民用飛機(jī)襟/縫翼手柄設(shè)計(jì)過(guò)程研究①

張芳

摘 要：該文具體分析了民用飛機(jī)襟/縫翼手柄設(shè)計(jì)過(guò)程。襟/縫翼手柄是飛控高升力系統(tǒng)的一個(gè)典型機(jī)械操縱器件，它的設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，需要綜合考慮功能接口、機(jī)械接口、電子接口、人機(jī)工效、適航性、安全性、可靠性和維修性等因素。文中系統(tǒng)的對(duì)襟/縫翼手柄的設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行了分析研究，并通過(guò)對(duì)不同機(jī)型的手柄進(jìn)行比較，使得其設(shè)計(jì)過(guò)程變得清晰明了，便于設(shè)計(jì)者進(jìn)行借鑒。

關(guān)鍵詞：飛控 高升力系統(tǒng) 襟/縫翼手柄 卡槽

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）08（c）-0028-03

The Research of Flap/Slat Control Lever Design Process in Civil Aircraft

ZHANG Fang

（Shanghai Aircraft Design and Research Institute，Shanghai，201210，China）

Abstract：This article analyzes the design process of Flap/Slat Control Lever in civil aircraft. Flap/Slat Control Lever is a representative mechanical control component of Flight Control High Lift System， whose design is a complex process， which is required to take into account functional interface， mechanical interface， electrical interface， human ergonomics， airworthiness， safety， reliability and maintainability synthetically. In the article， the author analyzes the design process of Flap/Slat Control Lever systemic， and compares different aircrafts Flap/Slat Control Lever， which makes the design of Flap/Slat Control Lever easy and clear and provides a good sample.

Key Words：Flight Control High Lift System Flap/Slat Control Lever Detent System

飛行控制系統(tǒng)，主要包括主飛控系統(tǒng)和高升力系統(tǒng)，主飛控系統(tǒng)主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)飛機(jī)在空中橫向、縱向和航向控制和配平，空中減速控制以及飛機(jī)接地后的破升控制；高升力系統(tǒng)主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)飛機(jī)在起飛、著陸時(shí)的升阻控制。

襟/縫翼手柄是高升力系統(tǒng)在駕駛艙內(nèi)的重要操縱器件之一，通過(guò)該手柄的指令將襟縫翼舵面按預(yù)定速度定位于指令位置。襟/縫翼手柄的設(shè)計(jì)包括機(jī)械和電子設(shè)計(jì)，需要滿(mǎn)足功能接口、機(jī)械接口、電子接口、人機(jī)工效、適航性、安全性、可靠性和維修性的要求。預(yù)定舵面位置決定了襟/縫翼手柄的卡位數(shù)，這一數(shù)據(jù)由總體氣動(dòng)專(zhuān)業(yè)提供。在襟/縫翼手柄設(shè)計(jì)過(guò)程中，也需要考慮標(biāo)牌速度要求，飛機(jī)空速不能超過(guò)襟/縫翼手柄規(guī)定的標(biāo)牌速度或當(dāng)時(shí)舵面位置的標(biāo)牌速度。下文就民用飛機(jī)駕駛艙襟縫翼手柄設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行分析研究。

1 襟/縫翼手柄功能分析

襟/縫翼手柄主要是用于控制襟翼舵面和縫翼舵面運(yùn)動(dòng)的。不同飛機(jī)具有不同的位置數(shù)，這在飛機(jī)概念設(shè)計(jì)階段已經(jīng)決定，飛控高升力系統(tǒng)只需根據(jù)這一要求進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)即可。襟/縫翼手柄位置和相應(yīng)的舵面位置對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示（假設(shè)預(yù)定舵面有5個(gè)位置）。

襟/縫翼手柄主要由以下零件組成：一個(gè)帶制動(dòng)裝置的手柄、一根裝有齒輪及力感裝置的軸、四個(gè)RVDT、兩個(gè)連接器和一個(gè)導(dǎo)光板等。其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，從圖中可以看出，通過(guò)襟/縫翼手柄把駕駛員的機(jī)械指令轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，在駕駛員操縱過(guò)程中，提供清晰明確的卡槽和卡檔，并有力感覺(jué)。襟/縫翼手柄一般安裝在中央操縱臺(tái)上，并通過(guò)面搭接、標(biāo)準(zhǔn)件搭接或搭接端子搭接的方式進(jìn)行接地。電信號(hào)通過(guò)電纜傳送到襟縫翼電子控制計(jì)算機(jī)，襟縫翼電子控制計(jì)算機(jī)將信號(hào)傳送到舵面，從而實(shí)現(xiàn)舵面（襟翼和縫翼）的運(yùn)動(dòng)。

圖2為一些民用飛機(jī)使用的襟縫翼手柄外形圖。

2 襟/縫翼手柄機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程分析

襟/縫翼手柄機(jī)械設(shè)計(jì)包括卡槽、卡檔、把手、機(jī)械接口、提起力和摩擦力設(shè)計(jì)等。

2.1 卡槽和卡檔設(shè)計(jì)

