我不笨 我有話要說

飛操系

FLIGHT CONTROL SYSTEM



一、 飛機的三軸:



飛機的三軸為 縱軸、橫軸及垂直軸。而控制飛機沿著三軸變化飛行姿態的即稱為飛機的飛行操縱面。



飛機的三軸



縱軸又稱為滾轉(ROLL)軸，由副翼(AIRELON)控制；橫軸又稱俯仰(PITCH)軸，由升降舵(ELEVATOR)控制；垂直軸又稱偏航(YAW)軸，由方向舵控制。



(一) 飛機的縱向控制-縱向控制元件主要是水平安定面和升降舵及升降舵後緣的配平副片(trim tab)：



飛機的縱向控制　



當欲使機頭上揚時，在駕駛艙內將操縱輪桿(CONTROL WHEEL)向後拉，此時將會拉緊使升降舵向上的鋼繩(沿正駕駛側向後之鋼繩) ，然後再將機尾曲柄之上方拉前，透過連桿及角柄將升降舵上移，此時將使尾翼之升力降低向下，機首上揚。當欲使機首下俯時，將操縱輪桿前推，此時將會拉緊使升降舵向上的鋼繩(沿副駕駛側向後之鋼繩)，然後再將機尾曲柄之下方拉前，透過連桿及角柄將升降舵下移，此時將使尾翼之升力升高向上，機首下俯。

　

升降舵下壓彈簧 -



升降舵一般而言會被定在中性位置，但當飛機接近落地時，機頭上揚，此時重心將後移，若重心移向後太多時，甚至比升力中心更後面，則可能造成機頭一直上揚，同時對升降舵的氣動力將使升降舵上揚，反而又使機頭上升，如此一來飛機極易因攻再過大而失速，故“升降舵下壓彈簧”的設計為在機首上抬時，避免非機姿態因受氣流作用力而無法回復之裝置。



現代飛穖縱向操控除了升降舵之外(現代飛機多半使用鋼繩帶動液壓伺服器來作動飛操面)，另外也使用水平安定面操縱來控制飛機俯仰角度的改變，水平安定面後緣為旋轉軸固定點，前緣固定在一個可旋轉之Jackscrew的Movable nut上，藉由鋼繩帶動轉盤(小飛機)或電馬達(大飛機)使高度固定旋轉，則此時水平安定面前緣便會跟著Movable nut而上下移動藉以控制機首上下。





(二) 橫向及方向控制-



當需做棋向制時，旋轉駕駛艙內之控制輪桿，即可透過轉盤及鋼繩機構傳動至左、右方副翼曲柄，帶動左、右之副翼上下移動。



當飛機操縱副翼動作向左或向右滾轉(側瀼)時，左右兩側的副翼是同時動作，但移動的方向是相反的，如果飛機欲向左側滾，則左側副翼上揚，右側副翼下降，使左側機翼升力降低，右側升力增大，而達到飛機向左滾轉的目的；若欲向右側滾，則恰好動作相反。一般而言，當飛機側滾時，通常三個軸都會改變。



另外當副翼動作時，副翼向下方移動的同側機翼，將產生較另一側大的空氣阻力效應，如此一來將使機頭偏向副翼下降的一側，而造成所謂的"反向偏航"。欲改善此種" 反向偏航"的效應有三種方法，一是在副翼的設計上將副翼上升的行程調校得較下降行程多，使上升側產生較大之阻力，以使左右二邊阻力平衡而機頭不會偏轉。二是將副翼的鉸接點向後移，當某一側副翼向下動作時，該側副翼之前緣將會移動至機翼上方且形成一向前的角度，如此該側的空氣阻力將會增大，而與副翼向上動作的那一側的阻力相等，使飛機機頭不會造成偏向。



　



飛機的橫向控制

　

除了上述兩種方式的設計，也有一些飛機製造廠家為了改善"反向偏航"的效應，將方向舵(rudder)的一部份操縱鋼繩與副翼操縱系統用連結彈簧連結在一起，當副翼作動時，即可藉由方向舵少量的移動對偏航的操縱效果加以修正。但是因為此種操縱副翼時連動的方向舵動作是由彈簧帶動的少量的方向舵移動，可以由駕駛操縱腳踏蹬即可蓋過此種"反向偏航"的修正動作，由駕駛腳踏蹬來控制飛機的方向舵方向藉以得到所要的偏航方向。

　



