按一定技術要求自動控制飛行器的裝置。在有人駕駛飛機上使用自動駕駛儀是為瞭減輕駕駛員的負擔,使飛機自動地按一定姿態、航向、高度和馬赫數飛行。飛機受暫時幹擾後,自動駕駛儀能使它恢復原有的穩定飛行狀態,因此,初期的自動駕駛儀稱為自動穩定器。自動駕駛儀與飛機上其他系統交聯還可實現對飛機的控制。在導彈上,自動駕駛儀起穩定導彈姿態的作用,故稱導彈姿態控制系統。它與導彈上的或地面的導引裝置交聯組成導彈制導和控制系統,實現穩定和控制的功能。

  發展概況 1914年美國人E.斯派雷制成電動陀螺穩定裝置,這是自動駕駛儀的雛型。30年代,為瞭減輕駕駛員長時間飛行的疲勞,開始使用三軸穩定的自動駕駛儀。它的主要功用是使飛機保持平直飛行。50年代,通過在自動駕駛儀中引入角速率信號的方法制成阻尼器或增穩系統,改善瞭飛機的穩定性。50年代以來自動駕駛儀發展成為飛行自動控制系統。50年代後期,又出現自適應自動駕駛儀,它能隨飛行器特性的變化而改變自身的結構和參數。60~70年代,數字式自動駕駛儀應運而生,它在“阿波羅”號載人飛船登月艙的登月過程中得到應用。

  原理和組成 自動駕駛儀是模仿駕駛員的動作駕駛飛機的。它由敏感元件、計算機和伺服機構組成。當某種幹擾使飛機偏離原有姿態時,敏感元件(例如陀螺儀)檢測出姿態的變化;計算機算出需要的修正舵偏量;伺服機構(或稱舵機)將舵面操縱到所需位置。自動駕駛儀與飛機組成反饋回路,保證飛機穩定飛行。

  分類和特點 自動駕駛儀可按能源形式、使用對象、調節規律等分類。

  ①按能源形式:分為氣壓式、液壓式、電氣式或者是這幾種形式的組合。現代超音速飛機多安裝電氣(或電子)-液壓式自動駕駛儀。氣壓式伺服機構主要用於導彈。

  ②按使用對象:分為飛機自動駕駛儀和導彈自動駕駛儀。飛機自動駕駛儀多具有檢測飛機姿態角的敏感元件,能穩定飛機的姿態角。為瞭提高這種自動駕駛儀的穩定效果,可配合使用速率陀螺儀。戰術導彈隻需要穩定角速度,其姿態角根據目標的運動而改變,因此,在自動駕駛儀中不設檢測角位置的敏感元件。巡航導彈、戰略導彈和運載火箭需要穩定姿態角,在這些飛行器的自動駕駛儀中仍有檢測姿態角的敏感元件。

  ③按調節規律:自動駕駛儀的調節規律(即數學模型)表示伺服機構的輸出量與被調參量之間的函數關系。飛機自動駕駛儀依調節規律的不同分為比例式自動駕駛儀和積分式自動駕駛儀。比例式自動駕駛儀是以伺服機構輸出的位置偏移量(如舵偏角)與被調參量(如姿態角)的偏差成比例的原理工作的。它的結構簡單,應用很廣,但在幹擾作用下會產生靜態誤差。積分式自動駕駛儀是以伺服機構輸出的位置偏移量與被調參量偏差的積分成比例的原理工作的,它沒有靜態誤差,但系統的穩定性差,結構復雜,應用受到一定限制。

  導彈自動駕駛儀按被調參量的性質可分為位置式自動駕駛儀、定向式自動駕駛儀和加速度式自動駕駛儀。位置式自動駕駛儀的被調參量是飛行器的角位置(即姿態角),伺服機構的輸出量與姿態角的偏差成比例。定向式自動駕駛儀的被調參量是飛行器的姿態角速度,伺服機構的輸出量與姿態角速度的偏差成比例。加速度式自動駕駛儀的被調參量是飛行器的法向加速度,伺服機構的輸出量與法向加速度的偏差成比例。

  現代自動駕駛儀的趨勢是向數字化和智能化方向發展。80年代以前,戰術導彈由於工作時間短、工作環境條件惡劣(如很大的過載)等較少采用數字式自動駕駛儀。微型計算機出現後,戰術導彈開始采用數字式自動駕駛儀。近代空戰中,自動駕駛儀能以最佳方式操縱戰鬥機,例如以最短的時間飛到最有利的位置。在導彈攻擊目標時,自動駕駛儀與制導系統配合使導彈能識別敵友、分析敵情變化並作出最優決策。這就要求自動駕駛儀具有智能的功能。

參考書目

 張明廉主編:《飛行控制系統》,國防工業出版社,北京,1985。