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1、先进飞行控制系统先进飞行控制系统第十三节课第十三节课(20121128)第七章第七章 现代飞行控制技术现代飞行控制技术7.1 电传操纵系统电传操纵系统7.2 主动控制技术主动控制技术放宽静稳定性放宽静稳定性直接力控制直接力控制机动载荷控制机动载荷控制阵风减缓与乘感控制阵风减缓与乘感控制主动颤振抑制主动颤振抑制7.1 电传操纵系统电传操纵系统7.1.1 飞行操纵系统（飞行操纵系统（FCS）的发展）的发展飞行操纵系统的发展可分为四个阶段：飞行操纵系统的发展可分为四个阶段：简单机械操纵系统简单机械操纵系统 不可逆助力操纵系统不可逆助力操纵系统 增稳与控制增稳系统增稳与控制增稳系统 电传操纵系统（电传
2、操纵系统（FBW）（1）简单机械操纵系统）简单机械操纵系统 50年代以前，由于飞机飞行速度不高，舵面气动载荷不大年代以前，由于飞机飞行速度不高，舵面气动载荷不大所以用简单的一杆三舵和机械传动杆系，借飞行员体力可所以用简单的一杆三舵和机械传动杆系，借飞行员体力可拉动舵面。拉动舵面。（2）不可逆助力操纵系统）不可逆助力操纵系统 50年代初期至中期，由于飞行速度增加，舵面载荷增加，年代初期至中期，由于飞行速度增加，舵面载荷增加，飞行员体力难以操纵飞机由此出现助力器。飞行员体力难以操纵飞机由此出现助力器。为了使飞行员感觉到速度、高度的变化，而设置回力杆，为了使飞行员感觉到速度、高度的变化，而设置回力杆
3、，将部分舵面载荷传到杆上出现可逆助力操纵系统。将部分舵面载荷传到杆上出现可逆助力操纵系统。在跨音速时，出现了杆力不可操纵性，引出不可逆助力操在跨音速时，出现了杆力不可操纵性，引出不可逆助力操纵系统。纵系统。原因：原因：在在 时，舵面效率下降（时，舵面效率下降（焦点后移，使静安定系数焦点后移，使静安定系数 增大增大,升降舵操纵效能升降舵操纵效能 下降下降,升降舵操纵力矩升降舵操纵力矩 不不足以克服低头力矩足以克服低头力矩 ，为此采用全动式平尾，扩大升降舵面，为此采用全动式平尾，扩大升降舵面积，补偿效率的降低，此时由于舵面铰链力矩很大，而无法实积，补偿效率的降低，此时由于舵面铰链力矩很大，而无法实
4、现所需要的回力比现所需要的回力比取消回力杆，成为取消回力杆，成为不可逆的助力操纵系统不可逆的助力操纵系统为使飞行员能感受到载荷增加了载荷机构、力臂调节和调效机为使飞行员能感受到载荷增加了载荷机构、力臂调节和调效机构（调效机构起消除杆力作用）构（调效机构起消除杆力作用）（3）增稳与控制增稳系统）增稳与控制增稳系统 从从50年代中期至年代中期至60年代，由于飞机向高速高空方向发展，年代，由于飞机向高速高空方向发展，歼击机外型变化（大后掠、三角机翼，细长身），使飞机歼击机外型变化（大后掠、三角机翼，细长身），使飞机自身稳定性不足，此时通过气动外形改变和飞行操纵系统自身稳定性不足，此时通过气动外形改变
5、和飞行操纵系统难以提高稳定性，为此出现了阻尼增稳系统。这样会引起难以提高稳定性，为此出现了阻尼增稳系统。这样会引起操纵性下降，为解决稳定性与操纵性的矛盾而出现控制增操纵性下降，为解决稳定性与操纵性的矛盾而出现控制增稳系统。稳系统。（4）电传操纵系统）电传操纵系统 60年代至今，虽然控制增稳系统能兼顾飞机稳定性与操纵年代至今，虽然控制增稳系统能兼顾飞机稳定性与操纵性的要求，但是电气通道的操纵权限不是全权限的，也没性的要求，但是电气通道的操纵权限不是全权限的，也没有可靠的安全措施，机械杆系仍然存在。将控制增稳系统有可靠的安全措施，机械杆系仍然存在。将控制增稳系统的电气通道的权限扩展到全权限，取消机
6、械通道而出现的电气通道的权限扩展到全权限，取消机械通道而出现电电传操纵系统传操纵系统，该系统中必存在计算机，同时采用余度技术，该系统中必存在计算机，同时采用余度技术具有很多优点。具有很多优点。1）电传操纵系统特点：）电传操纵系统特点：在电传系统中，驾驶杆输出不是机械位移信号，而是电信号在电传系统中，驾驶杆输出不是机械位移信号，而是电信号它与自动控制系统产生的电信号综合后，共同操纵舵面，所它与自动控制系统产生的电信号综合后，共同操纵舵面，所以电传操纵使人工操纵与自动控制在功能上和操纵方式上融以电传操纵使人工操纵与自动控制在功能上和操纵方式上融为一体。为一体。安全可靠、故障率低、无力反传问题、提高
