一種失速保護(hù)系統(tǒng)推桿響應(yīng)延遲問題的解決方案

傅璟裔

上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院綜合航電系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究部，上海 200436

1 失速保護(hù)系統(tǒng)介紹

當(dāng)飛機(jī)迎角超過一個(gè)臨界迎角后，機(jī)翼上表面邊界層將發(fā)生嚴(yán)重的分離，升力急劇下降而不能保持正常飛行的現(xiàn)象，叫失速。

失速保護(hù)系統(tǒng)的作用就是當(dāng)飛機(jī)接近失速狀態(tài)時(shí)，為機(jī)組提供警告，并防止飛機(jī)進(jìn)入真正的失速狀態(tài)。

對于高平尾民用飛機(jī)，失速保護(hù)系統(tǒng)提供失速振桿和推桿功能，通常由以下構(gòu)成：

1）一個(gè)失速保護(hù)計(jì)算機(jī)；2）兩個(gè)迎角傳感器；3）兩個(gè)振桿器；4）一個(gè)推桿器。

迎角傳感器安裝在機(jī)頭兩側(cè)，伸出機(jī)體外部蒙皮，通過感受氣流方向測量飛機(jī)的迎角；振桿器用于實(shí)現(xiàn)失速振桿功能，安裝于正副駕駛員駕駛桿的根部；推桿器功能由自動(dòng)駕駛儀的俯仰伺服執(zhí)行功能。失速保護(hù)計(jì)算機(jī)對迎角傳感器傳輸過來的原始信號進(jìn)行處理和邏輯計(jì)算，通過數(shù)據(jù)總線將觸發(fā)信號分別傳輸?shù)胶诫娤到y(tǒng)、振桿器、推桿器等，從而實(shí)現(xiàn)失速振桿、失速推桿等功能。

在飛機(jī)接近失速時(shí)，任意一側(cè)迎角增大并超過了失速振桿迎角閾值，失速保護(hù)系統(tǒng)接通相應(yīng)側(cè)的振桿器振動(dòng)駕駛桿，向機(jī)組提供觸覺的失速警告指示。同時(shí)還有圖標(biāo)、音響和燈光的指示。

如果兩側(cè)迎角均超過了失速推桿迎角閾值，推桿器（即俯仰伺服）就會(huì)工作，推動(dòng)駕駛桿向前，飛機(jī)低頭，防止飛機(jī)進(jìn)入失速。

2 推桿延遲問題的發(fā)現(xiàn)及影響

在某機(jī)型的失速保護(hù)系統(tǒng)研究中，發(fā)現(xiàn)存在不同程度的推桿響應(yīng)延遲問題，延遲出現(xiàn)無規(guī)律。

在實(shí)際航線飛行時(shí)，某些惡劣氣候氣象條件下，飛機(jī)往往抬頭較快。若存在較大的推桿響應(yīng)延遲，就可能發(fā)生失速保護(hù)系統(tǒng)未推桿，但飛機(jī)的迎角已超出了失速迎角，飛機(jī)進(jìn)入失速狀態(tài)，嚴(yán)重影響飛行安全。

若因?yàn)橥茥U響應(yīng)延遲問題，減小系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置的推桿迎角閾值，從而保證飛機(jī)安全，則將大大影響飛機(jī)的性能。

另外，在SAE AEROSPACE STANDARD AS 403A中，對響應(yīng)延遲也有明確的要求：失速感應(yīng)裝置發(fā)出激勵(lì)與相應(yīng)響應(yīng)出現(xiàn)的時(shí)間延遲不能大于0.5s。

因此，無論從飛機(jī)安全、性能還是相關(guān)條款規(guī)定考慮，必須解決推桿響應(yīng)延遲問題。

3 導(dǎo)致問題的原因分析

經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，輸入給俯仰伺服的信號狀態(tài)與伺服工作邏輯不相匹配，導(dǎo)致了該問題的出現(xiàn)。

圖1 俯仰伺服輸入信號圖

圖1是俯仰伺服部分輸入信號。圖中可以看出，俯仰伺服有兩個(gè)控制指令輸入通道RXA和RXB。當(dāng)RXA1輸入為0時(shí)，RXA2無輸入，當(dāng)RXA1輸入為1時(shí)，RXA2同步接收到控制指令，RXB通道的情況相同。伺服在同一時(shí)刻只能按照其中一路輸入通道的控制指令工作。兩個(gè)輸入通道間的選擇和轉(zhuǎn)換關(guān)系如下：

