飛機(jī)電傳操縱系統(tǒng)

一、電傳操縱系統(tǒng)的概念及發(fā)展概況1、 電傳操縱系統(tǒng)的概念電傳操縱系統(tǒng)是將從駕駛員的操縱裝置發(fā)出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過(guò)電纜直接傳輸?shù)阶灾魇蕉鏅C(jī)的一種系統(tǒng)。也就是說(shuō)，電傳操縱系統(tǒng)也是一個(gè)全時(shí)、全權(quán)限的“電信號(hào)系統(tǒng)+控制增穩(wěn)”的飛行操縱系統(tǒng)。電傳操縱系統(tǒng)是人工操作和自動(dòng)控制在功能上和操縱方式上較好地融為一體。電傳操縱系統(tǒng)主要依靠電信號(hào)傳遞駕駛員的操縱指令，所以這種系統(tǒng)不再含有機(jī)械操縱系統(tǒng)。帶有機(jī)械備份的電傳操縱系統(tǒng)成為準(zhǔn)電傳操縱系統(tǒng)?？刂圃龇€(wěn)系統(tǒng)是電傳操縱系統(tǒng)不可分割的組成部分，只有具備控制增穩(wěn)功能的電信號(hào)系統(tǒng)才能稱為電傳操縱系統(tǒng)。2、 電傳操縱系統(tǒng)發(fā)展概況20世紀(jì)前半期，采用閉環(huán)反饋原理的自動(dòng)控制技術(shù)作為機(jī)械操縱系統(tǒng)的輔助手段,其主要作用是針對(duì)已設(shè)計(jì)好的飛機(jī)剛體動(dòng)力學(xué)特性的缺陷進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)精確的姿態(tài)和航跡控制，減輕駕駛員長(zhǎng)期、緊張工作的負(fù)擔(dān)。到了20世紀(jì)60年代，飛機(jī)的發(fā)展遇到了一些重大難題。例如：大型飛機(jī)撓性機(jī)體氣動(dòng)彈性模態(tài)問(wèn)題，進(jìn)一步提高戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)動(dòng)性和戰(zhàn)斗生存性問(wèn)題等。這些問(wèn)題僅靠氣動(dòng)力、結(jié)構(gòu)和動(dòng)力裝置協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)不能解決，或者要在性能、重量、復(fù)雜性和成本方面付出巨大代價(jià)才能得到某種折衷的解決方案。研制設(shè)計(jì)者將注意力轉(zhuǎn)向采用閉環(huán)反饋原理的自動(dòng)控制技術(shù)，通過(guò)對(duì)一系列單項(xiàng)技術(shù)和組合技術(shù)的研究、開發(fā)和驗(yàn)證，產(chǎn)生了兩個(gè)具有劃時(shí)代意義的新飛行控制概念:主動(dòng)控制技術(shù)（ACT）和電傳飛行控制（FBW）系統(tǒng)。這兩項(xiàng)新技術(shù)的出現(xiàn)對(duì)飛機(jī)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響。采用主動(dòng)控制技術(shù)的電傳操縱系統(tǒng)，可使飛機(jī)的飛行控制、推力控制和火力控制的主要控制功能綜合成為可能，從而極大地改善了飛機(jī)的性能。如采用主動(dòng)控制技術(shù)的電傳操縱系統(tǒng)后，放寬靜穩(wěn)定性（RSS）控制技術(shù)使B-52轟炸機(jī)平尾面積減少45%,結(jié)構(gòu)總重量減少6.4%，航程增加了4.3%;使戰(zhàn)斗機(jī)升阻比提高了8%~15%。機(jī)動(dòng)載荷控制NILC）技術(shù)使C-5A運(yùn)輸機(jī)翼根彎曲力矩減少30%~50%;使F4E戰(zhàn)斗機(jī)盤旋角速度增加了33%。主動(dòng)渦流控制（AVC）技術(shù)與方向舵協(xié)調(diào)使用時(shí)，使X29在低速大攻角飛行時(shí)的偏航速率增加50%。采用任務(wù)適應(yīng)性機(jī)翼（MAW）比采用常規(guī)機(jī)翼可使飛機(jī)航程增加30%,機(jī)翼承載能力提高50%。2.數(shù)字式電傳操縱系統(tǒng)數(shù)字式電傳操縱系統(tǒng)具有高度的靈活性，容易實(shí)現(xiàn)多種邏輯運(yùn)算和電子綜合化，實(shí)施復(fù)雜控制律和修改控制律都很方便，尤其容易與自動(dòng)駕駛儀、火力控制系統(tǒng)、導(dǎo)航和推力控制系統(tǒng)交連，從而使飛機(jī)的性能和攻擊精度均發(fā)生質(zhì)的變化。為保證飛機(jī)安全可靠性，在系統(tǒng)中常有備分系統(tǒng)，凡其工作原理與主系統(tǒng)是不相似的，則均可成為備分系統(tǒng)，如機(jī)械操縱系統(tǒng)、電氣操縱系統(tǒng)和模擬式電傳操縱系統(tǒng)。對(duì)于數(shù)字式電傳操縱系統(tǒng)，目前不采用體大笨重的機(jī)械桿系作為備用系統(tǒng)，而常采用模擬式電傳備用系統(tǒng)。如果主系統(tǒng)的安全可靠性相當(dāng)高，則可以不采用備用系統(tǒng)。此外，再通過(guò)四余度或自監(jiān)控的三余度系統(tǒng)，使電傳操縱系統(tǒng)達(dá)到雙故障安全等。