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[27飞行操纵] 带你用最短时间了解A320s的方向舵控制

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发表于 5 天前 | 显示全部楼层 |阅读模式
  • 前言

众所周知,A320飞机是世界第一架采用电传操纵的民航飞机。A320s的方向舵上依然保留了传统的钢索,通过钢索,飞行员可以在任何时候用脚蹬人工控制方向舵偏转。但实际上,一般情况下,飞行员在把杆飞行的过程中,并不直接通过脚蹬控制方向舵,方向舵的偏转是由飞控计算机控制的。自动驾驶接通后,方向舵的控制又改由FAC完成。此外,在方向舵上还有一些限制和优化控制的功能。


听上去是不是有点乱?现在,我们就来一点一点地从浅入深拆解方向舵。


  • 在A320s飞机上,方向舵的控制比较复杂。

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这个东西并不像飞机上其他部件那样,完全归类到某一个系统。从硬件来讲,所有机械部件都是归到Chapter 27 飞控系统的。从功能来说,在不同的操作模式下,或者是在不同的飞行状态下,方向舵的控制又是由ELAC和FAC的不同配合方式来实现的。


因此,后面我们会分别从飞控和自动飞行两个方面分别讲解方向舵的各种控制模式。最后再作总结。


  • 飞控系统中的方向舵

咱们先来复习一下学习飞控时,是怎样介绍方向舵的。

1502519085114.jpg

此图摘自AMM272100,如果看不清楚请查手册。


先从硬件方面逐一介绍每个主要部件。


脚蹬——人工控制方向舵偏转的部件,左右两对脚蹬通过机械连杆连接以实现操作同步。每对脚蹬下都装有一个RVDT,也叫transducer unit, 负责测量脚蹬上的偏转信号,并发送至ELAC,经由ELAC再送到BSCU和FAC。送到BSCU的一路信号,用于计算前轮转弯。至于送到FAC的那一路,情况比较复杂,后面再详聊。另外,有的飞机还选装了PFU,这个组件可以测量飞行员在蹬脚蹬时用了多大的力,用于DFDR的记录。


钢索——机械传动,连接脚蹬和方向舵,实现脚蹬对方向舵的直接控制。


伺服控制——方向舵的偏转由三个伺服控制作动筒控制。从上至下分别使用黄、绿、蓝系统的液压。伺服控制作动筒有active mode和damping mode两种工作模式。在同一时刻,只有一个作动筒是active的,另外两个则工作在daming模式,随动。

Y/D作动筒——两个,每个各接收一个FAC的偏航阻尼指令,用于转弯协调和抑制荷兰滚功能。


Trim actuator——在横向不一致时,实现方向舵配平,比如侧风、发动机推力不一致。内部安装有两个配平马达,分别接受来自一个FAC的指令。通过调整配平丝杠,输出配平的角度。


TLU——在不同的空速条件下,限制方向舵的偏转角度,避免结构承受过大载荷。钢索、Y/D作动筒、配平马达的输出经过叠加后输入TLU,通过内部的马达和齿轮组,按一定比例减少输出量,最终控制伺服控制的输出量实现行程限制。TLU内部安装有两套完全一样的机构,分别接受来自一个FAC的信号,调节输入输出的比例。


        TLU有Normal、Buckup和Low speed三种工作模式。

        Normal模式下,TLU正常工作,当空速大于160KT后开始限制方向舵的最大行程,空速越大,最大行程越小。

        当两部FAC故障,或丢失ADIRUs数据时,TLU从Normal模式转换到Buckup模式,此时最大行程锁定,飞机不可以再加速。

        Buckup模式下,如果襟缝翼伸出,则TLU转换至低速模式,行程限制取消,方向舵可以按照空速小于160kt的逻辑来控制,使用全部行程。

Transducer unit——方向舵下部有一个,用来感受方向舵实际偏转角度,在仪表上指示。偏航阻尼有一个,提供偏航阻尼的反馈信号。另外,脚蹬下还有两个,作用已经在前面说过了。


Artificial Feel Spring Rod——使用一根弹簧杆提供力,通过钢索传递到脚蹬,让飞行员在蹬脚蹬时能够感受到。所以脚蹬上感受到的力并不是舵面上产生的实际的空气动力,而且即使舵面上的力发生变化,脚蹬上也不会有体现。


Solenoid——这是一个电磁线圈,在AP衔接后,FMGC会指令该线圈上电,提供一个额外的力通过钢索加载到脚蹬上,防止误碰脚蹬使脚蹬偏转脱开AP。使飞行员觉得自动驾驶阶段蹬脚蹬需要用更大的力。如果此时飞行员蹬脚蹬,线圈会脱开,ELAC侦测到这个情况并告知FMGC,AP脱开,FWCs生成红色AP OFF信息并伴随持续警告音和WARNING警告灯。