通過(guò)表1中手柄為例，可知襟/縫翼手柄具有5個(gè)卡位，而不是類(lèi)似于減速板手柄一樣的連續(xù)信號(hào)。一般情況下，這5個(gè)卡位是均分的，即相鄰位置在行程上是等距的。導(dǎo)光板上刻有每個(gè)卡位的標(biāo)記，提醒飛行員手柄所處的位置。導(dǎo)光板通過(guò)發(fā)光二極管（LED）不管在白天還是黑夜都能提供單色光，且可對(duì)亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同的光線(xiàn)要求。圖3為一個(gè)典型的均分5卡位卡槽設(shè)計(jì)。這一卡槽設(shè)計(jì)的襟/縫翼手柄，具有提起力和摩擦力。提起力使得手柄能夠鎖緊而處在相應(yīng)卡槽內(nèi)，當(dāng)需要運(yùn)動(dòng)手柄時(shí)，必須克服提起力，然后才能夠沿著導(dǎo)軌移動(dòng)；當(dāng)手柄沿著導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生摩擦力，摩擦力提供給飛行員運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的感覺(jué)力。提起力和摩擦力的設(shè)計(jì)都應(yīng)該符合人機(jī)工效和功能的需求，如果過(guò)大，會(huì)造成飛行員的負(fù)擔(dān)；而如果提起力過(guò)小，手柄很難劃入卡槽內(nèi)，摩擦力過(guò)小，操縱過(guò)程中感覺(jué)不明顯，容易造成誤操作。根據(jù)適航條款要求卡檔設(shè)計(jì)是必須的（后述章節(jié)將進(jìn)行詳細(xì)分析），避免飛機(jī)突然掉高度。在設(shè)有卡檔處，手柄不能直接通過(guò)，必須劃入相應(yīng)卡槽，重新提起，才能通過(guò)。圖3所示為2種卡槽和卡檔設(shè)計(jì)示意圖，圖中的卡檔設(shè)計(jì)都為雙向卡檔，即襟/縫翼放下收起時(shí)，都必需劃入相應(yīng)卡槽內(nèi)，才能繼續(xù)操縱。

卡槽和卡檔的設(shè)計(jì)都應(yīng)清晰、明確和合理?？ú墼O(shè)計(jì)如果不合理，會(huì)造成位置不清晰，影響舵面操縱，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)：如果飛行員在卡位附近位置放下手柄，手柄應(yīng)該不用借助外力，可以自動(dòng)劃入相鄰的卡槽內(nèi)，而不是停留在2個(gè)卡位之間。而卡檔設(shè)計(jì)如果過(guò)小，起不到阻滯的作用，會(huì)很容易越過(guò)；而過(guò)大的話(huà)，會(huì)造成飛行員的負(fù)擔(dān)，不容易操縱。

2.2 把手設(shè)計(jì)

襟/縫翼手柄的手柄形式設(shè)計(jì)應(yīng)符合人機(jī)工效，不同的飛機(jī)制造選用的手柄外形具有自己的特色。飛行員直接操縱手柄，外形設(shè)計(jì)顯得尤為重要；但是設(shè)計(jì)者也不能一味的聽(tīng)從飛行員的意見(jiàn)，因?yàn)?，不同的飛行員具有不同的意見(jiàn)，這跟他們的習(xí)慣和喜好都有關(guān)系，飛行員的意見(jiàn)也不是不變的，不同的時(shí)間和不同的身體狀況下，他們對(duì)手柄使用的體會(huì)都是不同的。因此，設(shè)計(jì)者應(yīng)結(jié)合飛行員的意見(jiàn)和自己的經(jīng)驗(yàn)綜合考慮，力爭(zhēng)設(shè)計(jì)出符合要求和經(jīng)得住時(shí)間考慮的手柄。下面就介紹幾種具有代表性的手柄把手設(shè)計(jì)。

圖4中所示的把手，不操縱時(shí)，手柄鎖緊在相應(yīng)的卡槽內(nèi)，如果需要操縱手柄，需要向上提起鎖緊片進(jìn)行解鎖，才能進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，松下鎖緊片后，手柄再次鎖緊在相應(yīng)的卡槽內(nèi)。這種類(lèi)型的襟/縫翼手柄把手多使用在空客飛機(jī)上。

圖5中所示的把手，外形類(lèi)似于舵面外形；大小適中，便于飛行員抓握。不操縱時(shí)，手柄鎖緊在相應(yīng)的卡槽內(nèi)，如果需要操縱手柄，需要向上提起手柄進(jìn)行解鎖，才能進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，放下手柄后，手柄再次落入相應(yīng)的卡槽內(nèi)并鎖緊。該手柄高度較類(lèi)型1的把手長(zhǎng)，操縱方式也不同，這種類(lèi)型的襟/縫翼手柄把手多使用在波音飛機(jī)上。

圖6中所示的把手，類(lèi)似于一個(gè)扇形，導(dǎo)光板起到防止誤操作的作用。該手柄需要使用手指進(jìn)行操縱，而不能使用整個(gè)手掌進(jìn)行操縱。在手柄頭部需要有凹槽設(shè)計(jì)，有的也會(huì)增加紋理設(shè)計(jì)，以便于手指操縱。不操縱時(shí)，手柄鎖緊在相應(yīng)的卡槽內(nèi)，如果需要操縱手柄，需要向上提起手柄進(jìn)行解鎖，才能進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，放下手柄后，手柄再次落入相應(yīng)的卡槽內(nèi)并鎖緊。這種類(lèi)型的襟/縫翼手柄把手多使用在支線(xiàn)飛機(jī)上。

