客机与电传操纵

飞机电传操纵系统的前⽣今世B-2幽灵幽灵(Spirit)轰炸机⼀、机械式操纵系统⼈⼯操作机械操作系统⽰意图机械操纵系统最基本的飞⾏控制系统，常见于空⽓动⼒不是很强的早期飞机或现代的⼩型飞机。

这类飞控系统利⽤各种机械部件如杆、绳索、滑轮甚⾄链条将飞⾏员的操纵⼒从驾驶舱操纵装置传递到控制⾯上。

⼆、液压式操纵系统1、概述随着航空器尺⼨的增⼤和性能的提⾼，机械式飞⾏操纵系统的复杂程度和重量也⼤幅度增加，⼤⼤限制了航空器的发展。

为了克服这些限制，液压式飞⾏操纵系统出现了。

液压飞⾏操纵系统出现后，航空器的尺⼨和性能不再受驾驶员⼒量的限制，⽽只是受经济成本的限制。

液压式飞控系统由两部分组成：a、机械回路⼈⼯操作机械操作系统⽰意图机械回路连接着驾驶舱和液压回路。

如同机械式系统，机械回路也基本由各种杆、绞索、滑轮甚⾄铰链组成。

b、液压回路液压回路包含液压泵、液压管、液压阀门以及执⾏装置等。

执⾏装置通过液压泵产⽣的流体压⼒驱动飞机的各控制⾯。

⽽伺服阀则控制着执⾏装置的动作。

飞⾏员的操纵动作通过机械回路传递到液压回路中相应的伺服阀，然后液压泵驱动执⾏机构操纵飞机的各控制⾯。

液压式飞控系统见于⽼式的喷⽓运输机和⼀些⾼性能飞机。

例如安-225运输机和洛克西德公司的⿊鸟（SR-71）。

2、⼈⼯感觉反馈对于机械式飞控系统，飞⾏员经由机械装置可以感受到作⽤于飞机各个舵⾯上的⽓⼒。

这种触觉反馈增强了飞⾏安全性。

例如，在⽕神（Avro Vulcan）喷⽓轰炸机上，⼈们就利⽤⼀种弹性装置来实现这种控制反馈。

通过移动该装置的⽀点，⼈们可以使反馈⼒（对于升降舵）与空速的平⽅成正⽐。

这样，⾼速飞⾏时所需的操纵⼒量就迅速增加了。

3、机械助⼒助⼒机械操作系统⽰意图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。

电传操纵技术是一种广泛应用于现代航空领域的技术。

它是利用电信号传输数据，实现飞行器的精准操纵和控制。

在这项技术的帮助下，飞行员无需直接接触到飞行器的操纵杆或踏板，而是通过电传信号控制飞行器的方向、高度、速度等指标。

在本文中，我们将深入探讨电传操纵技术的原理、优势和应用。

一、电传操纵技术的原理电传操纵技术的核心在于电信号的传输。

飞行器上的操纵杆与飞机襟翼、尾翼、方向舵等控制面相连，当飞行员通过操纵杆对其进行操作时，操纵杆的移动会产生相应的电信号，通过飞机内部的信号传输系统传输到控制面上，从而改变控制面的位置和角度，实现飞机的转向、升降等操作。

这种技术的优点在于其快速、准确和稳定，能够避免机械连接带来的失控情况。

二、电传操纵技术的优势1.快速响应电传操纵技术通过电信号传输，相比传统的机械连接方式，响应速度更快，飞机能够更快地响应飞行员的指令，减少了响应时间对控制飞机的影响。

2.准确性高电传操纵技术可以精确测定控制面的位置和姿态，避免了传统机械连接方式因磨损和老化等原因导致误差的发生。

3.节省重量和空间传统的机械连接方式需要大量的空间和重量，而使用电传操纵技术后，可以在控制面和飞机之间减少连接件、杆件等机械结构，从而减少了重量和空间，为飞机的设计提供了更多的灵活性。

4.可靠性高电传操纵技术采用数字化的信号传输，相对于机械连接方式来说，更加可靠。

在传统机械连接方式下，如果连接件出现故障，将会导致飞机失去控制，甚至导致坠机。

而电传操纵技术采用电信号传输，只要电路没有故障，就能够保证飞机的控制。

三、电传操纵技术的应用电传操纵技术被广泛应用于民航、军用航空等领域。

它不仅提升了飞机的操纵质量和安全性，还为飞行员带来了更加舒适和安全的飞行体验。

以下是电传操纵技术在不同领域的应用。

1.民航领域在民航领域中，电传操纵技术被广泛应用于大型喷气式客机、航天器和直升飞机等。

电传操纵技术的应用可以实现飞机的快速响应和准确操纵，提升了航班的安全性和舒适性。

《飞机电传操纵系统与主动控制技术》——飞机教材自动飞行控制一、飞机电传操纵系统的概述飞机电传操纵系统，简称FBW（FlyWire），是一种利用电子信号传输指令的飞行控制系统。

