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民航通:飞机的“方向盘”

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飞机没有方向盘,取而代之的是飞机的“操纵杆”。

操纵杆作为飞机操纵系统的关键部件之一,也被称作驾驶杆,它将飞行员与操纵系统联系起来,主要作用是为飞机飞行控制系统提供操纵指令,实现飞机的三轴控制。一般来说,飞机使用的操纵杆为中央杆、盘和侧杆。

操纵杆的作用

飞行过程中,飞行员主要通过操纵杆/盘和脚蹬操纵升降舵、方向舵、副翼,实现飞机飞行状态的转换,以完成起飞、爬升、巡航、下降、进近着陆等。操纵杆随着飞行器的诞生而诞生,操纵杆的发展与飞机飞行控制系统的发展相伴而行,操纵杆跟随着飞机飞行控制系统的成长而变化。最早的飞机以机械操纵为主,这种操作方式比较简单基础,操纵杆动作通过杆、绳索和滑轮组等组件直接传达给执行机构。但是由于后来飞机设计得越来越大,飞行速度不断加快,机身结构越来越重,风阻也越来越大,这种需要靠飞行员体力来完成操纵的系统逐步被飞机市场所淘汰。20世纪50年代起,飞行操纵系统以液压助力的机械操纵为主,与千斤顶的原理相似,操纵杆动作传递至液压活塞,再推动液体,另一端活塞随之去推动执行机构。这种操纵系统依然是通过机械方式实现,仍旧需要飞行员能够直观地“看到”自己的动作。20世纪70年代起,飞机飞行控制系统被电传操纵系统逐渐占领,操纵杆的动作通过伺服机构转化为电信号,通过电缆传输至执行机构。这种操作方式无须飞行员“做大动作使大力气”,同时节约了驾驶舱的空间。

中央杆/盘位于飞行员两腿之间,用双手操作,前后移动控制飞机俯仰、左右旋转和控制飞机滚转。侧杆包括弹簧和阻尼装置,采用固定杆力曲线。飞行员可以通过前后移动手柄来实现飞机的俯仰和翻滚运动。中心杆/盘比侧杆有更多的部件,包括传力索、扭杆、杆力机构、伺服电机等。其体积分散不易计数,但其重量和占据空间一般是侧杆的数倍。中心杆/盘的安装比较复杂,不易拆卸。整个设备大部分只能在日常维护时更换,而侧杆是独立的可更换单元部件,可在20-30分钟内完成更换。由于操纵杆与飞机被控面之间没有机械连接,飞行员在控制过程中很难直接感受到飞机被控运动后的反作用力,这使得飞行员“感觉不足”,因此控制可能过快、过度或难以及时纠正。为了弥补感觉的不足,伺服控制技术开始成熟,研究了主动侧杆技术。

主动侧杆可以根据不同飞行环境和要求调整操纵杆的力位移特性,获得良好的操纵性能目前还未出现主动侧杆在商用飞机上应用的案例,主要研究集中在地面试验或直升机、战斗机应用方面。在现役的空客飞机上,被动侧杆得到了广泛的飞行验证。

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