A320飛機(jī)電傳操縱系統(tǒng)概述

周 蜜中國(guó)民用航空飛行學(xué)院航空工程學(xué)院周蜜，女，碩士，中國(guó)民航飛行學(xué)院航空工程學(xué)院講師，研究方向?yàn)槊裼蔑w機(jī)構(gòu)造與設(shè)計(jì)研究。

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A320飛機(jī)電傳操縱系統(tǒng)概述

周 蜜
中國(guó)民用航空飛行學(xué)院航空工程學(xué)院
周蜜，女，碩士，中國(guó)民航飛行學(xué)院航空工程學(xué)院講師，研究方向?yàn)槊裼蔑w機(jī)構(gòu)造與設(shè)計(jì)研究。

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本文簡(jiǎn)要介紹了A320飛機(jī)電傳操縱系統(tǒng)的組成。詳細(xì)描述了A320飛機(jī)飛行操縱面作動(dòng)器的控制模式；闡述了操縱面與作動(dòng)器、飛行控制計(jì)算機(jī)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，同時(shí)介紹了多臺(tái)計(jì)算機(jī)之間接管控制的優(yōu)先順序。對(duì)于民航業(yè)內(nèi)從業(yè)人員及相關(guān)科研人員，本文有一定的參考意義和使用價(jià)值。

A320飛機(jī)采用電傳操縱系統(tǒng)，應(yīng)用多臺(tái)飛行控制計(jì)算機(jī)和多個(gè)作動(dòng)器構(gòu)成余度系統(tǒng)，極大地保證了航空飛行的安全性和可靠性。本文介紹了A320飛機(jī)飛行操縱面作動(dòng)器的三種控制模式：主動(dòng)伺服模式、阻尼模式和定中模式；闡述了操縱面與作動(dòng)器、飛行控制計(jì)算機(jī)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，同時(shí)介紹了多臺(tái)計(jì)算機(jī)之間接管控制的優(yōu)先順序。

飛機(jī)飛行操縱系統(tǒng)是用于傳遞駕駛員的操縱指令，驅(qū)動(dòng)位于不同翼面上的舵面偏轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)控制飛機(jī)姿態(tài)的系統(tǒng)。近100年來(lái)，飛行操縱系統(tǒng)經(jīng)歷了無(wú)助力機(jī)械操縱系統(tǒng)、助力機(jī)械操縱系統(tǒng)、不可逆助力操縱系統(tǒng)、增穩(wěn)和控制增穩(wěn)系統(tǒng)以及電傳操縱系統(tǒng)（Fly-by-Wire，F(xiàn)BW），五個(gè)發(fā)展階段。

電傳操縱系統(tǒng)

電傳操縱系統(tǒng)產(chǎn)生于上世紀(jì)50年代末，是較為先進(jìn)的飛行操縱系統(tǒng)。在電傳操縱系統(tǒng)中，飛行員對(duì)腳蹬、側(cè)桿或駕駛盤(pán)的操縱信號(hào)，經(jīng)桿力或桿位移傳感器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，傳遞給飛行控制計(jì)算機(jī)，飛行控制計(jì)算機(jī)將生成的控制指令輸送到液壓助力器，由液壓助力器驅(qū)動(dòng)舵面偏轉(zhuǎn)。同時(shí)液壓助力器及操縱面的響應(yīng)信號(hào)，回輸?shù)斤w行控制計(jì)算機(jī)，用于反饋控制，使飛機(jī)能夠更加精準(zhǔn)地受控于電傳操縱系統(tǒng)。

與傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單機(jī)械式操縱系統(tǒng)和液壓助力機(jī)械式操縱系統(tǒng)相比，電傳操縱系統(tǒng)重量更輕，維護(hù)更為簡(jiǎn)便，更便于精微操縱信號(hào)的傳遞，而且系統(tǒng)對(duì)于飛機(jī)具有完全的控制權(quán)限，使飛機(jī)兼顧較好的操縱性與穩(wěn)定性。目前采用電傳操縱的民用客機(jī)有A320、A330、A340和B777等。A320飛機(jī)率先在民用運(yùn)輸機(jī)領(lǐng)域采用電傳操縱系統(tǒng)，這在民用飛機(jī)的發(fā)展史上具有里程碑式的意義。

