CN112373704A - 通过控制发动机推力来实现飞机的应急控制的***及飞机 - Google Patents

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郭建伟
刘兴华
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王延刚
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Abstract

本发明公开了一种通过控制发动机推力来实现飞机的应急控制的***及飞机，该***包括：驾驶舱控制板应急开关，其能够在出现飞行控制故障时，响应于操作人员开启应急开关的操作，而指令飞控计算机自主控制律切换至备份控制律，控制并调整发动机的对称推力和差动推力，以维持飞机的飞行高度和航向；侧杆，其能够在***纵离开中立位时实现超控，以使得飞控计算机根据对侧杆的操纵控制并调整发动机的对称推力和差动推力。本发明能够提供飞行员必要的手动控制权限以及可靠且易于操纵的手动控制方式，使得飞行员在面对诸如需要紧急避障、复飞等一些特殊的紧急状况时能够及时介入对飞机的应急控制，以改善飞机在应急控制状况下的安全性。

Description

通过控制发动机推力来实现飞机的应急控制的***及飞机
技术领域
本发明涉及飞机的应急飞行控制的技术领域，尤其涉及一种通过控制发动机推力来实现飞机的应急控制的***及一种包括所述***的飞机。
背景技术
在民航历史上曾发生过多起由于常规操纵舵面失效、飞行控制能力丧失等严重的飞行控制故障而导致的重大飞行事故。现代飞机飞控***和推进***均采用数字电子控制方案，这使得飞控***、推进***的高度综合成为可能。
通过将只控制发动机推力的应急飞行控制技术作为一种备份的控制策略，在诸如飞机的常规操纵舵面失效时，可以为飞机提供一定的应急控制能力。这对于大型飞机的安全性具有重要意义。
现有技术在这方面已经提出了一些解决方案，然而现有的解决方案在应急控制所涉及的操作以及控制权限设置等方面都有所不足，因而现有方案在一定程度上能够帮助实现应急状况下飞机的高度保持、航向保持等，但其过度限制了飞行员在诸如需要紧急避障、复飞等的一些必要情形下的控制权限，这不利于在一些特殊的应急状况下保障飞机飞行的安全性。
因此，亟需提供一种新的通过控制发动机推力来实现飞机的应急控制的***，以至少部分地缓解或解决现有解决方案存在的上述问题和缺陷。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有的用于实现对飞机的应急控制的***和方法因过度限制了飞行员的控制权限而导致飞机飞行的安全性在一些特殊的应急状况下无法得到有效保障的缺陷，提出一种新的通过控制发动机推力来实现飞机的应急控制的***及飞机。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
本发明提供了一种通过控制发动机推力来实现飞机的应急控制的***，所述飞机包括飞控计算机、FADEC以及飞机两侧的发动机，所述飞控计算机被配置为能够经由所述FADEC控制所述发动机，其特点在于，所述飞控计算机配置有主控制律和备份控制律，并且所述***包括：
驾驶舱控制板应急开关，所述驾驶舱控制板应急开关被配置为能够在出现飞行控制故障时，响应于操作人员开启所述驾驶舱控制板应急开关的操作，而指令所述飞控计算机自所述主控制律切换至所述备份控制律，并根据所述备份控制律以及所述飞机的飞机状态信息，分别控制所述发动机以调整所述发动机的对称推力和差动推力，以维持所述飞机的飞行高度和航向；
