CN119512815A - 一种中型螺旋桨飞机的电备份系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于航空技术人工飞行控制领域，涉及一种中型螺旋桨飞机的电备份系统及方法。包括：双余度驾驶杆/盘/脚蹬力传感器、操纵面作动器、备份飞控计算机、备份角速率陀螺、1套备份驾驶杆/盘/脚蹬位移传感器，其中，备份角速率陀螺和备份驾驶杆/盘/脚蹬位移传感器与备份飞控计算机通过电缆连接，备份飞控计算机与操纵面作动器通过电缆连接；双余度驾驶杆/盘/脚蹬力传感器与备份飞控计算机通过电缆连接。

Description

一种中型螺旋桨飞机的电备份系统及方法

技术领域

本发明属于航空技术人工飞行控制领域，涉及一种中型螺旋桨飞机的电备份系统及方法。

背景技术

根据标准规范要求，为避免电传操纵系统的共模故障、单点故障，需采用独立于正常系统之外的备份系统。在备份系统的选择上，机械备份系统逐渐被电备份系统取代。无论选择哪种备份系统，备份系统和电传操纵系统应完全独立，且电备份系统还需采取与电传操纵系统非相似的设计。

基于中型螺旋桨飞机的安全性考虑，采用电备份系统时，需要为电备份系统设计一套完全独立的控制系统，用于控制外部供电、指令传感器、控制指令计算机和舵机。为解决机上配电系统失效导致正常系统失效的问题，电备份系统应使用与正常系统隔离的备用电源；为解决飞行控制指令完全失效导致正常系统失效的问题，电备份系统需设置备份传感器；为解决正常系统指令解算完全失效的问题，电备份系统需设置备份飞控计算机；为解决正常系统控制的作动器电气完全失效的问题，作动器需设置备份电气控制线圈，供电备份系统控制。

综上所述，电备份系统应设置备用电源、备份传感器、备份飞控计算机、作动器备份电气控制线圈等，如何充分利用机上资源配置电备份系统，在保证电备份系统安全性不降级的前提下，进一步减轻系统的重量，是本发明的关键目标。

发明内容

发明目的：提供一种中型螺旋桨飞机的电备份系统及方法，在保证电备份系统安全性不降级的前提下，进一步减轻飞行控制系统的重量。

技术方案：

一种中型螺旋桨飞机的电备份系统，包括：双余度驾驶杆/盘/脚蹬力传感器、操纵面作动器、备份飞控计算机、备份角速率陀螺、1套备份驾驶杆/盘/脚蹬位移传感器，其中，备份角速率陀螺和备份驾驶杆/盘/脚蹬位移传感器与备份飞控计算机通过电缆连接，备份飞控计算机与操纵面作动器通过电缆连接；双余度驾驶杆/盘/脚蹬力传感器与备份飞控计算机通过电缆连接。

进一步地，1套备份驾驶指令位移传感器为3台，分别用于测量驾驶杆位移、盘位移、脚蹬位移。

进一步地，备份驾驶杆/盘/脚蹬位移传感器为具备自监控功能的位移传感器。

一种中型螺旋桨飞机的电备份方法，所述方法借助于上述的系统执行，所述方法包括：

步骤1：当由电传正常模式转入电备份模式的情况下，备份飞控系统采集机上的双余度驾驶杆/盘/脚蹬力传感器发送的驾驶杆/盘/脚蹬力信号、备份驾驶杆/盘/脚蹬位移传感器的备份驾驶位移指令信号、备份角速率信号；

步骤2：通过双余度驾驶杆/盘/脚蹬力信号辅助判断备份驾驶位移指令信号的有效性，确定最终的备份驾驶位移指令信号；

步骤3：备份飞控计算机根据最终的备份驾驶位移指令信号和备份角速率信号依次进行控制律的计算、伺服控制、监控，实现对操纵面作动器的控制。

进一步地，步骤1中，当由电传正常模式转入电备份模式，具体包括：作动器控制器全部失效或收到飞行员人工转换电备份模态指令。

进一步地，步骤2，具体包括：

步骤21：若双余度驾驶杆/盘/脚蹬力信号有效且备份驾驶杆/盘/脚蹬位移传感器未报故，则直接使用驾驶杆/盘/脚蹬的备份驾驶位移指令信号；

步骤22：若双余度驾驶杆/盘/脚蹬力传感器无效，则判断备份驾驶杆/盘/脚蹬位移传感器的自监控信号的状态，若自监控信号未报故，则使用驾驶杆/盘/脚蹬的备份驾驶位移指令信号；若自监控信号报故，则驾驶杆/盘/脚蹬的备份驾驶位移指令信号取安全值。