A320電傳操縱系統(tǒng)

A320飛機(jī)電傳操縱系統(tǒng)應(yīng)用側(cè)桿代替?zhèn)鹘y(tǒng)駕駛盤(pán)，采用多臺(tái)飛行控制計(jì)算機(jī)、三套液壓系統(tǒng)和三套三相電源系統(tǒng)。其中，飛行控制計(jì)算機(jī)根據(jù)正常、備份或直接控制律處理飛行員和自動(dòng)駕駛儀的輸入，控制并監(jiān)控飛行操縱面，同時(shí)記錄和存儲(chǔ)飛行中產(chǎn)生的故障。在飛行控制計(jì)算機(jī)中，2臺(tái)升降舵副翼計(jì)算機(jī)（Elevator Aileron Computer，ELAC）和3臺(tái)擾流板升降舵計(jì)算機(jī)（Spoiler Elevator Computer，SEC）控制飛機(jī)的滾轉(zhuǎn)和俯仰運(yùn)動(dòng)。ELAC用于升降舵、安定面及副翼的正常控制；SEC用于控制擾流板，并作為備份計(jì)算機(jī)控制升降舵和安定面。2臺(tái)飛行增穩(wěn)計(jì)算機(jī)（Fly Augmentation Computer，F(xiàn)AC）控制方向舵，實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)偏航運(yùn)動(dòng)的控制。2臺(tái)襟縫翼計(jì)算機(jī)（Slat Flap Control Computer，SFCC）控制襟縫翼。

圖1為A320電傳操縱系統(tǒng)總體架構(gòu)示意圖，給出了飛機(jī)機(jī)翼和尾翼上所有舵面、作動(dòng)器與飛行控制計(jì)算機(jī)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在A320電傳操縱系統(tǒng)中，除方向舵配平作動(dòng)器、方向舵行程限制作動(dòng)器和水平安定面伺服馬達(dá)由電力驅(qū)動(dòng)以外，其余作動(dòng)器均由液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力。

如圖1所示，一般情況下，某一作動(dòng)器由一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制，而對(duì)于左、右升降舵，每個(gè)作動(dòng)器由一臺(tái)ELAC控制的同時(shí)還有一臺(tái)SEC在進(jìn)行備份。四臺(tái)計(jì)算機(jī)（ELAC1、ELAC2、SEC1、SEC2）參與了飛機(jī)俯仰姿態(tài)的控制，這也充分體現(xiàn)了電傳操縱系統(tǒng)的多余度設(shè)計(jì)思想。

圖1 A320電傳操縱系統(tǒng)總體架構(gòu)

每個(gè)副翼、升降舵以及偏航阻尼器均由兩個(gè)液壓作動(dòng)器作動(dòng)。每個(gè)作動(dòng)器有兩種控制方式：主動(dòng)伺服模式和阻尼模式。在系統(tǒng)正常工作情況下，舵面僅由一個(gè)作動(dòng)器作動(dòng)，我們稱這個(gè)作動(dòng)器處于主動(dòng)伺服模式，此時(shí)作動(dòng)器由計(jì)算機(jī)電氣控制。另一個(gè)作動(dòng)器隨舵面偏轉(zhuǎn)而運(yùn)動(dòng)，我們稱這個(gè)作動(dòng)器處于阻尼模式。若正在工作的作動(dòng)器失效，則處于阻尼模式的作動(dòng)器變?yōu)橹鲃?dòng)伺服模式，而失效的作動(dòng)器自動(dòng)轉(zhuǎn)換至阻尼方式。

