A320飛機電傳操縱系統的控制律及其重構淺析

摘 要：A320飛機率先在民用運輸機領域采用電傳操縱系統，將駕駛員的操縱指令轉變成電信號傳遞給飛行控制計算機，由飛行控制計算機根據飛機飛行的不同階段，生成不同的控制律，控制飛機的姿態。本文簡介了A320飛機的正常控制律、備用控制律和直接控制律的特點及所提供的保護，并介紹了控制律之間的重構與轉換關系。

關鍵詞：A320飛機；電傳操縱系統；控制律

中圖分類號：V227 文獻標識碼：A

A320飛機是歐洲空中客車公司研發的經典中短程民用運輸機，此機型率先在民用運輸機領域采用電傳操縱系統。所謂電傳操縱系統是指將駕駛員的操縱指令轉變成電信號，傳遞給飛行控制計算機，飛行控制計算機同時通過傳感器接收飛機姿態響應的反饋信號，并將這些電信號進行綜合比較和運算處理，按照既定的控制律，將控制指令輸送到舵面驅動裝置，驅動舵面偏轉，實現對飛機姿態的控制。采用電傳操縱后，飛行的自動化程度大大提高，駕駛員從直接操縱者轉變為監控者和管理者，顯著降低了駕駛員的工作負荷，提高了飛行安全性[ 1-2 ]。

1 A320飛機控制律的重構與轉換

控制律即控制規律，飛行控制計算機根據不同的工作模式計算控制律，并生成必要的控制指令，控制飛機姿態。A320飛機有三種控制律，包括正常控制律（Normal Law）、備用控制律（Alternative Law）和直接控制律（Direct Law），備用控制律和直接控制律是降級的飛行控制律。此外，俯仰、偏航軸還可采用機械備份操縱[ 3 ]。

如圖1，正常、備用、直接控制律具有自動重構能力，在正常使用狀態或飛控計算機、傳感器、電源發生單故障狀態下，因電傳操縱系統采用余度技術，所以飛機仍可采用正常控制律。多個飛行控制、液壓或電源系統的失效會導致飛行控制律的降級。

當多個故障發生時，根據后續故障出現的數量和性質正常控制律會由備用或直接控制律自動接替。在飛行中，根據故障的數量和性質，也可由備用控制律轉換為直接控制律。在某些特定場合，可通過駕駛員干預再次接通備用模式。在此基礎上，再發生一次故障將導致轉換至機械備份操縱。機械備份控制可以主動地超控正常控制律、備用控制律和直接控制律，尤其在正常控制律、備用控制律、直接控制律都失效時能夠維持飛機的安全飛行和著陸。

2 A320飛機控制律

2.1 正常控制律

正常控制律提供基本控制律，保證飛機的操縱，提供飛機在整個飛行包線內的保護，減輕機動飛行載荷。

如圖2，飛行控制計算機對飛機的控制有三種基本模式，即地面模式、飛行模式和拉平模式。在不同模式下，針對不同的控制律，系統給飛機提供的保護也不同。

在地面模式下，側桿與升降舵及滾轉舵面直接聯系，方向舵由腳蹬機械控制，偏航阻尼功能可用。地面模式在拉平模式之后，當主起落架減震支柱壓縮且俯仰姿態確認無誤時生效。

飛行模式在地面模式之后，當主起落架減震支柱伸出，且俯仰姿態確認無誤時生效。在飛行模式下，正常控制律提供五種保護，俯仰姿態保護、 載荷因數保護（過載保護）、坡度角保護、高速保護和失速保護（大迎角保護）。

俯仰姿態保護是指電傳操縱系統依據飛機的速度和襟翼放下的角度對俯仰姿態進行保護，有效地防止飛機由于俯仰角過大而失控。載荷因數保護（過載保護）是指當駕駛員的操縱引起飛機過載變化時，計算機系統會對過載進行自動限制，防止飛機載荷因數過大而導致結構受損。坡度角保護是指在不同的飛行狀態下，對飛機的坡度角進行限制，防止飛機失速。高速保護是指飛機的速度超過最大操縱速度VMO或最大操縱馬赫數MMO時，側桿操縱機頭向下權限漸漸地減小，同時飛行控制計算機會給飛機一個恒久的抬頭指令以協助飛機恢復至正常飛行狀態。隨著飛機迎角的增大，飛機速度逐漸減小，當飛機速度減至低于VMO或MMO時，正常操縱法則恢復，高速保護解除工作。失速保護（大迎角保護）指在正常法則下，即使側桿柔和地一直向后拉到底，迎角都不會超越最大迎角值。飛機著陸之前需要拉平，拉平模式在飛行模式之后，且飛機低于一定高度時生效。在拉平模式下，正常控制律提供兩種保護，失速保護和坡度角保護。

2.2 備用控制律

備用控制律僅提供基本控制律，操縱性能降低，且比正常模式所提供的保護少。在此基礎上，再發生故障，根據故障的性質將引起向直接控制律或機械備份操縱的轉換。

如圖3和圖4所示，備用控制律分為有降級保護的備用控制律和無降級保護的備用控制律，其中，有降級保護的備用控制律可為飛機提供載荷因數保護、高速保護和失速保護。而無降級保護的備用控制律只提供載荷因數保護。

2.3 直接控制律

飛機在地面時，飛機的控制律就是直接控制律。在直接控制律下，飛機在正常控制律下的所有保護功能將會失去，此時駕駛桿至操縱面之間保持直接的聯系，而不經過計算機處理和判斷，這和傳統飛行操縱系統的構成類似。直接控制律下，只可進行人工配平。

2.4 機械備份操縱

當以上三種控制律都失效時，機械備份操縱允許應用俯仰配平手輪和方向舵腳蹬對飛機進行俯仰和偏航操縱，保證飛機的基本姿態的控制，只要情況允許可機械操縱飛機著陸，使飛機的安全性能得到大大的提高。

3 結語

A320飛機開創性地采用了電傳操縱系統，電傳操縱系統的核心部件為飛行控制計算機。飛行控制計算機根據飛機飛行的不同階段，生成不同的控制律，確保飛機的過載在飛行包線范圍內，并且限制了飛機的飛行姿態，防止了失速的發生，極大地減輕了駕駛員的負荷，保證了飛行安全。

參考文獻：

[1] 莊緒巖，徐亞軍.民機電傳操縱系統發展現狀及趨勢.科技創新導報，2014（5）：81.

[2] 黃國華，李洋，廉風慧.飛機電傳操縱系統的發展概況.現代教育科學，2009（S1）：414-415.

[3] A319/A320/A321 TECHNICAL TRAINING MANUAL. Airbus Industrie.

作者簡介：周蜜（1981-），女，漢族，河北唐山人，碩士，講師，研究方向：民用飛機結構與設計、航空器維護與修理方向的科研及教學工作。