一种飞机失速保护控制系统的制作方法

本发明涉及飞行控制领域，尤其是涉及一种飞机失速保护控制系统，适用于采用简单机械操纵或机械助力操纵系统的飞机。

背景技术：

目前，某些采用简单机械操纵系统或机械助力操纵系统的飞机，飞机自然失速特性可能存在进入失速及偏离状态的风险，不满足适航的相关条款要求和影响任务模式使用的安全，这类飞机不可避免地会在飞行中由于驾驶员可能的误操作而进入危险的飞行状态。而简单机械操纵系统或机械助力操纵系统不能像控制增稳操纵系统与电传飞行控制系统一样依靠改变驾驶杆到舵面的输出来改善飞机飞行品质、实现飞行包线保护功能而有效地避免飞机进入失速状态。

目前飞机上常用预防失速的方式主要有三种：语音告警、指示灯告警、振杆器振杆告警。实际上，即使采用了以上三种预防失速的方式，也不能避免飞机进入失速状态。由于驾驶员个人能力和心理素质存在较大差异，在语音告警、灯光告警或振杆告警的压力之下，有些应变能力和心理素质不佳的驾驶员容易错误的操作飞机，使飞机进入危险的飞行状态，导致较严重的事故发生。近年来，由于驾驶员操作失误导致的飞机事故不在少数，例如在印度屡出事故的米格-21。失速保护控制系统的目的就是为了防止飞机进入失速状态，在应急状态下抑制驾驶员的错误操作并控制飞机远离失速边界，大大增加了飞机飞行的安全性。

技术实现要素：

为了改善此类型飞机自然失速特性的不足、提高飞行安全，本发明提供一种飞机失速保护控制系统，能够有效防止飞机进入失速状态，减少驾驶员的驾驶负担，增加飞机的安全性。

本发明解决该技术问题所采取的技术方案是：一种飞机失速保护控制系统，适用于采用简单机械操纵或机械助力操纵系统的飞机，该系统通过控制计算机和电动舵机对升降舵操纵拉杆进行控制，其中在升降舵操纵机构的摇臂上固定安装有扇形轮，扇形轮在两端分别通过钢索与所述电动舵机连接；当飞机失速时，所述控制计算机采集飞参信号并向所述电动舵机发送指令，所述电动舵机旋转从而带动所述升降舵操纵拉杆运动，预防飞机进入失速状态。

进一步地，所述电动舵机还包括电磁离合器，电动舵机的输出端鼓轮与电机的减速器由电磁离合器连接起来，当接收到控制计算机的指令时，电磁离合器通电时可使得减速器齿轮与输出轴连接。

进一步地，驾驶员操纵拉杆与所述升降舵操纵拉杆连接在所述摇臂两端。

进一步地，所述电动舵机内部还包括摩擦离合器，当操作驾驶员操纵拉杆大于电动舵机的打滑力矩时，摩擦离合器工作。

进一步地，所述飞机失速保护控制系统具有控制面板，包括自检测BIT开关、故障指示灯和工作断开切换开关。

进一步地，所述控制计算机根据实时采集的飞机高度、空速、姿态、攻角和襟翼位置等信息通过控制逻辑和控制律计算出飞机的状态，判断飞机是否将进入失速状态。

进一步地，所述控制计算机采用两通道控制，两通道采用软硬件非相似设计，高覆盖率的BIT实时监控失速保护控制系统各部件的工作状态，通过控制面板和RS429总线及时告知驾驶员，可让驾驶员及时采取措施，降低系统故障后发生误动作的概率。

进一步地，当处于随动状态时，电磁离合器脱开，输出端鼓轮能够跟随驾驶员操纵拉杆自由转动。

进一步地，包括所述电动舵机控制电压为直流28V电源，采用脉宽调制工作方式实现对计算机指令的精确跟随；所述电动舵机电气双余度采用双绕组电机、双HALL传感器结构。

这种失速保护控制系统由控制计算机、电动舵机和控制面板组成，控制计算机根据飞机的高度、空速、姿态、攻角和襟翼位置等信息结合预先在计算机中设置的控制律，判断飞机的飞行状态；当控制面板上“工作/断开”开关处于“工作”状态、且飞机将要进入失速状态时，控制计算机向电动舵机发出控制指令，舵机电磁离合器吸合，舵机转动带动升降舵操纵系统运动，从而带动升降舵舵面偏转，控制飞机远离失速状态。

本发明提供的失速保护控制系统，具有以下有益效果：该系统是并联在主操纵系统(升降舵操纵系统)中的，只要对主操纵系统做很小的更改就可以加装该系统，且不会影响主操纵系统的传动比，可广泛适用于简单机械操纵系统或机械助力操纵系统中；电动舵机的输出鼓轮与电机之间由电磁离合连接，电磁离合器脱开时主操纵系统可带动鼓轮自由转动，不影响主操纵系统的正常使用；当需要电机工作时，电磁离合器吸合，电机转动可带动主操纵系统运动从而控制飞机远离危险状态。

附图说明

图1是本发明飞机失速保护系统的原理框图；

图2是电动舵机与升降舵操纵系统交联安装的示意图；

图3是图2的左视图；

图4是电动舵机的控制原理图；

图5是电磁离合器的结构示意图。

1.电动舵机，2.钢索，3.扇形轮，4.摇臂，5.升降舵操纵拉杆,6.驾驶员操纵拉杆，21.弹簧，22.减速器传动齿轮，23.活动牙嵌盘，24.固定牙嵌盘，25.线圈，26.输出轴

