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塞斯纳庞巴迪

电传操纵技术


  从飞机发明直到现在,飞机的操纵系统仍然主要是机械式的操纵系统。机械操纵系统在操纵装置(操纵杆、脚蹬)和飞机的舵机之间存在着一套相当复杂的机械联动装置和液压管路,飞行员操纵操纵杆和脚蹬,通过上述联动装置控制舵机位置,从而使飞机达到希望的姿态和航向。 

  早期的飞机只是直接人工机械操纵。随着飞机的尺寸和速度的增加,驾驶员再直接通过钢索去拉动舵面感到困难,于是作为驾驶员辅助操纵装置的液压助力器安装在操纵系统中。它由一个并联的液压作动器来增大驾驶员施加在操纵钢索上的作用力,目前液压助力器仍在许多飞机上使用。 

  第二次世界大战后不久,出现了全助力操纵系统。在这种系统中,操纵钢索从驾驶杆直接连到作动器的伺服阀上,不再与操纵面发生直接机械联系。使用全助力操纵的主要原因是在跨音速飞行时,作用在操纵面上的力变化很大而且非线性很历害。这样,操纵时从操纵面反传到驾驶杆上的力从操纵品质的观点来说是难以接受的。全助力操纵系统本身是不可逆的,因此不受跨音速飞行中非线性力的影响,由于这种操纵方法不再需要飞行员的体力去改变舵面状态,使得飞行员无法直观地感受到飞机所处的状态,于是就借助一些力反馈装置来提供人工杆力,这种人工杆力虽然在移动操纵面时不需要,但在操纵飞机时给飞行员提供适当的操纵品质还是必要的,人工杆力的设计可以使人的操纵感觉从亚音速飞行平滑地过渡到超音速飞行阶段。 

  随着飞机尺寸的继续增加和性能的进一步提高,增加稳定性帮助飞行员操纵变得十分迫切,于是从全助力操纵系统发展到增稳系统,如偏航增稳系统、俯仰增稳系统和横滚增稳系统。系统通过传感器反馈的飞机状态,在程序控制下自动控制舵机偏转,以保证飞机静稳定性。这种增稳系统与驾驶杆或脚蹬是互相独立的,因而增稳系统的工作不影响驾驶员的操纵。 

  从增稳系统发展到电传操纵(FBW)系统只是很小的一步,通过加上一个离合器或其它使机械系统在不使用时断开的方法便可以实现,“协和”超音速客机上就装有这种系统。 

  把电传操纵系统中的机械备份完全去掉就变成了全电传操纵(FFBW)系统。 

  在这里我们已经能够给电传操纵系统下一个定义了:电传操纵(Flying By Wire)系统是将飞行员的操纵信号,经过变换器变成电信号,通过电缆直接传输到自主式舵机的一种系统。它去掉了传统的飞机操纵系统中布满飞机内部的从操纵杆到舵机之间的机械传动装置和液压管路。电传操纵系统的主要组成部分包括运动传感器、中央计算机、作动器和电源,它相当于动物的感觉器官、大脑和肌肉。 

  由飞机操纵系统的发展我们可以体会到,任何事物的发展都是由需要和可能这两个因素决定的,电传操纵系统的发展也是如此。它是随着飞机(包括某些飞行器)的飞行控制技术的不断提高以及科学技术的发展而逐渐发展起来的。 



  电传操纵的重要性在于打破了飞机设计中需要保持静稳定性的布局,设计师们可以为战斗任务选择和优化最有效的布局,然后由储存在飞行控制计算机软件中的相应控制律增加人工稳定性。现役战斗机中已经有多种飞机采用电传操纵系统,例如F-16、幻影2000、“狂风”战斗机、F-15、Su-27、F/A-18等等。

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