數(shù)字電傳操縱系統(tǒng)和主動(dòng)控制技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于第三代軍機(jī)和先進(jìn)的民機(jī)。綜合控制技術(shù)也成為第四代軍機(jī)的典型標(biāo)志之一，在F-22戰(zhàn)斗機(jī)上，綜合飛行/推力控制功能由列為飛行關(guān)鍵系統(tǒng)第一位的飛行器管理系統(tǒng)提供，飛行器管理系統(tǒng)的支柱就是隨著電子技術(shù)的發(fā)展和飛機(jī)性能的不斷提高，目前，電傳操縱系統(tǒng)正在向自適應(yīng)飛行控制系統(tǒng)的方向發(fā)展。美國(guó)早在20世紀(jì)60年代初就對(duì)自適應(yīng)飛行控制系統(tǒng)作了試飛,此后還在不斷進(jìn)行研究和試驗(yàn)，但始終沒(méi)有在生產(chǎn)型飛機(jī)上使用過(guò)，究其原因可能是性能還不夠完善。但未來(lái)隨著馬赫數(shù)高達(dá)6?8的高超音速飛機(jī)的到來(lái)，以及為減小阻力和提高隱身特性的無(wú)尾飛機(jī)的出現(xiàn)，飛機(jī)的氣動(dòng)特性變化范圍很大，用常規(guī)飛行控制方法很難勝任，必須采用自適應(yīng)控制。新一代的自適應(yīng)飛控系統(tǒng)由于計(jì)算工作量很大,將采用并行處理和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并將采用光纖來(lái)傳輸大量數(shù)據(jù)，而由電傳飛行控制系統(tǒng)發(fā)展成光傳飛行控制系統(tǒng)。二、電傳操縱系統(tǒng)的主要特點(diǎn)1、電傳操縱系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)機(jī)械操縱系統(tǒng)的系統(tǒng)組合比較復(fù)雜，而電氣組合比較簡(jiǎn)單。采用電氣控制的電傳操縱系統(tǒng)，很容易實(shí)現(xiàn)主操縱系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的交連。傳統(tǒng)的飛機(jī)機(jī)械操縱系統(tǒng)一般都采用中央駕駛桿，而電傳操縱系統(tǒng)則可采用小側(cè)桿操縱，這樣既可減輕飛行員的工作負(fù)擔(dān)，又可使飛行員觀察儀表的視線不再受中央駕駛桿的影響，同時(shí)也消除了重力加速度對(duì)飛行員和駕駛桿輸入量的影響。電傳操縱系統(tǒng)可有效地減輕操縱系統(tǒng)的重量。如戰(zhàn)斗機(jī)可減輕58%,大型、高性能戰(zhàn)略轟炸機(jī)可減輕84%,直升機(jī)上可減輕86%。電傳操縱系統(tǒng)可有效地減少操縱系統(tǒng)的體積。如戰(zhàn)斗機(jī)可減少體積2400cm3,戰(zhàn)略轟炸機(jī)可減少4.39m3。一般情況下，采用電傳操縱系統(tǒng)后，可減少原機(jī)械操縱系統(tǒng)所占有空間的50%。電傳操縱系統(tǒng)可提高作戰(zhàn)飛機(jī)的戰(zhàn)傷生存力。電傳操縱系統(tǒng)采用多余度設(shè)計(jì)后，可在機(jī)翼和機(jī)身內(nèi)分散布置其總線。若以電氣方式提供能源，即采用/動(dòng)力電傳0,可有效地提高戰(zhàn)傷生存力。2、電傳操縱系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)單通道電傳操縱系統(tǒng)的可靠性不夠高。由于單通道電傳操縱系統(tǒng)中的電子元件質(zhì)量和設(shè)計(jì)因素關(guān)系，所以單通道電傳操縱系統(tǒng)的可靠性不夠高。為了提高電傳操縱系統(tǒng)的可靠性，現(xiàn)代軍用和民用飛機(jī)均采用三余度或四余度電傳操縱系統(tǒng)，并利用非相似余度技術(shù)設(shè)計(jì)備分系統(tǒng)，如四余度電傳操縱加二余度模擬熱備分系統(tǒng)。電傳操縱系統(tǒng)的成本較高。如果就單通道電傳操縱系統(tǒng)而言，電傳操縱系統(tǒng)的成本低于機(jī)械操縱系統(tǒng)。但電傳操縱系統(tǒng)必須采用余度系統(tǒng)才能可靠工作，所以電傳操縱系統(tǒng)的總體成本還是比較高的，需要進(jìn)一步簡(jiǎn)化余度和降低各部件的成本。電傳操縱系統(tǒng)容易受雷擊和電磁脈沖干擾影響。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，平均雷擊率為7X107/飛行小時(shí)。所以，電傳操縱系統(tǒng)需要解決雷擊和電磁脈沖干擾的危害。此外，由于現(xiàn)代飛機(jī)越來(lái)越多地采用復(fù)合材料，其使用率可達(dá)30%左右。這樣系統(tǒng)中的電子元件失去金屬蒙皮屏蔽的保護(hù)，故抗電磁干擾和抗核輻射的問(wèn)題更為突出。三、電傳操縱系統(tǒng)舉例1、波音系列飛機(jī)：波音737-NG系列(B737-600,700,800,900)，波音777采用機(jī)械備份式的數(shù)字式電傳操縱系統(tǒng)2、空客系列飛機(jī):3、ERJ系列飛機(jī)Embraer-170系列是巴西航空工業(yè)公司在二十一世紀(jì)開發(fā)的新一代噴氣產(chǎn)品