大型飛機由于常規(guī)操縱舵面失效、飛行控制能力喪失而導(dǎo)致重大的飛行事故，在各個國家航空史上屢見不鮮，其中不乏機毀人亡的嚴重后果。 這里，介紹一種僅靠 “調(diào)節(jié)發(fā)動機推力” 的備份飛行控制系統(tǒng)。 01 觸目驚心的空難事件在 1989 年之前的 20 年時間里，因為飛機飛控系統(tǒng)失效導(dǎo)致的飛行事故有 10 多起（包括軍機和民機），大約 1200 人在事故中喪生。 在這些事故中，傷亡最慘重的是日本航空 123 號班機空難和美國蘇城空難，兩起空難共造成了 631人死亡。 1985 年 8 月 12 日，日本航空公司的一架波音 747 客機，由于后壓力框破裂，使機艙內(nèi)壓力急劇降低，飛機垂直尾翼損壞并在空中分解，緊接著液壓系統(tǒng)失效，導(dǎo)致飛行控制能力完全喪失，飛機撞山墜毀。 最終致使乘客和機組人員中僅 4 人獲救，其余 520 人全部罹難。 日本航空公司波音 747 尾翼損壞圖，如下圖所示。
02 終級備份的意義
因此，即使飛控系統(tǒng)的設(shè)計已滿足當時的適航規(guī)章要求，我們?nèi)韵Ｍ扇∫恍╊~外的手段，進一步增加飛機的安全性，增強民眾的信心。 終極備份作為一種超越適航要求的設(shè)計，在目前主流機型中多有體現(xiàn)。隨著電傳飛控系統(tǒng)的發(fā)展和復(fù)雜電子硬件的廣泛應(yīng)用，終極備份在減緩系統(tǒng)共模故障影響和增強局方審定信心方面，也起到了積極的作用。 這里介紹的，僅靠 “調(diào)節(jié)發(fā)動機推力” 的控制系統(tǒng)，可以作為一種備份實現(xiàn)形式，為終極備份系統(tǒng)的設(shè)計，提供了另外一種全新的思路。 03 僅調(diào)節(jié)發(fā)動機推力的備份原理在很多嚴重事故中，雖然飛控系統(tǒng)失效，但飛機兩側(cè)的發(fā)動機仍能工作正常。 通過調(diào)節(jié)發(fā)動機推力，為故障飛機提供一定的控制能力。這就是發(fā)動機推力控制（PCA，Propulsion Controlled Aircraft）備份方案。 發(fā)動機推力線一般位于重心下面，并且有一定大小的安裝角。這樣的發(fā)動機配置，對于調(diào)節(jié)發(fā)動機的油門大?。?strong>對稱油門、差動油門），改變飛機所受的力和力矩，最終實現(xiàn)三軸應(yīng)急控制是非常有利的。 04 成功案例2003 年 11 月 22 日，一架剛自巴格達起飛的敦豪速遞公司（DHL）的空客 A300 貨機，遭到地面導(dǎo)彈襲擊，左翼中彈后導(dǎo)致液壓系統(tǒng)完全失效。中彈圖片如圖所示。
3 名機組人員，只能靠手動調(diào)整兩個發(fā)動機的推力，勉強維持機身穩(wěn)定并最終安全降落。 這架飛機成為有史以來第一架，在完全失去液壓控制后，還能安然降落的大型民航飛機。 A300 貨機遇襲事件，讓各國的航空安全主管單位再度注意到飛機在飛行中失去液壓的危險性，這也促使各國政府與航空產(chǎn)業(yè)開始研發(fā)可以完全不靠液壓系統(tǒng)就能安全降落的新技術(shù)。 美國國家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA） 早在 1989 年就開展了這項技術(shù)的研究。 NASA 對 PCA 的定義是：
通過調(diào)節(jié)發(fā)動機推力進行飛機軌跡控制，其中縱向通道主要是控制飛機對稱推力，使速度和俯仰力矩發(fā)生變化，以控制飛機的縱向軌跡；側(cè)向通道則控制差動推力，形成的航向控制力矩以控制飛機水平面內(nèi)的飛行軌跡。 05 備份方案架構(gòu)現(xiàn)代民機一般采用全權(quán)限數(shù)字發(fā)動機控制系統(tǒng)（FADEC），使得飛行控制系統(tǒng)、推進系統(tǒng)的高度綜合成為可能。 推力調(diào)節(jié)應(yīng)急飛行控制概念示意，如下圖所示。
圖中，駕駛員通過模式控制面板（MCP）輸入指令，指令信號和反饋信號（傳感器測量得到）一起送入飛行控制計算機（FCC）。FCC 計算得到縱向控制的對稱油門、橫側(cè)向控制的差動油門的發(fā)動機指令信號，通過調(diào)節(jié)發(fā)動機推力大小實現(xiàn)應(yīng)急飛行控制功能。 根據(jù)應(yīng)急飛行控制的概念分析，可設(shè)計推力調(diào)節(jié)應(yīng)急飛行控制的控制方案，如下圖所示。
圖中，駕駛員通過模式控制面板輸入航跡傾斜角和滾轉(zhuǎn)角指令，同步/差動推力解算模塊根據(jù)指令信號與傳感器反饋信號，解算出左右兩側(cè)發(fā)動機控制指令，輸入到左側(cè)和右側(cè)發(fā)動機，產(chǎn)生發(fā)動機推力作用于飛機，從而實現(xiàn)有限的三軸控制功能。 由于發(fā)動機推力調(diào)節(jié)很容易激發(fā)縱向長周期振蕩和橫側(cè)向的荷蘭滾模態(tài)，因此在控制系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)需設(shè)計增穩(wěn)回路，以抑制兩種模態(tài)的振蕩過程。 OK，這里簡單介紹了僅靠 “調(diào)節(jié)發(fā)動機推力” 的備份飛行控制系統(tǒng)，如有疑問，歡迎留言討論哈。 相關(guān)文章，點擊閱讀：
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