關(guān)于選用何種類(lèi)型的手柄把手，是一個(gè)復(fù)雜而又系統(tǒng)的過(guò)程。因?yàn)楣δ艿膶?shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，而人的操縱舒適性卻不好判定。這是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)積累的過(guò)程，所以很多的飛機(jī)制造商使用自己熟悉的操縱器件，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.3 機(jī)械接口設(shè)計(jì)

襟/縫翼手柄是供正、副駕駛使用的，且經(jīng)常需要使用，因此，它一般占據(jù)了駕駛艙內(nèi)的中心位置，被安裝在中央操縱臺(tái)上。而具體的安裝位置，需要結(jié)合考慮適航條款的要求進(jìn)行具體布置。在保證身高158～190 cm的最小機(jī)組成員就坐并系緊安全帶時(shí)，可無(wú)阻擋地全行程運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，需要考慮CCAR25的25.777（e）條款的規(guī)定：襟翼和其它輔助升力裝置的操縱器件必須設(shè)在操縱臺(tái)的上部，油門(mén)桿之后，對(duì)準(zhǔn)或右偏于操縱臺(tái)中心線(xiàn)并在起落架操縱器件之后至少254 mm（10英寸）。襟/縫翼手柄一般使用螺栓或螺釘安裝到中央操縱臺(tái)上，標(biāo)準(zhǔn)件牌號(hào)和數(shù)量選取好以后，需要強(qiáng)度進(jìn)行校核是否滿(mǎn)足載荷要求。

2.4 提起力和摩擦力設(shè)計(jì)

提起力一般由彈簧產(chǎn)生，彈簧本身帶有一定的預(yù)緊力，當(dāng)手柄提起一定的距離時(shí)，壓緊彈簧，產(chǎn)生力；由于在整個(gè)手柄運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，彈簧一直處于壓緊狀態(tài)，因此該彈簧力一直存在。襟/縫翼手柄提起機(jī)構(gòu)如圖7所示。圖7中彈簧為壓縮彈簧，彈簧的設(shè)計(jì)過(guò)程需要首先明確設(shè)計(jì)要求（載荷要求、安裝高度、工作行程、剛度要求等），選用合適的材料（材料類(lèi)型、切邊模量、彈性模量、抗拉強(qiáng)度和許用切應(yīng)力等）和端部類(lèi)型，并明確基本參數(shù)（鋼絲直徑、彈簧中徑、旋繞比、曲度系數(shù)、有效圈數(shù)、壓并圈數(shù)、彈簧總?cè)?shù)和實(shí)際剛度等），最終進(jìn)行校核和分析。

摩擦力一般由摩擦器產(chǎn)生，當(dāng)手柄不運(yùn)動(dòng)時(shí)，摩擦力使手柄保持在相應(yīng)卡槽內(nèi)而不會(huì)發(fā)生偏移或抖動(dòng)，當(dāng)手柄運(yùn)動(dòng)時(shí)，摩擦力提供飛行員感覺(jué)力。摩擦力大小的選取非常重要，過(guò)大，會(huì)造成飛行員負(fù)擔(dān)，過(guò)小，起不到作用；且該值應(yīng)在手柄全壽命周期內(nèi)保持不變。襟/縫翼手柄摩擦力機(jī)構(gòu)如圖8所示。

3 襟/縫翼手柄設(shè)計(jì)過(guò)程中條款分析

民用飛機(jī)的設(shè)計(jì)是需要滿(mǎn)足適航條款的要求的，如FAR25、JAR25或CCAR25部的要求。襟/縫翼手柄的設(shè)計(jì)過(guò)程需要滿(mǎn)足的條款有很多，如強(qiáng)度條款（25.305、25.405等）、功能和安裝條款如25.1301，閃電防護(hù)條款25.1316、25.1353等。整個(gè)過(guò)程需要系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和驗(yàn)證。下面就襟/縫翼手柄的卡檔設(shè)計(jì)與相關(guān)適航條款的符合性進(jìn)行分析。

卡擋是一種必須有一個(gè)明顯不同的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)才能移動(dòng)操縱手柄通過(guò)其設(shè)定位置的裝置，其目的是為了防止駕駛員誤動(dòng)作而使增升裝置操縱手柄越過(guò)卡擋。卡擋設(shè)計(jì)要求通過(guò)25-23修正案引入25部，該修正案對(duì)25.145（c）進(jìn)行了修訂，許可增升裝置在其兩卡擋位置之間分段收上來(lái)滿(mǎn)足不掉高度的要求。依據(jù)25-23修正案，25.145（c）規(guī)定飛機(jī)不掉高度的要求適用于兩卡擋位置之間和卡擋與全放下和全收上位置之間收放增升裝置的情況。此外，從著陸位置起算的第一個(gè)卡擋所設(shè)定的操縱手柄位置，必須與用于制定從著陸形態(tài)進(jìn)行復(fù)飛程序的位置相一致。

