本發(fā)明屬于航空技術(shù)領(lǐng)域，是關(guān)于一種飛機(jī)自動(dòng)油門系統(tǒng)，具體地說，是實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)飛行速度自動(dòng)保持功能，主要應(yīng)用于螺旋槳類大中型運(yùn)輸機(jī)和民用飛機(jī)。

背景技術(shù)：

螺旋槳類大中型運(yùn)輸機(jī)通過自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)飛行控制，減輕駕駛員的工作強(qiáng)度。由于這種自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)無(wú)自動(dòng)油門系統(tǒng)，不能實(shí)現(xiàn)與自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)和機(jī)械式發(fā)動(dòng)機(jī)操縱系統(tǒng)交聯(lián)，實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行速度的控制，尤其在低動(dòng)壓狀態(tài)下，無(wú)法滿足速度穩(wěn)定以及對(duì)航跡角的控制要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)發(fā)明目的

本發(fā)明克服了螺旋槳類大中型運(yùn)輸機(jī)現(xiàn)有自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)，提供了一種新型自動(dòng)油門系統(tǒng)，通過與自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)和機(jī)械式發(fā)動(dòng)機(jī)操縱系統(tǒng)交聯(lián)，實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)飛行速度自動(dòng)保持功能。

(二)技術(shù)方案

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種飛機(jī)自動(dòng)油門系統(tǒng)(原理交聯(lián)圖見附圖1)，其包括操縱部件1、敏感元件2、顯示告警單元5、綜合飛控計(jì)算機(jī)7、自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)9、油門伺服控制器11、第一油門桿作動(dòng)器13、第二油門桿作動(dòng)器14、速斷開關(guān)19、1發(fā)油門桿21、2發(fā)油門桿22、3發(fā)油門桿23、4發(fā)油門桿24、1號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)25、2號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)26、3號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)27、4號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)28，其中：

操縱部件1通過一電纜3與綜合飛控計(jì)算機(jī)7交聯(lián)，敏感原件(信號(hào)源)2通過二電纜4與綜合飛控計(jì)算機(jī)7交聯(lián)，顯示、告警單元5通過三電纜6與綜合飛控計(jì)算機(jī)7交聯(lián)，自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)9通過四電纜8與綜合飛控計(jì)算機(jī)7交聯(lián)。

油門伺服控制器11通過五電纜10與綜合飛控計(jì)算機(jī)7交聯(lián)，通過六電纜12與第一油門桿作動(dòng)器13和第二油門桿作動(dòng)器14交聯(lián)，第一油門桿作動(dòng)器13通過三鋼索17與1發(fā)油門桿21連接，第一油門桿作動(dòng)器13通過四鋼索18與4發(fā)油門桿24連接，第二油門桿作動(dòng)器14通過二鋼索16與2發(fā)油門桿22連接，第二油門桿作動(dòng)器14 通過一鋼索15與3發(fā)油門桿23連接。

1發(fā)油門桿21通過1發(fā)鋼索29與1號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)25連接，2發(fā)油門桿22通過2發(fā)鋼索30與2號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)26連接，3發(fā)油門桿23通過3發(fā)鋼索31與3號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)27連接，4發(fā)油門桿24通過4發(fā)鋼索32與4號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)28連接。

速斷開關(guān)19通過七電纜20與綜合飛控計(jì)算機(jī)7交聯(lián)。

油門桿作動(dòng)器與發(fā)動(dòng)機(jī)油門桿的連接關(guān)系見附圖2，其中：

第一油門桿作動(dòng)器滑輪3與一鋼索5連接，第二油門桿作動(dòng)器滑輪4與二鋼索6連接，1、4發(fā)油門桿14與發(fā)動(dòng)機(jī)油門桿鋼索一11連接，2、3發(fā)油門桿16與發(fā)動(dòng)機(jī)油門桿鋼索二12連接，一鋼索5通過螺紋套管一7和螺紋套管二8與發(fā)動(dòng)機(jī)油門桿鋼索一11連接，二鋼索6通過螺紋套管三9和螺紋套管四10與發(fā)動(dòng)機(jī)油門桿鋼索二12連接。

速斷開關(guān)15安裝在1、4發(fā)油門桿14上。

(三)有益效果

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：在中型螺旋槳類運(yùn)輸機(jī)上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)油門控制，與自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)和機(jī)械式發(fā)動(dòng)機(jī)操縱系統(tǒng)交聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)飛行速度的控制，尤其是在低動(dòng)壓狀態(tài)下，滿足了自動(dòng)飛行時(shí)的速度穩(wěn)定以及對(duì)航跡角的控制要求，大大提高了飛機(jī)的自動(dòng)飛行能力和自動(dòng)化水平。

