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源自@3系飛行員

摘要

A320是第一個使用電傳操縱系統的民用機型。隨後A330/A340飛行操縱都是在A320基礎上做了改進，目前A380和A350使用的技術更先進，安全性更高。作為空客機型飛行員，需要充分了解和掌握電傳飛行操縱系統的基本原理。

飛行操縱舵面介紹

飛機操縱面都是：

‐ 電控的

‐ 液壓作動的

水平安定面和方向舵可機械操縱。側杆用於控制飛機的俯仰及橫滾(和偏航，間接通過轉彎協調)。計算機分析飛行員的輸入，按需移動飛行操縱面，以完成飛行員要求的指令。然而，在正常法則下，不論飛行員輸入什麼信息，計算機都將防止過度的機動飛行和超過俯仰和橫滾軸安全包線的飛行。但是，方向舵和傳統飛機上的一樣，不具備這種保護。

飛行操縱計算機介紹

7個飛行操縱計算機根據正常、備用或直接法則處理飛行員和自動駕駛的輸入，計算機有：

2個 ELACs

(升降舵副翼計算機)

提供: 正常升降及安定面控制副翼的操縱。

3 個SECs

(擾流板升降舵計算機)提供: 擾流板的操縱。

備用升降舵和安定面控制。

2 個FACs

(飛行增穩計算機)提供: 方向舵電動控制。

另外的2個FCDC（飛行操縱數據集中器）從 ELAC (升降舵副翼計算機)和 SEC (擾流板升降舵計算機)獲得數據並將數據送至 EIS (電子儀表系統)和 CFDS (中央故障顯示系統)。

*飛行操縱系統控制邏輯

A320飛機所有操縱面都需要液壓驅動控制（G/B/Y）。並且每個飛行操縱計算機和液壓作動筒之間有著默認的對應關係。

【表1】擾流板控制邏輯

每塊擾流板都由一個伺服傳動裝置來定位。每個伺服傳動接收分別來自於G、 B或Y液壓系統的動力，由SEC1、2 或3 來控制。當相應的計算機出現故障或失去電控時，擾流板自動收至0位。在液壓供給失效的情況下，擾流板保持在失效時的偏轉位置，或如果在空氣動力的推動下，保持在較小的位置。當一個機翼上的擾流面失效時，另一個機翼上相對稱的擾流板被抑制。

