多电飞机飞行控制系统可靠性分析

叶自清

摘 要：研究了采用“2H/2E”（两套液压源/两套电源）双体系结构作动系统的多电飞行控制系统可靠性分析。应用可靠性框图的方法对飞机的作动系统、飞控计算机、三轴控制系统进行了可靠性分析。在此基础上继而计算出飞控系统的可靠性，计算得出的可靠性符合安全性要求。

关键词：2H/2E；可靠性框图；作动系统；飞行控制系统

中图分类号：TB 文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672.3198.2018.32.103

1 绪论

从20世纪80年代以来，电传操纵系统获得了极大发展，空客A320飞机采用的是带有机械备份的数字式电传操纵系统。该系统采用五套数字计算机，而每套计算机中又有两个非相似的处理器。综合飞控系统重量和可靠性等方面的考虑，在研究飞行控制系统可靠性时，拟采用四余度非相似数字电传飞控系统。

2 系统可靠性分析

2.1 液压伺服作动器（SHA）可靠性框图模型

根据液压伺服作动的系统原理图，双通道的液压伺服作动器SHA属于双余度作动系统，可靠性框图属于并联形式，两个伺服控制器并联，两个电磁阀并联，伺服控制器、电磁阀与液压缸组成串联模式。

2.2 电动静液作动器（EHA）可靠性框图模型

根据电动静液作动器的系统原理图，双通道的电动静液作动器EHA可靠性框图属于并联形式，两个电机泵并联，两个蓄能器并联，两个单向阀并联，两个旁通阀并联，电机泵、蓄能器、单向阀、旁通阀与液压缸组成串联模式。

2.3 作动系统可靠性计算

作动系统元部件的故障率（表1）。

单通道SHA的故障率为λSHA=8.2×10-4/h。单通道EHA的可靠度为λEHA=3.7×10-5/h。

2.4 飞行控制计算机FCC可靠性分析

每个主飞行计算机从四余度的ARINC629总线上接收信息，并完成控制律及余度管理的计算。每套主飞行计算机又包含有4条非相似数字计算机处理器通道。正常情况下，其中一个通道输出作为备份，其余三个由多数表决来决定输出。一旦当前三个通道检测出一个故障通道后，该通道立即被断开，由备用通道代替。

3 飞机三轴控制系统可靠性分析

3.1 滚转结构控制系统可靠性分析

滚转控制是由飞机机翼上的扰流板和副翼完成，所以滚转控制系统的可靠性取决于扰流板以及副翼的可靠性。每块扰流片都是作动筒电子控制装置（ACE）和单通道的作动器控制，每个副翼都是由双余度作动器控制。作动筒电子控制装置ACE是一个信号变换器，而且能够实现电传操纵系统的直接操纵模式。左右两机翼的扰流片功能完全对称，属于串联模式。由此可得出飞行滚转控制的可靠性框图，见图1。

3.2 航向结构控制系统可靠性分析

飞机飞行航向轴控制由方向舵完成，航向控制的可靠性由方向舵的可靠性决定，见图2。

3.3 俯仰结构控制系统可靠性分析

飞机俯仰控制由升降舵完成，俯仰控制的可靠性由升降舵的可靠性决定。升降舵可靠性框图如图3所示。

4 飞行控制系统可靠性计算

根据第2、3节分析，可以计算飞行控制系统的可靠性如下：

（1）飞行控制计算机可靠性飞行控制计算机的可靠性为：

λFCC=2.43×10-11+5.2×10-11=7.63×10-11

（2）副翼系统的故障率，副翼可靠性框图为串-并联模型。则整个副翼的可靠性为：

λAilerons=6.985×10-12×2=1.397×10-11/h

（3）扰流片系统的可靠性计算整个扰流片系统的可靠性為：

λSpoilers=7.06×10-18×2=1.412×10-17/h

由此可得到飞行滚转控制的可靠性为：λRoll=3.267×10-18

（4）方向舵系统可靠性计算则航向控制的可靠性为：

λYaw=7.43×10-11/h

（5）俯仰控制的可靠性为：λPitch=2.387×10-11/h

综上可得整个飞行控制系统的故障率为：

λ飞控=λRoll+λYaw+λPitch

=3.267×10-18/h+7.43×10-11/h+2.387×10-11/h

=9.776×10-11/h

3 结论

目前世界各国对民用大型飞机飞控作动系统安全可靠性提出的指标一般是飞控系统的失效率低于1×10-9/h，通过以上分析，该飞行控制系统的失效率低于国际民用飞机的失效率，满足安全飞行要求。

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