民用飞机高升力系统自动收放功能控制逻辑研究

曹俊章

摘 要：以国外某型民用飞机的襟缝翼位置构型为例，总结了目前大型民用飞机高升力系统通用的自动收放功能，提出了这些功能的控制逻辑，并对控制逻辑中的关键参数进行了研究，对于民用飞机高升力系统设计有一定的指导作用。

关键词：高升力系统；自动收放功能；控制逻辑

中图分类号：V267 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）20-0067-02

高升力系统是大型民用飞机的关键分系统之一，由前缘翼面、后缘翼面及其驱动装置组成。包括A320、A340、B737等国外大型民用飞机的高升力系统基本都是由机翼上左右对称的五块前缘缝翼和两块后缘襟翼组成[1]。它们的作用是通过缝翼向下前伸和襟翼后退偏转，改变机翼弯度和面积，增加飞机起飞时的升力和着陆时的升力和阻力，从而，缩小飞机起飞和滑跑距离。此外，后缘襟翼还可以提高在低速飞行时的升力，前缘缝翼增加机翼弯度和面积改善失速特性。

1 襟缝翼位置构型

当前大型民用飞机缝翼一般有三种位置构型，襟翼一般有五至六种位置构型，以国外某型民用飞机的襟缝翼位置构型见表1。

2 高升力系统自动收放功能概述

在飞行阶段，襟缝翼的偏转需要满足飞行安全的需求。当空速较大时，襟缝翼偏转角度過大，有可能会超出翼面结构强度限制，造成结构破坏；而空速较小时，襟缝翼偏转角度过小，则易引起飞机升力不足，甚至导致飞机失速[2]。

为了减轻飞行员负担，更好的满足飞行安全，当前民用飞机高升力系统通常具有自动缝翼、襟翼载荷减缓和襟翼自动收回等多种襟缝翼自动收放功能[3]。自动收放功能依据襟缝翼控制手柄卡位对应襟缝翼位置和空速、高度、迎角等信号进行。

目前大型民用飞机高升力系统主的自动控制功能主要包括缝翼自动锁定功能，缝翼自动伸出功能，襟翼自动收回功能，襟翼载荷减缓功能和襟缝翼巡航锁定功能等[3]。具体到一款民用飞机的设计中，一般不会集合以上全部的高升力系统自动功能，将根据自身总体设计需求选择其中相应的功能。

3 高升力系统自动收放功能逻辑设计

3.1 缝翼自动锁定功能

缝翼自动控制功能，抑制缝翼在低速或大迎角的状态下收回，以防止飞机进入失速或过分损失高度。

过低的空速与过大的迎角都是启动缝翼自动锁定功能的条件，同时当空速或迎角恢复到一定值时，缝翼应能自动解除锁定。根据飞机失速条件，该功能将抑制缝翼从中位到0位，同时还应考虑到空速、迎角等外部信号失效时，该功能不再启用，得到如图1所示缝翼自动锁定功能逻辑设计框图。

值得注意的是，迎角或空速的锁定阈值与迎角或空速的解锁阈值应保持合适的差值，以保证该功能正常启动同时又不会因外部信号剧烈变化而反复启用。

3.2 缝翼自动伸出功能

缝翼自动伸出功能，如果飞机接近失速边界，缝翼由原有位置伸出至相应卡位，以防止飞机失速。

该功能逻辑设计判断阈值与缝翼自动锁定功能类似，得到过低的空速与过大的迎角条件时，缝翼即伸出至相应位置，当空速或迎角恢复到一定值时，一段时间后，缝翼即自动收回至原有位置。该功能相比于缝翼自动锁定功能需要特别注意的是，缝翼伸出速度需保证满足失速边界条件下缝翼及时伸出到相应位置，以确保飞机安全。

3.3 襟翼自动收回功能

襟翼自动收回功能一方面可在襟翼5°时飞机速度过快情况下将襟翼由5°收回至0°，以避免载荷过大的情况；另一方面在低速情况下，也可将襟翼由0°伸出至5°，以提高飞机的升力保证飞机低速性能。襟缝翼命令卡位1卡位与2卡位，可根据空速大小进行自动的收放，如图2所示。

框图中的设定值A与设定值B需要根据气动载荷计算得到，其中设定值B一般接近于襟翼2卡位的标牌速度，设定值A需根据飞机载荷、操稳、性能等需求综合确定。

3.4 襟翼载荷减缓功能

如果空速大于当前卡位的限制速度，襟翼自动收起到适合当前速度的上面卡位位置（15°、20°、25°、30°），以保护襟翼面不因载荷过大而损坏。在该功能的逻辑设计上需要完成两个方面：一方面是襟翼处于以上角度时，飞行速度超过限制速度，襟翼自动收回至上一卡位（不包括25°收回至20°，因为5卡位到4卡位，缝翼角度会发生相应变化），当飞行速度降低至限制速度，襟翼自动伸出至原有卡位；另一方面是手柄卡位变化时，需根据当时空速值确定襟翼角度。襟翼载荷功能逻辑可设计为如表2所示。

其中Vlimit应为襟翼角度的限制速度，而Vα为判断差值，根据襟翼各角度限制速度和控制需求确定，引入±Vα值在襟翼不同位置判断，主要是用于增加该功能的鲁棒性，避免飞行速度在Vlimit值附近小幅跳变使得襟翼反复运动。

3.5 襟缝翼巡航锁定功能

当飞机处于巡航状态，防止因飞行员误操纵或其他原因导致襟缝翼展开。该功能逻辑设计主要考虑以某一高度值或某一空速作为判断阈值，空速过高或巡航高度过大时，襟缝翼手柄若发出襟缝翼从0位运动至其他位置的命令将被抑制，同时向飞行员发出相应告警信息，待高度减小或空速减小后，解除抑制，取消告警。

4 结语

本文总结了大型民用飞机常用的高升力系统自动收放功能，研究了高升力系统自动收放功能的控制逻辑和关键参数，对于详细了解高升力系统自动收放控制功能和电传飞机高升力控制系统设计具有较高参考价值。

参考文献

[1]宋翔贵.电传飞行控制系统[M].北京：国防工业出版社，2003.

[2]朱妍，王博，安钢，高亚奎.大型飞机襟缝翼自动保护控制律设计与仿真[J].飞行力学，2015，33（4）：324-327.

[3]史佑民，杨新团.大型飞机高升力系统的发展及关键技术分析[J].航空制造技术，2016，（10）：75-78.