它取代了传统的机械操纵系统，将飞行员的操纵指令转化为电子信号，通过计算机处理后，控制飞机的舵面和发动机，实现飞行控制。

电传操纵系统的优势在于重量轻、可靠性高、响应速度快、操纵灵活，并且能够实现复杂的飞行控制律。

在现代民用和军用飞机中，电传操纵系统已成为标配。

二、电传操纵系统的组成及工作原理1. 组成（1）操纵杆：飞行员通过操纵杆输入指令。

（2）传感器：实时监测飞机的姿态、速度等参数。

（3）飞行控制计算机：处理飞行员指令和传感器数据，输出控制信号。

（4）执行机构：根据控制信号，驱动飞机舵面和发动机。

2. 工作原理（1）飞行员操纵杆输入指令。

（2）传感器将飞机的姿态、速度等参数传输给飞行控制计算机。

（3）飞行控制计算机根据预设的控制律，处理飞行员指令和传感器数据，输出控制信号。

（4）执行机构根据控制信号，驱动飞机舵面和发动机，实现飞行控制。

三、主动控制技术及其在电传操纵系统中的应用1. 主动控制技术概述主动控制技术是指通过飞行控制系统，对飞机的气动布局、结构强度和飞行性能进行实时优化，以提高飞行品质和性能。

在电传操纵系统中，主动控制技术发挥着重要作用。

2. 主动控制技术在电传操纵系统中的应用（1）放宽静稳定性（RSS）：通过主动控制技术，使飞机在飞行过程中保持较小的静稳定性，提高飞行性能。

（2）机动载荷控制（MLC）：在飞机进行机动飞行时，主动控制技术可减小机动载荷，降低结构疲劳。

（3）颤振抑制：利用主动控制技术，实时监测飞机结构振动，采取措施抑制颤振现象。

（4）阵风减缓：在遭遇阵风时，主动控制技术可减小飞机受阵风影响，提高乘坐舒适性。

飞机电传操纵系统与主动控制技术的结合，为现代飞行器带来了更高的性能和安全性。

在未来的航空领域，这两项技术将继续发挥重要作用，推动飞行器的发展。

第 1 章飞行掌握系统概述1.1现代飞机飞行掌握系统1.1.1现代飞行掌握系统的功能自从上世纪初，世界上第一架重于空气的飞机诞生以来，驾驶员主要是通过机械操纵系统操纵相应舵面对飞机进展掌握的。

但随着飞行任务的不断简单化，不仅飞行距离远，高度高，而且还要求有良好的操纵品质。

为了解除驾驶员在长距离飞行中的疲乏，并使其集中精力完成飞行任务和改善飞机的操纵品质，故期望有一种装置和系统，掌握飞机实现自动飞行并改善飞机的飞行特性。

这套系统就是现代飞机上安装的飞行掌握系统。

归纳起来，现代飞机的飞行掌握系统主要作用是：1.实现飞机的自动飞行：飞机的自动飞行掌握就是利用一套特地的系统，在无人参与的条件下，自动操纵飞机按规定的姿势和航迹飞行，通常可实现对飞机的三轴姿势角及飞机三个方向空间位置的自动掌握与稳定。

例如，对于完全无人驾驶的飞行器，如无人机或等，实现完全的飞行自动掌握。

对现代有人驾驶飞机〔如民用客机或军用飞机〕，虽然有人参与驾驶，但在某些飞行阶段〔如巡航等〕，驾驶员可以不直接参与操纵，而由飞行掌握系统实现对飞机飞行的自动掌握。

但飞行员应完成对自动飞行指令的设置和监视自动飞行的进展，并随时可以切断自动掌握而实现人工驾驶。

承受自动飞行的好处主要是:·长距离飞行时解除驾驶员的疲乏，减轻驾驶员的工作负担；·在一些坏的天气或简单的环境下，驾驶员难于准确掌握飞机的姿势和航迹，自动飞行掌握系统可以实现对飞机姿势和航迹的准确掌握；·有一些飞行操纵任务，驾驶员难于准确完成，如进场着陆，承受自动飞行掌握则可以较好地完成这些任务。