對(duì)于驅(qū)動(dòng)升降舵的作動(dòng)器，它們除了具有主動(dòng)伺服模式和阻尼模式之外，還有第三種模式，即定中模式。當(dāng)僅能采用人工方式進(jìn)行俯仰配平時(shí)，水平安定面后緣的升降舵則處于定中模式，升降舵作動(dòng)器使其處于中立位。如果兩個(gè)升降舵作動(dòng)器都無(wú)電氣控制，它們都將自動(dòng)地轉(zhuǎn)換至定中模式。如果兩個(gè)作動(dòng)器都無(wú)液壓操縱，它們都將自動(dòng)地轉(zhuǎn)換至阻尼模式。

飛機(jī)俯仰運(yùn)動(dòng)由副翼和飛行擾流板控制。以左副翼為例，當(dāng)系統(tǒng)正常工作時(shí)，由ELAC1控制藍(lán)液壓系統(tǒng)作動(dòng)器驅(qū)動(dòng)副翼偏轉(zhuǎn)，此時(shí)該作動(dòng)器處于主動(dòng)伺服模式，綠液壓系統(tǒng)作動(dòng)器處于阻尼模式。若藍(lán)液壓系統(tǒng)失效，則綠液壓系統(tǒng)作動(dòng)器工作，并處于主動(dòng)伺服模式，藍(lán)系統(tǒng)作動(dòng)器處于阻尼模式，在綠系統(tǒng)作動(dòng)器帶動(dòng)下隨動(dòng)工作。若ELAC1失效，根據(jù)箭頭方向，左副翼的控制將自動(dòng)轉(zhuǎn)換到ELAC2。若兩臺(tái)ELAC都失效，兩個(gè)副翼作動(dòng)器都將處于阻尼模式。每個(gè)飛行擾流板由一臺(tái)相應(yīng)的SEC控制。

飛機(jī)的俯仰運(yùn)動(dòng)由升降舵和可配平水平安定面控制，升降舵由液壓助力器作動(dòng)，可配平水平安定面由1、2、3號(hào)電動(dòng)機(jī)中的一臺(tái)控制兩個(gè)液壓馬達(dá)，驅(qū)動(dòng)水平安定面偏轉(zhuǎn)。正常情況下是由ELAC2生成控制指令對(duì)相應(yīng)的液壓助力器或電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。若ELAC2計(jì)算機(jī)失效，將按照ELAC1、SEC2、SEC1的順序?qū)Ω┭鲞\(yùn)動(dòng)進(jìn)行接管控制。

飛機(jī)的偏航運(yùn)動(dòng)由方向舵控制，方向舵的控制信號(hào)來(lái)自于方向舵腳蹬的機(jī)械控制信號(hào)、偏航阻尼器作動(dòng)筒輸出信號(hào)和方向舵配平電動(dòng)機(jī)輸出信號(hào)的機(jī)械疊加，生成的控制信號(hào)通過(guò)三個(gè)液壓助力器驅(qū)動(dòng)方向舵偏轉(zhuǎn)。方向舵行程限制器由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。隨著飛機(jī)飛行速度的增加，方向舵的最大偏轉(zhuǎn)角度受到行程限制器的控制而減小。行程限制器、偏航阻尼器及方向舵配平受到FAC控制，計(jì)算機(jī)失效時(shí)的接管順序?yàn)镕AC1、FAC2。

結(jié)束語(yǔ)

A320飛機(jī)開(kāi)創(chuàng)性地采用了電傳操縱系統(tǒng)，其核心部件為飛行控制計(jì)算機(jī)。A320飛機(jī)應(yīng)用多臺(tái)飛行控制計(jì)算機(jī)，使用三套液壓系統(tǒng)和三套三相電源系統(tǒng)，采用余度技術(shù)構(gòu)成飛機(jī)電傳操縱系統(tǒng)，保證了系統(tǒng)的可靠性。A320飛機(jī)的飛行操縱面一般由不同液壓系統(tǒng)的多個(gè)液壓驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)，且每個(gè)操縱面可由多個(gè)計(jì)算機(jī)控制。當(dāng)計(jì)算機(jī)失效時(shí)，可由備份計(jì)算機(jī)按接管控制的優(yōu)先順序?qū)ο鄳?yīng)作動(dòng)器進(jìn)行控制，極大地保證了飛行的安全性和可靠性。

10.3969/j.issn.101- 8972.2016.12.010