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电传操纵技术

1电传操纵技术的发展

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（Fly-By-Wire，FBW）是航空领域中一种将航空器驾驶员的操纵输入，通过转换器转变为电信号，经计算机或电子控制器处理，再通过电缆传输到执行机构一种操纵系统。它省掉了传统操纵系统中的机械传动装置和液压管路。

机械式和液压式飞行操纵系统重量较大，需要使用滑轮和曲柄系统仔细布置穿过整个航空器的飞行操纵线系。这两个系统经常需要冗余备份装置，这又进一步增加了重量。此外，这两个系统对处于变化中的空气动力环境只能提供有限的补偿能力，失速、螺旋以及人机耦合振荡等一些危险的飞行特性仍有可能发生。因为这些飞行特性取决于飞机的空气动力和结构特性而非控制系统本身。

然而通过使用计算机和电子连接，设计者能够降低航空器重量并提高可靠性。同时使用计算机还可以预防上述危险的飞行特性。

电传操纵一词从字面仅仅意味着这是一个通过电信号实现控制的系统。但事实上，这是一个通过计算机控制的系统。在飞行员和最终的控制执行机构或舵面之间，计算机系统通过软件程序实际上修改了飞行员（对于非飞机系统，指操作员）的输入。当然为避免危及安全性，这些程序都需要经过周密的开发和验证。

安全性和冗余。在飞机上，这样的控制系统一般都具有四个独立的通道。当其中的一个甚至两个通道损坏时，飞机仍然不会失去控制。为获得更高的机动性，一些电传操纵的飞机经过仔细设计静稳定性很低，甚至为负。

节约重量。相对传统飞机，电传操纵的飞机一般重量更小。由于可以放宽静稳定性，运输机可以减少部分重量，战斗机可以减少更多。这是由于飞机舵面现在可以做得更小了。电传飞控首先应用于军机，之后才进入民机市场。空客系列飞机从一开始就应用电传操纵技术，而波音则是在777系列之后应用此项技术。

电传操纵系统能够更灵活地响应变化中的空气动力环境，通过控制舵面运动使得飞机对操纵输入的响应在所有飞行条件下都是一致的。电子系统需要的维护不多，而机械和液压系统却需要润滑、松紧调整、渗漏检查、更换液体等。而且，将电路系统放置在驾驶员和航空器之间能够提高安全性，例如操纵系统能够防止失速，或制止驾驶员使机身过载。

电传操纵系统实际上是用一个电子接口取代了航空器的物理操纵。驾驶员的指令被转换成电信号，飞行控制计算机确定如何恰当地驱动连接在每个操纵面上的执行机构以提供想要的响应。最初的执行机构通常是液压式的，现在电动执行机构也已经被研制出来。

关于电传操纵系统的主要担忧是可靠性问题。传统的机械式或液压式操纵系统通常是逐渐失效的，而所有飞行控制计算机失效会使飞机立即处于不可控制状态。为此，大多数电传操纵系统包含有冗余计算机和一些机械式或液压式备份。这好像使电传操纵系