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第四十期 浅谈A320飞行操纵(二)--正常法则

 Felix然 2022-04-15

上一期我们一起回顾了A320型飞机的操纵系统的“大脑”和“手臂”以及它们是通过“三轴”来协调运作已达到控制飞机的各种动作的目的。但这些对于飞行的安全界定是远远不够的,工程师们在操作逻辑中编写一套规则来应对不同状态下的安全操作的裕度。


01
PART   保护法则

我们的飞机在空客工程师设定的法则下提供操纵规则:1.正常法则2.备用法则3.直接法则4.机械备份

其中备份法则中又分为有降级保护和无降级保护两种。

在每一种操纵法则下飞机的操纵规则和受到的保护限制是有所区别的,我们先来聊一聊这些法则的规则和不同之处。

  1. 正常法则

为了更好的了解这几种保护的功能和不同,我们将飞机的操纵时机分为三种进行分类,地面模式,飞行模式,拉平模式。

飞行操纵正常法则包括:

‐ 3轴控制

‐ 飞行包线保护

‐ 机动飞行载荷减载功能

PF的主要任务之一就是要保持飞机在正常飞行包线限制之内飞行。但是,在

某些情景下由于出现的极端情况或飞行员对飞机的错误处置,可能会导致超

出这些限制。

尽管由系统保护,PF仍不能故意超出正常飞行包线。此外,这这些保护并非是设计用来保护结构限制的(例如:方向舵脚蹬反向输入),而是为了协助PF 在只有本能、快速反应的紧急和高压情况下的操作。

保护的目的在于:

· 为PF提供全部权限,以保证飞机能够在极端情况下持续达到尽可能最佳的

性能。

· 减少操纵过量或飞机的承受超限应力的风险。

· 保证PF能够迅速本能地作出程序,确保PF的操作能够获得最佳结果。

01
正常法则三种模式的切换

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正常法则下,飞行阶段进入Flight Mode后就会有所有的保护功能,进入Flare Mode后则只有两种保护功能了。

在不同的方式下,设备工作的逻辑是不同的,在此就不过多赘述了,大家可以去查看FCOM手册详细了解。

我们主要了解一下飞机在正常法则下飞行包线内提供的保护功能。

正常法则按如下所示提供整个飞行包线状态保护:

‐ 载荷因数极限

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当飞机在平飞时,由于没有操纵面的输入,飞机保持1G载荷;当飞机需要爬升,向后带杆,飞机产生正向载荷,到达所需上升率后,飞行员松开驾驶杆,飞机会到1G载荷,并保持爬升;当到达目标高度,为改平高度向前顶杆,飞机产生负向载荷,改平后,飞行员松开驾驶杆,飞机再次回到1G载荷。

注:驾驶杆短时输入行程越大,载荷越大;只要驾驶杆居中,载荷便会回到1G,并保持当时状态。

载荷因数将自动限制为:光洁形态时 2.5 g 至 -1 g。其它形态时 2 g 至 0。

‐ 俯仰姿态保护

由于非正常或不恰当的机动引起的过度俯仰姿态会导致危险情况发生:

· 机头上仰过高 ▸ 能量快速损失

· 机头下俯过低▸ 能量快速获得

在形态0-3时机头上仰30 °(在低速时逐渐减少至25 °)

在形态全时机头上仰25 °(低速时逐渐减少至20 °)

机头下俯15 °(由绿色符号“=”在PFD俯仰刻度上显示)

当俯仰姿态上仰超过25 °或下俯13 °时,PFD上的飞行指引杆消失。

当俯仰角度恢复到上仰22 °和下俯10 °之间时,飞行指引杆重现。俯仰姿态保护增强了高速保护,高载荷因数保护和大AOA保护。

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俯仰姿态保护的最大上仰角在PFD上有显示,30度姿态两侧的绿色实线,表示可操纵的最大仰角。

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俯仰姿态保护的下俯角在PFD上也有显示,15度姿态两侧的绿色实线,表示可操纵的最大俯角

