【正文】 右兩片尾翼正負方向 45 度的轉(zhuǎn)角，從而實現(xiàn)飛機起飛、降落、左轉(zhuǎn)彎或右轉(zhuǎn)彎時對水平尾翼的控制。一般來說，水平尾翼由固定的水平安定面和可偏轉(zhuǎn)的升降舵組成飛機的水平安定面就能夠使飛機在俯仰方向上（即飛機抬頭或低頭）具有靜穩(wěn)定性。尾翼的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與機翼十分相似，通常都是由骨架和蒙皮構(gòu)成，但它們的表面尺寸一般較小，厚度較薄，在構(gòu)造形式上有一些特點。整個系統(tǒng)由操縱系統(tǒng)、信號檢測系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)、步進電機控制系統(tǒng)、齒輪傳動系統(tǒng)組成。關(guān)鍵詞升降舵 飛行姿態(tài) 操縱 單片機 Abstract: Horizontal tail short horizontal tail, installed in the rear fuselage, used to keep the aircraft in flight stability and control aircraft in flight. Tail of the internal structure is very similar to the wing, usually constituted by the skeleton and skin, but their surface size is generally small, thin, in the form of a number of structural features. In general, the horizontal tail from the fixed horizontal stabilizer and the elevator deflection can be posed of the horizontal stabilizer on the aircraft to the aircraft in the pitch direction (that is, rise or bow planes) with static stability. The horizontal stabilizer is the horizontal tail section in the fixedwing plane. When the plane flying level, the horizontal stabilizer on the aircraft would not generate additional torque。另外，在機翼上還安裝有改善起飛和著陸性能的襟翼和用于飛機橫向操縱的副翼，有的還在機翼前緣裝有縫翼等增加升力的裝置。其中接頭的作用是將機翼上的載荷傳遞到機身上，而有些飛機整個就是一個大的飛翼，如 B2 隱形轟炸機則根本就沒有接頭。所謂良好的氣動外形，是指升力大、阻力小、穩(wěn)定操縱性好。當上反角為負時，就變成了下反角(Cathedral angle)。其次在氣動方面，它的迎風面積應(yīng)減小到最小，表面應(yīng)光滑，形狀應(yīng)流線化而沒有突角和縫隙，以便盡可能地減小阻力?？v向骨架 機翼的縱向骨架由翼梁、縱檣和桁條等組成，所謂縱向是指沿翼展方向，它們都是沿翼展方向布置的。凸緣和腹板組成工字型梁，承受由外載荷轉(zhuǎn)化而成的彎矩和剪力。桁條是用鋁合金擠壓或板材彎制而成，鉚接在蒙皮內(nèi)表面，支持蒙皮以提高其承載能力，并共同將氣動力分布載荷傳給翼肋。 課題任務(wù)、研究的內(nèi)容和要求本設(shè)計要研制出針對飛機尾翼動作的自動控制系統(tǒng)，包括手柄，執(zhí)行機構(gòu)和控制器。本設(shè)計實現(xiàn)對尾翼轉(zhuǎn)角 的控制，要求系統(tǒng)用步進電動機作為驅(qū)動執(zhí)行元件，由單片機或可45??編程序控制器組成控制系統(tǒng)，尾翼運動過程中不能有沖擊、振動現(xiàn)象，尾翼可穩(wěn)定在任意位置。主要技術(shù)參數(shù)如下：① 最大轉(zhuǎn)角： （左右尾翼）45??② 運動形式：左右尾翼分開運動③ 驅(qū)動方式：步進電機④ 用單片機控制2. 系統(tǒng)總體方案整個系統(tǒng)由操縱系統(tǒng)、信號檢測系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)、步進電機控制系統(tǒng)、齒輪傳動系統(tǒng)組成。但飛機平穩(wěn)飛行時，飛機機翼和尾翼保持空氣動力和飛機重力的力矩平衡。4 / 36飛機實現(xiàn)方向偏轉(zhuǎn)是駕駛員通過左右推動操縱桿偏轉(zhuǎn)來實現(xiàn)的。 信號檢測系統(tǒng)信號檢測系統(tǒng)主要由角度測量儀等相關(guān)元器件組成，通過角度測量儀來測量,十字軸在轉(zhuǎn)動時所對應(yīng)軸的轉(zhuǎn)角，并將此轉(zhuǎn)角信號轉(zhuǎn)化為電信號。 信號處理系統(tǒng)該系統(tǒng)主要由單片機、地址鎖存器、存儲器、I/O 口擴展芯片、步進電機驅(qū)動電路等組成。實現(xiàn)脈沖周期的方法很簡單，主要有兩種：利用程序循環(huán)延時和利用定時器中斷。