飞行理论图解 · 飞机系统

自动驾驶仪图解

飞行指引 · 反馈控制 · 工作模式

仪表给你指路,自驾替你动手
指引杆怎么摆,就怎么操纵

横滚×俯仰两大类模式 · 除起飞外所有飞行阶段

飞行指引仪把「该往哪飞」算成上下左右的操纵指令显示出来,自动驾驶仪按指令自动保持三轴稳定、给定航向高度速度;偏离→敏感元件感知→放大计算→舵机回位的反馈回路是它的核心;横滚与俯仰两大类模式不能同接;故障、失速警告、CWS 超限等会自动脱开。本页 6 个 stage 覆盖考纲「飞行指引仪」「自动驾驶仪」「自动驾驶仪的功能和原理」「自动驾驶仪的工作模式」「偏航阻尼器」五节。

01 飞行指引仪

偏差 → 操纵指令 → 指引杆

原理 · 偏差 → 指引 实际路线 目标路线 比较 算出所需操纵量 目视显示 · 指引杆 比较实际与目标路线,算出所需操纵量目视显示 指引信号直显操纵指令: 上下 / 左右 十字指引杆 飞机符号 俯仰杆 横侧杆 俯仰杆上=拉杆 · 下=推杆 判读:俯仰杆在飞机符号上方=拉杆上升、 下方=推杆下降;横侧杆偏向哪侧 就向哪侧压杆 八字指引杆 飞机符号 八字杆 左右关系=横滚指引 判读:八字杆在飞机符号上方=上升、 下方=下降;利用左右关系做横滚指引
飞行指引仪
比较实际与目标路线,算出所需操纵量目视显示
引导功能
可引导按预定高度、航向飞;与飞行管理计算机耦合按预定轨迹;与 ILS 耦合自动着陆
指引信号
直显操纵指令上下/左右,驾驶员或自驾跟随指引杆操纵,保持预定航线
十字指引杆
用俯仰、横侧杆做俯仰、横滚指引
八字指引杆
用八字杆与飞机符号上下/左右关系做俯仰、横滚指引
判读(样题)
十字指引杆:俯仰指引杆在飞机符号上方表示应拉杆上升、下方表示应推杆下降,横侧指引杆偏向哪侧就向哪侧压杆
判读(样题)
八字指引杆:在飞机符号上方表示应上升、下方表示应下降,利用左右关系进行横滚指引

注 · 指引杆显示的是"该往哪飞"的操纵指令,不是飞机当前姿态;飞行员既可以直接跟指引杆飞,也可以让自动驾驶仪替自己跟。

02 自动驾驶仪干什么

三轴稳定 · 跟随指令 · 保持航向高度速度

自驾的三件事 ① 自动保持三轴稳定 俯仰 · 滚转 · 偏航 (姿态角稳定) ② 按指令 + 飞行指引仪 操纵飞机达到 期望姿态 ③ 样题补充 自动保持给定航向、高度和速度, 控制操纵面自动飞行 自驾与飞行指引仪的协作 飞行指引仪 指引杆给指令 自动驾驶仪 跟指令操纵 舵面 执行偏转 飞机姿态 反馈回指引仪 反馈
功能
自动保持三轴稳定(姿态角稳定)
功能
按输入指令与飞行指引仪结合,操纵飞机达到期望姿态
样题补充
自动保持给定航向、高度和速度
样题补充
自动驾驶仪控制飞机的操纵面自动飞行等

03 组成与反馈原理

测量 → 计算 → 放大 → 执行 → 反馈

闭环 · 测量 → 计算 → 放大 → 执行 测量装置 垂直陀螺仪 航向陀螺仪 信号处理元件 自动驾驶计算机 放大器 执行机构 舵机 舵面 飞机状态(反馈) "反馈"控制回路 偏离原状态 → 敏感元件感偏离方向、大小并输入 → 经放大计算,操纵舵机偏转舵面 → 回到原状态:输出为零,舵机、舵面回位
测量装置
垂直陀螺仪、航向陀螺仪
信号处理元件
自动驾驶计算机
放大器
放大偏差信号
执行机构
舵机
反馈控制
偏离原状态时敏感元件感偏离方向大小并输入;经放大计算操纵舵机偏舵面,回原状态输出零、舵机舵面回位

