民用飛機飛行控制系統動態特性研究

屈亞偉

【摘 要】民用飛機飛控系統是飛機系統中最重要的系統之一。飛控系統的動態特性可以反映出飛控系統的穩定性，是評價飛控系統的重要指標。基于一般民用飛機，本文闡述了飛控系統動態特性的需求來源以及驗證工作。

【關鍵詞】民用飛機；飛控系統；動態特性

【Abstract】Flight control system is one of the most important systems on civil aircrafts. The flight control systems dynamic character is one important indication of its quality because it represents the flight control systems stability. Based on one certain civil aircraft， this paper demonstrates the requirements source and verification of the flight control systems dynamic character.

【Key words】Civil aircraft；Flight control system；Dynamic character

0 引言

民用飛機飛行控制系統由于與飛機其他系統都有交聯，因而接口眾多，邏輯復雜，是飛機各系統中最重要的系統。飛控系統的動態特性可以反映出飛控系統的穩定裕度，是評價飛控系統品質的重要參考，因此很多研究者在飛控系統頻率響應特性方面進行了大量的研究工作[1～7]。呂明云在2010年提出了一種適用于飛行控制設計的直升機頻域系統辨識方法[1]。周小林在2012年對飛控系統的動態相對增益方法進行了研究[2]。王維安在2013年對飛控系統穩定裕度試驗進行了分析研究[3]。李導在2013年提出了一種飛機穩定裕度試飛的評估方法[4]。劉彩志在2014年對民用飛機上方向舵作動系統頻率特性進行了分析研究[5]。李元元在2016年研究了飛機副翼作動系統自然頻率的設計問題[6]。張家盛在2016年研究了飛機舵面液壓伺服作動性能與結構剛度的關系[7]。

本文基于大型民用飛機電傳飛控系統，闡述了飛控系統動態特性的需求來源以及驗證方法，分析了試驗數據，得出并評估了飛控系統的穩定裕度。這對民用飛機電傳飛控系統的設計與驗證具有一定的借鑒意義。

1 飛行控制系統

飛機飛控系統用于對飛機姿態和軌跡的控制，實現飛機在空中的縱向、橫向及航向控制和配平，提供起飛時的升力控制、空中減速控制以及飛機接地后或中止起飛時的控制，實現放寬靜穩定性和飛行包線保護主動控制功能。一般民用飛機飛控系統控制操縱面包括一對副翼、一塊方向舵、一對升降舵、一塊水平安定面、四對多功能擾流板、一對地面擾流板，如圖1所示。

該飛機飛控系統是數字飛行控制系統，以側桿、腳蹬、減速板手柄等為操縱輸入器件，以多余度飛控數字計算機、作動器控制電子以及遠程控制電子為核心處理部件，以機電、電液伺服作動器為執行部件，通過對控制律的解算控制相應的操縱面，實現全時全權限電傳操縱。 2 飛行控制系統試驗動態特性研究

2.1 動態特性需求

民用飛機有操縱性和穩定性的要求，簡稱操穩特性。飛行員操縱飛機時，飛機的機動性以及平穩性就是操穩特性。飛機的操穩特性要求衍生為飛控系統的動態特性要求。飛控系統的動態特性要求進而衍生為作動器的動態特性要求。

2.2 需求驗證

一般情況下，飛控系統的動態特性是通過其頻率特性來考察的。基于一般民用飛機的桌面仿真、鐵鳥試驗和機上試驗，利用飛控系統在不同頻率指令下的輸入和輸出，經過分析，可得出該飛控系統在不同頻率下的指令增益和相位差。這兩個參數可表征飛控系統的動態特性以及穩定性。下面兩幅圖是根據試驗數據分析出的頻率特性，其中圖2是頻率增益曲線，圖3是頻率相移曲線。試驗結果表明，飛控系統的動態特性是滿足要求的。

3 結論及展望

本文介紹了飛控系統的動態特性研究方法，并基于一般民用飛機飛控系統，具體介紹了飛控系統動態特性的驗證方法。本文介紹的動態特性研究方法具有一定的通用型，可對飛控系統以及其他機電系統的設計與驗證有一定的參考價值。

【參考文獻】

[1]呂明云.適于飛行控制設計的直升機頻域辨識.Proceedings of the 29th Chinese Control Conference.

[2]周小林.飛行控制系統的動態相對增益方法研究[J].計算技術與自動化，2012，12，31（4）.

[3]王維安.飛控系統穩定裕量試驗分析研究[J].測控技術，2013（32）.

[4]李導.飛機穩定裕度試飛評估及激勵信號優化[J].科學技術與工程.2013，6，13（17）.

[5]劉彩志.民機方向舵伺服作動系統頻率特性分析研究[J].民用飛機設計與研究.2014 No.2？詴？謼（季刊）總第113 期.

[6]李元元.某型飛機副翼作動系統靜剛度與自然頻率設計研究[J].航空制造技術，2016（12）.

[7]張家盛.飛機舵面液壓伺服作動系統性能分析[J].航空科學技術.Mar.15 2016 Vol.27 No.03

[責任編輯：田吉捷]