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 电传操纵(英语: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[1]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。

概论

“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,指操纵员)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沟道。当其中的一个甚至两个沟道损坏时,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(flight control computers)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统的一些优点变得没有意义,但是由于冗余系统只是用于紧急情况,因此这些系统可以做得更简单、更轻,而且只需提供有限的能力[2]

电传操纵的概念也移植到汽车的设计,部分新型车款的油门踏板不再是旧有的机械方式连动节汽门,而改成电子元件感应踏板踩踏的程度,经电子信号传递到改由马达开闭的节汽阀。这样的设计又俗称为“电子油门”,常与定速巡航系统搭配使用。未来连方向盘及刹车也将电子化。

视频

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参考文献

  1. 飞机液压操纵系统 ,中国航空工业集团有限公司金城南京机电液压工程研究中心,2017-01-17
  2. 电传操纵系统可靠性分析及飞行安全评估 ,优文网, 2010-07-15