侧杆，所述侧杆被配置为在不受外力作用时处于中立位，并且在***纵离开所述中立位时实现超控，以使得所述飞控计算机根据操作人员对所述侧杆的操纵以及所述飞机状态信息，分别控制所述发动机以调整所述发动机的对称推力和差动推力。
根据本发明的一种实施方式，所述侧杆被配置为能够在***纵回拉时促使所述飞控计算机控制所述发动机以增大所述发动机的对称推力，以及在***纵前压时促使所述飞控计算机控制所述发动机以减小所述发动机的对称推力。
根据本发明的一种实施方式，所述侧杆被配置为能够在***纵向左右两侧倾斜时促使所述飞控计算机控制所述发动机以增大所述发动机的差动推力。
根据本发明的一种实施方式，所述侧杆被配置为能够在未受到外力操纵达到预设时长时自动恢复至所述中立位。
根据本发明的一种实施方式，所述***还包括：
滚转控制旋钮，所述飞控计算机还被配置为能够根据所述滚转控制旋钮所处位置调整所述发动机的对称推力和差动推力，以控制所述飞机执行滚转动作。
根据本发明的一种实施方式，所述***还包括：
航迹角控制旋钮，所述飞控计算机还被配置为能够根据所述航迹角控制旋钮所处位置调整所述发动机的对称推力和差动推力，以控制所述飞机改变其航迹角。
根据本发明的一种实施方式，所述***还包括：
自动着陆介入按钮，所述飞控计算机还被配置为能够响应于所述自动着陆介入按钮被按下而控制所述发动机以调整所述发动机的对称推力和差动推力，以控制所述飞机实施自动着陆。
根据本发明的一种实施方式，所述飞行控制故障包括所述飞机的液压***完全失效或所述飞机的舵面控制完全失效。
根据本发明的一种实施方式，所述驾驶舱控制板应急开关、所述滚转控制旋钮、所述航迹角控制旋钮及所述自动着陆介入按钮集成于所述飞机的驾驶舱控制板上。
本发明还提供了一种飞机，其特点在于，所述飞机包括如上所述的通过控制发动机推力来实现飞机的应急控制的***。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
根据本发明的通过控制发动机推力来实现飞机的应急控制的***及飞机，可提供飞行员必要的手动控制权限，以及可靠且易于操纵的手动控制方式，使得飞行员在面对诸如需要紧急避障、复飞等一些特殊的紧急状况时能够及时介入对飞机的应急控制，以改善飞机在应急控制状况下的安全性。
附图说明
图1为根据本发明的优选实施方式的通过控制发动机推力来实现飞机的应急控制的***的示意图。
图2为根据本发明的优选实施方式的通过控制发动机推力来实现飞机的应急控制的***的另一示意图。
附图标记说明
11：侧杆
12：驾驶舱控制板应急开关
13：滚转控制旋钮
14：航迹角控制旋钮
15：自动着陆介入按钮
2：飞控计算机
3：FADEC
4：发动机
5：飞机状态信息
具体实施方式
下面结合说明书附图，进一步对本发明的优选实施例进行详细描述，以下的描述为示例性的，并非对本发明的限制，任何的其他类似情形也都落入本发明的保护范围之中。
在以下的具体描述中，方向性的术语，例如“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”等，参考附图中描述的方向使用。本发明的实施例的部件可被置于多种不同的方向，方向性的术语是用于示例的目的而非限制性的。
图1-2中示出了根据本发明的较佳实施方式的通过控制发动机4推力来实现飞机的应急控制的***。该飞机包括飞控计算机2、FADEC3以及飞机两侧的发动机4，飞控计算机2被配置为能够经由FADEC3控制发动机4，并且配置有主控制律和备份控制律。
本领域技术人员应理解的是，控制律全称为control law，飞行控制***形成控制指令的算法，描述了受控状态变量与***输入信号之间的函数关系，一般而言，控制律可表征飞行控制***的数学模型。对飞行控制***，控制律与***的工作模态有关，一种工作模态对应一个控制律。在此基础上，本文中的主控制律可理解为飞机在正常状态下的控制律，备份控制律则可理解为飞机在诸如飞机的液压***完全失效或飞机的舵面控制完全失效的飞行控制故障的情形下的应急控制律。
