飞行自动驾驶系统探究

刘定波中国国际航空公司西南分公司，四川成都　610000



飞行自动驾驶系统探究

刘定波
中国国际航空公司西南分公司，四川成都610000

摘要现代飞机往往都装有自动驾驶系统，以便在情况允许时由机载计算机控制飞机自动飞行，使飞行员不会过于疲劳。自动驾驶仪的工作方式由方式选择板(MCP)控制。在现代飞机上，自动驾驶仪的控制板一般位于驾驶舱的遮光板上。方式选择板上的按钮和旋钮用于不同的工作模式和接通与断开自动驾驶仪。

关键词飞机；自动驾驶系统

飞机能够自动自动驾驶还有赖于人们发明了自动驾驶仪，早期人们发明的自动驾驶仪比较简单，主要是由陀螺仪、加速度计以及高度表等检测设备，加上简单的电路组成。飞机正常飞行状态下，陀螺仪就按照预定的参数进行工作，如果飞机偏离了正常轨道，陀螺仪的参数就会发生改变，这种情况下与之相连的电路就会发出电信号，促使操纵飞机的陀面发生偏转，纠正飞机的飞行方向。飞机的高度以及速度分别有加速度计以及高度表来控制。这是最早的自动驾驶仪，这时候的自动驾驶仪不需要计算机就可以工作，但是精度较差，需要飞行员对飞机的飞行状态进行校正。现代的飞机自动驾驶仪虽然也使用陀螺仪以及加速度计来感知飞机的飞行状态，但是由计算机进行控制，而且设计的更加精密复杂，飞机的飞行状态出现一点异常就可以被发现。自动驾驶仪之所以能够做到这一点还有赖于计算机所产生的精确信号。计算机控制自动驾驶仪可以使飞机的飞行状态变得更加稳定，飞机的飞行状态能够得到精确控制，飞机航线的校正由卫星定位系统（如GPS）来完成，无需飞行员人工干预。

1　飞行轨迹控制

飞行轨迹控制，是要求飞机的重心以足够的准确度保持或跟踪给定的飞行轨迹。许多飞机的飞行任务都要求轨迹控制，如空中加油机进行加油作业时、飞机编队飞行时、轰炸机在轰炸时都要保持在预定的高度上飞行。飞机着陆时要沿着一定的下滑道飞行，也属于飞行轨迹控制。

1.1高度稳定与控制

飞机的稳定性指在改变飞行姿态时飞机“自动复原”的能力。比如，上反角的机翼结构，飞机向左偏斜后所产生的力会让飞机自动回复，这样的飞机稳定性就好。而下反角的机翼结构一旦开始向左偏斜，产生的力就会让飞机越来越向左偏，这样的飞机稳定性就差。现代飞机往往都装有自动驾驶系统，以便在情况允许时由机载计算机控制飞机自动飞行，使飞行员不会过于疲劳。

高度稳定与控制，是在纵向自动驾驶仪稳定和控制飞机俯仰角运动的基础上，加上高度传感器形成的。图中表示的是利用控制升降舵面的方法，来稳定和控制飞机的飞行高度。

高度传感器包括高度差传感器（给定飞行高度和实际飞行高度之差的传感器）和高度差变化率传感器（飞机上升、下降速度传感器），它们是灵敏感应高度和高度变化的传感器。在现代飞行控制系统中，飞行高度和相应的变化率信号由大气数据计算机提供或无线电高度表提供；在低空或近地飞行时，需要的高度信号可用无线电小高度表。高度给定装置是设定预选飞行高度的输入装置，通过它可以预先设置飞行高度。飞行高度控制系统，具有高度保持的稳定状态和飞行高度预选的控制状态。

