文章编号:10071385(2005)03001203
XV-15倾转旋翼飞机飞行控制系统概述
朱源
(南京航空航天大学自动化学院,江苏南京210016)
摘要:XV-15倾转旋翼飞机兼有直升机垂直起降、空中悬停及固定翼飞机高速巡航的优点,因
而在军用和民用飞机中有着广泛的应用前景。
XV-15的机体结构和普通飞机一样,但在翼尖安
装可以倾转的发动机短舱和旋翼。
该飞机控制系统结合旋翼控制和固定翼控制,通过自动控制
系统和推力管理系统来辅助飞行员对飞机的控制。
主要介绍了主飞行控制系统和辅助控制系统
的控制特点。
关键词:倾转旋翼飞机;主飞行控制系统;辅助飞行控制系统
中图分类号:V275+.1文献标识码:B
XV-15倾转旋翼飞机既能像直升机一样垂直起降及空中悬停,又能像固定翼飞机一般巡航飞行,因此倍受航空界的关注。
它独有的气动布局是安装在翼尖的直径为25英尺的三片桨叶组成的旋翼和发动机短舱。
发动机短舱可以旋转95b,从而使飞机由悬停模态转换到巡航模态,巡航时最高速度可达300海里/时。
倾转旋翼飞机特有的可旋转的发动机短舱使它具有3个飞行模态:直升机模态(发动机短舱垂直向上)、固定翼飞机模态(发动机短舱水平向前)和倾转模态。
为了使倾转旋翼飞机能更好地在3个模态间转换,飞行控制系统将旋翼控制和固定翼控制结合在一起。
飞行控制系统由主要飞行控制系统、辅助飞行控制系统、自动控制系统和推力管理系统组成。
下面主要介绍飞行控制系统和辅助飞行控制系统。
1主飞行控制系统
(1)俯仰控制
倾转旋翼飞机的纵向姿态主要是通过前后移动驾驶杆(X LN)来控制的。
直升机模态下,前后移动驾驶杆,不仅使旋翼的纵向周期变距成比例地变化,同时升降舵的偏移量也成比例变化。
随着发动机短舱由垂直转到水平位置,飞机由直升机模态转换到固定翼模态,纵向周期变距也通过机械连杆机构逐渐退出控制系统。
纵向周期变距
收稿日期:20050517
作者简介:朱源(1982),女,江苏泰兴人,在读硕士随发动机短舱位置变化的控制过程如图1所示。
舵面控制在所有的飞行模态下,始终与杆位移量成比例。
各种类型控制及控制量如表1所示。
(2)滚转控制
倾转旋翼飞机的侧向姿态主要是通过侧向移动驾驶杆(X LT)控制的。
直升机模态下,侧向移动驾驶杆,产生差动的总距变化,使得两旋翼间产生差动的推力,同时偏转襟副翼。
差动总距通过装在机翼中间的总距混合控制箱,随着发动机短舱倾角的变化逐渐退出控制系统,如图一所示。
XV -15飞机使用全尺寸的襟翼,飞机对称面外65%的襟翼同时起到襟副翼的作用。
在襟翼偏转时,襟副翼差动偏转(多数上偏),从而提高了偏转有效性。
固定翼飞机模态下,少量的差动总距辅助襟副翼,使飞机滚转,并通过让飞机滚转,使它能更好地偏航。
(3)偏航控制
倾转旋翼飞机主要通过脚蹬来控制飞机的航向。
踏板偏移量使旋翼产生差动纵向周期变距,一个旋翼平面前倾,另一个后倾。
差动周期变距通过安装在机翼中间的周期变距混合控制盒,随发动机短舱倾角和空速变化,逐渐退出控制系统。
在所有的飞行模态下,方向舵的偏移量始终和脚蹬偏离中立位置量成比例。
(4)推力控制
倾转旋翼飞机主要通过上下拉动推力杆(X COL)来控制推力。
推力杆移动的同时增加或减少发动机功率,并根据飞机的飞行模态,改变旋翼总距角。
随着发动机起动和检测,每一个油门杆
2005年6月第22卷第3期
沈阳航空工业学院学报
Journa l o f Shenyang Institute of A eronauti ca l Eng i neer i ng
Jun.2005
V o.l22N o.3
都闩在推力杆上。
推力杆通过油门连接,设定每个发动机的能量。
油门联动装置不受发动机短舱角度的影响。
推力杆通过总距混合控制盒控制总距变化。
直升机模态下,推力杆改变总距,使飞机有更好的机动性能,并直接控制垂直升力。
固定翼飞机模态下,推力杆如传统的螺旋桨飞机一般,仅改变发动机功率。
一定的推力杆位移下,总距随发动机短舱倾角变化的响应如图1。
桨距控制系统控制总距,使旋翼在所有的飞行模态下保持一定的转速。
控制器设定的总距角权限(H OG )如图1所示。