参考图1-2所示，上述***包括驾驶舱控制板应急开关12和侧杆11。其中，驾驶舱控制板应急开关12被配置为能够在出现飞行控制故障时，响应于操作人员开启驾驶舱控制板应急开关12的操作，而指令飞控计算机2自主控制律切换至备份控制律，并根据备份控制律以及飞机的飞机状态信息5，分别控制发动机4以调整发动机4的对称推力和差动推力，以维持飞机的飞行高度和航向。其中，在此所称的飞行控制故障包括飞机的液压***完全失效或飞机的舵面控制完全失效。
侧杆11则被配置为在不受外力作用时处于中立位，并且在***纵离开中立位时实现超控，以使得飞控计算机2根据操作人员对侧杆11的操纵以及飞机状态信息5，分别控制发动机4以调整发动机4的对称推力和差动推力。
相较于传统飞控***，根据本发明的上述实施方式的方案，利用侧杆11操纵控制发动机4的手动控制方式，可被设置为基本等效于传统的人工操纵舵面，而利用驾驶舱控制板应急开关12启用的对发动机4的控制，则可被配置为基本等效于传统的基于发动机4推力控制的自动飞行控制方式。
在此基础上，如图1-2所示，根据本发明的一些优选实施方式，还可引入诸如滚转控制旋钮13、航迹角控制旋钮14、自动着陆介入按钮15等控制器件，其同样可被配置为补充用于应急控制的一些自动飞行控制方式。对滚转控制旋钮13(例如图2中所示的“ROLL开关”)、航迹角控制旋钮14(例如图2中所示的“PITCH开关”)、自动着陆介入按钮15(例如图2中所示的“Approach and Landing开关”)所涉及的控制功能，将在下文详述。
应理解的是，本文中所称的飞机状态信息主要可包括惯导信息，惯导信息通常自飞机的惯性参考***获取，其可具体包括诸如飞机三轴的角度、角速度、角加速度等信息，飞机状态信息还可包括大气数据信息，一般可自大气***获取，其可具体包括诸如空速、攻角、侧滑角等信息。
还应理解的是，驾驶舱控制板应急开关12、滚转控制旋钮13、航迹角控制旋钮14及自动着陆介入按钮15可被集成于飞机原有的驾驶舱控制板上。由此，根据本发明的一些优选实施方式的方案将不需要增加新的设备，只需对原有飞控设备进行复用或改良设计，并使得备份控制律也可以运行在原有飞机的飞控计算机2内，即可实施。这将使得根据本发明的方案可用于改进原有的飞机及其飞控***，而不会明显增加其成本，因而具有较佳的经济性。
根据本发明的上述实施方式的方案引入了侧杆11和驾驶舱控制板的权限逻辑，通过操纵驾驶舱控制板上的应急开关或旋钮等器件可使得飞控计算机2基于相应的自动控制模式自动控制飞机，诸如控制飞机的姿态和航迹等，而通过操纵侧杆11，可人工超控，实现由侧杆11操纵对飞机的发动机4的直接控制。
其中，该驾驶舱控制板应急开关12可以具体设计为自动控制介入按钮(例如图2所示的“Engage Button”)的形式，当自动控制介入按钮被按下时触发自动控制介入指令。
根据本发明的一些优选实施方式，滚转控制旋钮13、航迹角控制旋钮14、自动着陆介入按钮15所涉及的控制功能大致设计为，使得飞控计算机2还被配置为：
能够根据滚转控制旋钮13所处位置调整发动机4的对称推力和差动推力，以控制飞机执行滚转动作；
能够根据航迹角控制旋钮14所处位置调整发动机4的对称推力和差动推力，以控制飞机改变其航迹角；以及
能够响应于自动着陆介入按钮15被按下而控制发动机4以调整发动机4的对称推力和差动推力，以控制飞机实施自动着陆。
根据本发明的一些优选实施方式，侧杆11被配置为能够在***纵回拉时促使飞控计算机2控制发动机4以增大发动机4的对称推力，以及在***纵前压时促使飞控计算机2控制发动机4以减小发动机4的对称推力。
