淺談飛機(jī)操縱系統(tǒng)及飛行安全

楊杰文

摘要：隨著飛機(jī)速度、性能需要的不斷地提高，飛機(jī)操縱系統(tǒng)的性能也要求不斷改進(jìn)，而飛機(jī)操控系統(tǒng)是飛機(jī)的神經(jīng)系統(tǒng)，在飛機(jī)飛行中擔(dān)負(fù)著改變飛機(jī)狀態(tài)、軌跡等功能和任務(wù)，飛機(jī)操縱系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障造成的后果往往是機(jī)毀人亡，因此，飛機(jī)操縱系統(tǒng)可靠性對飛行安全有至關(guān)重要的作用。本文主要從飛機(jī)操縱系統(tǒng)類型、人工操縱系統(tǒng)工作原理、飛行操縱系統(tǒng)的要求幾方面闡述飛機(jī)的操縱系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：操縱系統(tǒng) ?飛行性能 ?操縱能力

飛機(jī)操縱系統(tǒng)是飛機(jī)上用來傳遞操縱指令、驅(qū)動舵面運動、控制飛機(jī)飛行姿態(tài)的重要系統(tǒng)。沒有操縱系統(tǒng)的飛機(jī)，根本就談不上安全性、可靠性及機(jī)動性，因為駕駛員只有通過操縱飛機(jī)的各個活動舵面，才能實現(xiàn)飛機(jī)繞縱軸、橫軸和立軸的運動，從而實現(xiàn)對飛機(jī)飛行姿態(tài)的控制。有了操縱系統(tǒng)，無論在有人駕駛下還是在自動駕駛狀態(tài)下，均可使飛機(jī)保持或改變飛行姿態(tài)。

一、飛機(jī)操縱系統(tǒng)類型

自從萊特兄弟發(fā)明的“飛行者1號”問世后，深刻改變和影響了人們的生活，飛機(jī)操縱系統(tǒng)的發(fā)展和完善也一直未曾停止，目前使用的操縱系統(tǒng)主要有以下幾類：

1.機(jī)械操縱系統(tǒng)

機(jī)械操縱系統(tǒng)在操縱裝置和飛機(jī)的舵機(jī)之間存在著一套相當(dāng)復(fù)雜的機(jī)械聯(lián)動裝置和液壓管路，飛行員操縱操縱桿和腳蹬，通過上述聯(lián)動裝置控制舵機(jī)位置，從而使飛機(jī)達(dá)到希望的姿態(tài)和航向。

2.助力操縱系統(tǒng)

40年代末出現(xiàn)了液壓助力系統(tǒng)，舵面由液壓助力器驅(qū)動，駕駛員通過中央操縱機(jī)構(gòu)、機(jī)械傳動裝置控制助力器的伺服活門，間接地使舵面偏轉(zhuǎn)。它同時通過杠桿系統(tǒng)把舵面一部分氣動載荷傳給中央操縱機(jī)構(gòu)，使駕駛員獲得操縱力的感覺。

3.電傳操縱系統(tǒng)

電傳操縱是飛行員操縱微型操縱桿，經(jīng)桿上的傳感器發(fā)出電指令信號，通過電纜傳輸?shù)叫盘柼幚砥骱笤倏刂贫鏅C(jī)（執(zhí)行機(jī)構(gòu)），推動氣動舵面偏轉(zhuǎn)來駕駛飛機(jī)。電傳操縱去掉了傳統(tǒng)的機(jī)械操縱裝置，以及與舵機(jī)之間相當(dāng)復(fù)雜的機(jī)械聯(lián)動裝置，是一種新型的操縱系統(tǒng)。

3.光傳操縱系統(tǒng)

光傳操縱系統(tǒng)是在電傳操縱系統(tǒng)上發(fā)展起來的。光傳操縱系統(tǒng)是以光代替電作為傳輸載體，以光導(dǎo)纖維作為物理傳輸媒質(zhì)，在計算機(jī)之間或計算機(jī)與遠(yuǎn)距離終端（如舵機(jī)等）之間傳遞指令和反饋信息的飛行控制系統(tǒng)。它克服了電傳操縱系統(tǒng)易受雷電和電磁干擾及核輻射影響的致命弱點，能大大改進(jìn)飛機(jī)的穩(wěn)定性和可操縱性。

二、飛機(jī)操縱系統(tǒng)原理

人工飛行操縱系統(tǒng)，由于結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，一直受到人們的關(guān)注，人工飛行操縱系統(tǒng)通常包括主操縱系統(tǒng)、輔助操縱系統(tǒng)及傳動機(jī)構(gòu)。

1.主操縱系統(tǒng)

飛機(jī)的操縱是通過升降舵、方向舵和副翼三個操縱面來進(jìn)行的，分別偏轉(zhuǎn)這三個操縱面，在氣流的作用下，就會對飛機(jī)產(chǎn)生操縱力矩，飛機(jī)便繞其橫軸、堅軸和縱軸轉(zhuǎn)動，以改變飛行姿態(tài)。

飛行中操縱升降舵，飛機(jī)就繞著橫軸偏轉(zhuǎn)。飛行員向后拉駕駛桿，經(jīng)傳動機(jī)構(gòu)傳動，升降舵便向上偏轉(zhuǎn)，這時水平尾翼上的向下附加升力產(chǎn)生對飛機(jī)橫軸的力矩，使機(jī)頭上仰;向前推駕駛桿，則升降舵向下偏轉(zhuǎn)，使機(jī)頭下俯。

