飛行自動駕駛系統(tǒng)探究

劉定波中國國際航空公司西南分公司，四川成都　610000

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飛行自動駕駛系統(tǒng)探究

劉定波
中國國際航空公司西南分公司，四川成都610000

摘要現(xiàn)代飛機(jī)往往都裝有自動駕駛系統(tǒng)，以便在情況允許時(shí)由機(jī)載計(jì)算機(jī)控制飛機(jī)自動飛行，使飛行員不會過于疲勞。自動駕駛儀的工作方式由方式選擇板(MCP)控制。在現(xiàn)代飛機(jī)上，自動駕駛儀的控制板一般位于駕駛艙的遮光板上。方式選擇板上的按鈕和旋鈕用于不同的工作模式和接通與斷開自動駕駛儀。

關(guān)鍵詞飛機(jī)；自動駕駛系統(tǒng)

飛機(jī)能夠自動自動駕駛還有賴于人們發(fā)明了自動駕駛儀，早期人們發(fā)明的自動駕駛儀比較簡單，主要是由陀螺儀、加速度計(jì)以及高度表等檢測設(shè)備，加上簡單的電路組成。飛機(jī)正常飛行狀態(tài)下，陀螺儀就按照預(yù)定的參數(shù)進(jìn)行工作，如果飛機(jī)偏離了正常軌道，陀螺儀的參數(shù)就會發(fā)生改變，這種情況下與之相連的電路就會發(fā)出電信號，促使操縱飛機(jī)的陀面發(fā)生偏轉(zhuǎn)，糾正飛機(jī)的飛行方向。飛機(jī)的高度以及速度分別有加速度計(jì)以及高度表來控制。這是最早的自動駕駛儀，這時(shí)候的自動駕駛儀不需要計(jì)算機(jī)就可以工作，但是精度較差，需要飛行員對飛機(jī)的飛行狀態(tài)進(jìn)行校正。現(xiàn)代的飛機(jī)自動駕駛儀雖然也使用陀螺儀以及加速度計(jì)來感知飛機(jī)的飛行狀態(tài)，但是由計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，而且設(shè)計(jì)的更加精密復(fù)雜，飛機(jī)的飛行狀態(tài)出現(xiàn)一點(diǎn)異常就可以被發(fā)現(xiàn)。自動駕駛儀之所以能夠做到這一點(diǎn)還有賴于計(jì)算機(jī)所產(chǎn)生的精確信號。計(jì)算機(jī)控制自動駕駛儀可以使飛機(jī)的飛行狀態(tài)變得更加穩(wěn)定，飛機(jī)的飛行狀態(tài)能夠得到精確控制，飛機(jī)航線的校正由衛(wèi)星定位系統(tǒng)（如GPS）來完成，無需飛行員人工干預(yù)。

1　飛行軌跡控制

飛行軌跡控制，是要求飛機(jī)的重心以足夠的準(zhǔn)確度保持或跟蹤給定的飛行軌跡。許多飛機(jī)的飛行任務(wù)都要求軌跡控制，如空中加油機(jī)進(jìn)行加油作業(yè)時(shí)、飛機(jī)編隊(duì)飛行時(shí)、轟炸機(jī)在轟炸時(shí)都要保持在預(yù)定的高度上飛行。飛機(jī)著陸時(shí)要沿著一定的下滑道飛行，也屬于飛行軌跡控制。

1.1高度穩(wěn)定與控制

飛機(jī)的穩(wěn)定性指在改變飛行姿態(tài)時(shí)飛機(jī)“自動復(fù)原”的能力。比如，上反角的機(jī)翼結(jié)構(gòu)，飛機(jī)向左偏斜后所產(chǎn)生的力會讓飛機(jī)自動回復(fù)，這樣的飛機(jī)穩(wěn)定性就好。而下反角的機(jī)翼結(jié)構(gòu)一旦開始向左偏斜，產(chǎn)生的力就會讓飛機(jī)越來越向左偏，這樣的飛機(jī)穩(wěn)定性就差。現(xiàn)代飛機(jī)往往都裝有自動駕駛系統(tǒng)，以便在情況允許時(shí)由機(jī)載計(jì)算機(jī)控制飛機(jī)自動飛行，使飛行員不會過于疲勞。

高度穩(wěn)定與控制，是在縱向自動駕駛儀穩(wěn)定和控制飛機(jī)俯仰角運(yùn)動的基礎(chǔ)上，加上高度傳感器形成的。圖中表示的是利用控制升降舵面的方法，來穩(wěn)定和控制飛機(jī)的飛行高度。

高度傳感器包括高度差傳感器（給定飛行高度和實(shí)際飛行高度之差的傳感器）和高度差變化率傳感器（飛機(jī)上升、下降速度傳感器），它們是靈敏感應(yīng)高度和高度變化的傳感器。在現(xiàn)代飛行控制系統(tǒng)中，飛行高度和相應(yīng)的變化率信號由大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)提供或無線電高度表提供；在低空或近地飛行時(shí)，需要的高度信號可用無線電小高度表。高度給定裝置是設(shè)定預(yù)選飛行高度的輸入裝置，通過它可以預(yù)先設(shè)置飛行高度。飛行高度控制系統(tǒng)，具有高度保持的穩(wěn)定狀態(tài)和飛行高度預(yù)選的控制狀態(tài)。