7、战伤生存能力。安全可靠、故障率低、无力反传问题、提高战伤生存能力。这是这是MFCS的第三次变革。的第三次变革。2）电传操纵系统的发展：）电传操纵系统的发展：传传操操纵纵系系统统在在上上世世纪纪50年年代代末末就就已已出出现现。第第一一架架采采用用电电传传操操纵纵系系统统的的作作战战飞飞机机是是F-111，该该机机于于1964年年开开始始飞飞行行，当当时时采采用用了了三三余余度度带带机机械械备备份份的的模模拟拟式式系系统统。之之后后在在其其它它型型号号的的飞飞机机（如如“狂狂风风”战战斗斗机机，F-8C飞飞机机，西西德德的的F-104G、波波音音YC-14短短距距起起落落运运输输机机等等）也也进
8、进行行了了电电传传操操纵纵系系统统的的验验证证并并且且开开始始采采用用数数字字式式系系统统。但但最最初初电电传传操操纵纵系系统统的的共共同同特特点点是是为为了了安安全全可可靠靠，都都带带有有机机械械备备份份系系统统，以以提提供供非非相相似似的的余余度度2）电传操纵系统的发展：）电传操纵系统的发展：六六十十年年代代中中期期集集成成电电路路的的出出现现，对对航航空空技技术术的的发发展展产产生生了了巨巨大大影影响响，为为制制造造小小型型可可靠靠的的余余度度电电传传系系统统提提供供了了物物质质条条件件1972年年美美国国空空军军发发起起的的轻轻型型战战斗斗机机验验证证计计划划的的竞竞标标中中，第第一一
9、架架采采用用无无机机械械备备份份的的电电传传操操纵纵系系统统飞飞机机YF-16被被美美国国空空军军选选为为新新的的轻轻型型战战斗斗机机，从从此此开开始始了了无无任任何何机机械械备备份份的的电电传传操操纵纵系系统统的的发发展展。为为了了强强调调无无机机械械备备份份电电传传操操纵纵系系统统的的巨巨大大潜潜力力有有时时还还将将其其称称为为全全电电传传（Full fly-by-wire，FFBW）操操纵纵系系统统。YF-16经经过过试试验验证证及及大大量量技技术术改改造造之之后后，F-16很很快快成成为为世界上第一架无机械备份的模拟式电传操纵系统的飞机世界上第一架无机械备份的模拟式电传操纵系统的飞机2
10、）电传操纵系统的发展：）电传操纵系统的发展：数数字字技技术术的的发发展展，更更小小、更更密密集集和和更更有有效效的的大大规规模模集集成成电电路路的的发发展展，推推动动了了数数字字式式电电传传系系统统的的应应用用。1978年年，美美国国已已开开始始将将数数字字式式电电传传系系统统用用于于F-18战战斗斗机机，但但该该机机仍仍保保留留有有机机械械备备份份系系统统。在在此此期期间间，英英国国采采用用一一架架“美美洲洲虎虎”战战斗斗机机作作为为研研究究电电传传操操纵纵系系统统的的验验证证机机，该该机机装装有有四四余余度度数数字字式式电电传传操操纵纵系系统统，于于1981年年首首次次试试飞飞，这这是是第
11、第一一架架无无任任何何机机械械备备份份的的数字式电传操纵系统的飞机。数字式电传操纵系统的飞机。2）电传操纵系统的发展：）电传操纵系统的发展：80年代中期，美国利用年代中期，美国利用AFTI/F-16验证机所用的数字式电传验证机所用的数字式电传系统的改型，重新装备了系统的改型，重新装备了F-16C/D型飞机。该电传系统为四型飞机。该电传系统为四余度双故障余度双故障/工作的系统，采用四余度的数字备份系统。系工作的系统，采用四余度的数字备份系统。系统的体积比模拟式系统降低了统的体积比模拟式系统降低了2/3。由于电传操纵系统比机械操纵系统具有许多无可比拟的优点由于电传操纵系统比机械操纵系统具有许多无可
12、比拟的优点并且随着科学技术的发展，电传操纵系统所亟待解决的某些并且随着科学技术的发展，电传操纵系统所亟待解决的某些问题已逐步得到了解决，所以，从问题已逐步得到了解决，所以，从80年代以来，电传操纵系年代以来，电传操纵系统获得了极大的发展，许多新研制的军用及民用飞机均采用统获得了极大的发展，许多新研制的军用及民用飞机均采用了电传操纵系统。了电传操纵系统。2）电传操纵系统的发展：）电传操纵系统的发展：80年年代代开开始始研研制制的的瑞瑞典典的的JAS39“鹰鹰狮狮”战战斗斗机机,采采用用了了数数字字式式全全电电传传操操纵纵系系统统，该该系系统统没没有有机机械械备备份份系系统统，是是一一种种具具有有
