一种分布式的襟翼控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于航空系统技术领域，涉及一种分布式的襟翼控制系统及控制方法。

背景技术

襟翼控制系统在不同飞行阶段(起飞、巡航、进近和着陆)通过控制后缘襟翼的位置，实现增升增阻，从而缩短飞机起飞和着陆滑跑的距离，提高经济性。目前，现代大型飞机襟翼控制系统多采用集中式驱动架构，该架构由于传动线系长、组件多，易导致襟翼传动系统发生卡滞或脱开故障。当发生卡滞或脱开故障时，系统将襟翼把持在故障当前位置，此故障模式下整个收放襟翼功能丧失，所有襟翼均不能作动。

CN115743525A提出一种高可用性襟翼差动控制系统及方法，该发明在传统的集中式驱动襟翼系统架构基础上通过增加襟翼差动作动器、襟翼差动控制器和差动控制逻辑实现了襟翼差动主动控制功能，提高了襟翼差动控制功能的安全性。该发明具有传统集中式驱动襟翼控制系统的所有功能，并且在飞机巡航时，能够根据襟翼差动控制指令实现内外侧襟翼独立控制。当襟翼系统传动线系中任一位置出现卡滞故障或脱开故障时，设计的襟翼差动控制系统可将故障的襟翼把持在当前位置，并控制剩余可用的襟翼进行正常收放，从而提高襟翼控制系统的可用性。该发明在传统的集中式架构基础上增加了襟翼差动作动器、襟翼差动控制器，不仅导致系统可靠性降低，且传动效率受到影响。

CN111516857A提出了一种襟翼分布式驱动系统，该发明在传统集中式驱动襟翼系统架构基础上，取消了集中动力驱动装置以及连接左右驱动系统的传动线系，并在左右内外侧襟翼中间各增加了一个动力驱动装置，通过新增的动力驱动装置直接驱动内外侧襟翼同步运动，同时本发明由于未将内外侧襟翼传输线系断开，因此确保了单侧翼面内外侧襟翼运动的一致性。该发明着重通过左侧以及右侧襟翼差动功能实现副翼横滚操纵的功能。襟翼系统传动线系的卡滞故障或脱开故障引起的无法操作并没有解决，并且由于左右驱动线系各自独立驱动，因此，对系统同步性提出更高的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种分布式的襟翼控制系统及控制方法，用以解决由于单个驱动器故障导致的襟翼歪斜、降低系统可用性的问题。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

一种分布式的襟翼控制系统，包括襟翼控制手柄、高升力计算机、两块外侧襟翼、两块内侧襟翼、数据总线以及现场总线；其中：

每一块外侧襟翼和每一块内侧襟翼均通过两套襟翼作动器进行控制，两套襟翼作动器分别与外侧襟翼/内侧襟翼的两侧连接；所述襟翼控制手柄具有多个档位，每个档位对应一种襟翼构型；

飞行员通过安装在驾驶舱的襟翼控制手柄选择期望的襟翼构型并发送操作位置信号，高升力计算机根据期望的襟翼构型的操作位置信号以及飞行参数信号经过逻辑判断后通过数据总线发送襟翼控制指令给现场总线；所有襟翼作动器通过现场总线中获取的对应于每一套襟翼作动器的襟翼作动位置信号解算襟翼控制指令，襟翼作动器驱动机械连接的内侧襟翼和外侧襟翼运动使得外侧襟翼、内侧襟翼构成期望的襟翼构型。

进一步地，所述襟翼作动器包含智能控制器、动力驱动模块以及传感器模块，其中：

智能控制器实时接收现场总线的襟翼控制指令和其他襟翼作动器的状态信号以及传感器模块的襟翼作动位置信号进行环境补偿，控制外侧襟翼和内侧襟翼协同工作；动力驱动模块通过机械传动与外侧襟翼或内侧襟翼连接，动力驱动模块在智能控制器的作用下首先完成制动解锁，然后进行动力驱动外侧襟翼和内侧襟翼协同工作；同时，动力驱动模块将制动状态信号以及驱动速度信号反馈给智能控制器；传感器模块安装在动力驱动模块上，可实时将内外侧襟翼作动位置信号反馈给智能控制器进行位置闭环。

