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航空器飞行控制系统地面试验

/aircraft ground tests of flight control system/
条目作者焦宗哲

焦宗哲

最后更新 2022-12-23
浏览 110
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为验证航空器在空中能否安全、可靠飞行而针对飞行控制系统设计开展的一系列试验。

英文名称
aircraft ground tests of flight control system
所属学科
航空宇航科学与技术

航空器飞行控制系统由三大部分组成,包括航空器大脑—飞行员与电传计算机(或是飞行器管理计算机),下面简称为计算机;航空器感官系统—传感器,通常有总静压传感器、总/静温传感器、过载传感器、角速率传感器、迎/侧滑角传感器、无线电高度表、惯导、GPS/北斗等部件;航空器四肢—舵机、舵面、转弯和刹车等组成的作动系统。航空器通过感官系统感受到航空器当前高度、速度、姿态、位置等信息,信息经大脑分析与综合后产生相应指令,指令被四肢执行后航空器就会做出相应动作。

根据系统研制阶段与步骤,以大型飞机为例,航空器飞行控制系统地面试验通常可分为飞行品质模拟试验飞行控制系统铁鸟试验飞行控制系统机上地面试验

针对航空器大脑在设计阶段进行的控制律优化设计试验。控制律优化设计一般都在飞行模拟器上进行,用一组有经验的飞行员直接参与新研航空器总体方案的设计论证,飞行员们根据他们丰富的飞行经验在飞行模拟器上进行模拟飞行,飞行模拟器为他们提供尽可能逼真的飞行环境,他们通过操纵飞行模拟器,观察飞行仪表,感受窗外视景、过载、音响等来评定航空器的飞行控制律和飞行品质,对控制律的初步设计提出修改意见,工程师们据此对控制律软件进行修改,再到飞行模拟器去飞行,经过多次迭代,设计出满意的飞行控制律。

是在系统研制阶段开展的试验,用于鉴定系统内各部件与整体飞控系统是否满足设计要求并能否安全、可靠工作。为了逼近机上试验效果,铁鸟试验在组建试验环境时对于液压管路、电路和舵面基本按照真实航空器1∶1比例建造,组成飞控系统的各真实部件均安装到位,并达到可试验状态。试验内容有各部件试验和全系统综合试验,部件试验一般包括静、动态性能试验,检查各部件在功能、性能、接口等方面实际特性是否满足设计规范要求;全系统综合试验一般包括自检测性能试验和飞控系统闭环试验,检查各设备之间的接口相容性,自检测正确性,控制逻辑,航空器各工作模态下性能的优劣,以及软件运行正确性和硬件工作的匹配性。

铁鸟试验环境中操纵杆与操纵按钮安装在操作舱中,舵机和舵面固定在铁鸟台架上,使用信号发生与采集装置可测试操纵杆、作动系统的静/动态特性。其他测试设备还有:总静压激励器,用来测试总静压传感器;角速率转台,用来测试角速率传感器;过载转台,用来测试三轴过载传感器;温箱,用来测试总静温传感器;迎/侧滑角转台,用来测试迎/侧滑角传感器;三轴惯导转台,用来测试惯导的角度和角速率;无线电高度表激励器,用来测试无线电高度表;信号管理系统、接口仿真系统和数据记录设备,用来仿真各部件信号并存储结果数据,用来测试计算机的接口、余度管理、控制律特性以及和外围设备的交联关系;以上这些部件级试验均为开环试验,当所有可激励的传感器、飞行员、操纵杆、计算机以及作动系统与信号管理系统、飞行仿真系统、接口仿真系统、数据记录设备和激励设备全部连接并运行起来之后,就可以进行全系统闭环试验,如系统稳定性试验、时域响应试验、闭环余度管理试验、飞行模拟试验和系统强化试验等。

是在航空器飞行控制系统铁鸟试验完毕之后,在真实航空器上对其进行的性能测试,一般包含性能校核试验(试验内容与铁鸟试验大体相同)、电磁兼容性试验和结构模态耦合试验。

机上性能校核试验与铁鸟试验内容大体相同,不同的是一个铁鸟台架上进行,一个在真实航空器上进行。由于机上试验一般在外场进行,因此某些传感器驱动设备(如加速度转台和惯导转台等)难于引入系统试验,而铁鸟试验已经验证,试验内容可根据实际情况进行更改和缩减。

机上电磁兼容性试验多在外场开阔地进行,与机上其他设备同时开展,试验项目通常有:辐射发射测试,传导发射测试,机载电子设备相互干扰检查,用电设备对敏感设备的干扰检查和飞行控制系统安全系数测试。对于飞行控制系统来说,在检查其他设备对它的干扰时,不仅要观察系统是否工作正常,还要观察并测量主要舵面的偏移和抖动量。

结构模态耦合试验是为了确定航空器不存在气动伺服弹性不稳定现象,即确定航空器在各种工作模态下舵面均不会发生振荡,有开环频率响应试验和闭环脉冲响应试验,开环频率响应试验是在航空器大脑指令与作动舵面断开的情况下,测得从作动舵面到大脑指令的开环频率特性,确定伺服弹性稳定裕度,如果不满足稳定裕度,就要调整飞行控制系统参数,直到满足稳定裕度要求为止;闭环脉冲响应试验是在航空器控制系统输入输出完好的情况下,给定飞行控制系统一个额定增益,再输入脉冲信号,观察作动舵面是否衰减,根据额定增益和舵面衰减情况来判断系统的伺服弹性稳定性。

  • 张明廉.飞行控制系统.北京:国防工业出版社,1984.
  • 张德发,叶胜利,等.飞行控制系统的地面与飞行试验.北京:国防工业出版社,2003.

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