13、“非非相相似似余余度度”并并作作为为最最后后备备份份的的三三个个模模拟拟通通道道的的三三通通道道数数字字系系统统。1986年年投投入入商商业业运运营营的的空空客客A320飞飞机机是是带带有有机机械械备备份份的的数数字字式式电电传传操操纵纵系系统统，采采用用双双一一三三共共五五套套非非相相似似余余度度的的数数字字计计算算机机，可可以以保保证证其其中中任任何何一一套套计计算算机机正正常常工工作作时时飞飞机机安安全全飞飞行行。90年年代代中中期期投投入入运运营营的的B777飞飞机机也也采采用用了了数数字字式式电电传传操操纵纵系系统统，利利用用人人工工应应急急机机械械配配平平系系统统作作为为系系统统最
14、最后后备备份份系系统统。俄俄罗罗斯斯生生产产的的su-27战战斗斗机机是是一一种种四四余余度度模模拟拟式式电电传传操操纵纵系系统统，可可实实现现双双故故障障/工工作作，该该系系统统无无任任何何备备份份系系统统7.1.2 余度技术余度技术（1）可靠性指标）可靠性指标就一般的产品或系统来说，可靠性的定义为，产品在规定的使用条就一般的产品或系统来说，可靠性的定义为，产品在规定的使用条件下，在规定的时间内，完成规定功能的能力。可靠性的基本特征件下，在规定的时间内，完成规定功能的能力。可靠性的基本特征量主要有：量主要有：可靠度函数：即产品在规定的使用条件下，在规定的时间内，完成规可靠度函数：即产品在规定
15、的使用条件下，在规定的时间内，完成规定功能的概率，或定义为，产品工作到某一时刻之前不发生故障的定功能的概率，或定义为，产品工作到某一时刻之前不发生故障的概率。概率。累积寿命分布函数（累积故障概率或不可靠度）：它表示产品的寿命累积寿命分布函数（累积故障概率或不可靠度）：它表示产品的寿命比规定时间比规定时间t短的概率，也就是产品在短的概率，也就是产品在t时间以前发生故障的概率时间以前发生故障的概率 平均寿命：产品寿命的平均值。对不可修复的产品来说，又称为平均平均寿命：产品寿命的平均值。对不可修复的产品来说，又称为平均无故障时间。对多数可修复产品，则用平均无故障间隔时间表示即无故障时间。对多数可修复
16、产品，则用平均无故障间隔时间表示即“MTBF”(Mean time between failures)。（1）可靠性指标）可靠性指标飞机电传操纵系统的可靠性，依军用规范规定，主要由飞机电传操纵系统的可靠性，依军用规范规定，主要由下述几个可靠性指标描述：下述几个可靠性指标描述：1 1）基本可靠性：基本可靠性：70年代初期，国外在新飞机设计中将平均无故障间隔时年代初期，国外在新飞机设计中将平均无故障间隔时间（间（MTBF）作为飞控系统可靠性指标。）作为飞控系统可靠性指标。对电传操纵系统，为满足飞机飞行安全可靠性要求，一对电传操纵系统，为满足飞机飞行安全可靠性要求，一般都采用多余度系统，在当前技术水
17、平下，四余度电传般都采用多余度系统，在当前技术水平下，四余度电传操纵系统的基本可靠性的目标值（固有值）大约为操纵系统的基本可靠性的目标值（固有值）大约为250小时左右。实际上，基本可靠性除反映组成系统单元的小时左右。实际上，基本可靠性除反映组成系统单元的可靠性外，主要反应了对系统维修和后勤保障要求。可靠性外，主要反应了对系统维修和后勤保障要求。（1）可靠性指标）可靠性指标通常余度套数增多，出故障的可能性增多，基本可靠性通常余度套数增多，出故障的可能性增多，基本可靠性（即（即MTBF）就越低，因此，就要增加维修工作量。余）就越低，因此，就要增加维修工作量。余度套数增多，只能提高执行任务的可靠性，
18、即在执行任度套数增多，只能提高执行任务的可靠性，即在执行任务期间，保证有足够高的可靠度，达到任务可靠度要求务期间，保证有足够高的可靠度，达到任务可靠度要求因此，在电传操纵系统设计时，应对任务可靠度与基本因此，在电传操纵系统设计时，应对任务可靠度与基本可靠度间进行权衡考虑。对数字电传操纵系统，若采用可靠度间进行权衡考虑。对数字电传操纵系统，若采用在线监控技术，其余度数可降为三套，这时在线监控技术，其余度数可降为三套，这时MTBF可达可达到到350飞行小时。飞行小时。（1）可靠性指标）可靠性指标2 2）完成任务可靠性：完成任务可靠性：电传操纵系统，由于有关工作单元故障造成的每次飞行电传操纵系统，由
19、于有关工作单元故障造成的每次飞行任务失败概率，定义为完成任务可靠性。国外有关军用任务失败概率，定义为完成任务可靠性。国外有关军用标准规定：标准规定：如订货方未提出对飞机总的完成任务可靠性要求，规定电如订货方未提出对飞机总的完成任务可靠性要求，规定电传系统的完成任务可靠性要求为：传系统的完成任务可靠性要求为：/每次飞行任务每次飞行任务 如订货方规定了飞机总的完成任务可靠性要求，则电传操如订货方规定了飞机总的完成任务可靠性要求，则电传操纵系统的任务失败概率纵系统的任务失败概率QM为：为：QM（1-RM）AM式中式中RM为飞机完成任务可靠度，为飞机完成任务可靠度，AM为电传操纵系统任为电传操纵系统任