而方向舵本身主要是由駕駛及副駕駛腳底下的踏蹬所控制，當我們想要把機頭向右轉動時，以腳將正駕駛或副駕駛右側的踏蹬向前蹬，則此時將透過鋼繩、轉盤、角柄等機構將方向舵向右打，此時機尾將因為氣動力之作用將機尾吹向左而使機頭朝右偏航；反之向左亦類似。

　



二、 輔助升力裝置(Auxiliary Lift Devices)



1. 襟翼 (Flap)



襟翼是被應用地最廣泛的輔助升力裝置，主要應用在飛機起飛時增加升力及降落時降低落地速度並幫助機翼提供足夠之升力。

一般提到襟翼時主要是指"後緣襟翼"。對具有襟翼之機翼而言，襟翼放出時可使機 翼面積加大，同時加大有效攻角，故升力增加，但同時阻力也一併增加了。所以如何在適當的時機將襟翼放下至正確的角度是相當重要的。例如在起飛時，襟翼最多只能放出大約全行程的三分之一到一半，以增加升力而不增加太多的阻力；但降落時則同時須增加升力與阻力以減低速度並保持足夠之升力，所以經常被放到全行程位置。



襟翼的類型有下列四種，分別有不同的升力與阻力特性：



各種不同的襟翼形式及升力係數比較

　

(1) 平式襟翼(Plain Flaps) ：升力效應較小，現代飛機已較少使用。



(2) 開裂式襟翼(Split Flaps)：舊式飛機經常使用之襟翼類型，升力常數較低時阻力係數較大，但隨攻角增大時，阻力係數的增加較小。



(3) 開縫式襟翼(Slotted Flaps)：現代最通行之襟翼型式，最常用於小飛機，可產生較簡式襟翼大之升力，此種襟翼的鉸接點位於機翼下的後方，當襟翼放下時，氣流會自襟翼與機翼之間形成的縫流過，避免氣流因大攻角而導致氣流與機翼上表面分離，造成阻力增加而升力減小，減少機翼失速的情況。



(4) 佛勒式襟翼(Fowler Flaps)：現代飛機極為常用之機翼設計，不只改變機翼弧面的形狀，同時增加了機翼的面積。襟翼放下的方式不是靠鉸鍊而是靠後方的軌道滑下。放下第一段時，升力之增加較多，阻力之增加較少，但隨著襟翼放下的愈多，升力的增加愈少，但阻力的增加卻愈來愈少，故而當飛機起飛時，襟翼放下的角度小，而飛機降落時，放下的角度較大，原因即在此。



現代大型飛機使用的襟翼多為佛勒式襟翼型式的複式襟翼，且均有翼縫，以提高大型飛機機翼的升力。

　

2.翼縫、翼縫條與前緣襟翼



翼縫：當機翼在高攻角時升力係數會變大，但隨著攻角愈大時，機翼上表面的氣流愈容易與機翼表面分離，而在分離區裏即會產生亂流而使機翼失去升力，造成機翼失速。當飛機以較高攻角飛行時，翼縫可使氣流經過翼縫流過機翼上表面，而使飛機上表面的氣流分離的空間被經過翼縫的空氣填滿，延遲上表面氣流的分離點不致造成擾流，以提高機翼高攻角時的升力。



翼縫可以是在固定的機翼上設計固定的槽縫，在高攻角時打開，亦可由一活動的“翼縫條”裝置於機翼前緣，於高攻角時向前移動形成翼縫。



前緣襟翼：有飛機利用裝置在翼前緣的襟翼以改變機翼孤面形狀或增大機翼面積以增加升力，型式有向下向前翻轉或向下向前放出等不同方式。



3.特殊形式的翼尖：



當空氣流過機翼的上表面時，將形成低壓而流過翼面下方的空氣則形成高壓，因為上下空氣的差壓將導致氣流向上流動而在翼尖處開始形成擾流，而此種擾流並且會向翼根擴散形成巨大的角錐形減低機翼升力並且影響到主翼後方的氣流(FIG2-54)。當擾流形成一角錐形並擴大到整片機翼時，則翼尖渦流就變成了一個翼後方的亂流而對輕型飛機產生極大的影響。





有許多種方法可避免此種升力的減低甚或流失，並保持住飛機操作的穩定性。



　