高度的穩(wěn)定狀態(tài)，是要求高度控制系統(tǒng)自動保持在給定的高度上飛行。當(dāng)飛機(jī)受到外界干擾時(shí)，例如上升氣流的干擾，使飛機(jī)上升到高于預(yù)定的高度，這時(shí)高度和高度差傳感器就會感測到這種改變，輸送給綜合裝置一個(gè)相應(yīng)的電信號，經(jīng)自動駕駛儀操縱升降舵面后緣向下偏轉(zhuǎn)，形成低頭力矩，使飛機(jī)下降，返同到預(yù)定的高度。反之，飛機(jī)受到向下氣流作用降低高度時(shí)，則操縱飛機(jī)爬升，返回到預(yù)定的高度。

高度的控制狀態(tài)，是要求高度控制系統(tǒng)能自動地改變飛行高度，當(dāng)達(dá)到預(yù)定高度后，再保持定高飛行。當(dāng)飛行員將期望的飛行高度輸入到高度控制系統(tǒng)后，它輸出的電信號經(jīng)自動駕駛儀操縱升降舵面的后緣做相應(yīng)的向上（向下）偏轉(zhuǎn)，飛機(jī)就自動進(jìn)入爬升（下降）飛行，飛機(jī)接近期望高度后就自動拉平，并保持在這一高度上飛行。

1.2自動著陸控制

著陸是飛機(jī)飛行的一個(gè)重要階段，在著陸時(shí)，飛行員必須在很短的時(shí)問內(nèi)完成許多高難度的操作，僅靠目視著陸，是難以保證安全飛行的。為了保證飛機(jī)能在不良?xì)夂驐l件下和夜間的安全著陸，必須對著陸階段的飛行軌跡進(jìn)行控制。為此，必須有導(dǎo)航系統(tǒng)向飛行員提供飛機(jī)所在的航道與正確的下滑航道之問偏離程度的高精度指示。

為了實(shí)現(xiàn)著陸軌跡的控制，目前使用儀表著陸系統(tǒng)(IIS)和微波著陸系統(tǒng)(MLS)來引導(dǎo)飛機(jī)進(jìn)入正確的下滑航道。當(dāng)飛機(jī)處于正確的下滑航道時(shí)，接收機(jī)輸出的信號為零；若飛機(jī)偏離下滑航道，則接收機(jī)輸出相應(yīng)極性和幅值的信號。接收機(jī)輸出的電信號通過自動駕駛儀操縱舵面（方向舵和升降舵），使飛機(jī)進(jìn)人下滑航道。例如，設(shè)飛機(jī)處于下滑航道上方，接收機(jī)將輸出反映下滑航道上方極性的信號，通過自動駕駛儀使升降舵而后緣向下，產(chǎn)生低頭力矩，使飛機(jī)飛向下滑航道，接收機(jī)的輸出逐漸減小，直到飛機(jī)進(jìn)入下滑航道輸出為零，升降舵面恢復(fù)原來的位置，飛機(jī)保持在下滑航道上逐漸降低高度，實(shí)現(xiàn)自動著陸。

2　電傳操縱

一般情況下，飛行員都是操縱駕駛桿，通過鋼索（或桿件）操縱氣動舵面偏轉(zhuǎn)來駕駛飛機(jī)的而電傳操縱則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)。

通過多種飛機(jī)的使閘，顯示出了電傳操縱的優(yōu)越性，新一代的戰(zhàn)斗機(jī)也都采用了這種操縱系統(tǒng)，新型的民航飛機(jī)也存逐步采用這種操縱系統(tǒng)。電傳操縱與機(jī)械操縱裝置相比，電傳操縱的優(yōu)點(diǎn)有：一是結(jié)構(gòu)簡單，體積小，質(zhì)撞輕，便于安裝和維修；二是因?yàn)槿∠藫u臂、連桿、滑輪和鋼索等機(jī)械裝置，消除r傳動中的摩擦，提高了操縱性能；三是由于使用電纜傳送電信號，方便與飛機(jī)上的其他系統(tǒng)相互溝通和進(jìn)行綜合處理。因此，電傳操縱可以把飛機(jī)的操縱與實(shí)現(xiàn)高性能的飛行控制結(jié)合起來，從而使飛機(jī)達(dá)到更高的飛行性能。

3　結(jié)論

飛機(jī)自動駕駛儀的誕生使得飛機(jī)的自動駕駛成為可能，計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)更是助力了自動駕駛儀的工作，計(jì)算機(jī)助力自動駕駛儀使得飛機(jī)的自動化飛行狀態(tài)變得更加穩(wěn)定，保證飛機(jī)正常飛行狀態(tài)的同時(shí)還減少了飛行員駕駛的時(shí)間，使飛行員不至于那么疲勞。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：劉定波，工作單位為中國國際航空公司西南分公司，二級飛行員，研究方向?yàn)槊裼煤娇疹I(lǐng)域

中圖分類號V1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號1674-6708（2015）155-0164-02