高度的稳定状态，是要求高度控制系统自动保持在给定的高度上飞行。当飞机受到外界干扰时，例如上升气流的干扰，使飞机上升到高于预定的高度，这时高度和高度差传感器就会感测到这种改变，输送给综合装置一个相应的电信号，经自动驾驶仪操纵升降舵面后缘向下偏转，形成低头力矩，使飞机下降，返同到预定的高度。反之，飞机受到向下气流作用降低高度时，则操纵飞机爬升，返回到预定的高度。

高度的控制状态，是要求高度控制系统能自动地改变飞行高度，当达到预定高度后，再保持定高飞行。当飞行员将期望的飞行高度输入到高度控制系统后，它输出的电信号经自动驾驶仪操纵升降舵面的后缘做相应的向上（向下）偏转，飞机就自动进入爬升（下降）飞行，飞机接近期望高度后就自动拉平，并保持在这一高度上飞行。

1.2自动着陆控制

着陆是飞机飞行的一个重要阶段，在着陆时，飞行员必须在很短的时问内完成许多高难度的操作，仅靠目视着陆，是难以保证安全飞行的。为了保证飞机能在不良气候条件下和夜间的安全着陆，必须对着陆阶段的飞行轨迹进行控制。为此，必须有导航系统向飞行员提供飞机所在的航道与正确的下滑航道之问偏离程度的高精度指示。

为了实现着陆轨迹的控制，目前使用仪表着陆系统(IIS)和微波着陆系统(MLS)来引导飞机进入正确的下滑航道。当飞机处于正确的下滑航道时，接收机输出的信号为零；若飞机偏离下滑航道，则接收机输出相应极性和幅值的信号。接收机输出的电信号通过自动驾驶仪操纵舵面（方向舵和升降舵），使飞机进人下滑航道。例如，设飞机处于下滑航道上方，接收机将输出反映下滑航道上方极性的信号，通过自动驾驶仪使升降舵而后缘向下，产生低头力矩，使飞机飞向下滑航道，接收机的输出逐渐减小，直到飞机进入下滑航道输出为零，升降舵面恢复原来的位置，飞机保持在下滑航道上逐渐降低高度，实现自动着陆。

2　电传操纵

一般情况下，飞行员都是操纵驾驶杆，通过钢索（或杆件）操纵气动舵面偏转来驾驶飞机的而电传操纵则是飞行员操纵微型操纵杆，经杆上的传感器发出电指令信号，通过电缆传输到信号处理器后再控制舵机（执行机构），推动气动舵面偏转来驾驶飞机。电传操纵去掉了传统的机械操纵装置，以及与舵机之间相当复杂的机械联动装置，是一种新型的操纵系统。

通过多种飞机的使闸，显示出了电传操纵的优越性，新一代的战斗机也都采用了这种操纵系统，新型的民航飞机也存逐步采用这种操纵系统。电传操纵与机械操纵装置相比，电传操纵的优点有：一是结构简单，体积小，质撞轻，便于安装和维修；二是因为取消了摇臂、连杆、滑轮和钢索等机械装置，消除r传动中的摩擦，提高了操纵性能；三是由于使用电缆传送电信号，方便与飞机上的其他系统相互沟通和进行综合处理。因此，电传操纵可以把飞机的操纵与实现高性能的飞行控制结合起来，从而使飞机达到更高的飞行性能。

3　结论

飞机自动驾驶仪的诞生使得飞机的自动驾驶成为可能，计算机的出现更是助力了自动驾驶仪的工作，计算机助力自动驾驶仪使得飞机的自动化飞行状态变得更加稳定，保证飞机正常飞行状态的同时还减少了飞行员驾驶的时间，使飞行员不至于那么疲劳。

参考文献

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[2]李宁，孙秀霞，田松，陈金科，侯颖.一种大型飞机飞行自动控制系统设计[J].航空制造技术，2008，16：56-58.

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作者简介：刘定波，工作单位为中国国际航空公司西南分公司，二级飞行员，研究方向为民用航空领域

中图分类号V1

文献标识码A

文章编号1674-6708（2015）155-0164-02