淺談飛機操縱系統及飛行安全

楊杰文

摘要：隨著飛機速度、性能需要的不斷地提高，飛機操縱系統的性能也要求不斷改進，而飛機操控系統是飛機的神經系統，在飛機飛行中擔負著改變飛機狀態、軌跡等功能和任務，飛機操縱系統一旦出現故障造成的后果往往是機毀人亡，因此，飛機操縱系統可靠性對飛行安全有至關重要的作用。本文主要從飛機操縱系統類型、人工操縱系統工作原理、飛行操縱系統的要求幾方面闡述飛機的操縱系統。

關鍵詞：操縱系統 ?飛行性能 ?操縱能力

飛機操縱系統是飛機上用來傳遞操縱指令、驅動舵面運動、控制飛機飛行姿態的重要系統。沒有操縱系統的飛機，根本就談不上安全性、可靠性及機動性，因為駕駛員只有通過操縱飛機的各個活動舵面，才能實現飛機繞縱軸、橫軸和立軸的運動，從而實現對飛機飛行姿態的控制。有了操縱系統，無論在有人駕駛下還是在自動駕駛狀態下，均可使飛機保持或改變飛行姿態。

一、飛機操縱系統類型

自從萊特兄弟發明的“飛行者1號”問世后，深刻改變和影響了人們的生活，飛機操縱系統的發展和完善也一直未曾停止，目前使用的操縱系統主要有以下幾類：

1.機械操縱系統

機械操縱系統在操縱裝置和飛機的舵機之間存在著一套相當復雜的機械聯動裝置和液壓管路，飛行員操縱操縱桿和腳蹬，通過上述聯動裝置控制舵機位置，從而使飛機達到希望的姿態和航向。

2.助力操縱系統

40年代末出現了液壓助力系統，舵面由液壓助力器驅動，駕駛員通過中央操縱機構、機械傳動裝置控制助力器的伺服活門，間接地使舵面偏轉。它同時通過杠桿系統把舵面一部分氣動載荷傳給中央操縱機構，使駕駛員獲得操縱力的感覺。

3.電傳操縱系統

電傳操縱是飛行員操縱微型操縱桿，經桿上的傳感器發出電指令信號，通過電纜傳輸到信號處理器后再控制舵機（執行機構），推動氣動舵面偏轉來駕駛飛機。電傳操縱去掉了傳統的機械操縱裝置，以及與舵機之間相當復雜的機械聯動裝置，是一種新型的操縱系統。

3.光傳操縱系統

光傳操縱系統是在電傳操縱系統上發展起來的。光傳操縱系統是以光代替電作為傳輸載體，以光導纖維作為物理傳輸媒質，在計算機之間或計算機與遠距離終端（如舵機等）之間傳遞指令和反饋信息的飛行控制系統。它克服了電傳操縱系統易受雷電和電磁干擾及核輻射影響的致命弱點，能大大改進飛機的穩定性和可操縱性。

二、飛機操縱系統原理

人工飛行操縱系統，由于結構簡單，工作可靠，一直受到人們的關注，人工飛行操縱系統通常包括主操縱系統、輔助操縱系統及傳動機構。

1.主操縱系統

飛機的操縱是通過升降舵、方向舵和副翼三個操縱面來進行的，分別偏轉這三個操縱面，在氣流的作用下，就會對飛機產生操縱力矩，飛機便繞其橫軸、堅軸和縱軸轉動，以改變飛行姿態。

飛行中操縱升降舵，飛機就繞著橫軸偏轉。飛行員向后拉駕駛桿，經傳動機構傳動，升降舵便向上偏轉，這時水平尾翼上的向下附加升力產生對飛機橫軸的力矩，使機頭上仰;向前推駕駛桿，則升降舵向下偏轉，使機頭下俯。

飛行中操縱副翼，飛機便繞著縱軸偏轉。向左擺動駕駛桿，則左副翼向上而右副翼下偏轉，這時左機翼升力減小，右機翼升力增大，使飛機向左傾斜，向右擺動駕駛桿，則右副翼向上而左副翼向下，飛機便向右傾斜。

