傅璟裔

上海飛機設計研究院綜合航電系統(tǒng)設計研究部，上海 200436

1 失速保護系統(tǒng)介紹

當飛機迎角超過一個臨界迎角后，機翼上表面邊界層將發(fā)生嚴重的分離，升力急劇下降而不能保持正常飛行的現象，叫失速。

失速保護系統(tǒng)的作用就是當飛機接近失速狀態(tài)時，為機組提供警告，并防止飛機進入真正的失速狀態(tài)。

對于高平尾民用飛機，失速保護系統(tǒng)提供失速振桿和推桿功能，通常由以下構成：

1）一個失速保護計算機；2）兩個迎角傳感器；3）兩個振桿器；4）一個推桿器。

迎角傳感器安裝在機頭兩側，伸出機體外部蒙皮，通過感受氣流方向測量飛機的迎角；振桿器用于實現失速振桿功能，安裝于正副駕駛員駕駛桿的根部；推桿器功能由自動駕駛儀的俯仰伺服執(zhí)行功能。失速保護計算機對迎角傳感器傳輸過來的原始信號進行處理和邏輯計算，通過數據總線將觸發(fā)信號分別傳輸到航電系統(tǒng)、振桿器、推桿器等，從而實現失速振桿、失速推桿等功能。

在飛機接近失速時，任意一側迎角增大并超過了失速振桿迎角閾值，失速保護系統(tǒng)接通相應側的振桿器振動駕駛桿，向機組提供觸覺的失速警告指示。同時還有圖標、音響和燈光的指示。

如果兩側迎角均超過了失速推桿迎角閾值，推桿器（即俯仰伺服）就會工作，推動駕駛桿向前，飛機低頭，防止飛機進入失速。

2 推桿延遲問題的發(fā)現及影響

在某機型的失速保護系統(tǒng)研究中，發(fā)現存在不同程度的推桿響應延遲問題，延遲出現無規(guī)律。

在實際航線飛行時，某些惡劣氣候氣象條件下，飛機往往抬頭較快。若存在較大的推桿響應延遲，就可能發(fā)生失速保護系統(tǒng)未推桿，但飛機的迎角已超出了失速迎角，飛機進入失速狀態(tài)，嚴重影響飛行安全。

若因為推桿響應延遲問題，減小系統(tǒng)內設置的推桿迎角閾值，從而保證飛機安全，則將大大影響飛機的性能。

另外，在SAE AEROSPACE STANDARD AS 403A中，對響應延遲也有明確的要求：失速感應裝置發(fā)出激勵與相應響應出現的時間延遲不能大于0.5s。

因此，無論從飛機安全、性能還是相關條款規(guī)定考慮，必須解決推桿響應延遲問題。

3 導致問題的原因分析

經過研究發(fā)現，輸入給俯仰伺服的信號狀態(tài)與伺服工作邏輯不相匹配，導致了該問題的出現。

圖1 俯仰伺服輸入信號圖

圖1是俯仰伺服部分輸入信號。圖中可以看出，俯仰伺服有兩個控制指令輸入通道RXA和RXB。當RXA1輸入為0時，RXA2無輸入，當RXA1輸入為1時，RXA2同步接收到控制指令，RXB通道的情況相同。伺服在同一時刻只能按照其中一路輸入通道的控制指令工作。兩個輸入通道間的選擇和轉換關系如下：

1）當Engage Enable輸入為0，伺服監(jiān)控RXA通道的數據；2）當Engage Enable輸入為1，伺服將在RXA和RXB通道之間轉換，伺服每一秒鐘轉換一次監(jiān)控的通道。直到監(jiān)控到RXA1或RXB1為1的通道，轉換停止并使用該通道的控制指令。

研究中發(fā)現，當航電系統(tǒng)上電后，AP Engage Enable始終為1，即Engage Enable輸入始終為1。當任意一側迎角達到失速振桿閾值，自動駕駛儀斷開，AP Disconnect Signal置0，即RXB1輸入置0。由于迎角的變化是一個連續(xù)的過程，所以在迎角數值由失速振桿閾值增加到失速推桿閾值的時間內，RXA1仍保持為0。這段時間內，伺服以一秒的周期在RXA和RXB通道間輪流轉換，這就造成了伺服沒有及時執(zhí)行RXA通道的推桿命令，從而導致推桿響應延遲。

4 解決問題的方案

方案一：增加一個伺服，不再與自動駕駛儀共用伺服的方案。此方案中增加一個伺服用于實現失速推桿功能，伺服不需要在兩個輸入通道間轉換，推桿響應延遲問題可解決。但增加一個伺服必然會增加飛機成本、重量，對電磁兼容環(huán)境、電氣接口等造成很大影響。

方案二：在現有系統(tǒng)架構下解決該問題。依照俯仰伺服兩個輸入通道的選擇和轉換邏輯，將AP Engage Enable的輸出邏輯修改為當自動駕駛儀接通時為1，自動駕駛儀斷開時為0。這樣在失速振桿觸發(fā)但失速推桿未觸發(fā)的情況下，Engage Enable輸入為0，伺服直接監(jiān)控RXA通道的控制指令，而不會在兩個輸入通道間輪流轉換。

若使用方案二解決延遲問題，還應該在圖1中A點處增加一個約20毫秒的遲滯時間。因為當兩側迎角均達到失速推桿迎角閾值時，SPC Pusher Enable 1與 SPC Pusher Enable 2和SPC Push Signal 1與SPC Push Signal 2應同時為1。但由于輸出和總線傳輸的不同步性，A點處的信號（即SPC Pusher Enable 1與 SPC Pusher Enable 2）存在比RXA1的輸入信號（即SPC Push Signal 1與SPC Push Signal 2）更先置1的可能性。若不增加遲滯時間，Engage Enable的輸入可能早于RXA1置1，這樣伺服又可能在兩個輸入通道間轉換，造成推桿響應延遲。因此，在圖1中A點處增加一個約20ms的遲滯時間，使得Engage Enable的輸入晚于RXA1置1，伺服保持對RXA通道的監(jiān)控，而不會在通道間轉換監(jiān)控。

5 實施后的效果

按第四節(jié)中方案二實施更改后，推桿延遲時間控制在條款要求的0.5s以內。推桿響應延遲問題得到有效解決。

[1]SAE AEROSPACE STANDARD AS 403A, STALL WARNING INSTRUMENT, 2008，2.