有些製造廠家在翼尖裝置了燃油箱(FIG2-55) ，此燃油箱具備有三種功能：

1. 增加飛機的航程。

2. 將大部份機翼的重量平均分散。

3. 避免翼尖氣流溢捲上來。



有些沒有裝置翼尖油箱的小飛機以裝置“翼尖板”來防止翼尖之上捲氣流，此種翼尖板為形狀與翼切形相類似但較大的板子以防上翼尖上捲氣流。



除了這些以外，還有些飛機的機翼翼尖有一特別的下彎，同時翼後緣作成方形來防止上捲氣流(FIG2-56)



另外一個防上翼尖上捲氣流的方法為裝置翼翹(又稱翼端帆) ，主要用在高速的飛機上，翼翹同時也幫助減少阻力並獲得更好的氣流控制。





4.機翼隔板：



要獲得最大的升力，則氣流必需是沿著翼弦之方向通過機翼沒有側滑現象，這幾乎是不可能的現象，因為有些部份極易導致側向的氣流，所以機翼隔板是一種簡單的方法來防止氣流的側滑現象。



　

5.T型尾翼：



在傳統飛機機翼與尾翼的安排上，尾翼時常會因前方機翼產生的擾流而減少或失去操控的效果，故將水平尾移高時，即可避開主翼後方的擾流，保持機翼操縱面的性能，而且T型尾又可以將氣流鎖住，使之不會向著翼尖流失掉。

　　



三、 飛操面的操縱系統



1. 鋼繩-飛機的操控鋼繩材料一般為碳鋼與防銹鋼製成，不銹鋼的強度稍低，但可使用的壽命較長，當需要鋼繩必須避免銹蝕時，則不銹鋼的鋼繩即常被選用，例如農業用及水上飛機即使用此種鋼繩材料。



　

各種硬性與柔性鋼繩截面



2. 鋼繩的製成：

用在飛機操縱面系統的鋼繩有三種，硬式、軟式與超軟式。硬式鋼繩為1x7，1x19型式 ，只用在鋼繩直線裝置處，且沒有經任何改變方向的滑輪。軟式鋼繩一般則為7x7鋼繩，可通用在直線區及大滑輪轉彎時。超軟鋼繩是以7x19之鋼繩做成的，用在小轉彎半徑之滑輪區域。



3. 鋼繩的測試，一般加以鋼繩張力極限的60%施力3分鐘來測試鋼繩可承受的力量。



4. 鋼繩檢查、磨損與銹蝕是鋼繩常見的問題，以布摸過鋼繩可以得知鋼繩斷股處。欲檢查鋼繩有無銹蝕，需移動操縱面，帶動鋼繩，並儘量靠近滑輪檢查，若發現可能有銹蝕時，拆下鋼繩並折彎，看是否有任何一股鋼繩斷裂跳出。

要防止鋼繩銹蝕，我們也可在鋼繩上塗上一層蠟質油膏來隔絕水氣防止銹蝕。



5. 鋼繩護套--鋼繩時常要通過許多隔框，為了怕鋼繩與隔框磨損而斷裂，故在隔框處會裝置護套以導正並保護鋼繩，避免與隔框磨擦，另外在鋼繩通過加壓區與非加壓區之間時，為了防止加壓空氣的洩漏，需使用有氣封功能的護套。



斷損之鋼繩



6. 滑輪─滑輪是用來在鋼繩改變方向時使其動作順暢的機構，裝置時需注意對正角度使鋼繩正確坐落在滑輪溝槽內，並且使鋼繩可以壓著滑輪溝槽完全的轉動。所有的滑輪在裝置鋼繩後均應裝上一根保護銷，以防止鋼繩跳出滑輪之外。

配合鋼繩的線徑粗細，我們必要選用尺寸適合的滑輪，否則將會導致不必要的磨損或卡住鋼繩。

7. 鋼繩、滑輪及操縱面裝置完成後，鋼繩的鬆緊必須調整至一定的張力，以保持操縱面的正確位置及操作行程。



鋼繩張力表量測情形

一般的調整方式是將控制輪桿或轉盤的定中銷插上後，調整鋼繩的張力至尺寸剛好的定中銷，可以自由插進拔出，再以液壓系操縱飛操面的大型飛機而言，調整鋼繩張力須在液壓系建壓時執行，而鋼繩量測時須先量出或查出鋼繩直徑，並對照維修手冊之張力對照表數據，配合溫度之高低變化，以鋼繩張力表量出張力並調整至正確範圍，另外需注意以張力表量測鋼繩張力時，不可距鋼繩端固定點過近而使數據不準確，量測時至少距固定點6吋以上。