20、务失败概率的分配因子（由承包商确定）。务失败概率的分配因子（由承包商确定）。（1）可靠性指标）可靠性指标3 3）飞行安全可靠性：飞行安全可靠性：电传操纵系统，由于有关工作单元故障造成的每次飞机电传操纵系统，由于有关工作单元故障造成的每次飞机损失概率应不超过：损失概率应不超过：如订货方规定了对飞机总的失效概率，则由电传操纵系如订货方规定了对飞机总的失效概率，则由电传操纵系统故障引起的飞机每次飞行损失概率统故障引起的飞机每次飞行损失概率QS应不超过：应不超过：QMS（1-Rs）As式中式中Rs为全机总的飞行安全可靠度，为全机总的飞行安全可靠度，As 为电传操纵系为电传操纵系统的飞机损失概率的分配因
21、子（由承包商确定）。统的飞机损失概率的分配因子（由承包商确定）。（1）可靠性指标）可靠性指标 若订货方没有给出全机总的飞行安全可靠度，目前，国若订货方没有给出全机总的飞行安全可靠度，目前，国外电传操纵系统飞机损失概率的目标植为外电传操纵系统飞机损失概率的目标植为 /飞行飞行小时，这样的安全可靠要求与机械操纵系统相比较，在小时，这样的安全可靠要求与机械操纵系统相比较，在数量级上是相当的。数量级上是相当的。表表7.1 电传电传系系统统部件和装置的可靠性部件和装置的可靠性 装置及部件名称装置及部件名称 故障率故障率(10-6/小小时时)陀螺陀螺加速度加速度计计线线性可性可变变差差动变压动变压器器数字
22、数字计计算机算机803510330计计算机模算机模拟输拟输入接口入接口100-150大气数据大气数据计计算机算机(带带自自检检的双重系的双重系统统)电电源系源系统统助力器助力器500.0020.5（1）可靠性指标）可靠性指标 对电传操纵系统来说，要实现上述安全可靠性指标是困对电传操纵系统来说，要实现上述安全可靠性指标是困难的。对单套电传操纵系统来说，由于它是由众多的电难的。对单套电传操纵系统来说，由于它是由众多的电气电子部件构成的，尽管每个部件的可靠性已经很高，气电子部件构成的，尽管每个部件的可靠性已经很高，组合起来形成的系统，其可靠性指标仍然难于提高，通组合起来形成的系统，其可靠性指标仍然难
23、于提高，通常仅能达到常仅能达到 /飞行小时。为了进一步提高单飞行小时。为了进一步提高单套电传操纵系统的可靠性，努力提高系统元部件的精度套电传操纵系统的可靠性，努力提高系统元部件的精度和可靠性是一个重要的方面，然而，这种方法是有限的和可靠性是一个重要的方面，然而，这种方法是有限的常常是付出的代价很大，可靠性提高的并不显著，也达常常是付出的代价很大，可靠性提高的并不显著，也达不到要求的可靠性指标。不到要求的可靠性指标。为了实现电传操纵系统的可靠为了实现电传操纵系统的可靠性指标，目前采用的主要方法是使用余度技术性指标，目前采用的主要方法是使用余度技术。（2）余度技术）余度技术现代飞机的电传操纵系统，
24、一方面必须要能可靠地实现现代飞机的电传操纵系统，一方面必须要能可靠地实现原机械操纵系统对飞机的不同操纵；另一方面更为重要原机械操纵系统对飞机的不同操纵；另一方面更为重要的是，电传操纵系统还采用杆指令的前馈信号以及各种的是，电传操纵系统还采用杆指令的前馈信号以及各种不同形式的反馈信号，使飞机具有不同的响应特性以及不同形式的反馈信号，使飞机具有不同的响应特性以及优秀的飞行品质。为了实现对飞机的可靠操纵和在整个优秀的飞行品质。为了实现对飞机的可靠操纵和在整个飞行包线内具有所要求的响应特性和优秀的飞行品质，飞行包线内具有所要求的响应特性和优秀的飞行品质，系统的安全可靠性对于研制和开发电传操纵系统来说是
25、系统的安全可靠性对于研制和开发电传操纵系统来说是十分重要的。而解决系统安全可靠性最有效的方法就是十分重要的。而解决系统安全可靠性最有效的方法就是采用余度技术。采用余度技术。（2）余度技术）余度技术1）余度技术定义：）余度技术定义：所谓余度技术，即用多重可靠性较低的相同或相似的元所谓余度技术，即用多重可靠性较低的相同或相似的元部件组成可靠性较高的系统，一般称其为冗余系统。如部件组成可靠性较高的系统，一般称其为冗余系统。如何构成余度系统并使其达到所要求的可靠性指标以及使何构成余度系统并使其达到所要求的可靠性指标以及使系统成本降低，这是采用余度技术需要深入研究的问题系统成本降低，这是采用余度技术需要