根據(jù)修正案25-98《修訂增升裝置操縱手柄的卡擋要求》：“FAA 建議為卡擋要求增加25.145（d）。FAA 建議更新要求并明確規(guī)定從著陸位置起算的第一個(gè)卡擋所設(shè)定的操縱手柄位置，必須與從進(jìn)近著陸到執(zhí)行復(fù)飛所用的形態(tài)相一致。FAA 建議明確規(guī)定，從任何經(jīng)批準(zhǔn)的著陸形態(tài)開(kāi)始執(zhí)行復(fù)飛機(jī)動(dòng)時(shí)，無(wú)論操縱手柄處于哪個(gè)卡擋位置飛機(jī)都不應(yīng)當(dāng)?shù)舾叨?。FAA 建議增加一句說(shuō)明，明確規(guī)定在移動(dòng)增升裝置操縱手柄通過(guò)卡擋位置時(shí)，必須在那個(gè)卡擋位置做一個(gè)“明顯不同的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)”。

按照此修正案中關(guān)于“對(duì)應(yīng)于用以制定從著陸形態(tài)開(kāi)始復(fù)飛程序的增升裝置形態(tài)”的要求的解釋是，“飛機(jī)只能有一種可用于著陸的形態(tài)，也只有一種可用于執(zhí)行復(fù)飛機(jī)動(dòng)的形態(tài)，但是現(xiàn)代運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)一般都有許多種可用于進(jìn)行著陸復(fù)飛的形態(tài)。飛機(jī)制造廠(chǎng)商為了按不同的飛行環(huán)境（例如機(jī)場(chǎng)標(biāo)高和溫度）和非正常情況（例如發(fā)動(dòng)機(jī)或系統(tǒng)不工作）來(lái)優(yōu)化飛機(jī)的性能，為飛機(jī)提供了多種著陸復(fù)飛的形態(tài)”。

4 結(jié)語(yǔ)

該文主要介紹了民用飛機(jī)襟/縫翼手柄的設(shè)計(jì)過(guò)程，主要包括襟/縫翼手柄功能介紹、機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程分析和適航條款分析。民用飛機(jī)的襟/縫翼手柄的設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)系統(tǒng)的過(guò)程，需要系統(tǒng)的考慮功能需求、人機(jī)工效、適航等的要求。襟/縫翼手柄的設(shè)計(jì)相較于飛控駕駛艙內(nèi)的主操縱器件，如駕駛桿盤(pán)、腳蹬等，是一個(gè)簡(jiǎn)單的操縱器件，但是它的設(shè)計(jì)步驟卻不能簡(jiǎn)化，和主操作器件的設(shè)計(jì)過(guò)程大同小異。望設(shè)計(jì)者結(jié)合本文，在襟/縫翼手柄的設(shè)計(jì)過(guò)程中起到好的借鑒作用，設(shè)計(jì)出經(jīng)得住時(shí)間考驗(yàn)的經(jīng)典產(chǎn)品。

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卡槽和卡檔的設(shè)計(jì)都應(yīng)清晰、明確和合理。卡槽設(shè)計(jì)如果不合理，會(huì)造成位置不清晰，影響舵面操縱，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)：如果飛行員在卡位附近位置放下手柄，手柄應(yīng)該不用借助外力，可以自動(dòng)劃入相鄰的卡槽內(nèi)，而不是停留在2個(gè)卡位之間。而卡檔設(shè)計(jì)如果過(guò)小，起不到阻滯的作用，會(huì)很容易越過(guò)；而過(guò)大的話(huà)，會(huì)造成飛行員的負(fù)擔(dān)，不容易操縱。

2.2 把手設(shè)計(jì)

襟/縫翼手柄的手柄形式設(shè)計(jì)應(yīng)符合人機(jī)工效，不同的飛機(jī)制造選用的手柄外形具有自己的特色。飛行員直接操縱手柄，外形設(shè)計(jì)顯得尤為重要；但是設(shè)計(jì)者也不能一味的聽(tīng)從飛行員的意見(jiàn)，因?yàn)椋煌娘w行員具有不同的意見(jiàn)，這跟他們的習(xí)慣和喜好都有關(guān)系，飛行員的意見(jiàn)也不是不變的，不同的時(shí)間和不同的身體狀況下，他們對(duì)手柄使用的體會(huì)都是不同的。因此，設(shè)計(jì)者應(yīng)結(jié)合飛行員的意見(jiàn)和自己的經(jīng)驗(yàn)綜合考慮，力爭(zhēng)設(shè)計(jì)出符合要求和經(jīng)得住時(shí)間考慮的手柄。下面就介紹幾種具有代表性的手柄把手設(shè)計(jì)。

圖4中所示的把手，不操縱時(shí)，手柄鎖緊在相應(yīng)的卡槽內(nèi)，如果需要操縱手柄，需要向上提起鎖緊片進(jìn)行解鎖，才能進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，松下鎖緊片后，手柄再次鎖緊在相應(yīng)的卡槽內(nèi)。這種類(lèi)型的襟/縫翼手柄把手多使用在空客飛機(jī)上。

