第九篇 飛行控制系統檢修
第二章 飛行自動控制系統檢修
第一節 自動飛行的基本原理
自動飛行是用自動控制系統代替駕駛員控制飛機。假設要求飛機做水平直線飛行，駕駛員是如何控制飛機的呢？飛機受干擾偏離原姿態（例如飛機抬頭），駕駛員用眼睛觀測到儀表板上陀螺地平儀的變化，用大腦作出決定，通過神經系統傳遞到手臂，推動駕駛桿使升降舵向下偏轉，產生相應的下俯力矩，飛機趨于水平。駕駛員又從儀表上看到這一變化，逐漸把駕駛桿收回原位。當飛機回到原位時，駕駛桿和升降舵也相應地回到原位。以上過程如圖 " %所示。
圖 " %駕駛員控制飛機的方框圖
由圖 " %看出，這是一個“反饋”系統，即閉環系統。圖中虛線框表示駕駛員。如前所述，自動飛行是用自動控制系統代替駕駛員，所以自動控制系統中必須包含與虛線框內三個部分相對應的裝置，并與飛機構成一個閉環系統，如圖四 " 所示。
圖 " 閉環系統
自動飛行的原理如下：飛機受到某種干擾后偏離了原始狀態，敏感元件感受到偏離方向和大小，并輸出相應信號，經放大、計算處理，操縱執行機構（舵機），使控制面（升降舵）相應偏轉。由于整個系統是按負反饋的原則連接的，其結果是使飛機趨向原始狀態。當飛機回到原始狀態時，敏感元件輸出信號為零，舵機以及與其相連的舵面也回到原位，飛機重新按原始狀態飛行。
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由此可見，自動控制系統中的敏感元件、放大計算裝置和執行機構可代替駕駛員的眼睛、大腦神經系統和肢體，能自動地控制飛機的飛行。這三部分是飛行自動控制系統的核心，稱之為自動駕駛儀（ "%&’）。
第二節 (自動飛行回路
如前所述，實現自動飛行必須通過自動控制系統形成回路。不同的飛行任務要求組成各種不同的回路。為便于分析，認為這個復雜的自動飛行回路是由簡單的內回路逐漸增添元部件形成新回路而得到的，具體地說，由以下三個回路組成。
舵回路飛行自動控制系統根據輸入信號，通過執行機構（舵機）控制舵面。為改善舵機的性能，通常引入內反饋，形成隨動系統，簡稱為舵回路。舵回路由舵機、放大器及反饋元件組成，如 ) *+ *,虛線框內所示。
圖 ) *+ *,中的測速機測出舵面偏轉角速度，反饋給放大器，以增大舵回路的阻尼，改善舵回路的動態性能。位置傳感器將舵面角位置信號反饋給舵回路的輸入端，實現一定的控制信號對應一定的舵偏角。舵回路可用伺服系統理論來分析。舵回路的負載是舵面的慣性和作用在舵面上的氣動力矩（鉸鏈力矩）。
穩定回路 (舵回路加上敏感元件和放大計算裝置組成自動駕駛儀，并與飛機組成新聞路— ——穩定回路，如圖 )*+ *-所示。該路的主要功能是穩定飛機的姿態，或者說穩定飛機的角運動。敏感元件用來測量飛機的姿態角。由于該回路中包含了飛機，而飛機的動態特性又隨飛行條件而異，使穩定回路的分析變得較為復雜。
控制回路 (穩定回路加上測量飛機軌跡的元件以及運動學環節又組成一個更大的新回路，稱為控制回路（或控制與導引回路，簡稱制導回路）。下面以飛機自動下滑著陸系統為例，說明控制回路的原理。這里只研究飛機的縱向運動（俯仰、上下和前后）。要求飛機在著地前沿預定下滑航跡下降到預定高度，然后將飛機拉平，飛機不斷下降，最終以允許的下降速度著陸。預定的下滑航跡是由機場的無線電裝置形成的。飛機處于預定下滑航跡，飛機上相應的無線電接，收機輸出信號為零。飛機偏離下滑航跡，接收機輸出相應極性和幅值的信號（見圖 ) *+ *.），送至穩定回路，在自動駕駛儀控制下飛機回到下滑航跡。例如，飛機在預定下滑航跡的上方，接收機將某極性的信號送給自動駕駛儀使升降舵下偏，產生低頭控制力矩，使飛機進入下滑航跡。飛機進人下滑航跡后，接收
圖 ) *+ *,(舵回路
圖 ) *+ *-(穩定回路
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機輸出信號為零，飛機保持在下滑航跡上。由此可見，飛機軌跡的運動（空間位置的變化）是通過控制飛機的角運動來實現的。目前在大氣中飛行的大多數飛行器都采用這種方式控制軌跡運動。控制回路方框圖如圖 " "所示。
圖 " "%&預定下滑軌跡
" "&控制（制導）回路就是自動控制器的輸出信號（操縱面的偏角 ’、(、)，或油門桿位置 *+等）與輸入信號的動態關系。
第三節 &飛行自動控制系統基本要求
姿態角自動控制系統的精度及瞬態響應（,）精度要滾轉角 "在 -./范圍內，精度不低于 -,/。俯仰角 在 -,%/范圍內，精度不低于 -.0 %/。飛機進入自動控制后， " 1 2/，航向角少的精度不低于 -.0 %/。（）瞬態響應三個姿態角的瞬態響應均要求平滑、迅速。對俯仰角來說，人工強迫操縱飛行自動控制系統使 345變化 %/后，返回初始狀態的超調量不超過 ,/。對航向角來說，人工強迫操縱飛 •,.•
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