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某通用飞机飞控系统的学习及研究

2018·3(下) 军民两用技术与产品

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L162飞机的生产已经进入了生产线模式,飞机的生产、制造水

平也提高到了一个新的层次。下面将从飞机设计的角度上对此飞机的飞行操纵系统进行研究和学习,找出此飞机的设计理论所在,对提高自身的设计能力也会有很大的提高。1 飞行控制系统的基本概念和发展历程

飞行控制系统(简称飞控系统)的作用是保证飞机的稳定性和操纵性,提高飞机飞行性能和完成任务的能力,增强飞行的安全性和减轻驾驶员的工作负担。

飞行控制系统分为人工飞行控制系统和自动飞行控制系统两大类,由驾驶员通过对驾驶杆和脚踏的操纵实现控制任务的系统,成为人工飞行控制系统,例如机械操纵系统。不依赖于驾驶员操纵驾驶杆和脚踏指令而自动完成控制任务的飞控系统,称为自动飞行控制系统,自动驾驶仪是自动控制系统必不可少的组成部分。

L162的飞控系统采用了机械传动系统和电传系统相结合的控制方式,主操纵系统升降舵、副翼、方向舵以及襟翼采用的是机械传动,调整片采用了电传操作系统。2 L162飞机飞行控制系统介绍

L162飞机的飞控系统由副翼、襟翼、升降舵、方向舵、调整片组成,下面对每个系统进行简单介绍。

(1)副翼位于每个机翼的外侧后缘,为飞机提供滚转控制。通过操纵杆的左右运动来对副翼进行机械操作,操纵杆通过钢索和滑轮等传动系统与副翼相连,见下图

L162飞机副翼、升降舵控制系统

(2)升降舵位于飞机的水平安定面的后缘,控制飞机的俯仰。通过操纵杆的前后运动来对副翼进行机械操作,操纵杆通过在尾锥中布置的曲柄件及推杆与钢索及滑轮组成的系统而与升降舵相连,见上图1。

(3)调整片位于右侧升降舵壁板后缘的内侧,由伺服电机控制。(4)方向舵位于垂直安定面或背鳍的后缘,为飞机提供偏航控制。可以通过调节踏板的前后位置,以满足不同身材的驾驶员的使用。

(5)襟翼位于每个机翼后缘的内侧,由位于两座位间的控制杆进行机械操作,该控制杆与襟翼通过钢索、滑轮、曲柄、推杆及弹簧系统连接。

从飞机设计的角度上讲,机械操纵系统设计中必须保证驾驶员手、脚的操纵动作与人类运动本能反应相一致,这样就可以避免发生错误的操纵动作和分散驾驶员的注意力,并且可以缩短训练驾驶

员的时间,L162飞机的操纵系统正是严格符合了这个理论:驾驶杆前推,机头下俯,飞机下降;驾驶杆后拉,机头上仰,飞机上升。向左压杆,飞机向左倾斜;向右压杆,飞机向右倾斜。蹬右脚,机头向右偏转,蹬左脚,机头向左偏转。驾驶杆既可操纵升降舵,又可从总副翼,也可以同时操纵两者,并且纵向操纵和横向操纵互不干扰。3 操纵力设计

驾驶员是凭感觉来操纵飞机的,除去感受过载之外,还要有合适的操纵力和操纵位移的感觉,其中操纵力更为重要。下面从设计的角度对L162飞机的飞控系统进行分析。

(1)在机械系统的设计中,飞机的纵向和横向同时操纵时,纵向操纵杆力与横向操纵杆力之前必须有一个合适的比值,才能使驾驶员满意。如果横向操纵杆力为零或大于纵向操纵杆力时,就很难做出侧向精确操纵的动作。一般来讲,升降舵的纵向操作力F z 与副翼的横向操纵力Fx 的最佳比值为:

F z /F x =2

同样,脚蹬扇的力F y 对横向操纵杆力F x 的比值:F y /F x =5-8

驾驶杆(或脚蹬)从中间位置偏转时,所需的操纵力应该均匀增长,并且力的指向总是与偏转方向相反,这样,驾驶杆(或脚蹬)就有自动回到中间位置的趋势。

L162飞机的升降舵的纵向操作力F z =7磅,副翼的横向操纵力F x =3.5磅,方向舵的操纵力F y =20磅,由此可以看出:

F z /F x =2 F y /F x =5.7

由此可以看出,这些数值非常符合设计原理。

(2)驾驶杆操纵力应该随着飞行速度增加而增加,并随舵面偏转角度增大而增大。经过实际的调试,L162也符合这个方面的特性,同时根据操纵力的关系,L162飞机针对不同系统的钢索规定了不同的钢索张力要求。

(3)操纵系统的间隙和系统的弹性变形会产生操纵延迟现象。所谓操纵延迟是指在驾驶杆上用力之后到舵面开始转动这一段所需要的时间,通常操纵延迟达到0.25秒就非常危险,因此设计上规定,操纵延迟不应超过人的反应速度的数值(1/7秒),为了使操纵反应快,就必须使机械操纵系统中的环节和接头的数量最少。L162飞机一共使用了10个接头,数量非常少,理论操纵延迟小于1/7秒,安全性得到了充分的保证。

(4)操纵系统必须有偏转角度的止动器,以防止驾驶员用力太猛,操纵过量。L162飞机中对副翼、升降舵、方向舵均设计了止动,保证偏转角度在理论范围之内。

经过以上分析,可以看出L162飞机的飞行控制系统设计的非常合理,任何一个参数都具有充分的理论依据,各项设计也都符合机械操纵系统设计的基本原理。4 结论及体会

通过对L162飞机飞行控制系统的分析学习,进一步体会到飞机设计理论在飞机设计中的重要性,同时理论结合实际,更加深刻地认识了所用到的这些设计理论,极大地提高了自己的设计能力。参考文献

摘 要 自飞机诞生以来,飞行操纵系统经历了很大的发展,由最初的简单机械操纵系统发展到如今最先进的电传操纵系统,针对不同类型不同定位的飞机,飞行操纵系统的设计都有着自己的特点。L162飞机的飞行操纵系统是结合了机械操纵和电传操纵于一体的操纵系统,具有非常完美的操纵性和机动性,本文从飞机飞行控制系统设计的角度上对L162飞机的飞控系统进行研究和学习。

关键词 飞行控制系统;机械操纵;电传操纵文章编号:1009-8119(2018)03(2)-0025-02

某通用飞机飞控系统的学习及研究

王洪星

(沈阳飞机工业(集团)有限公司,沈阳 110034)

26 军民两用技术与产品 2018·3(下)

利用Petrinet 建模方法构建飞机维修保障模型,能够让能够我

们更加直观的分析、体验飞机定检周期变化对维修保障效能的影响。针对飞机的维修保障效能的优化,包括缓解维修调度压力、缩减内场编制等,而飞机定检作为飞机日常预防性维修工作的重要组成部分,相关定检周期必然会影响飞行训练的安全,探究飞机定检周期变化对维修保障效能的影响,对制定相关维修保障效能与定检周期优化策略,具有重要意义。1 仿真模型构建

利用Petri net 建模方法构建维修保障模型,需要确保维修保障运行的完整模拟,尽量切合实际,保证最终仿真分析结果的真实性与可靠性。在模型构建过程中,首先,应确立一个科学、合理的仿真目标,整个建模过程都要遵循该仿真目标的规范与指导,从而得到期望的结果。为确保仿真模型的真实性,需要从维修保障实际活动入手,设立如下边界条件:①定检周期的变化,不会对装备使用可靠性产生影响;②定检周期变化,不会影响维修保障方式与手段;③维修保障人员的个体水平一致,能够满足相关共组需求;④维修保障活动中需要的航材与备件充足,可忽略资源竞争问题;⑤自然环境对飞行训练的影响忽略不计,重点突出维修保障的实时性。

其次,科学选取模型指标参数:①装备使用参数;②维修工时参数;③延误时间参数;④维修时间参数。最后,进行模型层次划分。在Petri net 建模方法的基础上,可利用CPN Tools 仿真平台,用于生成模型示意图,该示意图能够准确描述系统状态及系统状态的迁移[1]。模型层次的划分,即由飞行调度模块、飞行模块、周期性维修模块、内场定检模块、返厂大修模块、内场与外场排故模块、描述系统状态的位置共同组成顶层模型。其中,位置hanger 被用于存放进入机库的飞机,而飞机调度模块,会以飞机状态与飞行任务为依据,从hanger 中调配飞机;而位置flight 则被用于存放将要执行飞行任务的飞机;periodic maintenance 、shop maintenance 、depot maintenance 将分别被用于存放将进行周期性维修的飞机、将进行定检或换发的飞机、将进行返厂大修的飞机。2 仿真分析