圖5中所示的把手，外形類(lèi)似于舵面外形；大小適中，便于飛行員抓握。不操縱時(shí)，手柄鎖緊在相應(yīng)的卡槽內(nèi)，如果需要操縱手柄，需要向上提起手柄進(jìn)行解鎖，才能進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，放下手柄后，手柄再次落入相應(yīng)的卡槽內(nèi)并鎖緊。該手柄高度較類(lèi)型1的把手長(zhǎng)，操縱方式也不同，這種類(lèi)型的襟/縫翼手柄把手多使用在波音飛機(jī)上。

圖6中所示的把手，類(lèi)似于一個(gè)扇形，導(dǎo)光板起到防止誤操作的作用。該手柄需要使用手指進(jìn)行操縱，而不能使用整個(gè)手掌進(jìn)行操縱。在手柄頭部需要有凹槽設(shè)計(jì)，有的也會(huì)增加紋理設(shè)計(jì)，以便于手指操縱。不操縱時(shí)，手柄鎖緊在相應(yīng)的卡槽內(nèi)，如果需要操縱手柄，需要向上提起手柄進(jìn)行解鎖，才能進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，放下手柄后，手柄再次落入相應(yīng)的卡槽內(nèi)并鎖緊。這種類(lèi)型的襟/縫翼手柄把手多使用在支線(xiàn)飛機(jī)上。

關(guān)于選用何種類(lèi)型的手柄把手，是一個(gè)復(fù)雜而又系統(tǒng)的過(guò)程。因?yàn)楣δ艿膶?shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，而人的操縱舒適性卻不好判定。這是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)積累的過(guò)程，所以很多的飛機(jī)制造商使用自己熟悉的操縱器件，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.3 機(jī)械接口設(shè)計(jì)

襟/縫翼手柄是供正、副駕駛使用的，且經(jīng)常需要使用，因此，它一般占據(jù)了駕駛艙內(nèi)的中心位置，被安裝在中央操縱臺(tái)上。而具體的安裝位置，需要結(jié)合考慮適航條款的要求進(jìn)行具體布置。在保證身高158～190 cm的最小機(jī)組成員就坐并系緊安全帶時(shí)，可無(wú)阻擋地全行程運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，需要考慮CCAR25的25.777（e）條款的規(guī)定：襟翼和其它輔助升力裝置的操縱器件必須設(shè)在操縱臺(tái)的上部，油門(mén)桿之后，對(duì)準(zhǔn)或右偏于操縱臺(tái)中心線(xiàn)并在起落架操縱器件之后至少254 mm（10英寸）。襟/縫翼手柄一般使用螺栓或螺釘安裝到中央操縱臺(tái)上，標(biāo)準(zhǔn)件牌號(hào)和數(shù)量選取好以后，需要強(qiáng)度進(jìn)行校核是否滿(mǎn)足載荷要求。

2.4 提起力和摩擦力設(shè)計(jì)

提起力一般由彈簧產(chǎn)生，彈簧本身帶有一定的預(yù)緊力，當(dāng)手柄提起一定的距離時(shí)，壓緊彈簧，產(chǎn)生力；由于在整個(gè)手柄運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，彈簧一直處于壓緊狀態(tài)，因此該彈簧力一直存在。襟/縫翼手柄提起機(jī)構(gòu)如圖7所示。圖7中彈簧為壓縮彈簧，彈簧的設(shè)計(jì)過(guò)程需要首先明確設(shè)計(jì)要求（載荷要求、安裝高度、工作行程、剛度要求等），選用合適的材料（材料類(lèi)型、切邊模量、彈性模量、抗拉強(qiáng)度和許用切應(yīng)力等）和端部類(lèi)型，并明確基本參數(shù)（鋼絲直徑、彈簧中徑、旋繞比、曲度系數(shù)、有效圈數(shù)、壓并圈數(shù)、彈簧總?cè)?shù)和實(shí)際剛度等），最終進(jìn)行校核和分析。

摩擦力一般由摩擦器產(chǎn)生，當(dāng)手柄不運(yùn)動(dòng)時(shí)，摩擦力使手柄保持在相應(yīng)卡槽內(nèi)而不會(huì)發(fā)生偏移或抖動(dòng)，當(dāng)手柄運(yùn)動(dòng)時(shí)，摩擦力提供飛行員感覺(jué)力。摩擦力大小的選取非常重要，過(guò)大，會(huì)造成飛行員負(fù)擔(dān)，過(guò)小，起不到作用；且該值應(yīng)在手柄全壽命周期內(nèi)保持不變。襟/縫翼手柄摩擦力機(jī)構(gòu)如圖8所示。

3 襟/縫翼手柄設(shè)計(jì)過(guò)程中條款分析

民用飛機(jī)的設(shè)計(jì)是需要滿(mǎn)足適航條款的要求的，如FAR25、JAR25或CCAR25部的要求。襟/縫翼手柄的設(shè)計(jì)過(guò)程需要滿(mǎn)足的條款有很多，如強(qiáng)度條款（25.305、25.405等）、功能和安裝條款如25.1301，閃電防護(hù)條款25.1316、25.1353等。整個(gè)過(guò)程需要系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和驗(yàn)證。下面就襟/縫翼手柄的卡檔設(shè)計(jì)與相關(guān)適航條款的符合性進(jìn)行分析。

