直升機(jī)飛行控制第7章.doc

《直升機(jī)飛行控制第7章.doc》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、第7章光傳飛行控制系統(tǒng)7.1光傳飛行控制系統(tǒng)概述7.1.1光傳操縱系統(tǒng)概述1發(fā)展背景自1903年萊特兄弟用機(jī)械操縱系統(tǒng)完成人類首次飛行以來，科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，飛機(jī)性能不斷提高，飛機(jī)上各種系統(tǒng)也日趨完善。然而飛機(jī)操縱系統(tǒng)的發(fā)展相對緩慢，機(jī)械操縱系統(tǒng)仍在許多飛機(jī)上使用。這種系統(tǒng)在駕駛桿和飛機(jī)的舵機(jī)之間存在一套相當(dāng)復(fù)雜的機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置和液壓管路。駕駛員操縱駕駛桿，通過聯(lián)動(dòng)裝置控制舵面，以保持期望的飛行姿態(tài)和航跡。隨著飛機(jī)性能的不斷提高，這種單純的機(jī)械操縱系統(tǒng)已遠(yuǎn)不能滿足要求。于是設(shè)計(jì)者們借助于增穩(wěn)系統(tǒng)和控制增穩(wěn)系統(tǒng)改善飛機(jī)的操縱性能。盡管如此，機(jī)械操縱系統(tǒng)的固有缺

2、點(diǎn)還是難以克服，如體積大、重量大、存在摩擦間隙非線性等。上世紀(jì)50年代末人們提出了一種全新的方案——電傳操縱系統(tǒng)(FBW:Fly-by-Wire)，它消除了機(jī)械操縱系統(tǒng)中布滿機(jī)身內(nèi)部的連桿裝置。電傳操縱系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是明顯的，它減輕了操縱系統(tǒng)的重量，減少了體積，節(jié)省了設(shè)計(jì)和安裝時(shí)間，提高了飛行操縱系統(tǒng)的可靠性、生存性，大大改善了飛機(jī)的操縱品質(zhì)。但電傳操縱系統(tǒng)也有其自身的缺陷，其中最主要的是它不能防御電磁干擾(EMI)和閃電等造成的電磁脈沖(EMP)。現(xiàn)代飛機(jī)性能不斷提高，電子設(shè)備日趨復(fù)雜，飛機(jī)的大型化和采用余度技術(shù)等必然導(dǎo)致電纜用量增加、線路布局更加復(fù)雜，增加

3、了各線路間的干擾、地環(huán)流的相互影響等，嚴(yán)重時(shí)系統(tǒng)將不能正常工作。與此同時(shí)，未來的飛機(jī)期望采用復(fù)合材料代替目前使用的鋁合金，這對于減輕飛機(jī)重量，從而提高飛機(jī)機(jī)動(dòng)性是極為有利的，預(yù)計(jì)可減少飛機(jī)重量的15%～40%。但作為飛機(jī)蒙皮的鋁合金外殼起著屏蔽罩的作用，它可大大減輕飛機(jī)遭電磁干擾時(shí)對飛控系統(tǒng)的影響，鋁合金材料應(yīng)用的減少、復(fù)合材料應(yīng)用的增加意味著屏蔽作用的削弱乃至消失，因此必須采取防御措施。另外，核爆炸時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁輻射，電磁場強(qiáng)度相當(dāng)大，對金屬導(dǎo)線及電子元器件組成的電傳操縱系統(tǒng)的危害相當(dāng)大。作為軍用戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)，電子戰(zhàn)的對抗也對飛機(jī)內(nèi)的電子系統(tǒng)的生存能力提