26、深入研究的问题应当指出，现今的电传操纵系统多数为数字式系统，因应当指出，现今的电传操纵系统多数为数字式系统，因此，系统的可靠性除了硬件可靠性外，还存在软件可靠此，系统的可靠性除了硬件可靠性外，还存在软件可靠性问题。性问题。（2）余度技术）余度技术余度系统应满足下列三个条件：余度系统应满足下列三个条件：对组成系统的各个部分具有故障监控、信号表决的能力。对组成系统的各个部分具有故障监控、信号表决的能力。一旦系统或组成系统的某部分出现故障，应有故障隔离能一旦系统或组成系统的某部分出现故障，应有故障隔离能力即应有二次故障能工作的能力。力即应有二次故障能工作的能力。出现故障后，系统能重新组织余下的完好部
27、分，具有故障出现故障后，系统能重新组织余下的完好部分，具有故障安全能力，并在少量降低性能指标的情况下承担任务。安全能力，并在少量降低性能指标的情况下承担任务。可见，可见，采用余度技术的实质是通过消耗、应用更多的资源换采用余度技术的实质是通过消耗、应用更多的资源换取可靠性的提高取可靠性的提高。（2）余度技术）余度技术2）余度技术的类型及分类：）余度技术的类型及分类：从余度结构分，有三种型式：从余度结构分，有三种型式：无表决无转换的余度结构：这种系统，当结构中任一部件无表决无转换的余度结构：这种系统，当结构中任一部件故障时，不需要外部部件完成故障的检测，判断和转换功能故障时，不需要外部部件完成故障
28、的检测，判断和转换功能如并联开关系统；如并联开关系统；有表决无转换的余度结构：这种系统需要一个外部元件检有表决无转换的余度结构：这种系统需要一个外部元件检测和作出判断（即表决），但不要完成转换功能，如多数表测和作出判断（即表决），但不要完成转换功能，如多数表决逻辑系统；决逻辑系统；有表决有转换的余度结构，这种系统需要一个外部元件检有表决有转换的余度结构，这种系统需要一个外部元件检测判断、并转换到另一个通道或系统，以代替故障通道或系测判断、并转换到另一个通道或系统，以代替故障通道或系统，如备分式余度等。统，如备分式余度等。（2）余度技术）余度技术从余度系统运行方式划分，有两种型式：从余度系统运行
29、方式划分，有两种型式：主动并列运行，这种系统有多重系统同时并列工作，由表主动并列运行，这种系统有多重系统同时并列工作，由表决器信号选择器输出经过选择的正确信号。表决器具有信号决器信号选择器输出经过选择的正确信号。表决器具有信号选择功能，如取中值，均值、次大、次小等，可用软件实现选择功能，如取中值，均值、次大、次小等，可用软件实现这种系统又称为表决系统。该系统又分整机余度与分机余度这种系统又称为表决系统。该系统又分整机余度与分机余度两种，如图两种，如图7-1所示。所示。（2）余度技术）余度技术图图7-1 主主动动并行运行余度型式并行运行余度型式（2）余度技术）余度技术 备用转换运行，这种系统中一
30、个或部分分系统工作，其余备用转换运行，这种系统中一个或部分分系统工作，其余分系统处于备用状态。当工作的分系统有故障时，通过监控分系统处于备用状态。当工作的分系统有故障时，通过监控装置检测出故障并转换至备用的完好分系统，使系统继续正装置检测出故障并转换至备用的完好分系统，使系统继续正常工作。这种系统又分为热贮备系统与冷贮备系统两种。前常工作。这种系统又分为热贮备系统与冷贮备系统两种。前一系统与工作系统处于同步随动状态，但输出不起作用。后一系统与工作系统处于同步随动状态，但输出不起作用。后一种系统处于中立位置一种系统处于中立位置,仅在转换时才启动工作。仅在转换时才启动工作。从上述分类中可见从上述分
31、类中可见设计余度系统时，主要是解决余度数和表设计余度系统时，主要是解决余度数和表决、监控的设置及运行方式决、监控的设置及运行方式。四余度模拟式电传操纵系统四余度模拟式电传操纵系统 四余度杆力传感器四余度杆力传感器接收驾驶员指令输入信号接收驾驶员指令输入信号四余度传感器四余度传感器含速率陀螺与加速度计，用于提供增稳含速率陀螺与加速度计，用于提供增稳信号；信号；四余度的综合补偿器四余度的综合补偿器是电子组件，也是模拟式飞控计是电子组件，也是模拟式飞控计算机完成数据处理、增益调整、滤波、动态补偿、信号放算机完成数据处理、增益调整、滤波、动态补偿、信号放大等功能；大等功能；四余度表决器四余度表决器/监
