通用飞机加装飞行控制系统分析

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摘 要：文章从当前通用飞机飞行控制系统的现状入手，分析了通用飞机飞行的特点，并重点对飞行控制系统展开简要的分析研究。

关键词：通用飞机；飞行控制系统；研究

一、通用飞机飞行控制系统应用的现状

通用航空是指使用民用航空器从事公共航空运输以外的民用航空活动，包括从事工业、农业、林业、渔业和建筑业的作业飞行以及医疗卫生、抢险救灾、气象探测、海洋监测、科学试验、教育训练、文化体育等方面的飞行活动。空中旅游、个人娱乐飞行、航空摄影、出租飞行、空中巡查、公务飞行、私用或商用飞行驾驶执照培训、医疗救护等等都属于通用航空。通用飞机是应用于以上领域、乘员较少的小型飞机。

飞行控制是指保证飞机的稳定性和操纵性，提高飞机飞行性能和完成任务的能力，增强飞行的安全性和减轻驾驶员的工作负担而进行的各种航行参数控制。飞行控制分为人工飞行控制和自动飞行控制两大类。由驾驶员通过对驾驶杆和脚蹬的操纵实现控制任务的，称为人工飞行控制。最简单的人工飞行控制就是机械操纵。不依赖于驾驶员操纵驾驶杆和脚蹬指令而自动完成控制任务的飞行控制，称为自动飞行控制。自1958年喷气式客机大规模进入航线以来，机械和液压式仪表被精密的数字电子式仪表取代，控制系统也由人工操作变为由计算机自动化控制。20世纪70年代，计算机技术和控制技术的迅速进展，使自动驾驶仪的功能迅速扩展，形成新一代飞行控制系统，并在新一代民航客机如波音737、747等中已大量应用，并配合加装了综合数据显示系统。在国外航空发达国家，新一代飞行控制系统扩展应用到通用飞机，一些通用飞机迅速吸纳采用了这项先进的技术（如DA42、Cessna、TB-20等），并加装了综合数据显示系统然而国产的一些通用飞机由于经济性、技术性及历史因素等众所周知的原因，尚未普遍采用以飞控计算机为中心的新一代飞行控制系统。

随着我国航空电子科技的进步、成本的降低，为其加装飞行控制系统提供了新的契机。尽管以飞控计算机为核心的飞行控制系统在民航客机上应用已相当成熟，但由于通用飞机在飞机动力装置、推进控制、操纵控制、燃油系统、环控系统等方面具有自身的特点，没有现成的民航客机的飞行控制系统拿来就可使用，还要根据国产通用飞机自身的特点，研发适合国产通用飞机的、低成本通用飞行控制系统。

二、通用飞机自动飞行控制系统舵机特点

随着航空电子科技的发展，小型通用飞机自动飞控系统飞控电脑已经集成到航电系统，各个控制通道的舵机分别与人工飞行操纵系统交联。小型通用飞机飞行速度普遍不高，一般都在音速内飞行，大多数螺旋桨飞机飞行速度更低，低速飞行。飞行高度普遍也不高，大多在 3000 米以下飞行。在现代小型通用飞机自动飞行控制系统设计中，飞控计算机集成于综合航电系统中，所以选择合适的舵机是非常重要的。

飞机自动飞行控制系统的舵机主要有电动舵机和电液复合舵机，一般中小型飞机使用电动舵机，大型飞机和战斗机等使用电液复合舵机或者使用电动舵机+无回力反传的液压助力器/电液复合舵机（主要人工操纵使用）模式。相比战斗机和大型飞机，小型通用类飞机对飞控系统的舵机功率、输出力矩要求不是很高，对舵机的可靠性、维护性、经济性要求较高。因此，小型通用类飞机的飞控系统的舵机一般采用电动舵机。通用类飞机一般选择带离合器的间接式电动舵机。电动舵机一般可靠性高，安装、维修方便，但同时具有功率小，输出力矩低的弱点，中小型通用类飞机对自动飞控系统舵机的功率和力矩要求不是特别高，因此，电动舵机对一般的中小型通用类飞机都能满足。国内外的中小型运输机和公务机的自动飞行控制系统都采用的是电动舵机，并且效果良好。

