A320飞机电传操纵系统的控制律及其重构浅析

摘 要：A320飞机率先在民用运输机领域采用电传操纵系统，将驾驶员的操纵指令转变成电信号传递给飞行控制计算机，由飞行控制计算机根据飞机飞行的不同阶段，生成不同的控制律，控制飞机的姿态。本文简介了A320飞机的正常控制律、备用控制律和直接控制律的特点及所提供的保护，并介绍了控制律之间的重构与转换关系。

关键词：A320飞机；电传操纵系统；控制律

中图分类号：V227 文献标识码：A

A320飞机是欧洲空中客车公司研发的经典中短程民用运输机，此机型率先在民用运输机领域采用电传操纵系统。所谓电传操纵系统是指将驾驶员的操纵指令转变成电信号，传递给飞行控制计算机，飞行控制计算机同时通过传感器接收飞机姿态响应的反馈信号，并将这些电信号进行综合比较和运算处理，按照既定的控制律，将控制指令输送到舵面驱动装置，驱动舵面偏转，实现对飞机姿态的控制。采用电传操纵后，飞行的自动化程度大大提高，驾驶员从直接操纵者转变为监控者和管理者，显著降低了驾驶员的工作负荷，提高了飞行安全性[ 1-2 ]。

1 A320飞机控制律的重构与转换

控制律即控制规律，飞行控制计算机根据不同的工作模式计算控制律，并生成必要的控制指令，控制飞机姿态。A320飞机有三种控制律，包括正常控制律（Normal Law）、备用控制律（Alternative Law）和直接控制律（Direct Law），备用控制律和直接控制律是降级的飞行控制律。此外，俯仰、偏航轴还可采用机械备份操纵[ 3 ]。

如图1，正常、备用、直接控制律具有自动重构能力，在正常使用状态或飞控计算机、传感器、电源发生单故障状态下，因电传操纵系统采用余度技术，所以飞机仍可采用正常控制律。多个飞行控制、液压或电源系统的失效会导致飞行控制律的降级。

当多个故障发生时，根据后续故障出现的数量和性质正常控制律会由备用或直接控制律自动接替。在飞行中，根据故障的数量和性质，也可由备用控制律转换为直接控制律。在某些特定场合，可通过駕驶员干预再次接通备用模式。在此基础上，再发生一次故障将导致转换至机械备份操纵。机械备份控制可以主动地超控正常控制律、备用控制律和直接控制律，尤其在正常控制律、备用控制律、直接控制律都失效时能够维持飞机的安全飞行和着陆。

2 A320飞机控制律

2.1 正常控制律

正常控制律提供基本控制律，保证飞机的操纵，提供飞机在整个飞行包线内的保护，减轻机动飞行载荷。

如图2，飞行控制计算机对飞机的控制有三种基本模式，即地面模式、飞行模式和拉平模式。在不同模式下，针对不同的控制律，系统给飞机提供的保护也不同。

在地面模式下，侧杆与升降舵及滚转舵面直接联系，方向舵由脚蹬机械控制，偏航阻尼功能可用。地面模式在拉平模式之后，当主起落架减震支柱压缩且俯仰姿态确认无误时生效。

飞行模式在地面模式之后，当主起落架减震支柱伸出，且俯仰姿态确认无误时生效。在飞行模式下，正常控制律提供五种保护，俯仰姿态保护、 载荷因数保护（过载保护）、坡度角保护、高速保护和失速保护（大迎角保护）。

俯仰姿态保护是指电传操纵系统依据飞机的速度和襟翼放下的角度对俯仰姿态进行保护，有效地防止飞机由于俯仰角过大而失控。载荷因数保护（过载保护）是指当驾驶员的操纵引起飞机过载变化时，计算机系统会对过载进行自动限制，防止飞机载荷因数过大而导致结构受损。坡度角保护是指在不同的飞行状态下，对飞机的坡度角进行限制，防止飞机失速。高速保护是指飞机的速度超过最大操纵速度VMO或最大操纵马赫数MMO时，侧杆操纵机头向下权限渐渐地减小，同时飞行控制计算机会给飞机一个恒久的抬头指令以协助飞机恢复至正常飞行状态。随着飞机迎角的增大，飞机速度逐渐减小，当飞机速度减至低于VMO或MMO时，正常操纵法则恢复，高速保护解除工作。失速保护（大迎角保护）指在正常法则下，即使侧杆柔和地一直向后拉到底，迎角都不会超越最大迎角值。飞机着陆之前需要拉平，拉平模式在飞行模式之后，且飞机低于一定高度时生效。在拉平模式下，正常控制律提供两种保护，失速保护和坡度角保护。

2.2 备用控制律

备用控制律仅提供基本控制律，操纵性能降低，且比正常模式所提供的保护少。在此基础上，再发生故障，根据故障的性质将引起向直接控制律或机械备份操纵的转换。

如图3和图4所示，备用控制律分为有降级保护的备用控制律和无降级保护的备用控制律，其中，有降级保护的备用控制律可为飞机提供载荷因数保护、高速保护和失速保护。而无降级保护的备用控制律只提供载荷因数保护。

2.3 直接控制律

飞机在地面时，飞机的控制律就是直接控制律。在直接控制律下，飞机在正常控制律下的所有保护功能将会失去，此时驾驶杆至操纵面之间保持直接的联系，而不经过计算机处理和判断，这和传统飞行操纵系统的构成类似。直接控制律下，只可进行人工配平。

2.4 机械备份操纵

当以上三种控制律都失效时，机械备份操纵允许应用俯仰配平手轮和方向舵脚蹬对飞机进行俯仰和偏航操纵，保证飞机的基本姿态的控制，只要情况允许可机械操纵飞机着陆，使飞机的安全性能得到大大的提高。

3 结语

A320飞机开创性地采用了电传操纵系统，电传操纵系统的核心部件为飞行控制计算机。飞行控制计算机根据飞机飞行的不同阶段，生成不同的控制律，确保飞机的过载在飞行包线范围内，并且限制了飞机的飞行姿态，防止了失速的发生，极大地减轻了驾驶员的负荷，保证了飞行安全。

参考文献：

[1] 庄绪岩，徐亚军.民机电传操纵系统发展现状及趋势.科技创新导报，2014（5）：81.

[2] 黄国华，李洋，廉风慧.飞机电传操纵系统的发展概况.现代教育科学，2009（S1）：414-415.

[3] A319/A320/A321 TECHNICAL TRAINING MANUAL. Airbus Industrie.

作者简介：周蜜（1981-），女，汉族，河北唐山人，硕士，讲师，研究方向：民用飞机结构与设计、航空器维护与修理方向的科研及教学工作。