[科普中国]-可调安定面

水平安定面简介

飞机的水平安定面是飞机尾翼的水平翼面，安定面的作用是使飞机具有适当的静稳定性。当飞机在空中作近似匀速直线运动飞行时，常常会受到各种上升气流或者侧向风的影响，此时飞机的航行姿态就会发生改变，飞机会围绕质心左右（偏航）、上下（俯仰）以及滚转。如果飞机是静不稳定的，就无法自动恢复到原来的飞行姿态，即如果飞机受到风的扰动而抬头，那么飞机就会持续抬头，而且当这股扰动气流消失以后，飞机就会保持抬头姿态，而无法恢复到原来的姿态。

作用飞机的水平安定面就能够使飞机在俯仰方向上（即飞机抬头或低头）具有静稳定性。水平安定面是水平尾翼中的固定翼面部分。当飞机水平飞行时，水平安定面不会对飞机产生额外的力矩；而当飞机受到扰动抬头时，此时作用在水平安定面上的气动力就会产生一个使飞机低头的力矩，使飞机恢复到水平飞行姿态；同样，如果飞机低头，则水平安定面产生的力矩就会使飞机抬头，直至恢复水平飞行为止。1

带有可调安定面的操纵系统优点在这种操纵系统的结构中，操纵系统中除有升降舵外，还有可调的水平安定面，其许多优点如下：

（1）安定面是用于把飞机配平在给定的状态，而升降舵则基本上是用于机动飞行。这样可使升降舵和平尾做得尺寸较小，从而减小了由气动铰链力矩引起的力。

此外，可调水平安定面加升降舵作为纵向操纵面，比固定的安定面加升降舵有较高的效率。在原始效率相同的条件下，可调水平安定面及其升降舵的面积可减小，从而降低结构重量和把这些机构的操纵能耗减少5一6倍。

（2）因为飞机是由水平安定面来配平，所以操纵杆和升降舵在完成配平后是定位在靠近中立的位置口操纵杆的这种位置便于驾驶。同时还发生杆力回零，于是就没有使用升降舵上的调整片的必要了，而它是各种故障的根源，其中包括硬故障。
在操纵杆处于中立位置时，飞行员可支配升降舵的全部效率。此时根据驾驶力的变化的不同，’飞行员能检查安定面的工作状态，这对于安定面操纵回路中有硬故障的情况下是非常重要的。

（3）因为在稳定飞行中升降舵实际上是处于中立位置，这对升阻比将产生有利影响。

（4）在升降舵尺寸较小的情况下，因升降舵效率值较小，较容易解决保障既定飞行状态范围内的所需的操纵性问题。

（5）在自动操纵状态下，可利用安定面来自动配平，以消除在断开自动操纵系统时向手动操纵的突然过渡。自动配平既可按照升降舵偏转信号，又可按照与自动操纵系统伺服驱动机构上的离合器上的力矩或力相当的信号来实施。因为在此系统中操纵力减小，所以当然可减小自动操纵系统执行驱动机构的功率。
要指出的重要一点，是上述与采用可调水平安定面有关的优点，促进了保障安全问题具有头等意义的大载客量（100人以上的）客机广泛采用可调水平安定面。根据国外资料，到1990年底，世界的干线客机总数为11510架(不包括前苏联）。

可调水平安定面的注意事项（1）如果安定面在其极限位置上，升降舵的效率不足以补偿安定面的故障(力矩)，则它的操纵系统应具有很高的可靠性，这种可靠性只能靠余度来保障。否则安定面的偏转角度只能限制在安全值以内。
升降舵大角度偏转来补偿安定面故障可能会要求飞行员使用很大的操纵力。所以，考虑安定面有很大的效率，应排除安定面的硬故障。

（2）在起飞之前，安定面应处在按飞机重心位置和重量确定的位置上。必须采取这种办法。为此，一般是利用专门的表格或飞机重心和重量计算机。
在选择可调水平安定面操纵系统结构时，所研究的最典型的故障，是安定面任意偏转类型的电气故障或在操纵信号作用时安定面不动作，以及机械元件使舵机卡死或松脱的故障。
为了在发生上述故障时保持系统的工作能力，要采取专门措施，包括首先使用余度，以及旨在排除机组和维护人员失误的专门办法。2

安定面的故障及消除方法对飞机来说最大的危险是引起安全面偏移电气故障。应当用一切可能的方法消除这种故漳，甚至为此不惜提高安定面不动作的概率。鉴于飞行的安全直接取决于配平能力的保持，可调水平安定面操纵系统的组成是建_立在各通道速度叠加的原理基础上。在这种情况下有一个通道发生故障时可保持安定面配平偏转角，而安定面的偏转速度降低了一个流通道速度分量值。虽然在利用各通道相加的原理时，会增大某一通道产生硬故障的概率，但此时安定面的偏移速度取决定于单通道的偏移速度。在手动操纵时，飞行员可利用其它工作正常的通道(其总速度超过有故障的通道)来对付安定面的偏移。因此，飞行员应定期地把安定面的返回平衡位置。为了消除这种效应，可利用一个自动检测系统，它可发现和隔离有故障的通道。在断开有故障的通道后，安定面的偏转速度会减小一个有故障通道的速度值。在安定面的操纵系统中，除余度外还采取其它措施由飞行员防止安定面偏移或促进对这类故漳给以快速补偿。

这类措施之一，是安定面的不连续操纵。在采取这种操纵方法时，在按压一次安定面操纵按钮后，安定面只移动不大的角度。为使安定面移动较大的角度，必须依次地按压几次按钮(雅克一40 ;雅克一42)。所以在出现假信号时，安定面只能移动一个不大的角度，它由终点电门限定。此时终点电门的间距是可变的。例如在雅克一42飞机上，在安定面调定角度为 到 的范围内，间距为 。而在 至 。范围内，间距为。

在国外的客机上，提高安定面操纵可靠性的常用措施之一，是采用有余度的机械钢索传动来操纵安定面的舵机。这种机械传动系优于电气导线。在必要的情况下，飞行员可以超越电气操纵和停止安定面的偏移。此外，机械系统同时是指示飞行中安定面位置的可靠手段。3