进一步地，步骤1中，采集的备份驾驶位移指令信号，具体为：

飞行员通过操纵驾驶舱内的驾驶杆、盘、脚蹬操纵机构，或者操纵驾驶盘上的水平安定面纵向配平开关驱动纵向配平机构带动驾驶杆操纵机构运动，操纵中央操纵台上的横、航向配平开关驱动配平机构带动驾驶盘、脚蹬操纵机构运动，产生纵向、横向和航向机械操纵位移，并通过备份驾驶杆/盘/脚蹬位移传感器采集并输出至备份飞控计算机。

进一步地，步骤3中的监控，具体包括：

备份飞控计算机将实际操纵面作动器输出位置与计算出预期的操纵面作动器输出位置进行比较，若其差值在设定的误差范围内，则认为操纵面作动器正常，否则电备份系统申报操纵面作动器故障，从而实现操纵面作动器的监控功能。

有益效果：

提出一种中型螺旋桨飞机的电备份系统，保证电备份系统安全性不降级的前提下，进一步减轻飞控系统的重量。

通过余度设计保证了系统的安全性，保证1路液压源、电源失效不影响系统正常工作；解决了驾驶指令信号的冗余设计问题，减轻了系统重量；引入驾驶力传感器的信号辅助判断驾驶指令位移信号的有效性，保证了系统的安全性。

附图说明

图1为基础电备份模式示意图；

图2为根据本发明实施例的电备份模式示意图。

具体实施方式

为防止机上电源、液压源失效，飞行控制系统采用液压能源余度配置的方案，3路独立电源(2路汇流条、1路蓄电池)与3路液压源均进行了余度配置，保证1路能源失效不影响系统工作，2路能源失效后最小操纵面仍可控。

在螺旋桨滑流影响下，飞机主舵面控制余量小，为提高飞机飞行的稳定性，设计的电备份系统设置了备份角速率陀螺使电备份系统具备增稳功能，提高了飞机在电备份模式下的飞行稳定性。

为防止正常模式的控制指令失效，即机上驾驶位移传感器与作动器控制器的信号传输失效，设计了3台电备份驾驶指令位移传感器在电备份模态下将驾驶员的驾驶杆/盘/脚蹬操纵机械位移指令转换为电信号提供给备份飞控计算机，由备份飞控计算机进行指令采集、解算与处理。

为了解决减少3台电备份驾驶指令位移传感器带来的余度损失，引入机上的驾驶力传感器信号辅助判断唯一信号的有效性，保证了系统的安全性。

本发明的电备份系统架构为飞控蓄电池+1台备份飞控计算机+1台备份角速率陀螺(视情)+1套共3台备份驾驶指令位移传感器。

如图1所示，一种电备份系统架构为飞控蓄电池、1台备份飞控计算机、1台备份角速率陀螺和2套(共6台)备份驾驶指令位移传感器，均通过电缆传输电信号。其中2套(共6台)备份驾驶杆、驾驶盘、脚蹬位移传感器的作用是将采集到驾驶员操作的驾驶杆、驾驶盘、脚蹬机械位移信号转化为电信号，通过电缆将驾驶杆、驾驶盘、脚蹬机械位移信号传输给备份飞控计算机，备份飞控计算机综合位移信号与备份角速率陀螺采集的角速率信号进行控制律解算来控制舵面偏转。

如图2所示，本发明通过冗余优化设计，将图1中的电备份架构进行优化形成图2的系统架构，具体采用飞控蓄电池、1台备份飞控计算机、1台备份角速率陀螺、1套(共3台)备份驾驶指令位移传感器。本发明仅增加6根导线以及一个分线模块将机上原有的驾驶杆/盘、脚蹬力传感器信号一分二送至备份飞控计算机，重量增加可忽略不计。与图1的电备份系统架构相比，减少了1套(共3台)备份驾驶指令位移传感器及其到备份飞控计算机的连接电缆(约30根导线)。

综上所述，在保证电备份系统安全性不降级的前提下，通过减少一套备份驾驶指令位移传感器及其连接电缆，减轻了飞行控制系统的重量。

在进行飞行控制时，具体步骤如下：

步骤1：飞行员通过操纵驾驶舱内的驾驶杆、盘、脚蹬操纵机构，或者操纵驾驶盘上的水平安定面纵向配平开关驱动纵向配平机构带动驾驶杆操纵机构运动，操纵中央操纵台上的横、航向配平开关驱动配平机构带动驾驶盘、脚蹬操纵机构运动，产生纵向、横向和航向机械操纵位移，由飞控计算机进行综合控制律计算后输出舵面控制指令，从而控制副翼、升降舵、方向舵、扰流板和水平安定面等操纵面偏转，实现飞机控制功能；

步骤2：当作动器控制器全部失效或收到飞行员人工转换电备份模态指令的情况下，系统由电传正常模式转入电备份模式，通过备份指令位移传感器采集飞机的驾驶指令信号，备份角速率陀螺采集飞机的三轴角速率信号，发送给备份飞控计算机作为输入信号；