襟翼的轉(zhuǎn)軸位于襟翼的邊緣，如圖所示： 襟 翼 轉(zhuǎn) 軸6 / 36圖 襟翼示意圖襟翼的轉(zhuǎn)動范圍是與水平面的夾角為177?，F(xiàn)在以飛行的最高速度來計算，同時認為襟翼與空氣相對速度的夾角為 90176?，F(xiàn)以沖量的計算方法來計算襟翼的受3m力，(轉(zhuǎn)軸的材料為 45 鋼 取 30MPa)???面積 s=*= v=500km/h≈∵ Ft=mv F=mv/t=ρVv/t=ρsvv=***= N現(xiàn)假設(shè)力 F 作用于襟翼的離轉(zhuǎn)軸最遠的邊緣距離為 d=，則轉(zhuǎn)矩 M=F*d=*= N*m根據(jù)扭轉(zhuǎn)強度條件設(shè)計軸的直徑 d由強度條件可知 ??maxaxmax316pMdW?????則 ??max33min m?????故軸安裝最小軸承處的軸徑為 ф25mm.。飛機尾翼齒輪傳動，對載荷分布7 / 36均勻性要求高些，故選齒輪精度為 8—8—7。將確定出的各項數(shù)值代入接觸強度校核公式，得 ???H?=350 M Pa＜ ??1H?10 / 36所以滿足齒面接觸疲勞強度。 電機的選擇步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。參考技術(shù)要求，步進角為 80hHBPL 型系列行星減速步進電機步進電機作為執(zhí)行元件的顯著優(yōu)點如下：步進電機可以直接接受數(shù)字量信號，控制較為方便；步進電機具有快速起、停能力，可在一剎那實現(xiàn)啟動或停止，定位準確；步進電機精度高，步距角可由每步90176。每輸入一個脈沖電機沿選擇方向前進一步，每前進一步電機轉(zhuǎn)動一個固定角度。由步進電動機的控制特性分析可見，在額定負載范圍內(nèi)，角位移量θ或直線位移量s、轉(zhuǎn)速n或線速度v不因電源電壓、負載大小、環(huán)境條件的波動而變化，因而很適合在開環(huán)系統(tǒng)中作執(zhí)行元件，使控制系統(tǒng)成本下降。輕則影響計算機程序的正常運行，重則導致計算機和接口電路的損壞。當輸入信號加到輸入端時，發(fā)光二極管導通發(fā)出紅外光，受光三極管受光照射后，由于光敏效應(yīng)產(chǎn)生光電流，通過輸出端輸出，從而實現(xiàn)了以光為媒介的電信號傳輸。其中 CPU 是整個電路的核心，其控制其它各部分協(xié)調(diào)工作的“大腦” ，存儲器則用于存放系統(tǒng)軟件（即有相應(yīng)的程序）以及運行過程中的各種數(shù)據(jù)， 接口是系統(tǒng)與外界進行信息交換OI的橋梁，三總線則是 CPU 與存儲器、接口以及其它各種轉(zhuǎn)換電路的紐帶，是 CPU 與各部分電路進行信息交換和通訊的必由之路，本設(shè)計的控制部分系統(tǒng)硬件圖如下： 控制對象伺服電機外設(shè)鍵盤、顯示器、打印機存儲器EPROM（2764 ） RAM（6264）中央處理器 CPU （8031）輸入/輸出I/O 接口（8158255）信號變換YD15CD5401AD574 圖 圖 控制部分系統(tǒng)硬件圖 主控制器的 CPU 的選擇在微機應(yīng)用系統(tǒng)中，CPU 的選擇應(yīng)該考慮以下要素：時鐘頻率和字長（控制數(shù)據(jù)處理的速度）可擴展存儲器（RAM/ROM）的容量、指令系統(tǒng)功能是否很強（即編程的靈活性） 、I/O 擴展的功能（即對外部控制的能力） 、開發(fā)手段（包括支持開發(fā)的軟件的硬件電路） 。該系列產(chǎn)品是集中 CPU I/O端口及部分 RAM 等為一體的功能性很強的控制器，它的主要特點是集成度高可靠性好、運算速度快，另外，該系列產(chǎn)品只需增加少量外圍器件就可以構(gòu)成一個完整的微機控制系統(tǒng)，并且開發(fā)手段齊全，指令系統(tǒng)功能強，編程靈活性大，硬件資料也很豐富，是較為理想的主選控制器芯片。s c時鐘： XTA （18）：震蕩器反向放大器輸入端，HMOS 芯片使用外部震蕩器時，此端必須接1l地。此信號在每個機器周期出現(xiàn) 2 次，只是訪問外部數(shù)據(jù)存儲器期間才會輸出 ALZ，在任何可使用外部數(shù)據(jù)在存儲器的系統(tǒng)中，ALE 以 1/6 震蕩頻率的固定速率輸出，用作外部時鐘定時，當 8751 片內(nèi)編程時，此端輸入編程脈沖信號（PROG） 。 EA/ （31）：該訪問外部程序存儲器控制信號輸入端，當 EA 為低電平時，CPU 僅執(zhí)行外部Du存儲器的程序。3p 3p： 串行輸入口DRx?0.： ：外部中斷 0 ：外部中斷 1 輸入口13.?17 / 36：定時/計數(shù)器 0 ?：定時/計數(shù)器 1 外部事件脈沖輸入端15.：：外部數(shù)據(jù)存儲器讀脈沖Dp?7. 特殊功能寄存器特殊功能寄存器（SFR）是用于對片內(nèi)各功能模塊進行管理、控制、監(jiān)視的控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個特殊功能的 EPROM，位于片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器上，其地址為 80H~FFH 的區(qū)域。 存儲器結(jié)構(gòu) 單片機的存儲器包括程序存儲器（EPROM、ROM）和數(shù)據(jù)存儲器（RAM） 。 