注 · 闭环回路:偏差感知 → 放大计算 → 舵机执行 → 回零。图中亮点沿回路循环流动,示意信号在闭环里持续校正。

04 接通与脱开

测试 · 高度限制 · 五条自动脱开

接通流程 ① 飞行前测试 所有工作方式和功能 均按飞机手册测试 ② 使用阶段 除起飞外所有飞行阶段可用 手册规定接通高度限制 ③ 接通 达接通高度并满足其他条件 (有的要求配平) 脱开 可人工或自动断开 · 有声音 / 灯光警告 自动脱开(五条) 失速警告 · 电源故障 · 操纵故障 CWS 按下滚转或俯仰率超限 两侧燃油不平衡超限 人工脱开(样题) 按压驾驶盘上的脱开按钮(或自动驾驶仪 脱开电门)→ 音响警告(警告喇叭)+ 脱开灯 操纵力超控 驾驶员施加超过一定力度的操纵力, 可克服自动驾驶仪操纵力而脱开
飞行前测试
所有工作方式和功能均按飞机手册测试
使用阶段
除起飞外所有飞行阶段可用;手册规定接通高度限制
接通
达接通高度并满足其他条件(有的要求配平)后接通
脱开
可人工或自动断开、有声音/灯光警告
自动脱开
失速警告、电源故障、操纵故障、CWS 按下滚转或俯仰率超限、两侧燃油不平衡超限时自动脱开
熟悉手册
使用限制(接通断开条件、飞行前测试、各工作方式)
人工脱开(样题)
按压驾驶盘上的脱开按钮(或自动驾驶仪脱开电门)脱开,脱开时发出音响警告(警告喇叭)并点亮脱开灯
操纵力超控
驾驶员施加超过一定力度的操纵力可克服自动驾驶仪操纵力脱开

05 工作模式

横滚 × 俯仰 · 同类不同接

两大类工作模式 横滚模式 航向保持 · 航向预选 VOR · LOC · 水平导航 等 俯仰模式 高度保持 · 速度保持 · 马赫保持 垂直速度 · 垂直导航 等 模式分横滚、俯仰两大类,同一类不能同时接通多个 HDG(航向)模式 · 样题 用于保持给定的航向 需要保持某一指定航向飞行时使用 (如巡航、按航向进近时)
分类规则
模式分横滚、俯仰两大类,同一类不能同时接通多个
横滚模式
航向保持、航向预选、VOR、LOC、水平导航等
俯仰模式
高度保持、速度保持、马赫保持、垂直速度、垂直导航等
HDG 模式(样题)
用于保持给定的航向,在需要保持某一指定航向飞行时使用(如巡航、按航向进近时)
类别模式列表规则
横滚模式航向保持、航向预选、VOR、LOC、水平导航等同一类不能同时接通多个
俯仰模式高度保持、速度保持、马赫保持、垂直速度、垂直导航等

06 优缺点与偏航阻尼器

自动进近自动着陆 · 防飘摆(荷兰滚)

优点与缺点 优点 减轻飞行员操纵负荷 修正误差 飞行平稳 显示准确 可进行自动进近 和自动着陆 缺点 系统复杂 故障需及时人工接管 长期依赖 → 手动技能生疏 使用高度、阶段受限制 除起飞外 · 规定接通高度限制 偏航阻尼器 方向舵 飘摆被阻尼 根据飞机姿态变化及时操纵方向舵, 防止产生飘摆(荷兰滚) 横侧稳定性过强而方向稳定性过弱 时易产生飘摆;大型运输机高空低速 飞行时广泛使用 驱动方向舵偏转角 小于 脚蹬操纵偏转角 起飞前接通 · 着陆后断开 · 全程保持接通 故障时按程序限制最大飞行速度
优点(样题)
减轻飞行员的操纵负荷、修正误差、飞行平稳、显示准确,可进行自动进近和自动着陆
缺点
系统复杂、故障时需要飞行员及时人工接管、长期依赖可能使飞行员手动操纵技能生疏
缺点(续)
使用高度、阶段受限制(除起飞以外的飞行阶段,并规定接通高度限制)
偏航阻尼器
根据飞机姿态的变化及时操纵方向舵,防止产生飘摆(荷兰滚)
何时易飘摆
横侧稳定性过强而方向稳定性过弱时易产生飘摆,大型运输机高空低速飞行时广泛使用
偏转角
驱动方向舵的偏转角小于脚蹬操纵的偏转角
使用
起飞前接通、着陆后断开,整个飞行过程保持接通;故障时按程序限制最大飞行速度