卡擋是一種必須有一個(gè)明顯不同的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)才能移動(dòng)操縱手柄通過(guò)其設(shè)定位置的裝置，其目的是為了防止駕駛員誤動(dòng)作而使增升裝置操縱手柄越過(guò)卡擋?？〒踉O(shè)計(jì)要求通過(guò)25-23修正案引入25部，該修正案對(duì)25.145（c）進(jìn)行了修訂，許可增升裝置在其兩卡擋位置之間分段收上來(lái)滿(mǎn)足不掉高度的要求。依據(jù)25-23修正案，25.145（c）規(guī)定飛機(jī)不掉高度的要求適用于兩卡擋位置之間和卡擋與全放下和全收上位置之間收放增升裝置的情況。此外，從著陸位置起算的第一個(gè)卡擋所設(shè)定的操縱手柄位置，必須與用于制定從著陸形態(tài)進(jìn)行復(fù)飛程序的位置相一致。

根據(jù)修正案25-98《修訂增升裝置操縱手柄的卡擋要求》：“FAA 建議為卡擋要求增加25.145（d）。FAA 建議更新要求并明確規(guī)定從著陸位置起算的第一個(gè)卡擋所設(shè)定的操縱手柄位置，必須與從進(jìn)近著陸到執(zhí)行復(fù)飛所用的形態(tài)相一致。FAA 建議明確規(guī)定，從任何經(jīng)批準(zhǔn)的著陸形態(tài)開(kāi)始執(zhí)行復(fù)飛機(jī)動(dòng)時(shí)，無(wú)論操縱手柄處于哪個(gè)卡擋位置飛機(jī)都不應(yīng)當(dāng)?shù)舾叨?。FAA 建議增加一句說(shuō)明，明確規(guī)定在移動(dòng)增升裝置操縱手柄通過(guò)卡擋位置時(shí)，必須在那個(gè)卡擋位置做一個(gè)“明顯不同的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)”。

按照此修正案中關(guān)于“對(duì)應(yīng)于用以制定從著陸形態(tài)開(kāi)始復(fù)飛程序的增升裝置形態(tài)”的要求的解釋是，“飛機(jī)只能有一種可用于著陸的形態(tài)，也只有一種可用于執(zhí)行復(fù)飛機(jī)動(dòng)的形態(tài)，但是現(xiàn)代運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)一般都有許多種可用于進(jìn)行著陸復(fù)飛的形態(tài)。飛機(jī)制造廠(chǎng)商為了按不同的飛行環(huán)境（例如機(jī)場(chǎng)標(biāo)高和溫度）和非正常情況（例如發(fā)動(dòng)機(jī)或系統(tǒng)不工作）來(lái)優(yōu)化飛機(jī)的性能，為飛機(jī)提供了多種著陸復(fù)飛的形態(tài)”。

4 結(jié)語(yǔ)

該文主要介紹了民用飛機(jī)襟/縫翼手柄的設(shè)計(jì)過(guò)程，主要包括襟/縫翼手柄功能介紹、機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程分析和適航條款分析。民用飛機(jī)的襟/縫翼手柄的設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)系統(tǒng)的過(guò)程，需要系統(tǒng)的考慮功能需求、人機(jī)工效、適航等的要求。襟/縫翼手柄的設(shè)計(jì)相較于飛控駕駛艙內(nèi)的主操縱器件，如駕駛桿盤(pán)、腳蹬等，是一個(gè)簡(jiǎn)單的操縱器件，但是它的設(shè)計(jì)步驟卻不能簡(jiǎn)化，和主操作器件的設(shè)計(jì)過(guò)程大同小異。望設(shè)計(jì)者結(jié)合本文，在襟/縫翼手柄的設(shè)計(jì)過(guò)程中起到好的借鑒作用，設(shè)計(jì)出經(jīng)得住時(shí)間考驗(yàn)的經(jīng)典產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)

[1] 張明廉.飛行控制系統(tǒng)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1984.

[2] 薛瀛，張沖，等.民航客機(jī)駕駛盤(pán)設(shè)計(jì)中的人機(jī)工效研究[J].航空學(xué)報(bào)，2011（32）：1-7.

[3] 童時(shí)中.人機(jī)工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

[4] GB/T 14775-1993操縱器一般人類(lèi)工效學(xué)要求[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1993.

[5] 運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)-25R4.中國(guó)民用航空規(guī)章（第25部）[S].中國(guó)民用航空局，2011，11.

卡槽和卡檔的設(shè)計(jì)都應(yīng)清晰、明確和合理?？ú墼O(shè)計(jì)如果不合理，會(huì)造成位置不清晰，影響舵面操縱，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)：如果飛行員在卡位附近位置放下手柄，手柄應(yīng)該不用借助外力，可以自動(dòng)劃入相鄰的卡槽內(nèi)，而不是停留在2個(gè)卡位之間。而卡檔設(shè)計(jì)如果過(guò)小，起不到阻滯的作用，會(huì)很容易越過(guò)；而過(guò)大的話(huà)，會(huì)造成飛行員的負(fù)擔(dān)，不容易操縱。

2.2 把手設(shè)計(jì)

