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主動(dòng)控制技術(shù)
主動(dòng)控制技術(shù)
主動(dòng)控制技術(shù)(主動(dòng)控制技術(shù))
主動(dòng)控制技術(shù)（Active Control Technology），是由美國(guó)率先提出的一種飛機(jī)設(shè)計(jì)和控制技術(shù)。從飛機(jī)設(shè)計(jì)的角度來(lái)說(shuō)，主動(dòng)控制技術(shù)就是在飛機(jī)設(shè)計(jì)的初始階段就考慮到電傳飛行控制系統(tǒng)對(duì)總體設(shè)計(jì)的影響，充分發(fā)揮飛行控制系統(tǒng)潛力的一種飛行控制技術(shù)。F-16是世界上第一架采用主動(dòng)控制思想設(shè)計(jì)的飛機(jī)。
目錄 主動(dòng)控制技術(shù)與常規(guī)設(shè)計(jì)的區(qū)別 主動(dòng)控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì) 主動(dòng)控制技術(shù)內(nèi)容 主動(dòng)控制技術(shù)與常規(guī)設(shè)計(jì)的區(qū)別采用主動(dòng)控制技術(shù)的設(shè)計(jì)方法和常規(guī)設(shè)計(jì)方法有什么不同呢？我們就從常規(guī)的飛機(jī)設(shè)計(jì)方法談起。常規(guī)的飛機(jī)設(shè)計(jì)方法的過(guò)程是這樣的：根據(jù)任務(wù)要求，考慮氣動(dòng)力、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和發(fā)動(dòng)機(jī)三大因素，并在它們之間進(jìn)行折衷以滿足任務(wù)要求，這樣為獲得某一方面的性能就必須在其他方面作出讓步或犧牲，例如為實(shí)現(xiàn)更好的氣動(dòng)穩(wěn)定性就必須在尾翼的重量和阻力方面付出代價(jià)。折衷之后就確定了飛機(jī)的構(gòu)形，再經(jīng)過(guò)風(fēng)洞吹風(fēng)后，對(duì)飛機(jī)的各分系統(tǒng)（其中包括飛行控制系統(tǒng)）提出設(shè)計(jì)要求。這里飛行控制系統(tǒng)和其他分系統(tǒng)一樣，處于被動(dòng)地位，其基本功能是輔助駕駛員進(jìn)行姿態(tài)航跡控制。
常規(guī)設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)步驟
而采用主動(dòng)控制技術(shù)的設(shè)計(jì)方法則打破了這一格局，把飛行控制系統(tǒng)提高到和上述三大因素同等重要的地位，成為選型必須考慮的四大因素之一，并起積極作用。在飛機(jī)的初步設(shè)計(jì)階段就考慮全時(shí)間、全權(quán)限的電傳飛行控制系統(tǒng)的'作用，綜合選形，選形后再對(duì)飛行控制系統(tǒng)以外的其他分系統(tǒng)提出設(shè)計(jì)要求。這樣就可以放寬對(duì)氣動(dòng)、結(jié)構(gòu)和發(fā)動(dòng)機(jī)方面的限制，依靠控制系統(tǒng)主動(dòng)提供人工補(bǔ)償，于是飛行控制由原來(lái)的被動(dòng)地位變?yōu)橹鲃?dòng)地位，充分發(fā)揮了飛行控制的主動(dòng)性和潛力，因而稱這種技術(shù)為主動(dòng)控制技術(shù)。
主動(dòng)控制技術(shù)的設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)步驟