进一步地，所述智能控制器实时监测内侧襟翼和外侧襟翼的运动情况，当通过自检发现襟翼出现运动速率异常、不对称、位置超限故障情况，智能控制器提供相应的故障保护措施，必要时给动力驱动模块发送控制指令锁定故障的外侧襟翼和内侧襟翼，并根据飞行员控制指令，选择合适的时机进行外侧襟翼和内侧襟翼的翼面重构。

进一步地，每个襟翼作动器的智能控制器将对应外侧襟翼和内侧襟翼的自检状态、制动状态信号、驱动速度信号作为襟翼作动器的状态信号发送到现场总线上，与其他的襟翼作动器进行数据共享，从而通过环境补偿实现同步控制。

进一步地，当通过自检发现某外侧襟翼和内侧襟翼对应的两个襟翼作动器中，其中一个襟翼作动器出现卡滞或脱开故障时，将该襟翼作动器调整成随动模式，在另外一个襟翼作动器的作用下，将对应的外侧襟翼和内侧襟翼推至期望的构型；当外侧襟翼和内侧襟翼的两个襟翼作动器同时卡滞或脱开时，通过襟翼作动器控制该襟翼和与该襟翼对称的襟翼把持在故障位置，此时飞行员通过操作其余襟翼构型，完成巡航、进近以及着陆任务。

一种分布式的襟翼控制系统的控制方法，包括：

在飞机巡航状态，高升力计算机通过襟翼作动器对外侧襟翼和内侧襟翼进行单独运动控制，从而使得外侧襟翼和内侧襟翼处于最优飞行角度；

飞机起飞或着陆时，飞行员通过安装在驾驶舱的襟翼控制手柄选择期望的襟翼构型，飞管计算机的飞机参数模块反馈飞行参数信号给高升力计算机，高升力计算机根据期望的襟翼构型和飞行参数信号解算襟翼控制指令；高升力计算机通过数据总线和现场总线将襟翼控制指令发送给各个襟翼作动器中集成的智能控制器，智能控制器根据现场总线共享的其他襟翼作动器的状态信号，发送控制指令给内部集成的动力驱动模块，动力驱动模块按照指令上电解除制动，并将制动信号反馈至智能控制器，智能控制器根据反馈的制动信号按指令通过动力驱动模块利用机械传动将翼面推动至期望的构型位置，此时传感器模块将襟翼作动位置信号反馈至智能控制器，智能控制器根据反馈的襟翼作动位置信号，在作动到位时发送停止控制指令。

进一步地，飞机巡航时，高升力计算机接收飞机参数模块发送的期望的襟翼位置指令信号，高升力计算机通过数据总线和现场总线将襟翼控制指令发送给各个襟翼作动器中集成的智能控制器，智能控制器根据现场总线共享的其他襟翼作动器的状态信号，发送控制指令给内部集成的动力驱动模块，动力驱动模块按照指令上电解制动，并将制动信号反馈至智能控制器，智能控制器根据反馈的制动信号通过动力驱动模块将翼面推动至期望的构型位置。

进一步地，当智能控制器发现某一动力驱动装置故障时，通过现场总线综合判断1号和2号襟翼作动器或7号和8襟翼作动器是否同时故障；其中1、2号为左外侧襟翼对应的两个襟翼作动器，3、4号为左内侧襟翼对应的两个襟翼作动器，5、6号为左外侧襟翼对应的两个襟翼作动器，7、8号为左内侧襟翼对应的两个襟翼作动器：

若不存在同时故障，此时智能作动器继续判断本体是否故障，若无故障，按照指令完成驱动；若存在故障，判断是否可通电解制动，解制动后进行随动模式，在同翼面的另一个襟翼作动器的驱动下，完成期望构型位置的任务完成；若通电制动失效，保持同翼面的襟翼作动器保持把持在故障位置，并且对称翼面的襟翼作动器也把持在故障位置。

进一步地，若存在同时故障，再次通过现场总线综合判断3、4号襟翼作动器或5、6号襟翼作动器是否同时故障，若存在同时故障，此时进入失效安全状态，所有襟翼作动器将翼面把持在当前位置；若不存在同时故障，仅将该翼面以及对称翼面把持在故障位置，另一对翼面可在其他襟翼作动器的作动器完成翼面构型位置任务的实现。