具体实施方式

失速保护控制系统由控制计算机、电动舵机1和控制面板组成，系统控制原理框图见图1。

控制计算机采用数字式计算机设计，双通道控制，双通道采用软硬件非相似设计，大大减小了共模故障发生的概率；具有系统调度、输入/输出管理、两余度间同步和通讯数据链、对外通讯、控制律计算、余度管理和机内自检测等功能。

失速保护控制系统接收飞参信号11，包括：大气数据计算机提供的攻角、侧滑角、气压高度、空速信号；惯导系统提供的横滚角、俯仰角、俯仰角速率、偏航角速率、法向过载、侧向过载信号；襟翼系统提供的襟翼位置信号；无线电高度计提供的无线电高度信号；驾驶杆位移传感器提供的驾驶杆位移信号；起落架系统提供的起落架开关、机轮轮载开关信号；以及控制面板信号13，包括：BIT启动信号以及速断开关信号。

失速保护控制系统通过429总线向ECAIS和飞参记录仪提供系统状态信号12，包括控制系统工作状态、离合器状态及各部件故障代码，及时告知驾驶员，可让驾驶员及时采取措施，降低系统故障后发生误动作的概率。

通过控制逻辑和控制律计算出飞机的状态，判断飞机是否将进入失速，若飞机临近失速，控制计算机应该计算出推杆量及可能的拉杆量(即飞机可能通过推杆改出了失速但飞机低头向下，为保证驾驶员及飞机的安全，失速保护控制系统在驾驶员介入前应将飞机稳定在平飞状态，或者驾驶员通过切断开关发出断开指令，因此计算机除了推杆外，可能存在拉杆，发出离合器通断及推杆量指令15给电动舵机1，由电动舵机1操纵升降舵操纵拉杆5动作。

电动舵机1由直流无刷伺服电机、齿轮减速机构、RVDT(角位移传感器)、电磁离合器、摩擦离合器及输出鼓轮组成，如图3所示；电磁离合器在正常上电工作状态下处于接合状态，断电脱开；电动舵机1采用脉宽调制工作方式，在控制计算机的控制下，电动舵机1的输出经过减速器、电磁离合器及摩擦离合器来驱动舵机滑轮以一定的速度到达指定位置，实现对控制计算机指令的精确跟随；电动舵机1电气双余度采用双绕组电机、双HALL传感器结构；双余度RVDT将位置反馈信号发送至ACE，形成伺服控制回路。

为了实现在电磁离合器脱开时鼓轮能够跟随升降舵操纵系统自由转动，电动舵机1的输出端鼓轮与电机的减速器传动齿轮22由电磁离合器连接起来，电磁离合器通电时可达到减速器齿轮22与输出轴26连接的目的，传递需要的功率；而电磁离合器断电时减速器传动齿轮22与输出轴26断开，输出端的鼓轮可跟随升降舵操纵系统自动转动。

电动舵机1采用电磁离合器与摩擦离合双离合形式：由控制计算机控制电磁离合器的通断，在必要的情况下，驾驶员还可通过控制面板上的“工作/断开”按钮断开电磁离合器；摩擦离合器端面采用粉末冶金材料，依靠摩擦力连接输出轴26与鼓轮，传递所需的功率，并当载荷过大时发生打滑，起到过载保护和超控的作用，当电磁离合器故障无法脱开时驾驶员可通过摩擦离合器超控该系统，提高了系统的安全性。

图4为电磁离合器结构图，采用牙嵌式结构，牙嵌盘分为活动牙嵌盘23和固定牙嵌盘24，电磁离合器线圈25为双余度，采用双线并绕方式。未通电时牙嵌盘处于脱开状态，线圈25通电后产生吸合力使两个牙嵌盘啮合，达到减速器传动齿轮22与输出轴26连接的目的；断电后在弹簧21力的作用下使牙嵌盘复位，减速器传动齿轮22与输出轴26断开。

电动舵机1以钢索2和扇形轮3的形式与升降舵操纵交联，具体安装示意图见图2；离合器吸合后电动舵机1转动带动钢索2运动，钢索2拉动安装在摇臂4上的扇形轮3转动从而带动升降舵操纵拉杆5运动，操纵升降舵舵面。

控制面板为驾驶员和地勤人员对失速保护控制系统的控制和显示装置，控制面板上设置有“BIT请求”按钮灯、“工作/断开”按钮灯和“系统故障”指示灯；“BIT请求”按钮控制系统BIT的启动并指示BIT工作状态；“工作/断开”开关提供驾驶员应急断开控制功能并指示系统工作/断开状态；“系统故障”灯指示系统故障14。

在飞机正常飞行时，电动舵机1的电磁离合器处于脱开状态，控制计算机监控飞机状态；当飞机有进入失速的趋势时，电动舵机1的电磁离合器吸合，由电动舵机1操纵升降舵舵面；当失速保护控制系统发生误动作时，驾驶员可以通过控制面板上“工作/断开”开关断开电动舵机1的电磁离合器，或者驾驶员操纵拉杆6克服电动舵机1的输出力，通过摩擦离合器打滑来超控飞机。

以上实例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述比较详细和具体，但不能理解为对本发明范围的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来讲，在不脱离本发明原理的情况下，可以做出若干变形和改进，这些变形和改进也视为本发明的保护范围。