【表2】副翼控制邏輯

每個副翼有兩個電動控制的液壓傳動裝置。其中只有一個工作。

每個伺服傳動裝置有 2 種控制方式：

現用: 傳動裝置的位置是電動控制的。

阻尼: 傳動裝置隨舵面運動。

如果兩部 ELAC 故障或藍色和綠色液壓系統低壓，系統自動選擇阻尼方式。

【表3】升降舵控制邏輯

兩個電動液壓伺服傳動裝置驅動每個升降舵。

每個伺服傳動裝置有 3 種控制方式：

現用: 傳動裝置由電動控制的。

阻尼: 傳動裝置隨舵面運動。

定中: 傳動裝置由液壓保持在中立位置。

正常工作中：一個傳動裝置在傳動方式，另一個在阻尼方式。某些機動飛行引起第二個傳動裝置傳動。

如果工作的伺服傳動裝置失效，阻尼的傳動裝置開始工作，而失效的傳動裝置自動轉換為阻尼方式。

如果兩個伺服傳動裝置都不是電動控制，它們將自動轉換為定中方式。

如果兩個伺服傳動裝置都不由液壓操縱，它們將自動地轉換至阻尼方式。

在一個升降舵失效的情況下，另一升降舵的偏轉角度受限制，以避免在水平安定面或機身後部施加過大的不對稱載荷。

【表4】水平安定面控制邏輯

水平安定面由兩個液壓馬達驅動的一個螺旋起動器驅動。

這兩個液壓馬達由下列控制：

• 3個電馬達中的一個，或

• 機械配平輪。

水平安定面的電動控制：

飛行操縱計算機只是將控制指令傳遞給電動馬達。由電動馬達控制液壓伺服傳動裝置工作。並且是G和Y雙液壓同時工作。

【表5】方向舵（偏航阻尼，配平）控制邏輯

方向舵由3個獨立的液壓傳動裝置來作動，液壓傳動裝置並聯工作。

在自動工作時（偏航阻尼，協調轉彎）三個液壓伺服傳動裝置由一G液壓系統伺服作動器驅動。一個Y液壓系統伺服作動筒保持同步並且將在綠色伺服作動器失效時接替工作。

偏航阻尼和協調轉彎功能不向方向舵腳蹬提供反饋。

方向舵行程極限由FAC通過控制相應的電動馬達完成。並且隨著飛機速度增加，方向舵行程極限會逐步減小，以避免結果載荷：

如果出現導致方向舵行程限制系統失去的失效情況，方向舵偏轉限制就停在最後達到的值上。縫翼伸出時，全方向舵行程權限得以恢復。在所有情況下，可用的方向舵偏轉在整個飛行包線內提供足夠的偏航控制。包括最大不對稱推力的情況。

方向舵配平是由兩個給人工感覺組件定位的電動馬達完成的。在正常工作時，1號馬達( 由FAC1控制)為配平提供動能， FAC2 與2號馬達作為備用而保持同步。

【表6】襟翼/縫翼控制邏輯

襟翼系統有兩個縫翼襟翼控制計機(SFCC)，每個計算機包含一個襟翼通道和一個縫翼通道。縫翼由B和G雙液壓控制；襟翼由G和Y雙液壓控制。

翼尖剎車(WTB)在不對稱、超速、對稱失控或非指令移動的情況下開始工作。它們在飛行中不能鬆開。B和G液壓系統提供給縫翼和右機翼襟翼的制動器控制，B和Y液壓系統提供左機翼襟翼的制動器控制。

注: 如果襟翼翼尖制動器接通，仍可操作縫翼，如果縫翼翼尖制動器接通，仍可操作襟翼。如果一個SFCC失效，那麼縫翼和襟翼將以半速工作。如果一個液壓系統失效，相應的操縱面以半速度工作。

襟翼手柄有 5 個位置：0, 1, 2, 3和FULL

兩個形態與位置 1 相對應：形態 1 和形態 1+F。按如下方式選擇：

在大迎角和低速度時該功能抑制縫翼收回。

縫翼襟翼控制計算機 (SFCC)使用修正的迎角或 ADIRU 獲得的空速信息 來抑制縫翼收回。

如果迎角超過 8.5 ° 或速度降至低於148 kt，抑制從位置 1 收到 0。如果迎角低於 7.6 ° 或當速度超過 154 kt 時，解除抑制。該功能在下列情況下不工作：

手柄選擇在 0 位以後，迎角超過 8.5 ° 或速度低於148 kt 。

飛機在地面，速度低於 60 kt 。

總結

A320是第一個使用電傳操縱的民用機型。7部飛行操縱計算機控制飛機的飛行狀態，冗餘度相對較高，所有操縱面都需要液壓控制。對於擾流板，副翼和升降舵，每個舵面只有一個液壓作動器工作。其他處於備用（阻尼）狀態；對於水平安定面是G和Y雙液壓同時控制；對於方向舵是G/B/Y三液壓並聯控制；對於襟翼是G和Y雙液壓同時控制，對於縫翼是G和B雙液壓同時控制。計算機在控制液壓作動器（或電動馬達）時是按照一定優先順序進行的。當現用計算機（或液壓作動器/電動馬達）失效時，按照優先權邏輯依次重新分配計算機控制。

如果多個計算機或液壓失效，就會導致飛行操縱能力的降級。空客由此定義出了不同的飛行操縱法則。

摘要

PF施加於側杆上的力與飛機的反應之間的關係被稱作操縱法則。該關係確定飛機的操縱特性。

操縱法則有三套，並且是根據以下設備的狀態來提供的：計算機，外圍設備和液壓系統。

這三套操縱法則為：

• 正常法則

• 備用法則

• 直接法則。

除此之外，還有機械備份法則和非正常姿態法則。

機械備份法則：

目的是在 MMEL 放行條件下實現所有安全目標——管理臨時和完全失去電氣、臨時失去五個電傳計算機、失去兩個升降舵或完全失去副翼和擾流板。必須知道由於電傳的結構，使用機械備份的情況是極不可能。