襟/縫翼手柄的手柄形式設(shè)計(jì)應(yīng)符合人機(jī)工效，不同的飛機(jī)制造選用的手柄外形具有自己的特色。飛行員直接操縱手柄，外形設(shè)計(jì)顯得尤為重要；但是設(shè)計(jì)者也不能一味的聽(tīng)從飛行員的意見(jiàn)，因?yàn)?，不同的飛行員具有不同的意見(jiàn)，這跟他們的習(xí)慣和喜好都有關(guān)系，飛行員的意見(jiàn)也不是不變的，不同的時(shí)間和不同的身體狀況下，他們對(duì)手柄使用的體會(huì)都是不同的。因此，設(shè)計(jì)者應(yīng)結(jié)合飛行員的意見(jiàn)和自己的經(jīng)驗(yàn)綜合考慮，力爭(zhēng)設(shè)計(jì)出符合要求和經(jīng)得住時(shí)間考慮的手柄。下面就介紹幾種具有代表性的手柄把手設(shè)計(jì)。

圖4中所示的把手，不操縱時(shí)，手柄鎖緊在相應(yīng)的卡槽內(nèi)，如果需要操縱手柄，需要向上提起鎖緊片進(jìn)行解鎖，才能進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，松下鎖緊片后，手柄再次鎖緊在相應(yīng)的卡槽內(nèi)。這種類(lèi)型的襟/縫翼手柄把手多使用在空客飛機(jī)上。

圖5中所示的把手，外形類(lèi)似于舵面外形；大小適中，便于飛行員抓握。不操縱時(shí)，手柄鎖緊在相應(yīng)的卡槽內(nèi)，如果需要操縱手柄，需要向上提起手柄進(jìn)行解鎖，才能進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，放下手柄后，手柄再次落入相應(yīng)的卡槽內(nèi)并鎖緊。該手柄高度較類(lèi)型1的把手長(zhǎng)，操縱方式也不同，這種類(lèi)型的襟/縫翼手柄把手多使用在波音飛機(jī)上。

圖6中所示的把手，類(lèi)似于一個(gè)扇形，導(dǎo)光板起到防止誤操作的作用。該手柄需要使用手指進(jìn)行操縱，而不能使用整個(gè)手掌進(jìn)行操縱。在手柄頭部需要有凹槽設(shè)計(jì)，有的也會(huì)增加紋理設(shè)計(jì)，以便于手指操縱。不操縱時(shí)，手柄鎖緊在相應(yīng)的卡槽內(nèi)，如果需要操縱手柄，需要向上提起手柄進(jìn)行解鎖，才能進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，放下手柄后，手柄再次落入相應(yīng)的卡槽內(nèi)并鎖緊。這種類(lèi)型的襟/縫翼手柄把手多使用在支線(xiàn)飛機(jī)上。

關(guān)于選用何種類(lèi)型的手柄把手，是一個(gè)復(fù)雜而又系統(tǒng)的過(guò)程。因?yàn)楣δ艿膶?shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，而人的操縱舒適性卻不好判定。這是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)積累的過(guò)程，所以很多的飛機(jī)制造商使用自己熟悉的操縱器件，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.3 機(jī)械接口設(shè)計(jì)

襟/縫翼手柄是供正、副駕駛使用的，且經(jīng)常需要使用，因此，它一般占據(jù)了駕駛艙內(nèi)的中心位置，被安裝在中央操縱臺(tái)上。而具體的安裝位置，需要結(jié)合考慮適航條款的要求進(jìn)行具體布置。在保證身高158～190 cm的最小機(jī)組成員就坐并系緊安全帶時(shí)，可無(wú)阻擋地全行程運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，需要考慮CCAR25的25.777（e）條款的規(guī)定：襟翼和其它輔助升力裝置的操縱器件必須設(shè)在操縱臺(tái)的上部，油門(mén)桿之后，對(duì)準(zhǔn)或右偏于操縱臺(tái)中心線(xiàn)并在起落架操縱器件之后至少254 mm（10英寸）。襟/縫翼手柄一般使用螺栓或螺釘安裝到中央操縱臺(tái)上，標(biāo)準(zhǔn)件牌號(hào)和數(shù)量選取好以后，需要強(qiáng)度進(jìn)行校核是否滿(mǎn)足載荷要求。

2.4 提起力和摩擦力設(shè)計(jì)

提起力一般由彈簧產(chǎn)生，彈簧本身帶有一定的預(yù)緊力，當(dāng)手柄提起一定的距離時(shí)，壓緊彈簧，產(chǎn)生力；由于在整個(gè)手柄運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，彈簧一直處于壓緊狀態(tài)，因此該彈簧力一直存在。襟/縫翼手柄提起機(jī)構(gòu)如圖7所示。圖7中彈簧為壓縮彈簧，彈簧的設(shè)計(jì)過(guò)程需要首先明確設(shè)計(jì)要求（載荷要求、安裝高度、工作行程、剛度要求等），選用合適的材料（材料類(lèi)型、切邊模量、彈性模量、抗拉強(qiáng)度和許用切應(yīng)力等）和端部類(lèi)型，并明確基本參數(shù)（鋼絲直徑、彈簧中徑、旋繞比、曲度系數(shù)、有效圈數(shù)、壓并圈數(shù)、彈簧總?cè)?shù)和實(shí)際剛度等），最終進(jìn)行校核和分析。

