A320系列飛機 ATA27 飛行控制系統概述

2019-08-31     輕航之家

飛行控制系統,顧名思義,就是飛行員用來操縱飛機飛行姿態的一套系統。

A320系列飛機的絕大多數飛行控制系統的舵面都是電控液壓作動的,除了縫翼是鋁合金材料製作的,其餘所有的飛控舵面都是復合材料製成的。作為備份,安定面和方向舵有一套機械控制液壓作動的備份機構。飛行員可以通過側杆完成對飛機俯仰和橫滾的控制。

飛控舵面

俯仰操縱是通過兩個升降舵和可配平水平安定面(THS)實現的。其中升降舵用於短時、臨時的姿態控制;THS用於長時間的姿態調整。

橫滾操縱是通過每個大翼上的一個副翼和2號至5號擾流板完成的。

偏航操縱是由方向舵來實現的,在側風起降和單發失效(推力不均衡)時也可以用方向舵來完成航向的修正。另外偏航阻尼功能可以控制方向舵來進行協調轉彎和防止荷蘭滾。

兩側大翼的2號、3號、4號減速板在空中可以同時放出增加飛機的阻力來進行減速。當同時有滾轉指令和減速指令時,兩個指令會疊加並優先滿足滾轉指令要求。

在降落或者中斷起飛時,兩側大翼全部1至5號擾流板全部升起,破壞升力增大阻力來使飛機更快的減速。

縫翼和襟翼可以用來增加飛機的升力,每個大翼上有5塊縫翼,內外兩塊襟翼(A321飛機上使用的是雙縫襟翼)。

副翼的安裝位置沒有襟翼,當襟翼放出時兩側副翼可以同時向下偏轉來增加升力

飛行控制

所有的飛行舵面控制都在駕駛艙中進行。

兩個側杆用來進行人工俯仰和橫滾的操縱。在沒有操縱指令時,兩個側杆由彈簧負載回中立位。每個側杆上個有個小的紅色按鈕可以用來脫開自動駕駛和獲得優先控制權。

減速板手柄控制著減速板位置和地面減速板預選,在空中時需要減速時將手柄放置到需要的位置減速板就能放出相應的角度。在收回位拉起手柄時,可以預位地面減速板,當滿足條件時地面減速板會自動放出。

THS在飛行中是自動進行配平控制的,在落地後THS會自動回到中立位。在起飛前機組可以使用過THS人工控制進行俯仰配平預設,在空中自動配平失效時也可以通過手輪進行人工俯仰配平。配平角度指示顯示在配平手輪旁邊的刻度上

兩套腳蹬可以進行方向舵的機械操縱,兩套腳蹬可以單獨進行調節。

方向舵配平控制電門控制電配平作動器,使方向舵移動到一個新的中立位。方向舵配平重置電門可以把方向舵配平位置重置回0位置。方向舵配平角度顯示在控制電門旁邊的方向舵配平指示器上

襟翼控制手柄可以同時控制襟翼和縫翼的作動,共有五個位置。

飛機上有很多指示器用來指示飛控系統的工作狀態。

飛控面板上的飛控計算機按壓電門可以使對應的飛控計算機通電、斷電和重置。

在飛行機組面前有兩個側杆優先權指示燈,用來指示控制優先權處於機長側還是副駕側飛行員。

飛控系統主要顯示在3個ECAM頁面上,主飛控舵面顯示在ECAM飛控頁面上,擾流板顯示在ECAM機輪頁面上,而襟縫翼的位置顯示在E/WD上面。

電傳操縱

飛行員通過側杆完成飛機的俯仰和滾轉操作,側杆的作動指令被送各個飛控計算機通過計算將操作指令轉換成飛機是姿態目標。飛控計算機會向飛控舵面發送偏轉指令,舵面偏轉使飛機達到期望的姿態。計算機還會監控舵面的位置反饋,這個環路我們稱之為內環路,同時計算機還會監控飛機的狀態反饋並將其與目標姿態進行對比,這個環路我們稱之為外環路。當飛行員操作超限或者是飛機超出安全的飛行包線計算機會自動抑制這些操作指令。自動駕駛的指令會直接送往飛控計算機。

飛控計算機會持續的控制和監控各個飛控舵面,並將故障信息記錄和儲存下來,A320系列飛機的飛控相關的計算機共有13部,其中包括:

2部ELAC(升降舵副翼計算機),負責橫滾和俯仰的控制。

3部SEC(擾流板升降舵計算機),負責橫滾和俯仰的控制。

2部FAC(飛行增穩計算機),負責偏航的控制。

2部FCDC(飛行控制數據集中器),負責指示和維護測試

2部FMGC(飛行管理和指引計算機),負責自動駕駛的指令

2部SFCC(襟縫翼控制計算機),負責襟縫翼的控制

所有的飛控舵面都是作動器接收計算機送來的偏轉指令後進行作動的。方向舵和THS還可以通過機械的方式進行控制。除了方向舵配平作動器、方向舵行程限制作動器和THS伺服馬達是電動的外,其餘的飛控作動器是通過液壓作動的。

飛控系統作動器和飛控計算機之間的聯繫如圖所示,左側或右側的升降舵作動器與兩部計算機相連,一部ELAC和一部SEC。

對於每個副翼、升降舵和偏航阻尼功能都有兩套伺服控制,正常情況下一套進行舵面的主動伺服控制,另一套與舵面的偏轉隨動,工作在阻尼模式。

當所有的計算機都失效,只有機械俯仰配平可用時,方向舵會進入定中模式,作動器會被液壓保持在中立位

在正常情況下,按照上圖飛控計算機進行伺服迴路控制,當計算機失效或液壓失效時按照箭頭指示的順序進行重新構型。

以上圖左側升降舵控制為例,左側升降舵有兩套伺服控制,一套由綠系統供壓,一套由藍系統供壓,綠系統伺服控制器與ELAC2計算機和SEC2計算機相連,而藍系統伺服控制器與ELAC1計算機和SEC1計算機相連,在所有系統和計算機均正常工作的情況下,左側升降舵由ELAC2計算機控制綠系統作動器進行作動,藍系統作動器工作在阻尼模式。若飛行中ELAC2發生故障,此時將自動重新構型,ELAC1控制藍系統作動器變為工作模式,而綠系統作動器變為阻尼模式。同理,若此時藍系統失效或者ELAC1失效,此時SEC2計算機將控制綠系統作動器進入工作模式,藍系統作動器再次進入阻尼模式。

飛行控制法則

電子飛行控制系統(EFCS)計算機把飛行機組的操縱輸入轉換成飛機的姿態控制指令。計算機通過飛行控制法則來計算舵面的偏轉量。飛控系統是一個有極高冗餘度的系統,當發生故障時可以自動進行重新構型。

正常法則

在正常情況下,飛控系統使用正常法則來計算飛控舵面的偏轉指令。正常法則可以提供所有的飛行包絡保護功能,這就意味著在整個飛行階段,飛機都能一直抑制過度操縱,使飛機時刻處於安全的姿態下。

備用法則

當有系統失效使正常法則不能實現時,飛控系統自動進入備用法則,備用法則下飛控保護功能會有一定的減少。

直接法則

當發生更多的故障時,飛控系統將自動進入直接法則,在直接法則下,所有的保護功能均失效,飛控舵面的作動與側杆指令完全相關。飛機在地面時也會自動進入直接法則狀態。

機械備份

在飛機的電源或者飛控計算機完全失效的狀態下,機械備份可以使飛行機組在緊急狀態下仍能控制飛機飛行。通過配平手輪可以控制THS從而完成縱向的俯仰操縱,此時升降舵會被液壓保持在0位。通過方向舵腳蹬可以完成飛機的橫向偏航操縱,這種情況下THS和方向舵的操縱還是要依靠液壓動力的。

襟縫翼系統

縫翼都是電控液壓作動的,兩部SFCC計算機控制和監控襟縫翼的工作,每部計算機都有一個襟翼控制通道和一個縫翼控制通道。襟翼系統和縫翼系統是相似的,每個系統由一個動力控制單元(PCU)驅動,兩個液壓馬達通過差速器耦合,扭力連杆和齒輪箱將機械能傳遞到作動器上來驅動舵面。兩個馬達由不同的液壓系統供壓並且有獨立的閥塊和壓力關斷剎車(POB)。閥塊控制馬達的方向和PCU輸出的轉速,POB在襟縫翼達到選定位置後或液壓失效時鎖住傳輸。

當探測到系統發生重要故障時,翼尖剎車(WTB)將通過液壓停止並鎖住系統工作,WTB只能在地面進行復位。

位置傳感器組件(PPU)將襟縫翼的位置反饋給SFCC計算機和ECAM指示。

在大迎角和低速時為了防止飛機失速,迎角速度鎖定功能會使縫翼不能完全收回

作動器

每個副翼舵面有兩套伺服控制,每塊擾流板各有一套伺服控制,襟縫翼由對應的PCU作動。

向舵有三套伺服控制,每個升降舵有兩套伺服控制,而THS有一個作動器

維護測試設備

有的飛控計算機都可以通過MCDU進行測試,但需要注意的是FAC計算機作為自動飛行系統的計算機需要在MCDU的AFS頁面中進行測試

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