非正常姿態法則：

不管什麼原因，如果飛機大大超出了正常飛行包線併到達非正常姿態，則正常操縱會改變並給 PF 提供最大效率來重新獲得正常姿態。

正常法則

正常法則的目的在於提供在正常飛行包線範圍內的操縱特性（與飛機速度、高度、全重和CG無關）：

• 飛機必須穩定並具備機動性，

• 飛機在同樣條件下的反應必須相同，

• 側杆上的動作必須與飛機的俯仰和橫滾相匹配。

飛機包線限制內，正常法則的操縱特性為：

• PF全權控制飛機到最大性能

• 在緊急情況下PF可以本能/立即採取動作，

• 減少操縱過度或飛機承受過大荷載的可能性。

俯仰特性

在空中PF進行側杆輸入時，會指令飛機進行一個恆定載荷的機動，飛機用載荷/俯仰速率進行反應。因此， PF的指令與飛機的預期「自然」反應相一致：低速時根據俯仰速率機動，高速時根據飛行航徑速率或載荷機動。因此，如果側杆上沒有輸入：

即使速度改變，飛機也保持飛行航徑。如果形態改變或推力變動，飛機將補償俯仰力矩效應。顛簸時，飛行航徑出現小幅偏差。但是，飛機仍趨向於重新獲得穩定的狀態。

操作建議

如果飛機偏離其計劃的飛行航徑，飛機穩定並自動配平後，PF只需在側杆上進行小的修正。

PF不應抵抗側杆力或操縱過量。如果 PF 懷疑操縱過量，則應該鬆開側杆。

起飛和著陸

上述俯仰法則不是起飛和拉平階段最適當的法則，因為PF一般不會預期有穩定的飛行航徑。

因此，計算機自動調整操縱法則以適應下列飛行階段：

• 地面法則：操縱法則是直接法則

• 拉平法則操縱法為俯仰需求法則。

操作建議

起飛和著陸機動自然完成。例如，拉平要求 PF在側杆施加持續向後的力量以獲得漸進的拉平。而放前輪動作要求在側杆上施加輕微向後的力量來柔和放下前輪。

水平特性

當PF操縱側杆做橫向動作時，會給出飛機橫滾速率，飛機按橫滾率增加坡度轉彎。

因此，在坡度角小於33 °、側杆上無操縱力時，指令零橫滾速率，飛機保持當前坡度角。從而，飛機在橫側方向上是穩定的，無需進行副翼配平。

然而，橫向法則也是橫滾和偏航指令的混合加上：

‐ 自動轉彎協調，

‐ 自動偏航阻尼，

‐ 飛機出現大的不平衡時偏航阻尼器的起始反應。

另外，如果坡度角小於33 °，飛機自動提供俯仰補償。如果坡度角大於33 °，會重新獲得螺旋穩定性，同時俯仰補償不再可用。這是因為，在正常情況下不會有操縱方面的原因要求使用這樣的大坡度角長時間飛行。

操作建議

在平飛正常轉彎時（坡度角小於33 °）：

• PF水平操縱側杆（側杆水平移動量越大，導致的橫滾速率就越大，例如：最大偏轉量為每秒15 °/s），

• 無需進行俯仰修正，

• 無需使用方向舵。

在進行大坡度轉彎時（坡度角大於33 °），PF必須：

• 在側杆上施加水平壓力以保持坡度。

• 在側杆上施加向後的壓力保持平飛。

發動機失效

在飛行中，如果發動機失效且側杆無操縱，則橫向正常法則會控制飛機橫滾和偏航的自然趨勢。

如果側杆上無輸入，飛機會達到大約5 ° 的恆定坡度角、恆定側滑和緩慢偏側的航向率。

飛機的橫向動作是安全的。

然而，PF應按需使用橫向配平技術。就性能而言，起飛單發最有效的飛行技巧為保持一穩定的航向同時保持橫滾操縱面不放出。這種技術決定了所需的方向舵量及隨之產生的剩餘側滑。

