力,目前这种液压助力器仍然在许多飞机上使用。
二战后不久,全助推操纵系统开始出现。该系统中,操纵索从操纵杆直接连接到执行器的伺服阀上,不再直接与操纵面进行机械连接。采用全助推器操纵的主要原因是跨音速飞行时,操纵面上的作用力变化大,非线性很历害。因此,操纵时由操纵面反传到操纵杆上的力从操纵品质的观点来看是不可接受的。全能助推操纵系统本身是不可逆的,因而不受跨音速飞行非线性力的影响,由于全能助推操纵系统不再需要飞行员的体力来改变舵面的状态,从而使飞行员不能直观地感受到飞机的状态,所以就借助一些力反馈装置提供了人工杆力,这种人工杆力虽然在移动操纵面时并不需要,但在操纵飞机时却为飞行员提供了合适的操纵性能,这种人工杆力的设计能够使操纵感觉从亚音速飞行平稳过渡到超音速飞行。
随著飞机尺寸的不断增加,性能的进一步改善,增加稳定性以协助飞行员进行操纵变得越来越迫切,于是由全助航系统发展为增稳系统,包括偏航增稳系统,俯仰增稳系统,横滚增稳系统。该系统根据传感器反馈的飞机状态,对舵机偏转进行程序控制,从而保证飞机静稳定性。该增稳器与操纵杆或脚蹬相互独立,因此,增稳器的工作不会影响驾驶员的操纵。
由增稳系统发展到电传操纵(FBW)系统只是一个很小的步骤,如果加上一个离合器或其他方法,使机械系统在不使用的情况下断开,则可达到“协和”超音速客机的目的。
将机械备份在电传操作系统中完全去除,则成为全电传操作(FFBW)系统。
现在,我们已经可以对电传操纵系统下一个定义:电传操纵(FlyingByWire)系统是一种把驾驶员的操纵信号,通过转换器转换成电信号,并通过电缆直接传送到自行式舵机的系统。去除了传统的飞机操纵系统中,从操纵杆到舵机之间布满飞机内部的机械传动装置和液压管道。电子操纵系统的主要部件包括运动传感器、中央计算机、执行器以及与动物的感觉器、大脑和肌肉相对应的电源。
从飞行器操纵系统的发展过程中我们可以看到,任何事物的发展都是由需求和可能性两个因素决定的,电传操纵系统也不例外。随着飞机(包括某些飞行器)飞行控制技术的不断提高和科技的发展,飞机控制系统得到了逐步发展。
电子传控的重要性在于打破了飞机设计中需要保持静稳定性的布局,设计者可以根据作战任务来选择和优化最有效的布局,然后通过存储在飞行控制计算机软件中的相应控制律来提高人工稳定性。目前已有很多种类型的飞机采用了电传操纵系统,如F-16,幻影2000,“狂风”战斗机,F-15,Su-27,F/A-18等。
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