根据本发明的一些优选实施方式，侧杆11被配置为能够在***纵向左右两侧倾斜时促使飞控计算机2控制发动机4以增大发动机4的差动推力。
根据本发明的一些优选实施方式，侧杆11被配置为能够在未受到外力操纵达到预设时长时自动恢复至中立位。
根据本发明的上述优选实施方式的方案，将能够飞行员在利用侧杆11进行手动控制时具有其相对习惯或熟悉的操控感。
根据本发明的上述优选实施方式的通过控制发动机推力来实现飞机的应急控制的***，能够提供飞行员必要的手动控制权限，以及可靠且易于飞行员操纵的手动控制方式，使得飞行员在面对诸如需要紧急避障、复飞等一些特殊的紧急状况时能够及时介入对飞机的应急控制。这种勇于实现飞机的应急控制的***，将有助于改善飞机在应急控制状况下的安全性。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种通过控制发动机推力来实现飞机的应急控制的***，所述飞机包括飞控计算机、FADEC以及飞机两侧的发动机，所述飞控计算机被配置为能够经由所述FADEC控制所述发动机，其特征在于，所述飞控计算机配置有主控制律和备份控制律，并且所述***包括：
驾驶舱控制板应急开关，所述驾驶舱控制板应急开关被配置为能够在出现飞行控制故障时，响应于操作人员开启所述驾驶舱控制板应急开关的操作，而指令所述飞控计算机自所述主控制律切换至所述备份控制律，并根据所述备份控制律以及所述飞机的飞机状态信息，分别控制所述发动机以调整所述发动机的对称推力和差动推力，以维持所述飞机的飞行高度和航向；
侧杆，所述侧杆被配置为在不受外力作用时处于中立位，并且在***纵离开所述中立位时实现超控，以使得所述飞控计算机根据操作人员对所述侧杆的操纵以及所述飞机状态信息，分别控制所述发动机以调整所述发动机的对称推力和差动推力。
2.如权利要求1所述的应急飞行控制***，其特征在于，所述侧杆被配置为能够在***纵回拉时促使所述飞控计算机控制所述发动机以增大所述发动机的对称推力，以及在***纵前压时促使所述飞控计算机控制所述发动机以减小所述发动机的对称推力。
3.如权利要求1所述的应急飞行控制***，其特征在于，所述侧杆被配置为能够在***纵向左右两侧倾斜时促使所述飞控计算机控制所述发动机以增大所述发动机的差动推力。
4.如权利要求1所述的应急飞行控制***，其特征在于，所述侧杆被配置为能够在未受到外力操纵达到预设时长时自动恢复至所述中立位。
5.如权利要求1所述的应急飞行控制***，其特征在于，所述***还包括：
滚转控制旋钮，所述飞控计算机还被配置为能够根据所述滚转控制旋钮所处位置调整所述发动机的对称推力和差动推力，以控制所述飞机执行滚转动作。
6.如权利要求5所述的应急飞行控制***，其特征在于，所述***还包括：
航迹角控制旋钮，所述飞控计算机还被配置为能够根据所述航迹角控制旋钮所处位置调整所述发动机的对称推力和差动推力，以控制所述飞机改变其航迹角。
7.如权利要求6所述的应急飞行控制***，其特征在于，所述***还包括：
自动着陆介入按钮，所述飞控计算机还被配置为能够响应于所述自动着陆介入按钮被按下而控制所述发动机以调整所述发动机的对称推力和差动推力，以控制所述飞机实施自动着陆。
8.如权利要求1所述的应急飞行控制***，其特征在于，所述飞行控制故障包括所述飞机的液压***完全失效或所述飞机的舵面控制完全失效。
9.如权利要求7所述的应急飞行控制***，其特征在于，所述驾驶舱控制板应急开关、所述滚转控制旋钮、所述航迹角控制旋钮及所述自动着陆介入按钮集成于所述飞机的驾驶舱控制板上。
10.一种飞机，其特征在于，所述飞机包括如权利要求1-9中任意一项所述的通过控制发动机推力来实现飞机的应急控制的***。
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