与现有技术相比，本发明具有以下技术特点：

1.本发明提供的襟翼控制系统，具备常规襟翼系统具有的内外侧襟翼正常同步收放控制功能、襟翼把持功能、系统状态监控功能、故障保护和故障上报等功能。

2.在飞机巡航时，能够更具优化飞行品质的要求进行内侧襟翼和外侧襟翼单独控制。

3.该襟翼控制系统具有襟翼独立的驱动单元，当某一动力驱动单元故障时，另一正常动力驱动装置仍可驱动襟翼运动，提高了系统的任务可靠性。

4.该襟翼控制系统，可实时接收现场总线的襟翼控制手柄信号和其他襟翼作动器状态信号以及传感器模块的位置传感器信号进行环境补偿以及位置闭环，保证了翼面的同步性。

附图说明

图1为本发明系统的架构图；

图2为本发明系统的控制逻辑图。

图中标号说明：1-襟翼控制手柄，2-高升力计算机，3-襟翼作动器，4-内侧襟翼，5-外侧襟翼，6-智能控制器，7-动力驱动模块，8-传感器模块，9-作动单元，10-飞机参数模块。

具体实施方式

本发明提供了一种分布式的襟翼控制系统，利用数据总线的高速通讯以及智能控制器的高数据处理能力，将信号处理、控制率运算、襟翼监控等功能分散到各个集成在作动器上的智能控制器上执行，各个智能控制器通过全数字式现场总线互联，实现信号数据、系统状态共享，智能控制器按自身任务选择需要的数据作为输入，实现预定任务。高升力计算机只处理驾驶舱操作指令并结合数据总线反馈的飞行参数信息，进行简单的逻辑判断后，通过数据总线发送至现场总线，这样就大大简化了高升力计算机的设计复杂度。

参见附图1，本发明的一种分布式的襟翼控制系统，包括1个襟翼控制手柄1、高升力计算机2(一主一备)、8个襟翼作动器3，2块外侧襟翼4(一左一右)、2块内侧襟翼5(一左一右)、一套数据总线、一套现场总线；其中，每一块外侧襟翼和每一块内侧襟翼均通过两套襟翼作动器3进行控制，两套襟翼作动器分别与外侧襟翼/内侧襟翼的两侧连接；其中，襟翼控制手柄1具有多个档位，每个档位对应一种襟翼构型。

飞行员可通过安装在驾驶舱的襟翼控制手柄1选择期望的襟翼构型并发送操作位置信号，高升力计算机2(一般为主高升力计算机，故障时采用备高升力计算机)根据期望的襟翼构型的操作位置信号以及飞行参数信号经过逻辑判断后通过数据总线发送襟翼控制指令给全数字式现场总线；8个襟翼作动器3可通过全数字式现场总线中获取的对应于每一套襟翼作动器的襟翼作动位置信号解算襟翼控制指令，襟翼作动器3驱动机械连接的内侧襟翼4和外侧襟翼5运动使得外侧襟翼、内侧襟翼构成期望的襟翼构型；传统飞机襟翼只有一种构型；本方案中通过系统设计，使得内外侧襟翼实现差动，提高飞行经济性。

襟翼作动器3包含智能控制器、动力驱动模块以及传感器模块，其中：智能控制器实时接收现场总线的襟翼控制指令和其他襟翼作动器的状态信号以及传感器模块的襟翼作动位置信号进行环境补偿(环境补偿是指各个襟翼作动器由于机械环境、自然环境等因素引起的控制精度误差进行同步控制)，控制内外侧襟翼协同工作；动力驱动模块通过机械传动与内/外侧襟翼连接，动力驱动模块在智能控制器的作用下首先完成制动解锁，然后进行动力驱动内外侧襟翼协同工作；同时，动力驱动模块将制动状态信号以及驱动速度信号反馈给智能控制器；传感器模块安装在动力驱动模块上，可实时将内外侧襟翼作动位置信号反馈给智能控制器进行位置闭环；智能控制器实时监测内侧襟翼和外侧襟翼的运动情况，当通过自检发现襟翼出现运动速率异常、不对称、位置超限等故障情况，智能控制器提供相应的故障保护措施，必要时给动力驱动模块发送控制指令锁定故障的内外侧襟翼，并根据飞行员控制指令，选择合适的时机进行内外侧襟翼的翼面重构；每个襟翼作动器的智能控制器将对应内外侧襟翼的自检状态、制动状态信号、驱动速度信号作为襟翼作动器的状态信号发送到现场总线上，与其他的襟翼作动器进行数据共享，从而通过环境补偿实现同步控制。

