直升机:电传操纵

为了更好的适应现代战争及国民经济建设的快速发展需求,要求直升机必须转变传统机械式操作系统,全面采用电传操作系统,本文全面分析了电传操作系统的优缺点,探讨了电传操作系统在直升机中的有效应用。

直升机:电传操纵

1.电传操作系统优缺点的分析

直升机:电传操纵

1.1电传操作系统的优点

比较电器组合而言,机械操作系统的组合比较复杂,利用基于电气操作的电传操作系统,可以轻松使得主操作系统同其他操作系统有效连接,对于传统机械操作系统而言,通常采用的是中央驾驶杆,电传操作系统可以利用小侧杆进行操纵,不仅有效减轻了驾驶人员的工作负担,还确保了驾驶人员观察仪表过程中实现不会受到中央驾驶杆的干扰,有效消除了重力加速度对于驾驶人员以及驾驶杆输入量的影响;有效减轻了操作系统的重量,直升机约能减轻重量86%左右;此外,电传操作系统和有效缩减了操作系统的体积。通常而言,电传操作系统较为传统机械操作系统而言,可减少50%左右的空间;由于电传操作系统采用的是多余度设计,在机身及机翼中有总线分置,如果利用电气形式进行能源的提供,即动力电传,将大幅提高其战斗生存力。

1.2 电传操作系统的缺点

首先就单通道电传操作系统而言,其可靠性较低,为了有效提高系统的可靠性,需要利用三余度甚至四余度系统;其次,电传操纵系统成本高;就单通道系统而言,系统成本较机械操作系统低,但由于必须依靠余度系统方可确保系统运行的可靠性,因此电传操作系统成本仍然相对偏高,需要加快降低部件成本,简化余度;再次,电传操作系统已受到电磁脉冲或雷击的干扰,统计显示,平均雷击率每个飞行小时约为7×10-7次方,必须尽快加强系统电磁脉冲,以雷击的抗干扰性;此外,现代直升机常利用复合材料,使用率平均超过30%,这样会导致电子元件缺乏金属屏蔽保护,进一步加剧了电磁干扰及核辐射等问题。

2. 直升机电传操作系统设计要点

直升机:电传操纵

贝尔525:世界第一架电传操纵民用直升机

2.1设计思路

对于直升机电传操作系统而言,其操纵的反馈过程,均通过电信号综合输入实现的。因此,所有诸如高度、航迹、姿态等自动控制系统都能够轻松利用电传操纵系统,实现有效的控制与操纵。由于电传操纵系统中必须具有增稳控制系统,因此,在设计过程中,必须将控制增稳的系统作为内回路,将具有增稳控制系统的直升机视为一个新型直升机,并对外回路进行科学设计。

对于纵向、侧向增稳系统而言,其可采用传统的频域法结合根轨迹法进行设计,也可利用时域法,常用的是极点、特征向量配置法,以及二次型最佳控制法进行设计。

2.2 相关设计指标分析

对于增稳控制系统而言,其设计过程需要确保闭环飞行的品质,并满足国军标一级飞行品质的相关要求,此外,原部件也必须满足相关的品质规范要求。电传操纵系统另一个重要特征,既保障其稳定性与可靠性,且不能低于电传机械操纵系统的稳定性与可靠性,因此,电传操纵系统必须为多余度系统,“可靠性”成为系统设计过程中最为关键的指标之一。对于直升机而言,失效率应达到10-7次每飞行小时,指的是导致直升机机毁人亡的概率。

因此要求设计人员已经精心选取余度水平,科学进行系统元部件及可靠性设计。有关可靠性相关要求,可参阅相关资料,这里不再赘述。同可靠性相关的要求,即抗雷击能力。对于机械操纵系统直升机而言,如果电子线路受破坏,可以尽快返航,但对于纯电传操作系统直升机而言,一旦电子线路受损,将导致驾驶人员束手无策,只能弃机跳伞。为此,必须采取各种措施,最大限度的减小雷击感应电压,例如利用多点接地等屏蔽措施,进行雷电滤波等。还可利用非相似于度、光纤传输信号等,缩短传输电线,无论采用何种方法防雷,投入应用前,都需要通过雷电实验。

2.3典型电传操纵系统结构与原理分析

正如上文所提到的,当前全球各国所研制的电传操纵系统有很多,本文以典型电传操作系统为例,对直升机电传纵系统的结构及原理进行分析。

典型电传操作系统上方两个通道是二余度操作系统,下方三个通道为备份使用的三余度模拟操作系统,其共同利用三余度信号传感器进行输出,经表决器形成相应的指令信号。对于数字式电传操纵系统而言,各套均包括传感器、监控器、伺服放大器,分别对一个电液伺服阀进行控制,左侧为工作法,负责驱动动筒运动,右侧阀门负责监控。若工作阀和监控阀二者压差超出了容许值,将被判定出现故障,。上方两通道数字机也是利用比较监控对故障进行判别的。由于其缺乏自监控能力,因此,一旦出现故障,会立即切除改用备用操纵模拟系统。三余度模拟操纵系统,类似于驾驶感信号变换器,判断故障需要两两进行比较,将故障通道切除之后,将确保一次故障工作。

总体而言,二余度数字系统结合备份模拟操纵系统,可以保障二次故障工作。单其实,系统是利用五余度才确保了二次故障工作,就尺寸的重量、成本及维护性方面而言,仍相对较差。但这是专门为实验数字式系统的可操纵性而设计的。经多次试验发现,该二余度数字系统运行十分可靠,为数字式电传操纵系统的全面应用奠定了基础,也为主动控制功能的研究提供了条件。

3.结束语

总而言之,电传操纵系统已经在固定翼飞机以及直升机操纵系统中得到了广泛的应用,随着直升机性能的逐步提升,以及现代电子技术的不断发展,电传操纵系统也将逐步朝着自适应控制系统方向发展,自适应控制系统由于采用的神经网络并进行处理技术,通过光纤实现数据的大量传输,因而将推动电传控制系统逐步发展成为光传控制系统,并将在直升机领域得到更广泛和深刻的应用。

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