飛行中操縱方向舵，飛機則繞豎軸偏轉。向前蹬左腳蹬，方向舵的左偏轉，垂直尾翼上的空氣動力產生對飛機豎軸的力短，使機頭向左偏轉;向前蹬右腳蹬，則方向舵向右偏，機頭也向右偏轉。

所以，操縱系統設計時應把人和飛機作為一個整體來考慮，才能獲得滿意的操縱性能。當手腳協同操縱時，飛機就會做出各種復雜的飛行動作。

2.輔助操縱系統

輔助操縱系統主要包括增升裝置、增阻裝置和水平安定面。

（1）增升裝置包括后緣襟翼、前緣襟翼和縫翼。主要用于飛機在低速飛行時產生足夠的升力，以保證飛機順利地起飛和著陸。增升裝置僅應用于飛機的起飛和著陸過程，當飛機進入正常巡航飛行時，增升裝置完全收進，退出工作。

（2）增阻裝置主要指擾流板，包括飛行擾流板和地面擾流板。飛行擾流板可在空中和地面使用，而地面擾流板只能在地面使用。飛行擾流板也稱為減速板，地面擾流板又稱為卸升板。它們主要通過增加阻力和減小升力起到減速、卸除升力和配合副翼進行橫側操縱的作用。

（3）水平安定面是飛機實現縱向配平的重要部件。現代飛機的水平安定面大多是可以偏轉的，這種設計可以大提高配平效率。

3.傳動機構

傳動機構的作用是將操縱機構的信號傳送到操縱面或液壓助力器。傳動機構通常有軟式、硬式和混合式三種。軟式傳動機構主要包括鋼索和滑輪等構件;硬式傳動機構主要包括傳動桿和搖臂等構件;混合式傳動機構則由軟式和硬式傳動機構組合而成。

一架飛機在穩定飛行時，如果駕駛員僅施加不大的力在駕駛桿或腳登上，就改變相應操縱面的偏轉角度，并使飛機很快地作出反應，改變其飛行姿態，則這架飛機的操縱就是好的，如果相反，則飛機的操縱性能就是不靈敏的。通常情況下，操縱性好的飛機穩定性必然下降。因此，在進行飛機設計和裝載的時候，一定要在滿足基本性能參數的情況下，使飛機操縱性和穩定性達到合理的平衡，所以操縱系統的不斷發展完善是至關重要的。

三、飛行操縱系統的要求

由于飛機飛行操縱系統的重要性和復雜性，對飛行操縱系統必須提出一些要求，以保證飛機能夠安全、可靠飛行。

1.操縱系統必須具有足夠的強度和剛度，結構重量應盡可能小。

2.必須使駕駛員的手和腳的操縱動作與人體日常運動習慣相適應，操縱系統中的各構件在工作時的變形和構件之間的間隙要盡可能小，各舵面能迅速地隨駕駛員的操縱而偏轉，使飛機能很快在隨操縱動作面改變。

3.飛行中，當飛機機休結構由于應力而改變時，操縱系統不應發生卡阻現象。在操縱時，各舵面應互不干擾，操縱要輕便，操縱系統的摩擦力必須盡可能小，因此應保持各相互連接處的清潔和潤滑。

4.操縱時，系統應給駕駛員適當的感覺力，而且這種感覺力應隨舵面偏轉角飛行速度、飛行高度的改變而改變。

飛機的操縱系統歷經了航空百年的洗禮，經歷由簡單初級到復雜完善的發展過程，每一次變革都是航空史上的重大變進步，同時也是一種繼承發展，隨著科技的進步，相信飛機操縱的安全性、可靠性、機動性能也會越來越好。

參考文獻

[1]徐鑫福.飛機飛行操縱系統.北京航空航天大學出版社.1989.

[2]曹建軍華，白冰如. 飛機構造，國防工業出版社