‐ 大迎角(AOA)保护

正常法则下,飞机受保护,免遭失速。该保护在动态机动或阵风中仍然有效。当前的AOA比 αPROT大时,大AOA保护被激活。没有飞行机组输入时,F/CTL计算机保持AOA等于αPROT。飞行员输入将进一步增加AOA,最大能达到与αMAX相等的值。当激活大AOA保护时,会修改正常法则需求,侧杆输入是AOA需求,而不是载荷因数需求。飞行机组不得故意以大迎角操纵飞机,短时间除外(当需要最大大升力系数时(像风切变期间或GPWS机动飞行),大AOA保护优先于所有其他的保护。

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‐ 高速保护

进入高速不稳定状态后飞机会自动改出。根据飞行状态(大加速度、低俯仰姿态),高速保护在等于/大于VMO/MMO时开始工作。当该保护工作时,THS设置被限制在飞机进入保护时的设定值和机头向上11 °之间,0 °坡度角(而不是正常法则下的33 °)引入了正的螺旋静稳定性。因此,松开侧杆时,飞机总是回到0 °坡度角。坡度角限制从67 °减至40 °。当速度增加至大于VMO/MMO,侧杆机头向下的权限逐渐减小,会有一个恒定的抬头指令来帮助恢复到正常飞行状态。

因此,在俯冲状态下:· 如果侧杆没有输入,飞机飞行将轻微超过VMO/MMO ,然后飞回正常飞行包线范围。· 如果侧杆保持前推到底,飞机将超过VMO/MMO 较多。大约在 VMO 16/ MMO 0.04 时,低头效能逐渐减小至零(这并不意味着飞机稳定在此速度)

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因此,在需要时,PF通过侧杆动作全权执行高速/大俯冲脱离的机动。

当飞机减速低于VMO/MMO时,高速保护解除工作,正常操纵法则恢复。

自动驾驶在 VMO 15 kt 和 MMO 0.04 时断开。

低能量音响告警 

如果飞机选装了低能量音响告警则会由飞行增稳计算机(FAC )计算得出。

一个低能量语音警告“SPEED SPEED SPEED”每 5 s重复一次,提醒飞行员飞机能量已经低于临界值,必须增大推力以通过俯仰控制恢复正的飞机飞行轨迹角。

它在形态2、3和形态全时可用。能量水平由飞行增稳计算机(FAC )依据下列输入信号计算:‐ 飞机形态‐ 水平减速率‐ 飞行轨迹角。在下列情况下,警告被抑制:‐ 选择了TOGA ,或‐ 在 100 ft RA以下,或‐ 2 000 ft RA以上,或‐ α平台保护或近地警告系统被触发,或‐ 处于备用或直接法则,或‐ 两部无线电高度表都失效。在减速期间,低能量警告在飞机到达α平台保护之前被触发(除非α平台保护已由侧杆偏转触发)。两个警告之间的时间间隔取决于减速率。

02
Alpha平台保护

当飞机达到一个极大的迎角值时,α平台保护自动将推力设置到TOGA。

飞行增稳计算机 (FAC)生成一个信号触发α平台方式。进而设置发动机TOGA推力,与推力手柄的位置无关。

飞行增稳计算机在下列情况下发送信号:

‐ 飞机迎角大于与飞机形态相应的预定临界值时

‐ 形态3和形态全时,该临界值依据飞机减速率而减小(一直降至– 3 °)。

α平台保护从飞机离地到进近时无线电高度100 ft前都有效。

注: α平台通过自动推力系统接通,当:

‐ α>α平台(形态0时9.5 °; 形态1、2时15 °;形态3时14 °; 形态全时13 °)或,

‐ 侧杆大于14 °机头向上,俯仰姿态或迎角保护工作可用。

α平台功能从飞机离地到降落前100 ft无线电高度以前一直有效。

M 0.6以上α平台被抑制。

TCAS 方式接通时,α平台被抑制

注: ‐ α平台保护在下列一种失效组合发生时丧失:

1号缝翼襟翼控制计算机(SFCC1) 和 2号飞行增稳计算机(FAC2),

或2号缝翼襟翼控制计算机(SFCC1) 和 1号飞行增稳计算机(FAC2),

或两个FCU通道,或1个发动机接口组件(EIU),

或两部FMGC。

‐ 备用或直接飞行操纵法则下,α平台保护丧失。

‐ 单发襟翼/缝翼放出时,α平台保护丧失。

我们先来认识一下平台的图解

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1.Vls最低可选速度:就算飞行员选择了低于这个速度的速度自动油门也只会保持Vls

2.α Prot:当速度低于此速度超过5秒,或AOA大于α Prot1度自动驾驶会断开

3.α Max:α Prot与α Max之间的区域就 α Protection,在这个区间,飞行员杆回中,则飞机保持α Prot速度;飞行员如果持续带杆,则飞机保持α Max速度。

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因为在α Protection内飞行,驾驶杆输入的是迎角,所以如果驾驶杆回中,不顶杆的话,飞机不会脱离Protection,只会保持在α Prot,所以为了脱离该区域,飞行员可以选择下列两个动作其一。

1.前推驾驶杆8度以上

2.前推0.5度,超过0.5秒

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03
坡度角保护

这张图解释了我们在坡度角保护下,通过侧杆对飞机进行操作时,飞机对于我们操作的反应。

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在正常飞行包线内,坡度角大于33 °时系统保持正的螺旋静稳定性。

如果飞行员在坡度角大于33 °时松开侧杆,坡度角自动减小到33 °。

在33 °以内,当侧杆在中立位时,系统保持横滚姿态不变。

如果飞行员把侧杆保持在最大水平偏转位,坡度角会达到67 °且不会再增大。

如果迎角保护生效,且飞行员把侧杆保持在最大水平偏转位,坡度角不会超过45 °。

如果高速保护工作,且飞行员把侧杆保持在最大水平偏转位,坡度角不会超过40 °。

如果高速保护工作,系统从0 ° 坡度开始保持正的螺旋静稳定性,因此只要松开侧杆,飞机总是回到0 °坡度。

当坡度角保护生效时,自动配平不工作。如果坡度超过45 °,自动驾驶仪断开,同时, FD杆消失。

且飞行指引杆消失,当坡度角减小到40 °以下时,飞行指引杆重新出现

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在正常转弯(坡度角小于33 °)期间,平飞时:· PF水平移动侧杆(侧杆水平移动越大,横滚率越高,例如,最大偏转时为15 °/s) · 无需进行俯仰修正· 无需使用方向舵。急转弯时(坡度角大于33 °),PF必须使用:· 侧杆水平施加压力以保持坡度· 侧杆向后施加压力以保持平飞。

04
减载功能

减载功能可减轻机翼的结构载荷。该功能通过下述操纵面的向上偏转来实现:‐ 仅两侧副翼,或‐ 与扰流板4 和5 相关的两侧副翼。减载功能包括两个子功能:‐ 稳定机动时触发的子功能(仅副翼偏转)‐ 探测到阵风时触发的子功能(副翼和扰流板偏转)当出现持续颠簸时,两个减载功能的子功能可能被单独触发(考虑最大减载效应)。当飞机处于光洁形态和正常法则下时,减载功能可用。该功能的指令会加入到正常法则发出的指令中

05
侧滑目标

如果一台发动机失效,飞行增稳计算机(FAC)将轻微地修改侧滑指示,给飞行员指示出应使用的方向舵偏转量,从而实现最佳的爬升性能(副翼中立,扰流板收回)。一台发动机在起飞或复飞时失效,主飞行显示上的侧滑指示会从黄色变为蓝色

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飞行中,水平正常法则指令一定量的方向舵面偏转以将侧滑减至最小。机组反应是正常的和本能的:使用正确的舵量将侧滑指示回零以获得最佳爬升性能

本期简单的介绍了正常法则下的逻辑以及保护功能,我们之后继续继续学习其他法则。

成都航空飞行训练管理室,只为成就更好的你

本期拟题:徐鹏

本期素材:杨思雷 蒋毅 王涛

本期制作:王涛

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