本發(fā)明克服了螺旋槳類大中型運(yùn)輸機(jī)現(xiàn)有自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)，提供了一種新型自動(dòng)油門系統(tǒng)，通過與自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)和機(jī)械式發(fā)動(dòng)機(jī)操縱系統(tǒng)交聯(lián)，實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)飛行速度的自動(dòng)保持功能，提高了飛機(jī)的自動(dòng)飛行能力和自動(dòng)化水平。

附圖說明

圖1為一種飛機(jī)自動(dòng)油門系統(tǒng)框圖；圖中，1.操縱部件 2.敏感原件(信號(hào)源) 3.一電纜 4.二電纜 5.顯示、告警單元 6.三電纜 7.綜合飛控計(jì)算機(jī) 8.四電纜 9.自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng) 10.五電纜 11.油門伺服控制器 12.六電纜 13.油門桿作動(dòng)器(1) 14.油門桿作動(dòng)器(2) 15.一鋼索 16.二鋼索 17.三鋼索 18.四鋼索 19.速斷開關(guān) 20.七電纜 21. 1發(fā)油門桿 22. 2發(fā)油門桿 23. 3發(fā)油門桿 24. 4發(fā)油門桿 25. 1號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī) 26. 2號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī) 27. 3號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī) 28. 4號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī) 29. 1發(fā)鋼索 30. 2發(fā)鋼索 31. 3發(fā)鋼索 32. 4發(fā)鋼索。

圖2為油門桿作動(dòng)器與發(fā)動(dòng)機(jī)油門桿的交聯(lián)框圖。

圖中，1.第一油門桿作動(dòng)器 2.第二油門桿作動(dòng)器 3.第一油門桿作動(dòng)器滑輪 4.油門桿作動(dòng)器(2)滑輪 5.一鋼索 6.二鋼索 7.螺紋套管一 8.螺紋套管二 9.螺紋套管三 10.螺紋套管四 11.發(fā)動(dòng)機(jī)油門桿鋼索一 12.發(fā)動(dòng)機(jī)油門桿鋼索二 13.發(fā)動(dòng)機(jī)油門桿滑輪 14. 1、4發(fā)油門桿 15.速斷開關(guān) 16. 2、3發(fā)油門桿

具體實(shí)施方式

本發(fā)明通過與自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)操縱系統(tǒng)交聯(lián)，實(shí)現(xiàn)速度保持功能

速度控制的方法有兩種：一是通過控制升降舵，改變俯仰角以達(dá)到速度控制；二是通過控制油門桿位移，改變發(fā)動(dòng)機(jī)拉力以達(dá)到速度控制。由于飛機(jī)縱向運(yùn)動(dòng)中飛行速度和俯仰姿態(tài)角之間存在著氣動(dòng)耦合，當(dāng)增加推力時(shí)，不僅直接引起飛行速度的增加，而且還會(huì)引起俯仰角的增大，俯仰角增大又會(huì)導(dǎo)致飛行速度下降。因此，要改變飛行速度必須保持俯仰角。所以，通過自動(dòng)油門系統(tǒng)與自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)交聯(lián)的方式，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)飛行時(shí)角度與速度運(yùn)動(dòng)之間的解耦，在自動(dòng)油門系統(tǒng)對(duì)飛行速度進(jìn)行控制的同時(shí)，由自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)完成對(duì)飛機(jī)縱向運(yùn)動(dòng)參數(shù)的控制或保持。

駕駛員通過操縱部件1上的自動(dòng)駕駛儀接通按鈕接通自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)9，自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)9控制副翼、升降舵和方向舵偏轉(zhuǎn)來維持自動(dòng)飛行時(shí)的姿態(tài)、航向和航跡。駕駛員通過操縱部件1上的自動(dòng)油門接通按鈕接通自動(dòng)油門系統(tǒng)，敏感原件(信號(hào)源)2測(cè)量飛機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)和發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)發(fā)送給綜合飛控計(jì)算機(jī)7，綜合飛控計(jì)算機(jī)7對(duì)接收到的指示空速信號(hào)與系統(tǒng)要求的指示空速信號(hào)進(jìn)行比較，不一致時(shí)，則形成誤差信號(hào)ΔUv，這一誤差信號(hào)進(jìn)入系統(tǒng)控制律進(jìn)行計(jì)算后形成位置控制信號(hào)給油門伺服控制器11，油門伺服控制器11接收綜合飛控計(jì)算機(jī)7發(fā)出的位置控制信號(hào)，綜合油門桿位置等反饋信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算、功率放大，驅(qū)動(dòng)第一油門桿作動(dòng)器13和第二油門桿作動(dòng)器14，每臺(tái)油門桿作動(dòng)器中的電機(jī)接收到油門伺服控制器11發(fā)出的功率驅(qū)動(dòng)信號(hào)，帶動(dòng)減速器工作達(dá)到要求的轉(zhuǎn)速，經(jīng)電磁離合器、摩擦離合器傳遞給滑輪，滑輪將要求的轉(zhuǎn)矩輸出給發(fā)動(dòng)機(jī)油門桿驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)油門桿21、22、23、24偏轉(zhuǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)油門桿的偏轉(zhuǎn)控制發(fā)動(dòng)機(jī)油門角度的改變，發(fā)動(dòng)機(jī)油門的改變使飛機(jī)拉力改變，最終達(dá)到控制飛 行速度的目的。當(dāng)綜合飛控計(jì)算機(jī)7接收到的指示空速信號(hào)與系統(tǒng)要求的空速信號(hào)相一致時(shí)，自動(dòng)油門系統(tǒng)維持當(dāng)前的發(fā)動(dòng)機(jī)油門角度，達(dá)到保持飛行速度的目的。