2 辅助飞行控制系统
(1)襟翼控制
襟翼是常规设计,并通过电传控制的。
它们是全尺寸的,在飞机对称面外的部分同时起到襟副翼的作用。
全尺寸襟翼主要用于减少机翼平面面积,使飞机在悬停时降低6.5%的负载,从而增加升力。
襟翼的控制是通过手工控制安装在中心控制台的襟翼开关。
襟翼有4种有效设置:巡航(0b ),高速飞行(20b ),倾转(40b )和低速/悬停
(75b )。
襟翼和襟副翼的偏转量如表一所示。
(2)倾转系统控制
倾转系统将旋翼/推力系统作为一个整体转动,在0b ~95b 范围内控制发动机短舱按要求旋转。
倾转是通过安装在推力杆上的开关控制的。
向前移动开关,发动机短舱向前旋转,从直升机模态转为固定翼模态;向后移动开关,使旋翼/推力系统回到直升机模态。
一般转换时间为11秒。
倾转系统包括安装在每个发动机短舱内的倾转助动器;装在前梁前面的互连轴;安装在机身内部前梁上的相位减速器。
每个倾转助动器由液压驱动,液压阀由单独的电源控制。
如果由于液压源或电源故障,使得一侧的助动器不能工作,该侧的旋翼/推力系统可通过互连的倾转轴由另一侧的助动器驱动。
第三个安装在相位减速器内的液压发动机,由第三个液压源驱动。
当前两个液压驱动的助动器发动机发生故障时,则使用第三个液压发动机。
如果整个电源系统故障,就使用机械备用系统。
机械备用系统是通过拉安装在驾驶舱内的T 形操纵杆,然后驱动液压阀,使作动器带
动发动机短舱旋转。
图1 XV -15控制过程
第3期 朱源:XV -15倾转旋翼飞机飞行控制系统设计 13
表1飞行控制系统
轴俯仰滚转偏航推力倾转
主要飞行控制
旋翼控制
类型战斗机总距差动总距差动周期变距总距
偏转角度(度)?10.0(1)?3.0(1)?4.0(1)13.8(1)
舵面控制
类型升降舵襟副翼方向舵油门
偏转角度(度)?20.023.8,-13.8?20.042.0~105.0
飞行员控制
类型驾驶杆驾驶杆脚踏推力杆位移量(英尺)?4.8?4.8?2.50.0~10.0辅助控制
类型襟翼襟副翼发动机短舱倾转偏转角度(度)0~75.00~47.00~95.0
(1)直升机模态
3结束语
本文主要论述了XV-15倾转旋翼飞机的主要飞行控制和辅助控制系统。
XV-15倾转旋翼飞机飞行控制设计的基本思想是使飞行员在所有飞行模态下的工作负担降到最低,并能提供一般的控制特性。
XV-15控制系统结合了直升机和固定翼飞机的基本控制要素,同时以自动控制系统和推力管理系统为补充。
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-2-922,1996,11
F light control syste m develop m e nt for t he
XV-15tiltrotor aircraft
Z HU Yuan
(Anto m atic co llege N anji n g U niversity o fA eronautics and Astronautics,Ji a ngsu Nan ji n g210016)
Abst ract:The XV-15T iltrotor a ircraft fli g ht control syste m co m b i n es bo t h r o tor and fixed surface contro ls.The pil o t contro ls the aircra ft is supple m ented by an Auto m atic Flight Control Syste m(AFCS)and a Thr ust/Pow er M anage m ent Syste m.A description of the pri m ary fli g ht contr o l syste m and secondary flight contr o l syste m is presented.
K eywords:tiltrotor;flight contro;l XV-15
14沈阳航空工业学院学报第22卷。