曹俊章

摘 要：以國(guó)外某型民用飛機(jī)的襟縫翼位置構(gòu)型為例，總結(jié)了目前大型民用飛機(jī)高升力系統(tǒng)通用的自動(dòng)收放功能，提出了這些功能的控制邏輯，并對(duì)控制邏輯中的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了研究，對(duì)于民用飛機(jī)高升力系統(tǒng)設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：高升力系統(tǒng)；自動(dòng)收放功能；控制邏輯

中圖分類號(hào)：V267 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）20-0067-02

高升力系統(tǒng)是大型民用飛機(jī)的關(guān)鍵分系統(tǒng)之一，由前緣翼面、后緣翼面及其驅(qū)動(dòng)裝置組成。包括A320、A340、B737等國(guó)外大型民用飛機(jī)的高升力系統(tǒng)基本都是由機(jī)翼上左右對(duì)稱的五塊前緣縫翼和兩塊后緣襟翼組成[1]。它們的作用是通過(guò)縫翼向下前伸和襟翼后退偏轉(zhuǎn)，改變機(jī)翼彎度和面積，增加飛機(jī)起飛時(shí)的升力和著陸時(shí)的升力和阻力，從而，縮小飛機(jī)起飛和滑跑距離。此外，后緣襟翼還可以提高在低速飛行時(shí)的升力，前緣縫翼增加機(jī)翼彎度和面積改善失速特性。

1 襟縫翼位置構(gòu)型

當(dāng)前大型民用飛機(jī)縫翼一般有三種位置構(gòu)型，襟翼一般有五至六種位置構(gòu)型，以國(guó)外某型民用飛機(jī)的襟縫翼位置構(gòu)型見(jiàn)表1。

2 高升力系統(tǒng)自動(dòng)收放功能概述

在飛行階段，襟縫翼的偏轉(zhuǎn)需要滿足飛行安全的需求。當(dāng)空速較大時(shí)，襟縫翼偏轉(zhuǎn)角度過(guò)大，有可能會(huì)超出翼面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度限制，造成結(jié)構(gòu)破壞；而空速較小時(shí)，襟縫翼偏轉(zhuǎn)角度過(guò)小，則易引起飛機(jī)升力不足，甚至導(dǎo)致飛機(jī)失速[2]。

為了減輕飛行員負(fù)擔(dān)，更好的滿足飛行安全，當(dāng)前民用飛機(jī)高升力系統(tǒng)通常具有自動(dòng)縫翼、襟翼載荷減緩和襟翼自動(dòng)收回等多種襟縫翼自動(dòng)收放功能[3]。自動(dòng)收放功能依據(jù)襟縫翼控制手柄卡位對(duì)應(yīng)襟縫翼位置和空速、高度、迎角等信號(hào)進(jìn)行。

目前大型民用飛機(jī)高升力系統(tǒng)主的自動(dòng)控制功能主要包括縫翼自動(dòng)鎖定功能，縫翼自動(dòng)伸出功能，襟翼自動(dòng)收回功能，襟翼載荷減緩功能和襟縫翼巡航鎖定功能等[3]。具體到一款民用飛機(jī)的設(shè)計(jì)中，一般不會(huì)集合以上全部的高升力系統(tǒng)自動(dòng)功能，將根據(jù)自身總體設(shè)計(jì)需求選擇其中相應(yīng)的功能。

3 高升力系統(tǒng)自動(dòng)收放功能邏輯設(shè)計(jì)

3.1 縫翼自動(dòng)鎖定功能

縫翼自動(dòng)控制功能，抑制縫翼在低速或大迎角的狀態(tài)下收回，以防止飛機(jī)進(jìn)入失速或過(guò)分損失高度。

過(guò)低的空速與過(guò)大的迎角都是啟動(dòng)縫翼自動(dòng)鎖定功能的條件，同時(shí)當(dāng)空速或迎角恢復(fù)到一定值時(shí)，縫翼應(yīng)能自動(dòng)解除鎖定。根據(jù)飛機(jī)失速條件，該功能將抑制縫翼從中位到0位，同時(shí)還應(yīng)考慮到空速、迎角等外部信號(hào)失效時(shí)，該功能不再啟用，得到如圖1所示縫翼自動(dòng)鎖定功能邏輯設(shè)計(jì)框圖。

值得注意的是，迎角或空速的鎖定閾值與迎角或空速的解鎖閾值應(yīng)保持合適的差值，以保證該功能正常啟動(dòng)同時(shí)又不會(huì)因外部信號(hào)劇烈變化而反復(fù)啟用。