完成建模之后,需要进行的是对模型进行相应的变迁以及位置赋时等。模拟实际工作时间,能够对系统的真实特性进行分析,从而对比检查实际系统的性能。在仿真分析过程中,建议分别采用两种定检周期方案,大修时限下两个定检周期方案中,方案1的定检次数为3次,方案2的定检次数为2次,然后进行多次、重复仿真,获得平均值后对比分析两个定检周期方案。2.1 装备使用

对比方案1与方案2中,定检次数、周期次数、外场排故、内场排故的变化状况,能够发现方案2中的定检次数明显小于方案1中的定检次数,这时由于大修时限下方案2的定检周期被延长所引起的,仿真结果还显示,除定检次数,其余数据并不会受到定检周期延长

变化的影响。2.2 维修工时

根据仿真模型,进一步获取维修工时与飞行小时、维修人员的对比数据,能够发现,由于定检周期的延长,单位飞行小时与单位内场人员条件下的维修工时,均发生了相应变化。其中,随着定检周期的延长,单位飞行小时中,相关定检维修工时显著降低,这说明飞机对维修保障资源的依赖程度得以降低,且飞机的转场机动能力得到显著提高[2]。而单位维修人员时,定检人员的工作强度有了明显降低,这样一来,定检人员将会有更多的精力与时间,可以被投入到其他维修工作中,即有效转移维修保障工作重点,使其从以内场工作为重心,变为以排故保障为重心,提升相关维修保障工作的整体效率与质量。2.3 维修时间

在飞机维修保障活动进行过程中,维修时间是能够综合反映维修工时与维修延误时间的可靠指标,通过维修时间的仿真分析,能够全面了解维修保障效能的实际变化,以及各个环节维修时间参数比较情况。通过仿真模型,能够观察到,在定检周期延长后,定检维修时间显著减少,内场其他维修环节的维修保障效能,得到明显提升。2.4 延误时间

利用仿真模型分析飞机延误时间,首先要明确单位飞机条件下,维修保障环节的延误时间比较状况,结合单位定检延误、外场与内场排故延误数据的变化状况,即可分析定检周期变化对延误时间的影响。仿真结果显示,随着定检周期的延长,定检延误时间明显缩短,价值内场工作重心的转移,促进其余排故延误时间,也同步缩短,方案1与方案2的对比结果显示,随着定检周期的延长,内场维修保障的反映能力得以增强。3 结束语

综上所述,利用仿真模型分析飞机定检周期变化对维修保障效能的影响,能够明确定检周期的优化方向。通过相关分析,有效延长定检周期,能够减少大返修时限内的定检次数,将以往的内场工作重心转化为排故保障,并有效提高飞机转场机动能力。通过科学设定定检周期,能够综合提升各专业内场维修保障活动的反应能力与效率。参考文献

1 周岩,曾照洋,周扬,贾治宇,袁锴.基于使用数据的航空装备保障效能仿真基准模型构建方法[J].航空科学技术,2016,27(02):42-47.

2 李威.基于泛布尔代数的航空维修效率评价系统研究[D].武汉理工大学,2015.

摘 要 经过长时间的经验总结,我们发现飞机定检周期,与维修保障效能之间有着十分紧密的联系。基于此,本文就飞机定检周期变化对维修保障效能的影响,进行仿真分析,利用Petrinet 建模方法进行仿真模型构建,并通过模型对飞机延误时间、维修工时与维修时间等进行了细致分析。

关键词 飞机定检周期;维修保障效能;维修工时文章编号:1009-8119(2018)03(2)-0026-01

飞机定检周期变化对维修保障效能影响的仿真初探

张忠文

(航空工业飞机汉中飞机分公司设计研究院,汉中 723000)

1 姜波,飞机检测与维修,吉林科学出版社,2005.7作者简介

王洪星,男,汉族,工程师,现从事民用飞机制造管理以及航空装配技能培训相关工作。

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