正常情況下，如果需要斷開自動(dòng)油門系統(tǒng)，可以通過1、4發(fā)油門桿上的自動(dòng)油門速斷開關(guān)19斷開自動(dòng)油門系統(tǒng)。

2油門桿作動(dòng)器與發(fā)動(dòng)機(jī)油門桿的交聯(lián)

由于發(fā)動(dòng)機(jī)操縱系統(tǒng)為機(jī)械式控制系統(tǒng)，所以，油門桿作動(dòng)器與發(fā)動(dòng)機(jī)油門桿的交聯(lián)形式采用滑輪-鋼索的連接形式。油門桿作動(dòng)器的輸出端和發(fā)動(dòng)機(jī)油門桿的輸出端均采用直徑為100mm的滑輪，連接鋼索與滑輪之間采用球頭和開口銷固定，球頭采用HB5-17-2.5，開口銷采用GB91 2×18。油門桿作動(dòng)器鋼索與發(fā)動(dòng)機(jī)油門桿鋼索之間通過螺紋套管連接。油門桿作動(dòng)器上安裝有防脫裝置，防止鋼索從滑輪槽脫落。

安裝調(diào)整方法如下：

第一步：發(fā)動(dòng)機(jī)操縱系統(tǒng)調(diào)整合格，自動(dòng)油門系統(tǒng)處于斷開狀態(tài)，分別測(cè)量4個(gè)油門桿的操縱力，應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求；

第二步：接通自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)；

第三步：調(diào)整第一油門桿作動(dòng)器和第二油門桿作動(dòng)器的滑輪，使滑輪刻線與殼體刻線(白色)對(duì)齊，顯示、告警單元中自動(dòng)油門測(cè)試頁(yè)中油門桿位置表決值在0；

第四步：接通自動(dòng)油門系統(tǒng)，使油門桿作動(dòng)器電磁離合器吸合；

第五步：調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)油門桿，使4臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)油門均處于自動(dòng)油門系統(tǒng)要求的中立位置角度；

第六步：連接發(fā)動(dòng)機(jī)油門桿與油門桿作動(dòng)器的連接鋼索，調(diào)節(jié)鋼索張力，使張力滿足設(shè)計(jì)要求；

第七步：斷開自動(dòng)油門系統(tǒng)與自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)。

3自動(dòng)油門控制律

自動(dòng)油門系統(tǒng)控制律由軟件實(shí)現(xiàn)，裝訂在綜合飛控計(jì)算機(jī)中，為保證不同飛行狀態(tài)下的控制品質(zhì)滿足指標(biāo)要求，控制律能夠進(jìn)行自動(dòng)調(diào)參。綜合飛行控制計(jì)算機(jī)引入速度偏差信號(hào)、速度偏差的積分信號(hào)、俯仰角速率信號(hào)。其中速度偏差的積分信號(hào)起消除穩(wěn)態(tài)誤差作用，俯仰角速率信號(hào)在速度調(diào)整過程中起穩(wěn)定作用，過渡過程大部分是按比例式控制規(guī)律進(jìn)行的，過程收斂快。當(dāng)速度偏差小于一定值時(shí)，積分信號(hào)才接入，以進(jìn)一步減小靜態(tài)誤差。自動(dòng)油門系統(tǒng)的控制律設(shè)計(jì)為：

${\mathrm{\δ}}_P=K_{\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{V}}\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{V}+K_{\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{V}}_i}\∫\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{V}\mathrm{dt}+K_{{\mathrm{\ω}}_z}{\mathrm{\ω}}_z$其中，

