劉定波中國國際航空公司西南分公司，四川成都　610000

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飛行自動駕駛系統(tǒng)探究

劉定波
中國國際航空公司西南分公司，四川成都610000

摘要現(xiàn)代飛機往往都裝有自動駕駛系統(tǒng)，以便在情況允許時由機載計算機控制飛機自動飛行，使飛行員不會過于疲勞。自動駕駛儀的工作方式由方式選擇板(MCP)控制。在現(xiàn)代飛機上，自動駕駛儀的控制板一般位于駕駛艙的遮光板上。方式選擇板上的按鈕和旋鈕用于不同的工作模式和接通與斷開自動駕駛儀。

關鍵詞飛機；自動駕駛系統(tǒng)

飛機能夠自動自動駕駛還有賴于人們發(fā)明了自動駕駛儀，早期人們發(fā)明的自動駕駛儀比較簡單，主要是由陀螺儀、加速度計以及高度表等檢測設備，加上簡單的電路組成。飛機正常飛行狀態(tài)下，陀螺儀就按照預定的參數(shù)進行工作，如果飛機偏離了正常軌道，陀螺儀的參數(shù)就會發(fā)生改變，這種情況下與之相連的電路就會發(fā)出電信號，促使操縱飛機的陀面發(fā)生偏轉(zhuǎn)，糾正飛機的飛行方向。飛機的高度以及速度分別有加速度計以及高度表來控制。這是最早的自動駕駛儀，這時候的自動駕駛儀不需要計算機就可以工作，但是精度較差，需要飛行員對飛機的飛行狀態(tài)進行校正?，F(xiàn)代的飛機自動駕駛儀雖然也使用陀螺儀以及加速度計來感知飛機的飛行狀態(tài)，但是由計算機進行控制，而且設計的更加精密復雜，飛機的飛行狀態(tài)出現(xiàn)一點異常就可以被發(fā)現(xiàn)。自動駕駛儀之所以能夠做到這一點還有賴于計算機所產(chǎn)生的精確信號。計算機控制自動駕駛儀可以使飛機的飛行狀態(tài)變得更加穩(wěn)定，飛機的飛行狀態(tài)能夠得到精確控制，飛機航線的校正由衛(wèi)星定位系統(tǒng)（如GPS）來完成，無需飛行員人工干預。

1　飛行軌跡控制

飛行軌跡控制，是要求飛機的重心以足夠的準確度保持或跟蹤給定的飛行軌跡。許多飛機的飛行任務都要求軌跡控制，如空中加油機進行加油作業(yè)時、飛機編隊飛行時、轟炸機在轟炸時都要保持在預定的高度上飛行。飛機著陸時要沿著一定的下滑道飛行，也屬于飛行軌跡控制。

1.1高度穩(wěn)定與控制

飛機的穩(wěn)定性指在改變飛行姿態(tài)時飛機“自動復原”的能力。比如，上反角的機翼結(jié)構(gòu)，飛機向左偏斜后所產(chǎn)生的力會讓飛機自動回復，這樣的飛機穩(wěn)定性就好。而下反角的機翼結(jié)構(gòu)一旦開始向左偏斜，產(chǎn)生的力就會讓飛機越來越向左偏，這樣的飛機穩(wěn)定性就差?，F(xiàn)代飛機往往都裝有自動駕駛系統(tǒng)，以便在情況允許時由機載計算機控制飛機自動飛行，使飛行員不會過于疲勞。

高度穩(wěn)定與控制，是在縱向自動駕駛儀穩(wěn)定和控制飛機俯仰角運動的基礎上，加上高度傳感器形成的。圖中表示的是利用控制升降舵面的方法，來穩(wěn)定和控制飛機的飛行高度。

高度傳感器包括高度差傳感器（給定飛行高度和實際飛行高度之差的傳感器）和高度差變化率傳感器（飛機上升、下降速度傳感器），它們是靈敏感應高度和高度變化的傳感器。在現(xiàn)代飛行控制系統(tǒng)中，飛行高度和相應的變化率信號由大氣數(shù)據(jù)計算機提供或無線電高度表提供；在低空或近地飛行時，需要的高度信號可用無線電小高度表。高度給定裝置是設定預選飛行高度的輸入裝置，通過它可以預先設置飛行高度。飛行高度控制系統(tǒng)，具有高度保持的穩(wěn)定狀態(tài)和飛行高度預選的控制狀態(tài)。