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器的地址從 00H~7FH，其中內(nèi)部數(shù)據(jù) RAM 為 0~127（00H~07H） ，特殊功能寄存器為 128~255（80H~1FH） ，256 個字節(jié)中 00H~1FH 為四個工作寄存器區(qū)，00H~07H 為 0 區(qū)，08H~0FH 為 1 區(qū)，10H~17H 為 2 區(qū)，18H~1FH 為 3 區(qū)。01中斷系統(tǒng):MCS51 系列單片機提供了 5 個中斷源，兩個位 、 ，輸入外部中斷請求0NI1低電平有效。 時序：由于在單片機中程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器嚴格分開，因此，程序存儲器的操作時序中分兩種情況：即不執(zhí)行 MOVX 指令和執(zhí)行 MOVX 指令。在滿足容量要求時，盡量選擇大容量芯片，以減少芯片數(shù)量，使系統(tǒng)簡化，若 CPU 選擇為 8058751 而程序容量又小于 4K 的情況下，可不擴展程序存儲器。多路開關(guān)可選通 8 個模擬通道，允許 8 路模擬量分時輸入，共用 A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。VCC：+5V 工作電壓。START：A/D 轉(zhuǎn)換啟動信號輸入端。CLK：時鐘信號輸入端（一般為 500KHz） 。在單片機的 40 條引腳中有 2 條專用于主電源的引腳，2 條外接晶體的引腳，4 條控制或與其它電源復(fù)用的引腳，32 條輸入/輸出（I/O）引腳。在單片機內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。采用外部振蕩器時，對 HMOS 單片機，該引腳接外部振蕩器的信號，即把外部振蕩器的信號直接接到內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端；對 XHMOS，此引腳應(yīng)懸浮。 VCC 掉電期間，此引腳可接上備用電源，以保證內(nèi)部 RAM 的數(shù)據(jù)不丟失。即使不訪問外部存儲器，ALE 端仍以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。對于 EPROM 單片機（如 8751），在EPROM 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖（ PROG）； ③PSEN（29 腳）：此腳的輸出是外部程序存儲器的讀選通信號。④EA/VPP （引腳）：當 EA 端保持高電平時，訪問內(nèi)部程序存儲器，但在 PC（程序計數(shù)器）值超過 0FFFH（對851/8751/80C51）或 1FFFH（對 8052）時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序。 8051 芯片8051 主要功能列舉如下：其為一般控制應(yīng)用的 8 位單芯片。 外部程序存儲器可擴充至 64KB。2 組獨立的 16 位定時器。VCC：8051 電源正端輸入，接+5V。RESET： 8051 的重置引腳，高電平動作，當要對晶片重置時，只要對此引腳電平提升至高電平并保持兩個機器周期以上的時間，8051 便能完成系統(tǒng)重置的各項動作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器之內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)，并且至地址 0000H 處開始讀入程序代碼而執(zhí)行程序。此外，在將程序代碼燒錄至 8751 內(nèi)部 EPROM 時，可以利用此引腳來輸入 21V 的燒錄高壓。此外在燒錄 8751 程序代碼時，此引腳會被22 / 36當成程序規(guī)劃的特殊功能來使用。：INT1，外部中斷 1 輸入。：RD，外部數(shù)據(jù)存儲器的讀取信號。編程時，Vpp＝+25V（高壓），～PGM 端加入寬度為 50ms 的負脈沖。調(diào)試成功后，將程序固化在 2764 中，由于它與 6264 的引腳兼容，所以可以把 2764 直接插在原 6264 的插座上。② D0～D7：8 根雙向數(shù)據(jù)線，正常工作時為數(shù)據(jù)輸出線。當該信號為 0 時，芯片中的數(shù)據(jù)可由 D0～D7 端輸出。．⑤ PGM:編程脈沖輸入端。編程時應(yīng)在該端加上編程高電壓，不同的芯片對 VPP 的值要求的不一樣，可以是+，+15V，+21V，+25V 等。擦除器利用紫外線光照射 EPROM 的窗口，一般經(jīng)過 15—20min 即可擦除干凈。單由 CPU 發(fā)出地址允許鎖存器中，74LS373 是第三態(tài)緩沖輸出的 8D 觸發(fā)器，用作地址鎖存器時，應(yīng)使其使能端 E 為低電平，輸入端 G 與 8031 的 ALE 連接。鎖存端 LE 由高變低時，輸出端 8 位信息被鎖存，直到 LE 端再次有效。地址譯碼方法：①線選法：線選法是把單獨的地址線接到外圍芯片的片選端上，只要該地址線為低電平，就選中該芯片。 I/O 口擴展電路設(shè)計 8031 單片機雖有四個 8 位并行 I/O 口，但可供用戶使用的只有部分接口，因此在大部分應(yīng)用系統(tǒng)中都不可避免地要進行 I/O 口的擴展。