三、舵机选择需要考虑的因素

1、适航取证。选择自动飞行控制系统舵机时，首先舵机研制单位需要取得舵机的适航证或CTSO-C9c《中国民用航空技术标准规定》。无适航证，在飞机整体取适航证时比较麻烦，所以无TSO-C9c或CTSO-C9c适航证的舵机，一般不予考虑。

2、铰链力矩。选择舵机时，需要考虑自动飞行系统工作工作权限内，最大航速时，舵面产生的最大铰链力矩。根据最大铰链力矩和舵机安装位置到相应舵面的传动比，从而计算出所需要的输出力矩。

3、与其它系统接口

3.1与人工操纵系统接口。在选择自动飞行控制系统舵机时，需要考虑所选择的舵机应该与人工操纵系统相匹配，舵机与人工系统接口完好，不会导致卡阻。舵机与人工操纵系统与操纵系统接口一般有两种形式：是通过钢索连接在扇形轮两端；通过夹子固定人工操纵钢索和舵机钢索。

3.2舵机与飞控计算机和航电系统的接口。小型通用飞机自动飞行控制系统舵机与飞控计算机和杭电系统一般通过429总线连接。

3.3与结构接口。舵机在飞机内部需要有足够的空间来安装，以及合适的安装支架。

3.4满足飞机的性能要求。电动舵机的输出为力矩，和最大输出转速。根据最大输出力矩和输出鼓轮轮半径，可以计算出舵机的最大输出力。根据最大输出转速，输出鼓轮半径，舵机与操纵系统的交联点到舵面的传动比，可以计算出舵面的偏转速率，从而可以得出舵机能否满足飞机飞行品质对舵机转速的要求。

3.5安全性、可靠性、维护性、经济性要求。采用TSO-C9c或CTSO-C9c适航证的电动舵机，并通过保证脱开力等于最大操纵力措施，从而保证飞机飞行的安全性和可靠性。电动舵机要方便拆卸，从而保证自动飞行控制系统良好的维护性。电动舵机价格便宜，故障率低，可靠性高，满足经济性要求。

四、通用飞机加装飞行控制系统的具体应用

在通用飞机的飞行过程中，为了实现即定的飞行任务，需要对其飞行姿态进行控制，引导飞机按照一定的航线准确飞行。为了进行姿态控制，就需要获得飞行姿态的实时参数信息。有了这些信息参数，经过计算机的控制算法计算，实时输出控制变量到执行机构，从而实现控制目的。

飞控计算机要求具有较好的实时性、可靠性、嵌入性和低功耗等特点。实时性要求对输入的导航数据以最快的速度处理并以最短的延时输出控制信号。可靠性要求抗干扰能力强，要有较宽的工作温度范围和抗电磁干扰能力等。要求重量尽量轻、体积尽量小。这些条件在设计时都要综合考虑以达到最优化的性能设计。

飞控计算机接受垂直陀螺、角速率陀螺、GPS数据、高度信号、航向信号等飞机姿态数据的输入，经过飞控软件的复杂的运算，输出给其执行机构，完成相应的飞行控制。

结束语

通过为通用飞机加装飞行控制系统可大大提高通用飞机的层级，减轻飞行员驾驶疲劳感，并能在特定的情况下实现任务设定，是今后高级通用飞机的不二选择。当前我国的通用飞机发展如火如荼，各地均在谋划通用机场、通飞基地。按照制造世界最好飞机的要求，为加速通用飞机的发展，可对通用飞机加装飞行控制系统，进行技术升级改造、创新研发，加装综合屏显系统设备，实现其自动飞行控制，为驾驶员提供更为轻松的驾驶环境，提高其在同类飞机中的竟争力。

参考文献

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