32、控器监控器也是飞控计算机中的功能，其中也是飞控计算机中的功能，其中表决器（又叫信号选择器）：完成信号选择；监控器则实表决器（又叫信号选择器）：完成信号选择；监控器则实现故障监控、检测、识别及隔离故障信号，使其不传到舵现故障监控、检测、识别及隔离故障信号，使其不传到舵机上去。机上去。余度舵机余度舵机四个舵回路输出通过机械装置其同操纵一个四个舵回路输出通过机械装置其同操纵一个助力器使舵面偏转。若有助力器使舵面偏转。若有2个舵回路是故障信号，助力器个舵回路是故障信号，助力器仍可按正确信号工作，具有双故障工作能力。仍可按正确信号工作，具有双故障工作能力。（3）非相似余度技术）非相似余度技术在采用多通道
33、方法构成余度系统时，如果各通道均采用相同在采用多通道方法构成余度系统时，如果各通道均采用相同的硬件和软件则容易发生共点故障。非相似余度技术就是采的硬件和软件则容易发生共点故障。非相似余度技术就是采用完全不同的硬件和软件来组成余度通道，产生和监控飞行用完全不同的硬件和软件来组成余度通道，产生和监控飞行控制信号，从而可以避免多通道余度系统的共点故障、达到控制信号，从而可以避免多通道余度系统的共点故障、达到高的可靠性。例如，现代先进民用飞机，要求电传操纵系统高的可靠性。例如，现代先进民用飞机，要求电传操纵系统的失效故障概率达到的失效故障概率达到 /飞行小对，故均采用非相似余度飞行小对，故均采用非相似
34、余度技术。技术。（3）非相似余度技术）非相似余度技术B777飞机的主飞行控制计算机是三余度的，是由三个完全飞机的主飞行控制计算机是三余度的，是由三个完全相同的数字主飞行操纵计算机构成的。每个主飞行计算机从相同的数字主飞行操纵计算机构成的。每个主飞行计算机从三余度的三余度的ARINC629总线上接收信息，并完成控制律及余度总线上接收信息，并完成控制律及余度管理的计算，但每条通道计算机的计算机指令仅送给三条总管理的计算，但每条通道计算机的计算机指令仅送给三条总线不同的一条总线上线不同的一条总线上,以防止共点故障。此外，每套主飞行计以防止共点故障。此外，每套主飞行计算机通道又包含有三个数字计算机处理
35、器，这些处理器均采算机通道又包含有三个数字计算机处理器，这些处理器均采用了非相以余度技术。三个处理器的硬件分别采用用了非相以余度技术。三个处理器的硬件分别采用AMD29050：Motorola 68040，Intel 80486。飞行软件是。飞行软件是用用Ada高级语言编写的，但是由三组不同的人员按非相似余高级语言编写的，但是由三组不同的人员按非相似余度原则来编码的。度原则来编码的。（3）非相似余度技术）非相似余度技术A320飞机的电子飞行控制系统也是非相似余度结构。该系飞机的电子飞行控制系统也是非相似余度结构。该系统的计算机由两个独立系统组成：两台副翼统的计算机由两个独立系统组成：两台副翼/
36、升降舵计算机三升降舵计算机三台扰流片台扰流片/升降舵计算机，五台计算机中的任一台均可控制飞升降舵计算机，五台计算机中的任一台均可控制飞机安全飞行。这两种计算机系统的硬件是不同的，前者是机安全飞行。这两种计算机系统的硬件是不同的，前者是Motorola公司的公司的68000微机，后者是微机，后者是Intel公司的公司的8000微机，微机，这两套系统相互独立，相互间不传输信号。每台计算机又分这两套系统相互独立，相互间不传输信号。每台计算机又分为两个通道，一个通道产生控制指令并传递给舵机，而另一为两个通道，一个通道产生控制指令并传递给舵机，而另一条通道，监控其结果，当两者计算结果不一致时，则该台计条
37、通道，监控其结果，当两者计算结果不一致时，则该台计算机被切除。每个通道采用不同的软件结构，控制指令用算机被切除。每个通道采用不同的软件结构，控制指令用Pascal高级语言编程，监控通道则用汇编语言编程，并且每高级语言编程，监控通道则用汇编语言编程，并且每个通道均由不同人员独立开发。个通道均由不同人员独立开发。（4）解析余度技术）解析余度技术与硬件余度相对照，解析余度不是通过与硬件余度相对照，解析余度不是通过“相似相似”硬件的多重硬件的多重设计，而是用数学（软件）方法来构成余度的。它通常采用设计，而是用数学（软件）方法来构成余度的。它通常采用与测量变量有关的物理过程的解析模型来形成余度。现阶段与