因此，為了顯示單發起飛時飛行所需的方向舵量，PFD上計算的側滑指數會替換為計算的剩餘側滑值。該指數用藍色而不是黃色的β目標值顯示。

如果PF蹬舵使β目標回中，那麼PF將使用單發所要求的剩餘側滑飛行。於是飛機便保持穩定的航向飛行，同時副翼和擾流板接近中立。

操作建議

起飛時若出現單發，PF必須：

• 柔和調整俯仰以保持安全速度（按SRS引導）

• β目標回中（動作無需緊急，因為飛機的橫向狀態是安全的）

• 適當時，使用方向舵腳蹬橫向配平飛機。

• 使用少量橫向側杆輸入，使飛機朝恰當的航向飛行。

正常法則提供五種不同的保護：

• 大迎角保護

• 載荷係數保護

• 大俯仰姿態保護，

• 坡度角保護，

• 大速度保護。

正常法則下的五種保護

目的

PF的主要任務之一是將飛機保持在正常飛行包線範圍內飛行。但是，由於出現極端的狀況或飛行員錯誤處置，在某些情況下，可能超過這些限制。

飛機雖有保護，但PF不得有意超出正常飛行包線範圍。另外，這些保護也並非用於進行結構限制保護（如，相反的方向舵輸入）。其設計目的在於出現緊急情況和壓力很大的情況時協助PF，該狀態下只有本能快速的反應有效。

保護的目的在於：給PF提供在極端條件下讓飛機持續達到最佳性能的全部權限，減小操縱過量或是飛機超負載的危險，給PF提供本能和立即實施的程序以確保PF取得可能的最佳結果。

載荷保護

商用飛機由於潛在的衝突或CFIT等而進行規避機動時，載荷係數可能較高。

如果隨後的機動真能按照該載荷數值進行，則拉杆有效。如果飛機無法按照該軌跡飛行或無法進行該機動，則拉杆有害。

商用飛機結構允許的最大載荷是：

• 光潔形態下， 2.5 g

• 襟翼放出時是 2.0 g

在大多數的商用飛機上，進行 2.5 g 的有效機動的可能性非常小。而且，駕駛艙內沒有持續提供載荷係數的信息，航空公司的飛行員並不習慣控制該參數。這在飛行經驗中得到進一步的證明，揭示了：在緊急情況下，PF對操縱杆或側杆的初始反應較為猶豫，然後變得迅猛。

在載荷係數的保護下，PF 可立即並且本能地向後拉側杆到底：飛機開始會立即以 2.5 g 機動飛行。然後，如果因為危險仍然存在而PF 必須保持拉側杆到底，則大AOA 保護將代替載荷係數保護。載荷係數保護增強了該大AOA 保護。

載荷係數保護可使 PF立即反應，不對飛機造成任何過載的危險。

飛行經驗還表明：2.5 g 的立即反應提供了比遲疑並滯後（延遲2秒）的大載荷係數機動更大的越障。

大速度保護

當以超過最大設計速度VD/MD（該速度大於VMO/MMO）飛行時，由於氣流載荷大，飛機操縱的難度和飛機結構損壞的可能性都將加大。因此，VMO/MMO和VD/MD間的裕度必須足夠大，這樣在任何可能超出正常飛行包線範圍時都不會導致大的問題。

為保護飛機，在俯衝或垂直操縱異常時，高速保護給側杆增加了一個正的機頭向上的指令。這就減小了VMO/MMO和VD/MD之間的裕度。

因此，在俯衝狀態下：

• 如果側杆沒有輸入，飛機飛行將輕微超過VMO/MMO ，然後飛回正常飛行包線範圍。

• 如果側杆保持前推到底，飛機將超過VMO/MMO 較多，但未達到VD/MD。大約在 VMO +16 / MMO +0.04 時，低頭效能逐漸減小至零（這並不意味著飛機穩定在此速度）。

