高升力系统一般用于客、货运输类飞机,有集中式共轴驱动架构和分布式驱动架构两种构型,国内外使用较多的是集中式共轴驱动架构,由各有若干部件和不同功能的高升力装置子系统、高升力控制子系统和高升力作动子系统3个子系统组成(图1):①高升力装置子系统由前缘缝翼翼面和后缘襟翼翼面组成,主要功能是改变飞机机翼的弯度和面积,以便增加升力和控制阻力。②高升力控制子系统由高升力控制计算机或电动机控制器、手柄操纵机构和位置输出机构组成,主要功能是监测和控制高升力系统,接收外部系统的指令信息,发送系统的状态信息。③高升力作动子系统由动力驱动装置,传动线系、作动器、翼尖制动器以及支撑轴承等组成,功能是提供高升力装置运动所需的动力,同时保护高升力系统。
高升力系统的工作过程(图2):驾驶员操纵控制手柄到指令位置,手柄操纵机构将机械信号转换为电信号传给高升力控制计算机,同时左右位置输出机构将襟/缝翼位置反馈给高升力控制计算机,形成控制指令,控制动力驱动装置驱动传动系统,将力矩和转速经传动线系传给作动器,驱动襟/缝翼舵面放下或收上。安装在传动系统末端的翼梢位置传感器将襟/缝翼舵面位置信号反馈给襟/缝翼控制计算机,准确地控制襟/缝翼到达指令位置并通过翼尖制动器将翼面锁定在指令位置。
高升力系统的发展大致经过了两个时期(图3),即早期的机械式操纵和当前的电传操纵。
早期的机械式高升力系统多采用分布式驱动,由钢索传递指令并使用模拟控制器进行控制,通过独立的液压作动筒驱动。而用液压实现翼面运动同步难度大。因此,美国联邦航空管理局规定,除非当一边襟翼或缝翼收上而另一边襟翼或缝翼放下时,飞机对称面两边的襟翼或缝翼的运动,必须通过机械交连或经批准的等效手段保持同步,以使飞机具有安全的飞行特性。
20世纪80年代后,系统架构基本稳定在“集中式驱动”,即采用一个位于中央的动力驱动装置,通过扭力管向左、右翼面同步传递动力,由作动器驱动翼面进行收放。随着电子技术的进步,电操纵式高升力系统采用数字电传,并增加自动襟翼/缝翼功能。进入21世纪后,随着飞机对燃油经济性要求的提高、高压作动技术的成熟以及复合材料等新技术的应用,开始采用功率自适应技术、高压作动技术,通过内外襟翼差动实现巡航变弯度,这些又均属于不完全的分布式。
从民用飞机高升力系统发展的历程可以看出,主动流控制技术、前后缘自适应技术以及分布式驱动技术将是推动未来民机高升力系统发展的几项关键技术。未来民机高升力系统的发展也离不开这些基础技术的发展。充分运用总体设计技术,从飞机设计的顶层出发,充分运用控制科学、机械、液压、电磁学等各个学科技术,对高升力系统进行全面的优化,取得更完美成绩,是今后发展的主要方向。