4、出更高的要求。解決上述問題的最基本方法是把光纖傳輸技術(shù)應(yīng)用于飛控系統(tǒng)，即光傳操縱系統(tǒng)(FBL:Fly-by-Light)。所謂光傳操縱，是指飛機(jī)的飛行控制，發(fā)動(dòng)機(jī)控制和航空電子系統(tǒng)中以光纖作為信號(hào)傳輸媒介，以光的形式代替電信號(hào)傳輸。它可有效地防御EMI、EMP，防止雷擊、核爆炸等引起的電磁脈沖干擾，而且具有體積小、重量輕、傳輸容量大等優(yōu)點(diǎn)，從而大大改善了飛機(jī)的操縱品質(zhì)，提高了飛機(jī)系統(tǒng)的可靠性及生存能力。可以預(yù)見的是，光傳操縱系統(tǒng)將首先在直升機(jī)上得到廣泛應(yīng)用。因?yàn)橄鄬τ诠潭ㄒ盹w機(jī)，直升機(jī)空間更加狹小，基本上所有的電子設(shè)備均集中于機(jī)頭座艙的下方，相互干擾嚴(yán)重。

5、并且由于直升機(jī)特定的飛行任務(wù)，它在工作中更易受外界環(huán)境的影響。隨著現(xiàn)代化戰(zhàn)爭的發(fā)展，直升機(jī)被越來越多的應(yīng)用于電子戰(zhàn)，信息戰(zhàn)等非常規(guī)作戰(zhàn)任務(wù)，光傳操縱系統(tǒng)在直升機(jī)上的應(yīng)用顯得更為重要。由光纖代替銅導(dǎo)線傳輸是二十世紀(jì)90年代后的必然趨勢，光傳操縱系統(tǒng)被航空界譽(yù)為第三代操縱系統(tǒng)。2光傳操縱系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)光傳操縱系統(tǒng)采用光纖作為傳輸媒介，信號(hào)傳輸以光的形式，而不是以電的形式進(jìn)行傳遞，因而具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：1)光纖可以有效地防御電磁干擾、電磁感應(yīng)以及由閃電或雷擊引起的電磁沖擊，對核爆炸引起的電磁脈沖不敏感，這是光纖用于飛控系統(tǒng)最直接、最主要的原因。2)光纖一般由SiO

6、2晶體組成，纖芯很細(xì)，可以大大減輕系統(tǒng)的重量。如1公里長8芯光纜僅重60千克，而1公里長8芯銅纜重4.8噸。軍用特制光纜每公里僅5千克左右。3)光纖是介質(zhì)材料，不向外輻射能量，不存在金屬導(dǎo)線所固有的地環(huán)流和由此引起的瞬間擾動(dòng)。4)光纖的頻帶很寬，傳輸信號(hào)速率高、容量大，利用時(shí)分復(fù)用技術(shù)和波分復(fù)用技術(shù)可實(shí)現(xiàn)信號(hào)的多路傳輸，由此可大量降低傳輸線纜所占的空間，減小體積。5)光纖在機(jī)載環(huán)境下(高溫、高壓、振動(dòng)等)抗腐蝕性和熱防護(hù)品質(zhì)優(yōu)良。6)光纖的電隔離性好，避免了電火花的產(chǎn)生，從而消除了電火花引起爆炸的可能性。7)傳輸損耗低，同軸電纜1.5公里需有中繼站，而光纖

7、可傳輸上百公里無需中繼站。8)與銅電纜相比，光纖具有較大的成本優(yōu)勢。表7-1為美國A-7飛機(jī)的飛控系統(tǒng)采用光纖和銅導(dǎo)線的比較，從中可看出光傳的優(yōu)勢。表7-1A-7飛機(jī)的光傳、電傳比較銅導(dǎo)線光纖比較所用數(shù)量30213減少95.6%電/光纜連接器質(zhì)量(千克)14.451.2減少91.7%總長度(米)576.168.3減少88.1%費(fèi)用(美元)16301030減少58.2%3研究概況國外對光傳系統(tǒng)的研究早在70年代初就已經(jīng)開始，特別是以美國為首的西方國家憑借先進(jìn)的科技和雄厚的資金，對光傳系統(tǒng)的研究處于領(lǐng)先地位，已取得了一系列成果。1975年，美空軍飛行試驗(yàn)中心在

8、A-7D飛機(jī)上利用光纖作為數(shù)據(jù)傳輸線，同時(shí)備有雙通道的同軸電纜傳輸