38、测量变量有关的物理过程的解析模型来形成余度。现阶段采用的多套硬件余度有一个本质的弱点，其基本可靠性平均采用的多套硬件余度有一个本质的弱点，其基本可靠性平均无故障间隔无故障间隔MTBF会成倍下降，给地面维护工作增加了负担。会成倍下降，给地面维护工作增加了负担。解析余度技术可以实现在提高系统安全可靠性的同时，又可解析余度技术可以实现在提高系统安全可靠性的同时，又可以保证系统的以保证系统的MTBF不降低。不降低。目前解析余度技术还处于初步研究开发阶段。目前解析余度技术还处于初步研究开发阶段。（5）备份系统）备份系统为了使电传操纵系统有极高的安全可靠性，除了主余度通道为了使电传操纵系统有极高的安全可靠
39、性，除了主余度通道体，还设有备份系统体，还设有备份系统(或通道或通道)，以保证主余度通道万一失效，以保证主余度通道万一失效后，飞机能安全返航和着陆。后，飞机能安全返航和着陆。现代飞机的电传操纵系统多数都设置有备份通道，主要的目现代飞机的电传操纵系统多数都设置有备份通道，主要的目的是，当电传操纵系统由于系统主要余度部件（如重要的传的是，当电传操纵系统由于系统主要余度部件（如重要的传感器感器,计算机处理器等）完全失效时，或电传系统受到环境因计算机处理器等）完全失效时，或电传系统受到环境因素（如雷电或电磁干扰等）以及软件共点故障的影响完全失素（如雷电或电磁干扰等）以及软件共点故障的影响完全失效时，以
40、保证飞机有所要求的生存能力效时，以保证飞机有所要求的生存能力。（5）备份系统）备份系统为为了了实实现现备备份份通通道道的的目目的的，通通常常要要求求备备份份通通道道的的功功能能及及结结构构简简单单，可可靠靠性性高高。在在保保证证整整个个飞飞行行包包线线内内至至少少具具有有3级级飞飞行行品品质质和和着着陆陆阶阶段段具具有有2级级飞飞行行品品质质的的前前提提下下，力力求求使使系系统统简简单单可可靠靠，同同时时，它它应应与与主主余余度度通通道道是是非非相相似似的的，尽尽量量采采用用不不同的信号传递介质。目前多数采用下述几种类型的备份通道同的信号传递介质。目前多数采用下述几种类型的备份通道 采采用用多
41、多余余度度的的模模拟拟式式备备份份通通道道。由由于于模模拟拟式式系系统统的的抗抗电电磁磁干干扰扰能能力力强强于于数数字字式式系系统统，并并且且它它没没有有软软件件故故障障问问题题，因因此此它它是是一一种种较较好好的的数数字字式式系系统统备备份份通通道道。如如AFTI/F-16即即采采用用三余度模拟式备份系统。三余度模拟式备份系统。（5）备份系统）备份系统 多余度的数字式备份系统。尽管备份系统仍然是数字式的，多余度的数字式备份系统。尽管备份系统仍然是数字式的，但它与主余度系统是非相似的。如但它与主余度系统是非相似的。如F-16C/D飞机主余度系统飞机主余度系统是四余度数字系统，而备份系统，是一个
42、软件不相同的四余是四余度数字系统，而备份系统，是一个软件不相同的四余度数学系统。度数学系统。机械备份系统。采用机械备份系统时，无法实现备份时飞机械备份系统。采用机械备份系统时，无法实现备份时飞机的控制增稳机的控制增稳，因此，这种飞机本身必须是静稳定的，且在，因此，这种飞机本身必须是静稳定的，且在无增稳及控制增稳的条件下，飞机具有可接受的飞行品质例无增稳及控制增稳的条件下，飞机具有可接受的飞行品质例如如F/A-B的纵轴备份系统就是机械式的，该飞机本身是静稳的纵轴备份系统就是机械式的，该飞机本身是静稳定的，在机械操纵系统控制下也具有可接受的飞行品质定的，在机械操纵系统控制下也具有可接受的飞行品质（
43、5）备份系统）备份系统为了增强飞机控制系统的可靠性和飞机的安全性，在现代采为了增强飞机控制系统的可靠性和飞机的安全性，在现代采用电传系统的先进民用飞机上，往往还采用双重备份系统，用电传系统的先进民用飞机上，往往还采用双重备份系统，如如B777的主飞行操纵系统中除了具有模拟式备份系统（当的主飞行操纵系统中除了具有模拟式备份系统（当系统处于直接操纵模态时）外，还采用机械式的配平操纵系系统处于直接操纵模态时）外，还采用机械式的配平操纵系统作为主飞行操纵系统的应急备份系统。统作为主飞行操纵系统的应急备份系统。如前所述，采用独立备份系统具有很多优点，特别是可使飞如前所述，采用独立备份系统具有很多优点，特
44、别是可使飞行员和用户在使用一种新的数字式飞行控制系统方面增加信行员和用户在使用一种新的数字式飞行控制系统方面增加信心，使系统防失控的可靠性增加，保证飞机在某些危险故障心，使系统防失控的可靠性增加，保证飞机在某些危险故障对安全飞行。对安全飞行。（5）备份系统）备份系统但采用备份系统也存在某些缺点。采用备份系统将使系统的但采用备份系统也存在某些缺点。采用备份系统将使系统的复杂性增加，提高了设计和研制的成本。此外，它将可能成复杂性增加，提高了设计和研制的成本。此外，它将可能成为飞控系统额外的故障源，当数字主系统没有问题时，独立为飞控系统额外的故障源，当数字主系统没有问题时，独立备份系统可能形成问题，