正是由于采用主動(dòng)控制技術(shù)的設(shè)計(jì)方法在選形和布局的過(guò)程中，都將控制系統(tǒng)作為一個(gè)主要因素來(lái)考慮，所以這種技術(shù)又被稱作隨控布局技術(shù)（Control Configured Veh icle）。 主動(dòng)控制思想的出現(xiàn)是由兩個(gè)因素促成的，一個(gè)是美國(guó)空軍戰(zhàn)略思想的改變，從要導(dǎo)彈不要飛機(jī)變成發(fā)展機(jī)動(dòng)性好的空中優(yōu)勢(shì)戰(zhàn)斗機(jī)，正是提高飛機(jī)機(jī)動(dòng)性的努力使主動(dòng)控制技術(shù)走向航空科技的前緣；第二個(gè)是現(xiàn)代自動(dòng)飛行控制技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，為主動(dòng)控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。從控制的角度來(lái)說(shuō)，主動(dòng)控制技術(shù)實(shí)際上是自動(dòng)控制系統(tǒng)的反饋原理的應(yīng)用和發(fā)展。飛機(jī)上最早的應(yīng)用就是自動(dòng)駕駛儀，但早期的自動(dòng)駕駛儀主要是為減輕駕駛員保持姿態(tài)、航向的工作負(fù)擔(dān)，在飛行個(gè)可以接通或斷開(kāi)，因此它對(duì)飛機(jī)設(shè)計(jì)本身不產(chǎn)生直接影響。隨著超音速飛機(jī)的出現(xiàn)，產(chǎn)生了高空飛行氣動(dòng)阻尼不足的問(wèn)題。其中最突出的是航向穩(wěn)定問(wèn)題，為此采用了增穩(wěn)系統(tǒng)造成人工阻尼來(lái)解決，由于增穩(wěn)系統(tǒng)所阻尼的是頻率較高的短周期振動(dòng)，這是駕駛員來(lái)不及反應(yīng)并進(jìn)行手操縱的，因此增穩(wěn)系統(tǒng)的功能是駕駛員無(wú)法取代的。增穩(wěn)系統(tǒng)的采用，減輕了飛機(jī)本身的設(shè)計(jì)任務(wù)，因此它的采用對(duì)飛機(jī)設(shè)計(jì)產(chǎn)生了直接影響。這些增穩(wěn)系統(tǒng)仍然采用機(jī)械系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行控制，然而在越南戰(zhàn)爭(zhēng)中，美軍被擊落的飛機(jī)中有30%是被地面炮火擊中機(jī)械操縱系統(tǒng)而導(dǎo)致墜毀的，因此提出了電傳操縱系統(tǒng)的概念。正是電傳操縱系統(tǒng)的運(yùn)用，成為了主動(dòng)控制技術(shù)的物質(zhì)載體。
主動(dòng)控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)一、采用主動(dòng)控制技術(shù)的飛機(jī)可以具有以下一些功能： 1．放寬靜穩(wěn)定度 2．實(shí)現(xiàn)直接力控制 3．控制機(jī)動(dòng)載荷 4．控制突風(fēng)載荷 5．控制機(jī)體顫振 6．采用綜合火控/飛行/推力控制系統(tǒng) 二、采用主動(dòng)控制技術(shù)之后，對(duì)飛機(jī)的性能有很大提高，主要表現(xiàn)在： 1．減小飛機(jī)尺寸，減輕結(jié)構(gòu)重量，降低巡航阻力，增大航程； 2．提高戰(zhàn)斗機(jī)的機(jī)動(dòng)性和完成作戰(zhàn)任務(wù)的效率； 3．減少結(jié)構(gòu)疲勞損壞，延長(zhǎng)使用壽命，改善乘座品質(zhì)和著陸性能，減輕駕駛員工作負(fù)擔(dān)； 4．降低制造成本和維護(hù)費(fèi)用； 國(guó)外的第三代戰(zhàn)斗機(jī)都廣泛采用了主動(dòng)控制技術(shù)，例如F-16，F(xiàn)-18，Su-27，Mig-29等等。民航機(jī)也有采用主動(dòng)控制技術(shù)的，例如波音777，空中客車(chē)A320等等。