飛行中操縱副翼，飛機(jī)便繞著縱軸偏轉(zhuǎn)。向左擺動駕駛桿，則左副翼向上而右副翼下偏轉(zhuǎn)，這時左機(jī)翼升力減小，右機(jī)翼升力增大，使飛機(jī)向左傾斜，向右擺動駕駛桿，則右副翼向上而左副翼向下，飛機(jī)便向右傾斜。

飛行中操縱方向舵，飛機(jī)則繞豎軸偏轉(zhuǎn)。向前蹬左腳蹬，方向舵的左偏轉(zhuǎn)，垂直尾翼上的空氣動力產(chǎn)生對飛機(jī)豎軸的力短，使機(jī)頭向左偏轉(zhuǎn);向前蹬右腳蹬，則方向舵向右偏，機(jī)頭也向右偏轉(zhuǎn)。

所以，操縱系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)把人和飛機(jī)作為一個整體來考慮，才能獲得滿意的操縱性能。當(dāng)手腳協(xié)同操縱時，飛機(jī)就會做出各種復(fù)雜的飛行動作。

2.輔助操縱系統(tǒng)

輔助操縱系統(tǒng)主要包括增升裝置、增阻裝置和水平安定面。

（1）增升裝置包括后緣襟翼、前緣襟翼和縫翼。主要用于飛機(jī)在低速飛行時產(chǎn)生足夠的升力，以保證飛機(jī)順利地起飛和著陸。增升裝置僅應(yīng)用于飛機(jī)的起飛和著陸過程，當(dāng)飛機(jī)進(jìn)入正常巡航飛行時，增升裝置完全收進(jìn)，退出工作。

（2）增阻裝置主要指擾流板，包括飛行擾流板和地面擾流板。飛行擾流板可在空中和地面使用，而地面擾流板只能在地面使用。飛行擾流板也稱為減速板，地面擾流板又稱為卸升板。它們主要通過增加阻力和減小升力起到減速、卸除升力和配合副翼進(jìn)行橫側(cè)操縱的作用。

（3）水平安定面是飛機(jī)實現(xiàn)縱向配平的重要部件?，F(xiàn)代飛機(jī)的水平安定面大多是可以偏轉(zhuǎn)的，這種設(shè)計可以大提高配平效率。

3.傳動機(jī)構(gòu)

傳動機(jī)構(gòu)的作用是將操縱機(jī)構(gòu)的信號傳送到操縱面或液壓助力器。傳動機(jī)構(gòu)通常有軟式、硬式和混合式三種。軟式傳動機(jī)構(gòu)主要包括鋼索和滑輪等構(gòu)件;硬式傳動機(jī)構(gòu)主要包括傳動桿和搖臂等構(gòu)件;混合式傳動機(jī)構(gòu)則由軟式和硬式傳動機(jī)構(gòu)組合而成。

一架飛機(jī)在穩(wěn)定飛行時，如果駕駛員僅施加不大的力在駕駛桿或腳登上，就改變相應(yīng)操縱面的偏轉(zhuǎn)角度，并使飛機(jī)很快地作出反應(yīng)，改變其飛行姿態(tài)，則這架飛機(jī)的操縱就是好的，如果相反，則飛機(jī)的操縱性能就是不靈敏的。通常情況下，操縱性好的飛機(jī)穩(wěn)定性必然下降。因此，在進(jìn)行飛機(jī)設(shè)計和裝載的時候，一定要在滿足基本性能參數(shù)的情況下，使飛機(jī)操縱性和穩(wěn)定性達(dá)到合理的平衡，所以操縱系統(tǒng)的不斷發(fā)展完善是至關(guān)重要的。

三、飛行操縱系統(tǒng)的要求

由于飛機(jī)飛行操縱系統(tǒng)的重要性和復(fù)雜性，對飛行操縱系統(tǒng)必須提出一些要求，以保證飛機(jī)能夠安全、可靠飛行。

1.操縱系統(tǒng)必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度，結(jié)構(gòu)重量應(yīng)盡可能小。

2.必須使駕駛員的手和腳的操縱動作與人體日常運動習(xí)慣相適應(yīng)，操縱系統(tǒng)中的各構(gòu)件在工作時的變形和構(gòu)件之間的間隙要盡可能小，各舵面能迅速地隨駕駛員的操縱而偏轉(zhuǎn)，使飛機(jī)能很快在隨操縱動作面改變。

3.飛行中，當(dāng)飛機(jī)機(jī)休結(jié)構(gòu)由于應(yīng)力而改變時，操縱系統(tǒng)不應(yīng)發(fā)生卡阻現(xiàn)象。在操縱時，各舵面應(yīng)互不干擾，操縱要輕便，操縱系統(tǒng)的摩擦力必須盡可能小，因此應(yīng)保持各相互連接處的清潔和潤滑。

4.操縱時，系統(tǒng)應(yīng)給駕駛員適當(dāng)?shù)母杏X力，而且這種感覺力應(yīng)隨舵面偏轉(zhuǎn)角飛行速度、飛行高度的改變而改變。

飛機(jī)的操縱系統(tǒng)歷經(jīng)了航空百年的洗禮，經(jīng)歷由簡單初級到復(fù)雜完善的發(fā)展過程，每一次變革都是航空史上的重大變進(jìn)步，同時也是一種繼承發(fā)展，隨著科技的進(jìn)步，相信飛機(jī)操縱的安全性、可靠性、機(jī)動性能也會越來越好。

參考文獻(xiàn)

[1]徐鑫福.飛機(jī)飛行操縱系統(tǒng).北京航空航天大學(xué)出版社.1989.

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