45、如意外的自动接通或驾驶员有意或备份系统可能形成问题，如意外的自动接通或驾驶员有意或无意接通。此外，独立备份系统还要求进行额外飞行试验，无意接通。此外，独立备份系统还要求进行额外飞行试验，要求飞行员进行额外的训练掌握这种操纵状态。在电传操纵要求飞行员进行额外的训练掌握这种操纵状态。在电传操纵系统设计时，还必须进行精心设计，以保证两种系统可以实系统设计时，还必须进行精心设计，以保证两种系统可以实现良好的转换。现良好的转换。7.1.3 电传操纵系统的特点与分类电传操纵系统的特点与分类（1）特点）特点1）FBW系统主要靠电路传递飞行员指令，因而在这种系统中系统主要靠电路传递飞行员指令，因而在这种系统中
46、不再含有机械操纵系统。不再含有机械操纵系统。a）这有利于提高飞机战场的生存能力。由电路代替机械杆这有利于提高飞机战场的生存能力。由电路代替机械杆系，可使飞机操纵系统被炮火击中的概率减小，提高战系，可使飞机操纵系统被炮火击中的概率减小，提高战场生存能力。场生存能力。b）此外，因无机械杆系，可以减轻重量，消除机械系统存）此外，因无机械杆系，可以减轻重量，消除机械系统存在的间隙摩擦等非线性与弹性变形的影响，有利微小信号在的间隙摩擦等非线性与弹性变形的影响，有利微小信号传递。传递。c）因无机械杆系，无复合摇臂装置，可克服力反传，功率因无机械杆系，无复合摇臂装置，可克服力反传，功率反传现象，从而不会引起
47、驾驶杆非周期振荡。反传现象，从而不会引起驾驶杆非周期振荡。2）全权限的控制增稳系统）全权限的控制增稳系统可在整个飞行包线内满足及可在整个飞行包线内满足及改善飞行品质的要求。改善飞行品质的要求。3）多余度配置）多余度配置保证不亚于机械操纵系统的可靠性，通保证不亚于机械操纵系统的可靠性，通常用飞机损失概率作为飞行安全可靠性指标。军用飞机一常用飞机损失概率作为飞行安全可靠性指标。军用飞机一般要求失效率般要求失效率 次次/飞行小时，民航机为飞行小时，民航机为 次次/飞行小飞行小时。时。（2）分类）分类 电传操纵系统基本上可分为两类：电传操纵系统基本上可分为两类：数字式电传操纵系统数字式电传操纵系统模拟
48、式电传操纵系统模拟式电传操纵系统1）模拟式电传系统模拟式电传系统 模拟式电传系统是去掉了机械操纵的控制增稳系统，它是多模拟式电传系统是去掉了机械操纵的控制增稳系统，它是多余度的。余度的。在这种系统中主要包括模拟式传感器，舵机及模拟式电子组在这种系统中主要包括模拟式传感器，舵机及模拟式电子组件（模拟计算机），这就是说系统的一切部件和电路均是由件（模拟计算机），这就是说系统的一切部件和电路均是由单功能的硬件组成，通过这些硬件来实现控制律与余度管理单功能的硬件组成，通过这些硬件来实现控制律与余度管理单通道模拟式系统的组成单通道模拟式系统的组成 原理：原理：变变增增益益在在于于使使信信号号适适合合飞飞
49、行行状状态态的的变变化化，有有时时为为防防止止结结构构共共振振与与颤颤振振，还还加加结结构构滤滤波波，由由于于模模拟拟式式元元部部件件及及技技术术在在自动驾驶仪与增稳系统中用了多年，技术较成熟。自动驾驶仪与增稳系统中用了多年，技术较成熟。缺点：缺点：这这种种系系统统缺缺点点是是系系统统中中每每一一个个细细小小功功能能都都要要用用特特定定的的硬硬件件或或电电路路来来实实现现，所所以以结结构构复复杂杂，尤尤其其在在实实现现多多余余度度管管理理之之后后，系系统统就就更更庞庞杂杂，且且不不精精确确，因因此此近近年年代代逐逐渐渐被被数数字字式式电传系统所代替。电传系统所代替。2 2）数字式系统）数字式系
50、统 数字系统又分两种，即：数字系统又分两种，即：目前所用的数字式电传，实际上是混合式系统（半数字系统）目前所用的数字式电传，实际上是混合式系统（半数字系统）7.1.4 7.1.4 电传操纵系统的功能与控制原理电传操纵系统的功能与控制原理电传操纵系统实际上是在控制增稳基础上，取消不可逆助力电传操纵系统实际上是在控制增稳基础上，取消不可逆助力机械操纵通道，只保留驾驶杆经杆力传感器输出电气指令信机械操纵通道，只保留驾驶杆经杆力传感器输出电气指令信号的通道构成的。无论模拟式或数字式系统的功能与控制原号的通道构成的。无论模拟式或数字式系统的功能与控制原理都是相同的。对每一种给定的飞机来说可能有不同的系统