        这里需要强调的一点是:与320不同,330飞机在空中蹬脚蹬不会导致AP脱开。

  • 以上就是方向舵硬件的简要回顾,下面我们来看一看控制部分。


1502519088759.jpg
  • 这张是方向舵控制指令的框图,我们把它分解出7条路径逐一分析。

1.  人工飞行—偏航阻尼
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这种控制,指令源头是ELAC。飞行员在正常飞行过程中,一般不操作脚蹬,只是用侧杆来控制飞机。当用侧杆控制飞机横滚时,横滚指令会送到ELAC,ELAC根据当前的飞行参数计算出适当的偏航指令(遵从偏航Normal Law),经过FAC送至Y/D作动筒,使方向舵偏转,协调飞机转弯减少侧滑。

2.  人工飞行—双ELACs失效—偏航阻尼
1502519093039.jpg
此时,两部ELAC失效,ELAC的协调转弯功能丢失。飞行员只能通过脚蹬人工协调转弯。FAC内部的荷兰滚抑制备用法则启用,根据ADIRUs提供的数据,计算荷兰滚抑制指令,用以驱动Y/D作动筒。

3.  人工飞行—方向舵配平
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当出现双发推力不一致或者侧风等横向不一致时,方向舵需要向推力较大一侧或者上风向适量偏转,以抵消偏航力矩。方向舵配平功能,可以让飞行员不必持续蹬舵,减轻身体负荷。通过配平面板可以人工输入方向舵配平指令,该指令经由FAC送至配平作动筒,设定的配平角度可以在配平面板上看到,SD的F/CTL页面也会有指示。

人工配平时,脚蹬随动。

4.  自动驾驶—空中—偏航阻尼
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飞机在空中,AP衔接且没有进入着陆模式。FG计算的横滚指令会送至FACs的转弯协调功能,生成与横滚指令匹配的协调转弯指令以减小飞机侧滑。FACs内的荷兰滚抑制一般法则生效,根据ADIRUs提供的数据计算出荷兰滚抑制指令。在起飞滑跑过程中,如果出现单发的情况,为了保证飞机保持在跑道中线上(得益于LOC的指引),FACs还提供的发动机失效补偿fast law。

TOGA/RWY模式下,该功能有效,当把两个推力手柄放置在超过MCT的位置时,该功能激活。

这三个指令经过叠加,送至Y/D作动筒。

5.  自动驾驶—LAND—偏航阻尼
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当LAND模式接通,FACs内的荷兰滚抑制和转弯协调功能都被抑制,而完全由FG的偏航引导指令取代,完成飞机的横向控制。

6.  自动驾驶—配平
1502519107685.jpg
AP衔接时的配平指令由FACs计算,分成两部分,一部分是转弯协调功能根据FG的横滚指令计算的转弯协调指令,另一部分是发动机失效补偿功能计算的指令(low law)。两部分指令在FACs内叠加后送至配平马达。此时,系统不响应配平面板的操作,配平指令值和实际配平角度只可以从SD上看到。

自动配平时,脚蹬随动。

7.  方向舵行程限制
1502519110148.jpg

在飞行空速大于160kt之后,方向舵所允许的最大行程会越来越小。具体的控制法则如下图所示。
1502519112286.jpg
借助于TLU,不论是机械操纵还是电传指令,都不会使方向舵的偏转角度超过限制行程。TLU的指令来自FACs。

  • 方向舵的一般控制就说到这里。现在我们回到之前讲脚蹬的那一部分,解决遗留的那个问题:脚蹬下的transducer unit为什么要把脚蹬信号经过ELAC送至FAC?

这一路信号,AMM里只是提了一句用于飞行控制法则,原理图里也分析不出来。经过和空客代表的探讨,最终得出了一个还算合理的解释。

只用侧杆控制飞机时,飞行员控制的是横滚率,ELAC的自动协调转弯功能使飞机保持最小侧滑。脚蹬参与控制之后,飞行员其实是在同时指令坡度角和侧滑。这都是横向控制Normal Law。当normal law丢失,alternate law生效,此时侧杆只控制副翼和扰流板实现横滚,飞行员需要通过脚蹬的操作来完成偏航控制。

更深一层的推论则完全没有手册支持了,已经是接近猜测,因此就不在这里透露了。如果有读者对这方面感兴趣,欢迎来交流。我的推测已经给空客发了邮件,还在等待空客设计工程师的回复,也许空客不会给出任何回复。

320的方向舵控制,基本上就是这些内容,希望对大家的学习有所帮助。

注:这是本人在微信里发布的微课程,转载到机务在线。不是抄袭哈。

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发表于 5 天前 | 显示全部楼层
又一大神再现,值得细细品读。。题外话,这才是真正的机务。
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发表于 5 天前 | 显示全部楼层
方向陀的确有点复杂
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大神级人物,都想看看你的微课程啦
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发表于 4 天前 | 显示全部楼层
方向舵伺服作动筒从上到下是蓝 黄 绿吧
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 楼主| 发表于 4 天前 | 显示全部楼层
爱江山更爱美人 发表于 2017-8-13 17:56
方向舵伺服作动筒从上到下是蓝 黄 绿吧

哦!是的。蓝黄绿。写错了。
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