2.实现对飞机性能的改善一般说，飞机的性能和飞行品质是由飞机本身的气动特性和发动机特性打算的。

但随着飞机的飞行高度及速度的渐渐扩大，飞机的自身特性将会变坏。

如飞机在高空飞行时，由于空气淡薄，飞机的阻尼特性变坏，致使飞机角运动产生严峻的摇摆，靠驾驶员人工操纵将会很困难。

此外，现代飞机设计时，为了减轻重量，削减阻力和提高有用升力，常将飞机设计成是静不稳定的。

请问飞机上使⽤的电传操纵系统是怎么回事，怎么还有3余度？与“电传操纵系统”对应的是“机械操纵系统”，是⼀种依托电⼦和计算机技术发展起来的新型战机操纵系统。

⾄于我们经常听到的“三余度”，简单来说就是3套飞⾏控制计算机、四余度就是4套，更多的余度可以保证当飞控某⼀部分故障和错误时时其他备份能够继续使飞机正常飞⾏。

但这个余度设计时必须恰到好处，设计不当反⽽降低可靠程度，所以航空⼯业真不是随随便便的国家就能搞得。

电传操纵系统“电传操纵系统”对应的是“机械操纵系统”，早期飞机的操纵主要有2种：纯机械操纵和液压操纵。

纯机械操纵就是将飞机控制杆通过钢索直接连接到⽓动舵⾯，中间以滑轮组和其他机构辅助，拉动操纵杆时钢索带动副翼、升降舵等运动。

这种操作最为简单粗暴，但是也是最费劲的，⼏乎完全是靠⼈⼒在操纵，⼀旦钢索疲劳断裂飞机就出现某个⽅向的操纵失灵。

下图为苏联An-2运输机，也是中国运-5的原型，机舱内分布的钢索就是⽤来操纵飞机的。

不过这种钢索控制设计简单、成本很低，⽬前很多⼩型飞机依旧采⽤钢索滑轮组控制，⽐如世界上产量最⼤的C172轻型飞机依旧还是钢索控制。

⽽新中国在早期航空⼯业⽐较落后的那段时间也是主要以这种纯机械⽅式设计飞机，⽐如我们的第⼀架⼤飞机运-10依旧是钢索滑轮组控制。

液压操纵，液压操纵是钢索滑轮组控制的升级版，由操纵杆直接带动钢索改为操纵杆控制液压系统，由液压组件带动⽓动舵⾯运动。

这种操纵⽅式⽐纯钢索滑轮组要省⼒⼀些，但是依旧没有改变操纵杆和舵⾯直接连接的关系，还是⼀种机械操纵⽅式。

早期波⾳737号称“空中健⾝房”就是因为采⽤的液压操纵⽅式使飞⾏员操纵较电传的A320吃⼒地多。

为了保证飞机操作的可靠性往往使⽤多套液压系统，但液压系统⼤量的液压管和液压组件挤占了⼤量的重量。

⽽且对于较为复杂的⽓动布局液压系统也没有办法做到完美控制，⽐如飞翼结构的机型因为没有⽔平尾翼和垂直尾翼操纵起来极为⿇烦，虽然从20年代就开始研究但⼀直没有投⼊实⽤化，直到后来数字化电传操纵的出现才出现了B-2轰炸机。

A320飞机电传操纵系统的控制律及其重构浅析作者：周蜜来源：《科技风》2016年第12期摘要：A320飞机率先在民用运输机领域采用电传操纵系统，将驾驶员的操纵指令转变成电信号传递给飞行控制计算机，由飞行控制计算机根据飞机飞行的不同阶段，生成不同的控制律，控制飞机的姿态。

本文简介了A320飞机的正常控制律、备用控制律和直接控制律的特点及所提供的保护，并介绍了控制律之间的重构与转换关系。

关键词：A320飞机；电传操纵系统；控制律中图分类号：V227 文献标识码：AA320飞机是欧洲空中客车公司研发的经典中短程民用运输机，此机型率先在民用运输机领域采用电传操纵系统。

所谓电传操纵系统是指将驾驶员的操纵指令转变成电信号，传递给飞行控制计算机，飞行控制计算机同时通过传感器接收飞机姿态响应的反馈信号，并将这些电信号进行综合比较和运算处理，按照既定的控制律，将控制指令输送到舵面驱动装置，驱动舵面偏转，实现对飞机姿态的控制。

采用电传操纵后，飞行的自动化程度大大提高，驾驶员从直接操纵者转变为监控者和管理者，显著降低了驾驶员的工作负荷，提高了飞行安全性[ 1-2 ]。

1 A320飞机控制律的重构与转换控制律即控制规律，飞行控制计算机根据不同的工作模式计算控制律，并生成必要的控制指令，控制飞机姿态。

A320飞机有三种控制律，包括正常控制律（Normal Law）、备用控制律（Alternative Law）和直接控制律（Direct Law），备用控制律和直接控制律是降级的飞行控制律。

此外，俯仰、偏航轴还可采用机械备份操纵[ 3 ]。

如图1，正常、备用、直接控制律具有自动重构能力，在正常使用状态或飞控计算机、传感器、电源发生单故障状态下，因电传操纵系统采用余度技术，所以飞机仍可采用正常控制律。