當(dāng)空速傳感器給出的信號(hào)Uv與要求的空速信號(hào)Uvg不一致時(shí)，則形成誤差信號(hào)ΔUv，這一誤差信號(hào)進(jìn)入自動(dòng)油門系統(tǒng)，由它改變發(fā)動(dòng)機(jī)油門的位置從而改變發(fā)動(dòng)機(jī)推力以控制飛行速度，最終使飛行速度與要求值相一致。為了改善控制過程的動(dòng)特性，引入了空速的微分信號(hào)，為了提高控制精度還引入速度的積分信號(hào)。自動(dòng)油門系統(tǒng)通過控制自動(dòng)油門位移而控制發(fā)動(dòng)機(jī)，由于從發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)油門出現(xiàn)位移到建立推力的過程是一非周期過程，其時(shí)間常數(shù)較長(zhǎng)，而飛機(jī)速度對(duì)于推力的反應(yīng)過程又是一個(gè)時(shí)間常數(shù)較大的非周期過程，這就決定了整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程是緩慢的。因此，控制律中增加了超前量控制。

由于空速傳感器及縱向加速度傳感器都會(huì)感受到陣風(fēng)干擾，所以，綜合飛控計(jì)算機(jī)對(duì)來自傳感器的信號(hào)進(jìn)行陣風(fēng)濾波，然后再參加控制律運(yùn)算。

綜合飛控計(jì)算機(jī)對(duì)進(jìn)入比例積分控制器的綜合信號(hào)進(jìn)行限幅，從而使自動(dòng)油門不致于有過大的動(dòng)作。另外可設(shè)定速度的變化率，當(dāng)ΔV小于限幅值則按指數(shù)規(guī)律保持于Vgi增加，積分器在小于某一值時(shí)才被接入控制律中進(jìn)行運(yùn)算。這樣系統(tǒng)就有響應(yīng)曲線平滑、無(wú)振蕩、調(diào)節(jié)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。

4系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)

由于自動(dòng)油門系統(tǒng)是通過與自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)和機(jī)械式發(fā)動(dòng)機(jī)操縱系統(tǒng)交聯(lián)，實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行速度的控制，尤其是實(shí)現(xiàn)低動(dòng)壓等特殊狀態(tài)下的速度穩(wěn)定和航跡角控制，所以系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)非常重要，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)：

1)限制系統(tǒng)控制范圍。由于自動(dòng)油門系統(tǒng)是與自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)結(jié)合使用的，根據(jù)飛機(jī)自動(dòng)駕駛儀的使用剖面，通過分析計(jì)算確定出自動(dòng)油門系統(tǒng)控制范圍為：X～84°(X值根據(jù)大氣靜溫與最小油門角度的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行解算確定，X最小值為25°)。

2)限制系統(tǒng)的控制權(quán)限。為了在系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)酷故障時(shí)確保飛行安全，同時(shí)滿足系統(tǒng)功能需求，在考慮包括高度保持精度、速度保持精度、穩(wěn)定爬升、低空機(jī)動(dòng)性以及安全性等各種情況，通過分析計(jì)算確定出自動(dòng)油門系統(tǒng)的控制權(quán)限為-25°～+25°。

3)限制系統(tǒng)的控制速度。油門桿轉(zhuǎn)動(dòng)速率限制的目的就是為了防止太快地推油門，從而造成發(fā)動(dòng)機(jī)喘振，使發(fā)動(dòng)機(jī)停車，太慢，飛機(jī)的響應(yīng)就慢，顯得操縱遲滯。通過分析計(jì)算油門偏轉(zhuǎn)速度確定為 15°/s，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)工作的安全性及飛機(jī)合適的響應(yīng)。

4)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行余度設(shè)計(jì)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)成容錯(cuò)式系統(tǒng)，進(jìn)行余度設(shè)計(jì)，具備一次故障工作、兩次故障安全的能力。

5)設(shè)置BIT功能。系統(tǒng)設(shè)計(jì)有上電自檢測(cè)、地面自測(cè)試、空中自監(jiān)控、失效報(bào)警及故障斷開以及飛行狀態(tài)記錄功能。以便空、地勤人員直接發(fā)現(xiàn)故障采取措施，保證系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)。

6)系統(tǒng)設(shè)置了多種斷開方式。系統(tǒng)設(shè)置了速斷、電源開關(guān)斷開、故障斷開等多種斷開方式，確保系統(tǒng)能夠與發(fā)動(dòng)機(jī)操縱系統(tǒng)可靠斷開。

5狀態(tài)指示

自動(dòng)油門系統(tǒng)向顯示、告警單元發(fā)送系統(tǒng)狀態(tài)信息、故障信號(hào)、測(cè)試信息等，為駕駛員和維護(hù)人員提供良好的人機(jī)交互接口。