某型飞行控制系统参数调整模拟器设计研究

2020-05-12崔亚君祝华远王子健

中国设备工程 2020年9期

崔亚君，祝华远，王子健

（海军航空工大学青岛校区，山东青岛 266041）

1 飞行控制系统工作原理

飞行控制系统是一种飞机系统，它包括驾驶员或其他信号源进行下述一项或多项控制所应用的飞机所有分系统和部件：飞机航迹、姿态、空速、气动外形、乘坐品质和结构模态等的控制。飞行控制系统（以下简称飞控系统）工作的基本原理是：按偏差自动调节（如图1）。当飞机偏离原（期望）飞行状态后，测量元件测量到偏离的大小和方向，并输出相应的信号，经放大、计算后，按偏差自动调节规律，控制执行机构操纵相应舵面，使飞机向着修正偏差，恢复原（期望）飞行状态的方向运动。当飞机回到原（期望）飞行状态时，测量元件输出信号为零。操纵机构也控制舵面回到原位，飞机重新按原（期望）状态飞行，从而实现对飞机飞行速度、高度和模态变化（包括其重心的线运动、绕重心的角运动），以及飞机几何形状与结构模态的改变。

图1 飞行控制系统原理图

一般来讲，飞机供飞控系统操纵的通道为升降舵通道、倾斜通道和方向舵通道。每个通道每种运动及模态的变化都依赖于一定的偏差自动调节规律，简称控制律。以俯仰通道姿态保持为例（如图2）。

图2 俯仰通道工作原理图

当飞机偏离期望的俯仰角后，俯仰角测量元件就会将测得实际的俯仰角大小与期望值相比较后，经放大计算，控制升降舵舵机，操纵飞机回到期望的俯仰角状态。根据俯仰通道工作原理图2，就可得到俯仰姿态保持控制律框图3，进而可以得出俯仰姿态保持的控制规律(其中1K、 K2、 Kf、1L 分别为放大器、舵机、俯仰角速度测量元件、俯仰角测量元件的结构参数,在控制律中称为传动比)。

图3 俯仰姿态保持控制律框图

飞行控制系统依据控制律中各个参数即传动比的变化，就可不断地修正飞机的姿态，使之保持在期望的状态。

2 调参模拟器功用

由偏差调节原理可知，各个信号的传动比是要满足一定的数值的，才能使偏差控制在精度范围内，这样才能保证飞机的飞行品质。即使是同一型号的飞控系统，同一架飞机在各种不同的飞行状态下，若想要达到预期的控制效果，信号的传动比也必须是随飞行状态的变化而变化的。因为飞行状态不同，同样的操纵所产生的舵面效果也是不同的。因此，要根据不同的飞行状态对飞控系统的信号参数进行调整。同时，随着飞机服役时间的增加，某些机件性能会发生变化，特别是因故障更换机件时，同一机件的性能允许有误差范围，这样就会造成某些信号参数数值偏离了原有选定数值，影响了飞行品质，甚至可能使飞控系统失去对飞机的控制。因此，在一定时期内，特别是地面定检部件装机后，应对飞控系统信号参数进行一定的调整，以满足飞行任务的需要。

飞行控制系统参数调整模拟器可以根据各参数原始数据，在飞控系统地面定检部件装机后，根据部件现有性能，对飞控系统各信号参数进行调整，选取适合的信号参数，以满足飞行任务的需要。同时，为飞行员空中参数调整建立一个基准。在空中飞行时，飞行员只需根据不同的飞行状态，对飞控系统参数进行微小调整，就可以满足飞行需要。

3 调参模拟器组成及原理

飞行控制系统参数调整模拟器主要由信号调参模拟器、飞控系统组成部件、附件及配套电缆组成。组成结构如图4 所示。

图4 飞行控制系统参数调整模拟器

（1）信号调参模拟器包括自整角机信号模块、导航计算机控制信号模块、高度差控制信号模块、垂直陀螺与速率陀螺程控转台、系统调参控制显示模块、系统调参接口卡等组成。自整角机信号模块主要用来模拟飞控系统所需的航向信号, 导航计算机控制信号模块主要用来模拟飞控系统所需的导航计算机指令信号，高度差控制信号模块主要用来模拟飞控系统所需的高度差信号及升降速度信号，垂直陀螺与速率陀螺程控转台模块主要用来模拟飞控系统所需要的姿态角信号。系统调参控制显示模块主要用来显示飞控系统调整前后的参数。信号调参模拟器同时实现对垂直陀螺、速率陀螺转台以及高度差信号程控气源的控制，并实时控制、显示系统参数的调整情况。

（2）飞控系统组成部件包括飞行员操纵手柄、操纵台、位置反馈传感器、导航继电器盒、垂直陀螺、速率陀螺、高度差传感器、航向联系盒、飞行控制盒。主要是通过控制转台、气源等附件调整垂直陀螺、速率陀螺、高度差传感器，模拟飞机在空中的姿态、高度的变化和飞行员的操纵情况，实现飞行控制系统空中工作情况的复现，实现飞行控制系统控制律参数的在线测试及调整。

（3）附件、配套电缆主要包括垂直陀螺支架、速率陀螺支架、活动车、操纵台架、电源和转接、延长电缆等配套设备。支架主要用于将垂直陀螺及速率陀螺固定在程控转台上，操纵台架主要用于安放系统调参显示器及接口驱动等部件，电源模块主要为飞控系统提供27V 直流电，三相36V/400Hz 交流电、以及单相115V/400Hz 交流电。电缆主要用于各组成模块间的信号传递。