多个飞行控制、液压或电源系统的失效会导致飞行控制律的降级。

当多个故障发生时，根据后续故障出现的数量和性质正常控制律会由备用或直接控制律自动接替。

电传飞控，民航客机的“绝顶内功”最早采用电传飞控技术的A320客机空中客车公司，作为如今国际航空领域的行业巨头，它诞生在上世纪70年代，秉承当时“欧洲共同体”的理念，意欲在国际航空市场上同占据垄断地位的波音、麦道一较高下，若要说起空客公司在航空领域有哪些杰出贡献，毫无疑问当首推以空客A320、A330为代表空客A3XX系客机在民用客机中首先采用了电传飞控这一先进技术。

最早使用飞控技术的战斗机F-16电传飞控技术作为一种先进的电子飞行控制系统，取代了传统的机械操纵系统，采用反馈控制原理，将飞行员在操纵飞机时产生的机械指令经由特殊的传感器转化为电信号，在由接受到电信号的飞控计算机驱动飞机的舵面偏转，从而控制飞机的飞行状态。

飞控技术的诞生最早是为了解决以F-16为代表的第三代战斗机的静不稳定设计，空客的A320是最早使用这一技术的民用客机，A320的成功标志飞控技术在民航领域的成熟。

电传飞控技术在民航领域中的优势A330最早的采用电传技术的宽体客机首先采用电传技术的民用客机相比传统的机械控制系统的飞机有着更轻的重量，这是因为电传飞控省去了机械传动控制系统中的大量复杂、冗余的机械设备，减轻了系统部件的总重量，进一步的解放了飞机的内部空间，此外电传飞控的引入意味着飞机可以采用打破传统气动布局的静不稳定设计，使得飞机结构内部那些起着控制飞行稳定性的部分零件可以省去或者减小比重，例如减小飞机机尾的水平稳定面与垂直稳定面，减负后的客机在航程与载重上会有所提高，这对于考虑经济成本的民航而言有着重要的意义。

美军后勤维修战斗机的液压传动系统其次使用电传技术可以客机的可维护性，传统的机械传动系统在飞机高速飞行时，会出现热膨胀、弯曲变形、金属疲劳等安全隐患，而电传系统的引入不仅可以杜绝这些安全隐患，还能进一步提升飞机的可操作性，电传系统以电子信号为主体的传输方式，当飞机出现气动状态的改变时，可以在瞬间做出灵活准确的反应，反观机械传动系统则要通过液压装置来对飞机姿态进行调整，不仅效率低还在内部液态的更换上提升了后勤维护的难度。

飞机操纵系统方式飞机操纵系统方式-简单机械操纵系统-机械操纵系统，由钢索的软式操纵，发展为拉杆的硬式操纵。

驾驶杆及脚蹬的动作经过钢索或拉杆的传递直接带动舵面运动。

驾驶员在操纵过程中必须克服舵面上所承受的气动力。

-助力操纵系统-随着飞机尺寸、质量及飞行速度的不断增加，舵面铰链力矩的增大，驾驶员难以直接通过钢索或拉杆来操纵舵面。

20世纪40年代末出现了液压助力器，将其安装在操纵系统中，作为一种辅助装置来增大施加在舵面上的作用力，以发挥飞机的全部机动能力。

这就是飞机的助力操纵系统。

不可逆助力操纵系统-全助力操纵系统-当超音速飞机出现后，飞机超音速飞行时需要相当大的操纵力矩才能满足飞机的机动操纵要求。

此外，由于尾翼上出现了超音速区，升降舵操纵效率大为降低，而不得不采用全动平尾。

全动平尾铰链力矩大，而且数值的变化范围较宽，非线性特性影响严重，驾驶员无法直接承受舵面上的铰链力矩。

在这个时候，出现了全助力操纵系统。

全助力操纵系统中，切断了舵面与驾驶杆的直接联系，驾驶员的'操纵指令直接控制助力器上的分油活门，从而通过助力器改变舵面的偏转并承受舵面的铰链力矩。

此时，驾驶杆上所承受的杆力仅用于克服传动机构中的摩擦力，驾驶员无法从杆力的大小来感受飞机飞行状态的变化。

因此，在系统中增加了人感装置，通过弹簧、缓冲器及配重等构成的系统，来提供驾驶杆上所受的人工感力。

-增稳系统-从20世纪50年代中期以来，随着飞机向高空高速方向发展，飞行包线不断延长，飞机的气动外形很难既满足低空、低速的要求，又满足高空、高速的要求，常会出现飞机在高空、高速飞行时稳定性增加而阻尼不足，但在低速飞行时稳定性又不够的现象。

为了提高飞机的稳定性和改善飞机的阻尼特性，第一次将人工操纵系统与自动控制结合起来，将增稳系统引入到人工操纵系统中，从而形成了具有稳定功能的全助力系统。

在这个系统中，增稳系统和驾驶杆是相互独立的，增稳系统并不影响驾驶员的操纵。