高度的穩(wěn)定狀態(tài)，是要求高度控制系統(tǒng)自動保持在給定的高度上飛行。當飛機受到外界干擾時，例如上升氣流的干擾，使飛機上升到高于預定的高度，這時高度和高度差傳感器就會感測到這種改變，輸送給綜合裝置一個相應的電信號，經(jīng)自動駕駛儀操縱升降舵面后緣向下偏轉(zhuǎn)，形成低頭力矩，使飛機下降，返同到預定的高度。反之，飛機受到向下氣流作用降低高度時，則操縱飛機爬升，返回到預定的高度。

高度的控制狀態(tài)，是要求高度控制系統(tǒng)能自動地改變飛行高度，當達到預定高度后，再保持定高飛行。當飛行員將期望的飛行高度輸入到高度控制系統(tǒng)后，它輸出的電信號經(jīng)自動駕駛儀操縱升降舵面的后緣做相應的向上（向下）偏轉(zhuǎn)，飛機就自動進入爬升（下降）飛行，飛機接近期望高度后就自動拉平，并保持在這一高度上飛行。

1.2自動著陸控制

著陸是飛機飛行的一個重要階段，在著陸時，飛行員必須在很短的時問內(nèi)完成許多高難度的操作，僅靠目視著陸，是難以保證安全飛行的。為了保證飛機能在不良氣候條件下和夜間的安全著陸，必須對著陸階段的飛行軌跡進行控制。為此，必須有導航系統(tǒng)向飛行員提供飛機所在的航道與正確的下滑航道之問偏離程度的高精度指示。

為了實現(xiàn)著陸軌跡的控制，目前使用儀表著陸系統(tǒng)(IIS)和微波著陸系統(tǒng)(MLS)來引導飛機進入正確的下滑航道。當飛機處于正確的下滑航道時，接收機輸出的信號為零；若飛機偏離下滑航道，則接收機輸出相應極性和幅值的信號。接收機輸出的電信號通過自動駕駛儀操縱舵面（方向舵和升降舵），使飛機進人下滑航道。例如，設飛機處于下滑航道上方，接收機將輸出反映下滑航道上方極性的信號，通過自動駕駛儀使升降舵而后緣向下，產(chǎn)生低頭力矩，使飛機飛向下滑航道，接收機的輸出逐漸減小，直到飛機進入下滑航道輸出為零，升降舵面恢復原來的位置，飛機保持在下滑航道上逐漸降低高度，實現(xiàn)自動著陸。

2　電傳操縱

一般情況下，飛行員都是操縱駕駛桿，通過鋼索（或桿件）操縱氣動舵面偏轉(zhuǎn)來駕駛飛機的而電傳操縱則是飛行員操縱微型操縱桿，經(jīng)桿上的傳感器發(fā)出電指令信號，通過電纜傳輸?shù)叫盘柼幚砥骱笤倏刂贫鏅C（執(zhí)行機構(gòu)），推動氣動舵面偏轉(zhuǎn)來駕駛飛機。電傳操縱去掉了傳統(tǒng)的機械操縱裝置，以及與舵機之間相當復雜的機械聯(lián)動裝置，是一種新型的操縱系統(tǒng)。

通過多種飛機的使閘，顯示出了電傳操縱的優(yōu)越性，新一代的戰(zhàn)斗機也都采用了這種操縱系統(tǒng)，新型的民航飛機也存逐步采用這種操縱系統(tǒng)。電傳操縱與機械操縱裝置相比，電傳操縱的優(yōu)點有：一是結(jié)構(gòu)簡單，體積小，質(zhì)撞輕，便于安裝和維修；二是因為取消了搖臂、連桿、滑輪和鋼索等機械裝置，消除r傳動中的摩擦，提高了操縱性能；三是由于使用電纜傳送電信號，方便與飛機上的其他系統(tǒng)相互溝通和進行綜合處理。因此，電傳操縱可以把飛機的操縱與實現(xiàn)高性能的飛行控制結(jié)合起來，從而使飛機達到更高的飛行性能。

3　結(jié)論

飛機自動駕駛儀的誕生使得飛機的自動駕駛成為可能，計算機的出現(xiàn)更是助力了自動駕駛儀的工作，計算機助力自動駕駛儀使得飛機的自動化飛行狀態(tài)變得更加穩(wěn)定，保證飛機正常飛行狀態(tài)的同時還減少了飛行員駕駛的時間，使飛行員不至于那么疲勞。

參考文獻

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作者簡介：劉定波，工作單位為中國國際航空公司西南分公司，二級飛行員，研究方向為民用航空領域

中圖分類號V1

文獻標識碼A

文章編號1674-6708（2015）155-0164-02