1）當(dāng)Engage Enable輸入為0，伺服監(jiān)控RXA通道的數(shù)據(jù)；2）當(dāng)Engage Enable輸入為1，伺服將在RXA和RXB通道之間轉(zhuǎn)換，伺服每一秒鐘轉(zhuǎn)換一次監(jiān)控的通道。直到監(jiān)控到RXA1或RXB1為1的通道，轉(zhuǎn)換停止并使用該通道的控制指令。

研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)航電系統(tǒng)上電后，AP Engage Enable始終為1，即Engage Enable輸入始終為1。當(dāng)任意一側(cè)迎角達(dá)到失速振桿閾值，自動(dòng)駕駛儀斷開，AP Disconnect Signal置0，即RXB1輸入置0。由于迎角的變化是一個(gè)連續(xù)的過程，所以在迎角數(shù)值由失速振桿閾值增加到失速推桿閾值的時(shí)間內(nèi)，RXA1仍保持為0。這段時(shí)間內(nèi)，伺服以一秒的周期在RXA和RXB通道間輪流轉(zhuǎn)換，這就造成了伺服沒有及時(shí)執(zhí)行RXA通道的推桿命令，從而導(dǎo)致推桿響應(yīng)延遲。

4 解決問題的方案

方案一：增加一個(gè)伺服，不再與自動(dòng)駕駛儀共用伺服的方案。此方案中增加一個(gè)伺服用于實(shí)現(xiàn)失速推桿功能，伺服不需要在兩個(gè)輸入通道間轉(zhuǎn)換，推桿響應(yīng)延遲問題可解決。但增加一個(gè)伺服必然會(huì)增加飛機(jī)成本、重量，對電磁兼容環(huán)境、電氣接口等造成很大影響。

方案二：在現(xiàn)有系統(tǒng)架構(gòu)下解決該問題。依照俯仰伺服兩個(gè)輸入通道的選擇和轉(zhuǎn)換邏輯，將AP Engage Enable的輸出邏輯修改為當(dāng)自動(dòng)駕駛儀接通時(shí)為1，自動(dòng)駕駛儀斷開時(shí)為0。這樣在失速振桿觸發(fā)但失速推桿未觸發(fā)的情況下，Engage Enable輸入為0，伺服直接監(jiān)控RXA通道的控制指令，而不會(huì)在兩個(gè)輸入通道間輪流轉(zhuǎn)換。

若使用方案二解決延遲問題，還應(yīng)該在圖1中A點(diǎn)處增加一個(gè)約20毫秒的遲滯時(shí)間。因?yàn)楫?dāng)兩側(cè)迎角均達(dá)到失速推桿迎角閾值時(shí)，SPC Pusher Enable 1與 SPC Pusher Enable 2和SPC Push Signal 1與SPC Push Signal 2應(yīng)同時(shí)為1。但由于輸出和總線傳輸?shù)牟煌叫?，A點(diǎn)處的信號（即SPC Pusher Enable 1與 SPC Pusher Enable 2）存在比RXA1的輸入信號（即SPC Push Signal 1與SPC Push Signal 2）更先置1的可能性。若不增加遲滯時(shí)間，Engage Enable的輸入可能早于RXA1置1，這樣伺服又可能在兩個(gè)輸入通道間轉(zhuǎn)換，造成推桿響應(yīng)延遲。因此，在圖1中A點(diǎn)處增加一個(gè)約20ms的遲滯時(shí)間，使得Engage Enable的輸入晚于RXA1置1，伺服保持對RXA通道的監(jiān)控，而不會(huì)在通道間轉(zhuǎn)換監(jiān)控。

5 實(shí)施后的效果

按第四節(jié)中方案二實(shí)施更改后，推桿延遲時(shí)間控制在條款要求的0.5s以內(nèi)。推桿響應(yīng)延遲問題得到有效解決。

[1]SAE AEROSPACE STANDARD AS 403A, STALL WARNING INSTRUMENT, 2008，2.