主動(dòng)控制技術(shù)內(nèi)容在飛機(jī)總體設(shè)計(jì)階段就主動(dòng)把控制系統(tǒng)與氣動(dòng)布局、結(jié)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)等進(jìn)行協(xié)調(diào)，從而提高飛行性能、改善飛行品質(zhì)的反饋控制技術(shù)。又稱隨控布局技術(shù)。它是20世紀(jì)70年代出現(xiàn)電傳操縱系統(tǒng)控制后迅速發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)。主要內(nèi)容包括：
放寬靜穩(wěn)定性控制
按傳統(tǒng)辦法，飛機(jī)是靠平尾使其焦點(diǎn)位于質(zhì)心之后以獲得靜穩(wěn)定性，往往為此要付出增大平尾、加長(zhǎng)機(jī)身、增加重量的代價(jià)，而且超音速飛行時(shí)焦點(diǎn)過(guò)于靠后，機(jī)動(dòng)性也差。此項(xiàng)控制，是將飛機(jī)設(shè)計(jì)成僅超音速飛行時(shí)為靜穩(wěn)定的，亞音速飛行時(shí)由控制系統(tǒng)根據(jù)干擾信號(hào)驅(qū)動(dòng)平尾，產(chǎn)生恢復(fù)力矩，提供人工穩(wěn)定。
機(jī)動(dòng)載荷控制
按傳統(tǒng)辦法，轟炸機(jī)也按機(jī)動(dòng)過(guò)載設(shè)計(jì)，致使長(zhǎng)時(shí)間的巡航飛行中機(jī)翼抗彎強(qiáng)度有富余�，F(xiàn)將機(jī)翼承載能力按巡航要求設(shè)計(jì)，機(jī)動(dòng)飛行時(shí)，通過(guò)控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)有關(guān)操縱面，使機(jī)翼升力分布中心向翼根移動(dòng)，保證凈增升力滿足需要，翼根彎矩又不致增大，從而減輕結(jié)構(gòu)重量，提高巡航經(jīng)濟(jì)性。殲擊機(jī)仍按機(jī)動(dòng)過(guò)載設(shè)計(jì)，但機(jī)動(dòng)飛行時(shí)，控制機(jī)翼升力沿展向按橢圓形規(guī)律分布，來(lái)減小誘導(dǎo)阻力和延緩氣流分離，以此增大單位剩余功率和抖振升力系數(shù)，提高機(jī)動(dòng)性。
顫振抑制控制
防止機(jī)翼、 尾翼顫振， 傳統(tǒng)辦法是加厚蒙皮和增設(shè)配重�，F(xiàn)改為在機(jī)翼、尾翼上安裝加速度計(jì)感受振動(dòng)信號(hào)，以此驅(qū)動(dòng)有關(guān)操縱面按一定規(guī)律偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生阻尼氣動(dòng)力來(lái)抑制顫振，因而減輕了結(jié)構(gòu)的重量。
陣風(fēng)載荷控制
陣風(fēng)或大氣紊流使飛機(jī)產(chǎn)生顛簸，增加結(jié)構(gòu)疲勞，降低 乘坐品質(zhì)，影響武器投射精度。此項(xiàng)控制，是在飛機(jī)適當(dāng)部位安裝加速度計(jì)來(lái)測(cè)得干擾信號(hào)，以此控制相應(yīng)的操縱面偏轉(zhuǎn)，增加狀態(tài)阻尼，使因陣風(fēng)或大氣紊流引起的機(jī)翼升力變化減小。
直接力控制
按傳統(tǒng)辦法飛機(jī)重心沿立軸、橫軸的運(yùn)動(dòng)，是依靠力矩操縱來(lái)改變力間接控制的，即為姿態(tài)運(yùn)動(dòng)和軌跡運(yùn)動(dòng)的耦合。采用直接力控制的飛機(jī)上,通過(guò)增設(shè)水平前翼、垂直前翼,利用控制系統(tǒng)使它們與水平尾翼、方向舵協(xié)調(diào)偏轉(zhuǎn)，可產(chǎn)生純升力、純側(cè)力，從而解除上述耦合現(xiàn)象，減小操縱反應(yīng)的時(shí)間滯后，提高了飛機(jī)的機(jī)動(dòng)性和武器投射的命中率。 主動(dòng)控制技術(shù)除上述幾項(xiàng)外，還應(yīng)用到綜合飛行/推力控制、綜合火力與飛行控制系統(tǒng)等方面。
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