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这篇文章讲A320的控制法则。先放一张来自FCOM的原始图片。
现在对图片做了一些处理，马上解释。
我们想象这是一个从左到右的信号传输过程。在正常情况下，为了控制飞机的俯仰姿态，在最左侧，侧杆给出机械输入；在最右侧，升降舵给出舵面变化。
从人的输入到机器的反应，这两者之间的全部复杂过程，在数学上是一系列函数，而在飞机设计和操纵的理论领域，被称为“控制法则”或“控制律”（control law）。
当飞机系统正常时，A320的控制法则被称为“正常法则”。在物理上，正常法则由众多计算机来共同实现；在抽象的理论层面上，则区分为不同的“保护”或“限制”功能。
“保护”和“限制”是从不同角度描述同一件事情，因此我们可能会在同一份资料里看到“载荷系数限制”和“载荷系数保护”两种说法，它们其实是同义词。
- 载荷系数限制，是所有飞行条件下都会“兜底”的功能。因此在这个原理图上，它和舵面离得最近。无论飞机以何种俯仰角、何种速度、何种迎角飞行，这个限制都一直在保护飞机的结构。载荷系数是由4个专用的加速计测量的。
- 俯仰姿态保护。如果故意大角度拉杆或者压杆，都将使飞机的速度明显离开正常范围，这在手册里叫做“快速损失能量”或“快速获得能量”。“能量”可以近似理解为与速度正相关。俯仰角是由ADIRU内部IR部分提供的。
- 高速度保护。在意外超过了最大允许操作速度VMO/MMO之后，姿态操纵被限制了，这能帮忙飞机更快地改出非正常状态。
- 大迎角保护。即使俯仰姿态和速度都正常，风切变或异常地形也可能导致飞机进入大迎角状态。这时候，迎角成为控制目标。迎角数据来自于ADIRU内部的ADR部分。
手册里所谓的“大迎角保护优先于所有其他保护”，意思是计算机会实时计算目标迎角，并让飞机的状态回归到这个目标迎角；至于载荷系数，只要它不超限即可——这由“载荷系数限制”功能来“兜底”。
手册讲“当大迎角保护激活时，正常法则的指令被修改，侧杆输入是迎角指令（AOA demand），而不是载荷系数指令（load factor demand）”，并不是说飞行员深思熟虑，决定通过侧杆来发出一个关于迎角数值的需求（demand），而是说，计算机在这种情况下选择了一个更加合理的控制参数。
在人看来，拉杆即抬头，压杆即低头；物理量是啥？太抽象了。可是在计算机看来，大多数时候侧杆输入的是俯仰姿态的改变量，而在大迎角保护激活时，它输入的是迎角的改变量。
根据设计，在紧急避障过程中，紧张的飞行员可以根据出于本能来拉杆并保持，飞机将先后获得“载荷系数限制”以及“大迎角保护”的加持，顺利地进入安全空域。
FAC 计算出 VLS 和 Vα prot等限制速度，呈现在显示器上，使飞行员理解当前是否处于安全的飞行状态。
在正常情况下，飞机应该在 VLS 这个速度以上飞行，对应的最大迎角是 α VLS；在迎角继续增大到触发大迎角保护的 α prot 的过程中，空速是持续下降的。
迎角增大使飞机爬升，这使飞机的一部分能量被用于提高飞机的重力势能，因此动能下降，速度下降，这是理解迎角和空速关系的一种思路。
如果遭遇风切变，飞机的迎角突然增大，假如飞行员还未来得及作出反应，大迎角保护将会使飞机的迎角回归到 α prot，并继续爬升；而假如飞行员作出了拉杆的反应，迎角很可能明显超过 α prot ，但是被限制在接近但小于失速迎角的 α max。
但是，还有一个关键的迎角数值，那便是介于 α prot 和 α max 的 α floor。事实上，在遭遇风切变或紧急避障时，拉杆通常不会是温和的，因此很容易就让迎角达到 α floor，这就触发了 Alpha Floor 保护。
Alpha Floor保护将启动自动油门，无视推力手柄的位置，直接为飞机注入最高的能量——TOGA thrust。这就像触发了“火箭模式”，或者类似于自动踩了地板油。增加的能量能让飞机以更大的迎角、更高的速度离开危险区域。
因此，在紧急避障过程中，飞机实际上就先后获得“载荷系数限制”以及“大迎角保护”的加持，继而是Alpha Floor带来的最大油门，安全而迅速地进入安全空域。
即使没有拉杆动作，风切变也可能使得实际迎角连接突破α VLS、α prot 和 α floor，因此同样可能触发Alpha Floor保护。
但是，假如风切变未能使实际迎角达到 α floor，那么计算机只需要让迎角回落到 α prot，在这个过程中，最“左侧”的输入信号来自于 FAC 而不是侧杆，指令正是AOA目标值 α prot，而最“右侧”的输出仍然是升降舵。
Alpha Floor 保护是由 FAC 根据来自襟缝翼位置、实际迎角等触发条件来给出激活信号，计算机同样不需要知道侧杆的位置。
激活信号的传递路径将经过 FMGC、FCU、EIU 等部件，最后由 FADEC 来执行“火箭模式”。襟缝翼位置来自 SFCC；实际迎角则来自 ADIRU。
请参照下图理解这个信号的传递路径：FAC - FMGC - FCU - EIU - FADEC - ENGINE。
这个路径解释了为什么是这些情况可能导致飞机失去Alpha floor保护能力。其中就包括了SFCC和FAC同时失效的两种组合情况。正常情况下，为了完成迎角保护功能的计算，FAC需要获得来自同一侧SFCC的襟缝翼形态信号（F/S POS，参见前边的AMM图），因此至少要求有一组位于同一侧的SFCC和FAC是正常的。
总而言之，Alpha Floor保护是用于应对风切变和紧急避障的，它往往一触即发，让飞机秒变火箭，迅速脱险。而为了实现这样的功能，拢共有那么十来个计算机参与了控制法则的实施，实在不少，手指头已经数不过来了……
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发表于 2021-2-20 21:41:03