由于单片翼面由两个襟翼作动器驱动，当通过自检发现某内/外侧襟翼对应的两个襟翼作动器中，其中一个襟翼作动器出现卡滞或脱开故障时，可将该襟翼作动器调整成随动模式(无动力跟随)，在另外一个襟翼作动器的作用下，将对应的内外侧翼面推至期望的构型；当内/外侧襟翼的两个襟翼作动器同时卡滞或脱开时，通过襟翼作动器控制该襟翼和与该襟翼对称的襟翼(例如图1中的左外侧襟翼和右外侧襟翼)把持在故障位置，此时飞行员通过操作其余襟翼构型，完成巡航、进近以及着陆等任务。

在飞机巡航状态，高升力计算机计算通过8个襟翼作动器3对内外侧襟翼进行单独运动控制，从而使得内外侧襟翼处于最优飞行角度，优化飞行品质，在不增加飞机重量和复杂性的情况下，利用襟翼控制系统实现飞机载荷减缓功能、增加巡航功效。

飞机起飞或着陆时，飞行员通过安装在驾驶舱的襟翼控制手柄1选择期望的襟翼构型位置，飞管计算机的飞机参数模块10反馈飞行参数信号给高升力计算机2，高升力计算机2根据期望的襟翼构型位置和飞行参数信号解算襟翼控制指令；高升力计算机2通过数据总线和现场总线的高速通讯将襟翼控制指令发送给各个襟翼作动器3中集成的智能控制器6，智能控制器6根据现场总线共享的其他襟翼作动器3的状态信号，发送控制指令给内部集成的动力驱动模块7，动力驱动模块7按照指令上电解除制动，并将制动信号反馈至智能控制器6，智能控制器根据反馈的制动信号按指令通过动力驱动模块利用机械传动9将翼面推动至期望的构型位置，此时传感器模块8将襟翼作动位置信号反馈至智能控制器6，智能控制器根据反馈的襟翼作动位置信号，在作动到位时发送停止控制指令。

飞机巡航时，高升力计算机2接收飞机参数10发送的期望的襟翼位置指令信号，高升力计算机2通过数据总线和现场总线的高速通讯将襟翼控制指令发送给各个襟翼作动器3中集成的智能控制器6，智能控制器6根据现场总线共享的其他襟翼作动器3的状态信号，发送控制指令给内部集成的动力驱动模块7，动力驱动模块7按照指令上电解制动，并将制动信号反馈至智能控制器6，智能控制器根据反馈的制动信号通过动力驱动模块将翼面推动至期望的构型位置。

当智能控制器6发现某一动力驱动装置故障时，通过现场总线综合判断1号和2号襟翼作动器或7号和8号襟翼作动器是否同时故障(1、2号为左外侧襟翼对应的两个襟翼作动器，3、4号为左内侧襟翼对应的两个襟翼作动器，5、6号为左外侧襟翼对应的两个襟翼作动器，7、8号为左内侧襟翼对应的两个襟翼作动器)：

若不存在同时故障，此时智能作动器6继续判断本体是否故障，若无故障，按照指令完成驱动；若存在故障，判断是否可通电解制动，解制动后进行随动模式，在同翼面的另一个襟翼作动器的驱动下，完成期望构型位置的任务完成；若通电制动失效，保持同翼面的襟翼作动器3保持把持在故障位置，并且对称翼面的襟翼作动器3也把持在故障位置。

若存在同时故障，再次通过现场数据总线综合判断3、4号襟翼作动器或5、6号襟翼作动器是否同时故障，若存在同时故障，此时进入失效安全状态，所有襟翼作动器3将翼面把持在当前位置；若不存在同时故障，仅将该翼面以及对称翼面把持在故障位置，另一对翼面可在其他襟翼作动器3的作动器完成翼面构型位置任务的实现。

以上实施例仅用于说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。