襟翼是什么？——浅述飞控襟翼系统

01.什么是襟翼？

飞机是20世纪初最重要的发明之一，也是现代文明的代表。为了将飞机与热气球、滑翔伞等飞行工具进行区分，人们将飞机定义为由一具或多具动力装置产生推力或拉力，由机身的固定机翼产生升力，能在大气层上、中、下层飞行的重于空气的航空器。

由上述定义可知，机翼的作用就是产生足以让飞机飞上天空的升力。乘坐飞机时，只要坐在座舱后侧的靠窗位置，就可以近距离地观察到飞机机翼。

▲图片来源：出差同事拍摄

 

飞机的升力公式为Y=½ρCSv²。Y为总升力，单位为牛顿；ρ为大气密度，C为升力系数，S为机翼面积，v为飞机的速度。清华大学王秉良教授的《飞机空气动力学》对此公式进行了详细推导，结合“流体力学之父”丹尼尔·伯努利1783年发现的“伯努利定理”定理（流速越快，流体产生的压强就越小）可知，在速度保持不变的情况下，提高升力主要有两种思路：

1.改变机翼弯度，使上下表面形成气流速度差，增加升力系数；

2. 增加机翼的面积。

飞机作为交通工具，承载更多更重的物品、飞得更快是其亘古不变的追求，为了达到安全离地、平稳着陆的目的，增加升力便成为了设计师们需要攻克的难题。用于增加升力的襟翼（Flap，航空术语）系统的出现，是飞机设计发展进程的必然结果。

襟翼特指现代机翼边缘部分的翼面形可动装置，通常安装在机翼的后缘或前缘，通过向下偏转或向前后滑动，改变机翼弯度，增加机翼面积，还增加了供气流通过、减小机翼上方压强的一条或几条缝隙，使飞机稳定地获得更多升力。

 

 

襟翼系统（Flap Control System）是飞机电传操纵系统的组成部分，用于接收飞控计算机的指令，实现对襟翼的随动控制，不仅使机翼变得更加轻巧，还使飞机的载重、速度、阻力和油耗达到最佳平衡。

 

02.襟翼系统的安全性

2018年10月25日，从重庆飞往拉萨的厦门航空MF8411航班，在即将到达目的地时，一侧襟翼突然出现卡阻故障，造成飞机无法减速，也无法上升。情况发生后，当班机组立即启动应急预案，最终通过在空中盘旋约1小时进行耗油，以减轻落地时的重量，最大限度降低落地速度。飞机最终在拉萨机场安全降落，机上88名旅客和机组成员全部平安。

 

 襟翼系统如出现故障，将直接危及飞行安全，对其进行全面、周密而又高效的测试是必不可少的。传统测试通常会选择在飞机试飞前模拟各种故障，以验证襟翼系统的响应能否满足相应的设计要求。由于襟翼系统的故障设置较为复杂又难以复现，时间、经费、人力等成本也较为高昂，必须寻求更佳的测试方法充实和完善测试手段。为了在前期测试阶段替代真实硬件参与测试，开发人员可以借助仿真平台，仿真襟翼系统各部件的功能与接口，实现对襟翼系统的整体仿真。

 

SkyEye，中文全称天目全数字实时仿真软件，是基于可视化建模的硬件行为级仿真平台，支持用户通过拖拽的方式对襟翼系统硬件进行行为级别的仿真和建模，构建飞控襟翼硬件仿真系统。

 

基于SkyEye的飞控襟翼硬件仿真系统由动力驱动装置仿真平台、信号调理箱、下位机襟翼控制仿真系统三部分组成。

▲飞控襟翼硬件仿真系统工作原理图

*FSCL：Flight Spoiler Control Lever，飞行扰流板操纵杆；

*RVDT：Rotary Variable Differential Transformer，差动变压器式角位移传感器；

*429总线：ARINC 429，目前民用飞机常用的串行通信总线标准。

 

动力驱动装置仿真台主要完成襟翼仿真驱动功能，包括电机、转速传感器、减速机构、电磁制动器、传动齿轮、襟翼转角位置等；

信号调理箱负责向系统提供FSOS（Flight Simulator Operating System，飞行模拟器操作系统）、RAT（Ram Air Turbine，冲压空气涡轮）应急电源等开关量数字信号，并处理429总线信号的转接与调理； 

下位机襟翼控制仿真系统主要完成信号的来源控制及采集，如控制电机转速D/A转换器（Digital-to-Analog，数字-模型）、采集离散量开关信号等。

系统运行过程中，位于下位机的仿真子系统通过数据采样，测量襟翼控制手柄位置，接受航电IOC发送的航电系统数据，检测紧急开关、超控开关状态等原始数据，监测襟翼位置、倾斜角度、驱动电机转速等反馈数据，根据控制算法控制襟翼动力电机运行，驱动襟翼转动。 

位于上位机的监控子系统通过网络接口接收仿真系统发送的系统状态数据，在远程终端上显示系统运行状态；数据分析子系统采集航电429总线上通信数据及指定429总线上的信号波形、角度传感器RVDT输入输出信号波形，在上位机上显示波形曲线、计算有关波形参数。

构建飞控襟翼硬件仿真系统，直接影响航空产品的先进性与可靠性，对襟翼的研制周期起着关键作用，对提高襟翼系统完好性、延长襟翼寿命周期、降低襟翼前期研发成本具有重要意义。

 

原文链接

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