大俯仰姿態保護

過大的俯仰姿態導致危險的情況（由非正常姿態或不正確的機動引起的）：

• 機頭向上姿態過大快速損失能量

• 機頭向下姿態過大 快速獲得能量

另外，不存在需要以過大姿態飛行的緊急情況。基於這些原因，俯仰姿態保護將俯仰姿態限制為+30 °/-15 °之間。

俯仰姿態保護增強高速保護、大荷載因數保護和大AOA保護。

大迎角(AOA)保護

大迎角（AOA）保護使PF可以在危險情況下將側杆向後拉到底以持續達到可能的最佳飛機升力。在側杆上的動作是本能的，大迎角（AOA）保護使失速或失去控制的危險減至最小。

大迎角（AOA）保護為空氣動力保護的一種：

• 若有任何原因導致飛機超出正常飛行包線，PF將會察覺，因為自動俯仰配平停止，飛機將下沉以保持當前的AOA（α保護，靜安定性強），反應將明顯改變。

• 如果PF接著將側杆向後拉到底，則指令一個最大AOA（大致與最大爬升迎角一致）。另外，減速板（若伸出）將自動收上。

除了該空氣動力保護外，還有另外三種能量功能：

• 如果A/THR處於速度方式，即使目標速度小於VLS，速度也不會小於VLS。

• 一個低能音響警告「SPEED SPEED SPEED」警告飛行員飛機能量水平已經低於臨界值，必須通過俯仰控制增加推力以恢復正的飛行航跡角。它在CONF 2，CONF 3 和 CONF FULL 中可用。

能量水平由 FAC 依據下列輸入信號計算：

‐飛機形態

‐水平減速率

‐飛行航徑角

在緊急情況下，如風切變或CFIT，PF通過下列設備得到援助以使飛機性能最佳化：

• 自動推力：增大推力以保持速度大於VLS

• 低能量警告「SPEED, SPEED, SPEED」：增強 PF 的意識

• α平台：提供TOGA推力，

• 大迎角（AOA）保護：提供最大的空氣動力升力

• 自動收回減速板：最大限度減小阻力。

操作建議

在以αmax速度飛行時，必要時 PF 可進行柔轉彎。

除了短時間內要求最大機動速度之外，PF不能有意在迎角保護範圍內飛行。

如果意外進入迎角保護範圍，PF必須儘快退出。將側杆向前鬆開以減小迎角，同時增大推力（如果α平台尚未啟動或已被取消）。如果α平台已啟動，

必須在恢復安全速度後儘快按壓推力手柄脫開按鈕（在任一推力手柄上）將其取消。

在GPWS警告/風切變時：

• 將推力手柄推至TOGA位，

• 將側杆向後拉到底（風切變時跟隨SRS指引直至側杆向後拉到底），

• 起始保持機翼水平。

這樣可以立即提供最大升力/最大推力/最小阻力。因此，CFIT脫離機動將更為有效。

坡度角保護

坡度角保護防止飛機進入任何重大的異常狀態，也防止PF誤操縱從而導致飛機進入大坡度角的狀況（在異常狀態下，飛機改出較為複雜，因為正確分析該狀況並及時反應比較困難）。坡度角保護給PF提供全權限來有效地進行所需的橫滾機動。

可達到的最大坡度角大致為：

• 67 °, 在正常飛行包線內 (2.5 g 平飛)