步骤3：备份飞控计算机采集机上的驾驶杆/盘/脚蹬力传感器(2余度)发送的驾驶杆/盘/脚蹬力信号进行辅助判断，由于力信号传感器(2余度)的可靠性高于备份位移传感器(单余度)，若驾驶杆/盘/脚蹬力信号有效且备份驾驶杆/盘/脚蹬位移传感器未报故，则认为驾驶杆/盘/脚蹬的备份驾驶位移指令信号也有效，则直接使用驾驶杆/盘/脚蹬备份驾驶位移指令信号；若双余度驾驶杆/盘/脚蹬力传感器无效，则对备份驾驶杆/盘/脚蹬位移传感器的自监控信号的状态进行判断，若备份驾驶杆/盘/脚蹬位移传感器的自监控未报故，则使用驾驶杆/盘/脚蹬的备份驾驶位移指令信号，若备份驾驶杆/盘/脚蹬位移传感器的自监控报故，则驾驶杆/盘/脚蹬的备份驾驶位移指令信号取安全值，这样保证了系统的安全性。

步骤4：备份飞控计算机综合采集到的输入信号，进行控制律的计算和伺服控制功能，备份飞控计算机将实际操纵面作动器输出位置与计算出预期的操纵面作动器输出位置进行比较，若其差值在设定的误差范围内，则认为操纵面作动器正常，否则电备份系统申报操纵面作动器故障，从而实现操纵面作动器的监控功能。

Claims (8)

1.一种中型螺旋桨飞机的电备份系统，其特征在于，包括：双余度驾驶杆/盘/脚蹬力传感器、操纵面作动器、备份飞控计算机、备份角速率陀螺、1套备份驾驶杆/盘/脚蹬位移传感器，其中，备份角速率陀螺和备份驾驶杆/盘/脚蹬位移传感器与备份飞控计算机通过电缆连接，备份飞控计算机与操纵面作动器通过电缆连接；双余度驾驶杆/盘/脚蹬力传感器与备份飞控计算机通过电缆连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，1套备份驾驶指令位移传感器为3台，分别用于测量驾驶杆位移、盘位移、脚蹬位移。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，备份驾驶杆/盘/脚蹬位移传感器为具备自监控功能的位移传感器。

4.一种中型螺旋桨飞机的电备份方法，其特征在于，所述方法借助于权利要求1-3中任一项所述的系统执行，所述方法包括：

步骤1：当由电传正常模式转入电备份模式的情况下，备份飞控系统采集机上的双余度驾驶杆/盘/脚蹬力传感器发送的驾驶杆/盘/脚蹬力信号、备份驾驶杆/盘/脚蹬位移传感器的备份驾驶位移指令信号、备份角速率信号；

步骤2：通过双余度驾驶杆/盘/脚蹬力信号辅助判断备份驾驶位移指令信号的有效性，确定最终的备份驾驶位移指令信号；

步骤3：备份飞控计算机根据最终的备份驾驶位移指令信号和备份角速率信号依次进行控制律的计算、伺服控制、监控，实现对操纵面作动器的控制。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤1中，当由电传正常模式转入电备份模式，具体包括：

作动器控制器全部失效或收到飞行员人工转换电备份模态指令。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤2，具体包括：

步骤21：若双余度驾驶杆/盘/脚蹬力信号有效且备份驾驶杆/盘/脚蹬位移传感器未报故，则直接使用驾驶杆/盘/脚蹬的备份驾驶位移指令信号；

步骤22：若双余度驾驶杆/盘/脚蹬力传感器无效，则判断备份驾驶杆/盘/脚蹬位移传感器的自监控信号的状态，若自监控信号未报故，则使用驾驶杆/盘/脚蹬的备份驾驶位移指令信号；若自监控信号报故，则驾驶杆/盘/脚蹬的备份驾驶位移指令信号取安全值。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤1中，采集的备份驾驶位移指令信号，具体为：

飞行员通过操纵驾驶舱内的驾驶杆、盘、脚蹬操纵机构，或者操纵驾驶盘上的水平安定面纵向配平开关驱动纵向配平机构带动驾驶杆操纵机构运动，操纵中央操纵台上的横、航向配平开关驱动配平机构带动驾驶盘、脚蹬操纵机构运动，产生纵向、横向和航向机械操纵位移，并通过备份驾驶杆/盘/脚蹬位移传感器采集并输出至备份飞控计算机。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤3中的监控，具体包括：

备份飞控计算机将实际操纵面作动器输出位置与计算出预期的操纵面作动器输出位置进行比较，若其差值在设定的误差范围内，则认为操纵面作动器正常，否则电备份系统申报操纵面作动器故障，从而实现操纵面作动器的监控功能。