[科普中国]-高度与速度控制系统

高度控制系统

控制飞机在某一恒定高度上飞行的系统。它以飞机俯仰角控制系统为内回路，因此除包括与自动驾驶仪俯仰通道中相同的元、部件（如俯仰角敏感元件、计算机、舵回路等）外，还包括产生高度差（当前高度与期望高度的差值ΔH）信号和升降速度信号的敏感元件。专用的高度修正器或大气数据计算机能输出高度差和升降速度信号。高度控制系统有两种工作状态：一种是自动保持飞机在当时的高度上飞行，简称定高状态；另一种是自动改变飞行高度直到人工预先选定的高度，再保持定高飞行，简称预选高度状态。当驾驶员拨动预选高度旋钮调到预选高度刻度时，飞机自动进入爬高（或下滑）状态。在飞机趋近预选高度后，自动保持在预选的高度上作平直飞行。2

速度控制系统通过升降舵或加油门来自动控制空速或马赫数的系统。通过升降舵调节的系统与高度控制系统相似，也以自动驾驶仪俯仰通道作为内回路。在保持定速状态下，空速差 等于当时空速 与系统投入该状态瞬间空速 之差。在预选空速状态下，空速差等于当时空速与预选空速 之差。为提高控制速度的精度，须引入空速差的积分信号。在保持飞机姿态或飞行高度不变的条件下，空速也可由油门自动控制。将空速差和空速变化率信号引入油门控制器来改变发动机油门的大小。如不满足上述条件，改变油门大小只能使飞机升高或降低，而速度不变。为防止随机阵风引起空速频繁变化以致对发动机过分频繁调节，一般将空速差和空速变化率信号经过阵风滤波器（通常为低通滤波器）进行滤波。为了改善飞机速度控制的质量，常采用比例加积分再加微分的控制方式。2

基本组成①测量元件或称为敏感元件，主要用来测量飞机运动时的各项参数。飞机的角速度主要用速率陀螺来测量，飞机姿态角中的俯仰角则主要用垂直陀螺来测量，飞机的偏航角主要用飞机的航向陀螺测量。

②信号处理元件或者称为计算元件，飞机中的计算元件的功能主要是转换信号。比如传感器测量的信息含有噪声，则滤波器就是来滤除飞机的噪声信号。飞控计算机输出的控制信号，超出了执行器所能接受的范围，计算元件中的限幅器就会把控制信号限定到一定幅值之内，使执行器能够接受。

③放大元件，主要是放大功能，把上述处理过的信号进行放大处理，一般情况下指的是功率放大。

④执行结构，飞机上的执行结构是根据飞控计算机的控制信号，并进行一定的放大处理之后，带动相关部件运动的机构。3

主要作用在低动压下对飞机空速进行保持。当飞机工作于低动压时，由于反映飞机机动性能的系数减小，使飞机飞行速度不稳定的可能性大大增加，为进场时保持飞机飞行速度，设置速度控制系统是十分必要的；同时，在低动压下为控制飞行轨迹角沿下滑波束中心线飞行，也需保持飞行速度。

在跨声速飞行时对飞机飞行速度实施稳定。由于飞机焦点随飞行速度增大而后移，这将导致速度不稳定，使飞机出现长周期运动单调发散。所以，在飞机跨声速飞行时应采用速度控制(或马赫数自动配平)系统以稳定飞行速度。

对飞机速度大小的控制会改善超声速飞机的速度稳定性，阻尼飞机长周期运动，同时，它也是飞机轨迹控制的必要前提。4

控制方案飞机速度控制主要有三种方案，第一种是通过控制飞机的升降舵，改变飞机的俯仰角来控制速度；第二种是通过控制油门的大小，改变发动机的推力来控制飞机的速度；第三种是通过速度和俯仰角解耦的控制方案。3

主要功能随着飞行高度与速度控制系统的不断发展，其所能实现的功能也越来越多，它可以实现的主要功能有：

使飞机在三个轴向上保持相对的稳定，即飞机姿态角的稳定。

飞行员发送相关的指令到飞控计算机，比如期望的飞机速度，飞控计算机根据飞机实际的速度和期望的速度，输出控制信号，使实际的速度等于期望的速度。

飞控系统接收到飞行员设定的信号之后，控制飞机按照期望的高度和速度飞行。

飞控系统和管理飞机飞行的计算机结合在一块，使飞机按照预先设定的速度进行飞行，满足一定的任务目标。3