• 40 ° ，在高速保護時（以避免螺旋俯衝）

• 45 °，在大迎角保護時。

備用法則

在有些雙重故障時，計算機及其外圍設備的完整性和裕度不足以獲得正常法則及相關的保護。系統會根據剩餘的外圍設備或計算機的可用性逐步降級。

備用法則的特性（通常在雙失效時觸發）：

‐ 在俯仰方式：與正常法則一樣，拉平為直接法則

‐ 在橫滾方式：橫滾直接

‐ 大部分的保護失效，除了載荷係數保護。

在飛行包線限制邊緣，飛機不受保護，即：

‐ 在高速時，飛機恢復自然靜穩定性，並有超速警告，

‐ 在低速時（低於VLS的速度閾限），自動俯仰配平停止，飛機恢復自然徑向靜穩定性，1.03 VS1G 有失速警告。

在某些失效的情況中，例如失去 VS1G 計算或兩部 ADR，徑向靜穩定性在低速不能恢復。若三部 ADR 都失去，則高速不能恢復。

在備用法則中，VMO 調置減小到 320 kt，並且迎角平台受抑制。對於 A318，MMO 調置也減小到 M 0.77。）

操作建議

在正常飛行包線範圍內，俯仰操縱特性與正常法則相同。

在正常飛行包線範圍外，PF必須採取合適的預防措施以避免失去操縱和/或超速。這些動作與無保護功能的飛機發生任何情況時所採取的動作是一樣的。飛行機組應該考慮下降到一個更低的高度，以增加抖震的裕度。下降到 REC MAX ALT以下大約4000ft 能明顯減低顛簸時失速警告的出現。

直接法則

大部分三重失效的情況都會觸發直接法則。

發生這種情況時：

• 方向舵偏轉與操縱杆偏轉成比例。最大偏轉度依形態和CG而定

• 副翼和擾流板偏轉與操縱杆偏轉成比例，但隨飛機形態改變而變化

• 俯仰配平為人工指令操縱特性是高性能飛機的自然特性，在各種形態和 CG 下都基本一致。

因此，飛機除了超速或失速警告外，顯然沒有保護、沒有自動俯仰配平。

操作建議

PF 必須避免使用大推力變化或突然移動減速板，特別是重心靠後時。如果減速板放出且飛機已經重新配平，則 PF 必須柔和地收回減速板，給重新配平的時間，從而避免引起機頭下俯的明顯配平變化。

飛行機組應該考慮下降到一個較低的高度，增加抖震的裕度。下降大約REC MAX ALT以下4000ft 明顯降低抖震中失速警告的出現。

法則信息指示

ECAM 和 PFD 會指示任何的操縱法則降級。

在 ECAM 上

備用法則：

飛行操縱 備用法則（保護失去）

最大速度320 kt(A318 為 320 kt/M 0.77)

直接法則：

飛行操縱 直接法則（保護失去）

最大速度320 kt/M 0.77

使用人工俯仰配平

在 PFD 上

PFD 可增強 PF 對飛行操縱狀態的意識。

正常法則下，速度帶上有關低速信息的特定符號（=以綠色顯示）和特定格式指示哪一種保護可用。

當保護失去時，琥珀色十字 (X) 代替綠色保護符號 (=) 出現。當自動俯仰配平不再可用時，PFD 上出現琥珀色的 "USE MAN PITCH TRIM"信息，該信息顯示在 FMA 上面。

機械備份法則

機械備份使得 PF 能夠使用方向舵和人工俯仰配

平安全地穩定飛機，同時重構系統。

在這些情況中，其目的不是精確飛行，而是保持飛機姿態安全且穩定，從而可以恢復失效的系統。

使用俯仰配平輪控制俯仰。俯仰配平輪的任何動作都應該柔和的執行，因為比較大，THS 作用是十分明顯的。方向舵提供橫向控制，會引起明顯的橫滾且稍微延遲。PF 應使用一定的舵量轉彎，並等待飛機反應。若要穩定並使機翼水平，則通過鬆開方向舵踏板預先考慮。

在 PFD 上立即出現紅色的"MAN PITCH TRIM ONLY"信息，提醒 PF 正在使用機械備份。

非正常姿態法則

所謂「非正常姿態」的法則為：

• 俯仰備用法則，有載荷係數保護（沒有自動配平）

• 橫向直接法則，偏航備用法則

當達到以下極端值時這些法則發生作用：

• 俯仰（50 °仰角，30 °俯角）

• 坡度(125 °)

• AOA (30 °, -10 °)

• 速度(440 kt, 60 kt)

• 馬赫 (0.96, 0.1)。

總結

因為電傳操縱提供保護以確保儘早快速進行反應，飛機達到這些姿態的可能性極小。這就使飛機進入異常狀態的可能性及其影響減至最小。

電傳操縱的效應及操縱法則的存在使有保護的空客飛機無需進行異常狀態改出的訓練。