3.2 縫翼自動(dòng)伸出功能

縫翼自動(dòng)伸出功能，如果飛機(jī)接近失速邊界，縫翼由原有位置伸出至相應(yīng)卡位，以防止飛機(jī)失速。

該功能邏輯設(shè)計(jì)判斷閾值與縫翼自動(dòng)鎖定功能類似，得到過(guò)低的空速與過(guò)大的迎角條件時(shí)，縫翼即伸出至相應(yīng)位置，當(dāng)空速或迎角恢復(fù)到一定值時(shí)，一段時(shí)間后，縫翼即自動(dòng)收回至原有位置。該功能相比于縫翼自動(dòng)鎖定功能需要特別注意的是，縫翼伸出速度需保證滿足失速邊界條件下縫翼及時(shí)伸出到相應(yīng)位置，以確保飛機(jī)安全。

3.3 襟翼自動(dòng)收回功能

襟翼自動(dòng)收回功能一方面可在襟翼5°時(shí)飛機(jī)速度過(guò)快情況下將襟翼由5°收回至0°，以避免載荷過(guò)大的情況；另一方面在低速情況下，也可將襟翼由0°伸出至5°，以提高飛機(jī)的升力保證飛機(jī)低速性能。襟縫翼命令卡位1卡位與2卡位，可根據(jù)空速大小進(jìn)行自動(dòng)的收放，如圖2所示。

框圖中的設(shè)定值A(chǔ)與設(shè)定值B需要根據(jù)氣動(dòng)載荷計(jì)算得到，其中設(shè)定值B一般接近于襟翼2卡位的標(biāo)牌速度，設(shè)定值A(chǔ)需根據(jù)飛機(jī)載荷、操穩(wěn)、性能等需求綜合確定。

3.4 襟翼載荷減緩功能

如果空速大于當(dāng)前卡位的限制速度，襟翼自動(dòng)收起到適合當(dāng)前速度的上面卡位位置（15°、20°、25°、30°），以保護(hù)襟翼面不因載荷過(guò)大而損壞。在該功能的邏輯設(shè)計(jì)上需要完成兩個(gè)方面：一方面是襟翼處于以上角度時(shí)，飛行速度超過(guò)限制速度，襟翼自動(dòng)收回至上一卡位（不包括25°收回至20°，因?yàn)?卡位到4卡位，縫翼角度會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化），當(dāng)飛行速度降低至限制速度，襟翼自動(dòng)伸出至原有卡位；另一方面是手柄卡位變化時(shí)，需根據(jù)當(dāng)時(shí)空速值確定襟翼角度。襟翼載荷功能邏輯可設(shè)計(jì)為如表2所示。

其中Vlimit應(yīng)為襟翼角度的限制速度，而Vα為判斷差值，根據(jù)襟翼各角度限制速度和控制需求確定，引入±Vα值在襟翼不同位置判斷，主要是用于增加該功能的魯棒性，避免飛行速度在Vlimit值附近小幅跳變使得襟翼反復(fù)運(yùn)動(dòng)。

3.5 襟縫翼巡航鎖定功能

當(dāng)飛機(jī)處于巡航狀態(tài)，防止因飛行員誤操縱或其他原因?qū)е陆罂p翼展開(kāi)。該功能邏輯設(shè)計(jì)主要考慮以某一高度值或某一空速作為判斷閾值，空速過(guò)高或巡航高度過(guò)大時(shí)，襟縫翼手柄若發(fā)出襟縫翼從0位運(yùn)動(dòng)至其他位置的命令將被抑制，同時(shí)向飛行員發(fā)出相應(yīng)告警信息，待高度減小或空速減小后，解除抑制，取消告警。

4 結(jié)語(yǔ)

本文總結(jié)了大型民用飛機(jī)常用的高升力系統(tǒng)自動(dòng)收放功能，研究了高升力系統(tǒng)自動(dòng)收放功能的控制邏輯和關(guān)鍵參數(shù)，對(duì)于詳細(xì)了解高升力系統(tǒng)自動(dòng)收放控制功能和電傳飛機(jī)高升力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有較高參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]宋翔貴.電傳飛行控制系統(tǒng)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2003.

[2]朱妍，王博，安鋼，高亞奎.大型飛機(jī)襟縫翼自動(dòng)保護(hù)控制律設(shè)計(jì)與仿真[J].飛行力學(xué)，2015，33（4）：324-327.

[3]史佑民，楊新團(tuán).大型飛機(jī)高升力系統(tǒng)的發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù)分析[J].航空制造技術(shù)，2016，（10）：75-78.