摩擦力一般由摩擦器產(chǎn)生，當(dāng)手柄不運(yùn)動(dòng)時(shí)，摩擦力使手柄保持在相應(yīng)卡槽內(nèi)而不會(huì)發(fā)生偏移或抖動(dòng)，當(dāng)手柄運(yùn)動(dòng)時(shí)，摩擦力提供飛行員感覺(jué)力。摩擦力大小的選取非常重要，過(guò)大，會(huì)造成飛行員負(fù)擔(dān)，過(guò)小，起不到作用；且該值應(yīng)在手柄全壽命周期內(nèi)保持不變。襟/縫翼手柄摩擦力機(jī)構(gòu)如圖8所示。

3 襟/縫翼手柄設(shè)計(jì)過(guò)程中條款分析

民用飛機(jī)的設(shè)計(jì)是需要滿(mǎn)足適航條款的要求的，如FAR25、JAR25或CCAR25部的要求。襟/縫翼手柄的設(shè)計(jì)過(guò)程需要滿(mǎn)足的條款有很多，如強(qiáng)度條款（25.305、25.405等）、功能和安裝條款如25.1301，閃電防護(hù)條款25.1316、25.1353等。整個(gè)過(guò)程需要系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和驗(yàn)證。下面就襟/縫翼手柄的卡檔設(shè)計(jì)與相關(guān)適航條款的符合性進(jìn)行分析。

卡擋是一種必須有一個(gè)明顯不同的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)才能移動(dòng)操縱手柄通過(guò)其設(shè)定位置的裝置，其目的是為了防止駕駛員誤動(dòng)作而使增升裝置操縱手柄越過(guò)卡擋?？〒踉O(shè)計(jì)要求通過(guò)25-23修正案引入25部，該修正案對(duì)25.145（c）進(jìn)行了修訂，許可增升裝置在其兩卡擋位置之間分段收上來(lái)滿(mǎn)足不掉高度的要求。依據(jù)25-23修正案，25.145（c）規(guī)定飛機(jī)不掉高度的要求適用于兩卡擋位置之間和卡擋與全放下和全收上位置之間收放增升裝置的情況。此外，從著陸位置起算的第一個(gè)卡擋所設(shè)定的操縱手柄位置，必須與用于制定從著陸形態(tài)進(jìn)行復(fù)飛程序的位置相一致。

根據(jù)修正案25-98《修訂增升裝置操縱手柄的卡擋要求》：“FAA 建議為卡擋要求增加25.145（d）。FAA 建議更新要求并明確規(guī)定從著陸位置起算的第一個(gè)卡擋所設(shè)定的操縱手柄位置，必須與從進(jìn)近著陸到執(zhí)行復(fù)飛所用的形態(tài)相一致。FAA 建議明確規(guī)定，從任何經(jīng)批準(zhǔn)的著陸形態(tài)開(kāi)始執(zhí)行復(fù)飛機(jī)動(dòng)時(shí)，無(wú)論操縱手柄處于哪個(gè)卡擋位置飛機(jī)都不應(yīng)當(dāng)?shù)舾叨取AA 建議增加一句說(shuō)明，明確規(guī)定在移動(dòng)增升裝置操縱手柄通過(guò)卡擋位置時(shí)，必須在那個(gè)卡擋位置做一個(gè)“明顯不同的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)”。

按照此修正案中關(guān)于“對(duì)應(yīng)于用以制定從著陸形態(tài)開(kāi)始復(fù)飛程序的增升裝置形態(tài)”的要求的解釋是，“飛機(jī)只能有一種可用于著陸的形態(tài)，也只有一種可用于執(zhí)行復(fù)飛機(jī)動(dòng)的形態(tài)，但是現(xiàn)代運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)一般都有許多種可用于進(jìn)行著陸復(fù)飛的形態(tài)。飛機(jī)制造廠(chǎng)商為了按不同的飛行環(huán)境（例如機(jī)場(chǎng)標(biāo)高和溫度）和非正常情況（例如發(fā)動(dòng)機(jī)或系統(tǒng)不工作）來(lái)優(yōu)化飛機(jī)的性能，為飛機(jī)提供了多種著陸復(fù)飛的形態(tài)”。

4 結(jié)語(yǔ)

該文主要介紹了民用飛機(jī)襟/縫翼手柄的設(shè)計(jì)過(guò)程，主要包括襟/縫翼手柄功能介紹、機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程分析和適航條款分析。民用飛機(jī)的襟/縫翼手柄的設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)系統(tǒng)的過(guò)程，需要系統(tǒng)的考慮功能需求、人機(jī)工效、適航等的要求。襟/縫翼手柄的設(shè)計(jì)相較于飛控駕駛艙內(nèi)的主操縱器件，如駕駛桿盤(pán)、腳蹬等，是一個(gè)簡(jiǎn)單的操縱器件，但是它的設(shè)計(jì)步驟卻不能簡(jiǎn)化，和主操作器件的設(shè)計(jì)過(guò)程大同小異。望設(shè)計(jì)者結(jié)合本文，在襟/縫翼手柄的設(shè)計(jì)過(guò)程中起到好的借鑒作用，設(shè)計(jì)出經(jīng)得住時(shí)間考驗(yàn)的經(jīng)典產(chǎn)品。

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[4] GB/T 14775-1993操縱器一般人類(lèi)工效學(xué)要求[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1993.

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