電傳操縱(Flying By Wire)系統是將飛行員的操縱訊號,經過變換器變成電訊號,透過電纜直接傳輸到自主式舵機的一種系統。它去掉了傳統的飛機操縱系統中佈滿飛機內部的從操縱桿到舵機之間的機械傳動裝置和液壓管路。電傳操縱系統的主要組成部分包括運動感測器、中央計算機、作動器和電源,它相當於動物的感覺器官、大腦和肌肉。 由飛機操縱系統的發展我們可以體會到,任何事物的發展都是由需要和可能這兩個因素決定的,電傳操縱系統的發展也是如此。它是隨著飛機(包括某些飛行器)的飛行控制技術的不斷提高以及科學技術的發展而逐漸發展起來的。 電傳操縱的重要性在於打破了飛機設計中需要保持靜穩定性的佈局,設計師們可以為戰鬥任務選擇和最佳化最有效的佈局,然後由儲存在飛行控制計算機軟體中的相應控制律增加人工穩定性。現役戰鬥機中已經有多種飛機採用電傳操縱系統,例如F-16、Phantom2000、“狂風”戰鬥機、F-15、Su-27、F/A-18等等。 電傳操縱的優缺點 電傳操縱系統克服了傳統的機械操縱系統存在的一系到缺點:重量大、佔據空間大、存在非線性(摩擦、間隙)和彈性變形,為了保證飛機合適的操縱性的機械機構相當複雜。電傳操縱系統與機械系統相比卻簡單得多,它不受溫度變化而引起的膨脹和收縮的影響,不需要潤滑,去掉了百餘個鉸支點,更重要的是可為主動控制技術的實現作出重要貢獻。 電傳操縱系統的優點概括起來有下述幾點: 減輕操縱系統的重量。按飛行操縱系統的重量百分化來考慮,使用電傳操縱系統可減輕的重量是相當顯著的。據研究估計在戰鬥機上使用電傳操縱系統可使飛行操縱系統的重量減輕58%,如F-16減少181公斤;通用動力公司估計在大型、高效能戰略轟炸機上使用電傳操縱系統的話,可使飛行操縱系統重量減輕84%,即242.7公斤左右;洛克希德公司估計在大型運輸機上使用電傳操縱系統可使飛行操縱系統重量減少317.5公斤;在直升機上應用電傳操縱系統也能使重量減少很多。在類似現在使用的那些直升機上應用電傳操縱系統可使操縱系統重量減少86%。 減少體積。在高效能飛機上使用電傳操縱系統使操縱系統的體積大為減少。在戰術戰鬥機上可減少體積24,000立方厘米;對於戰略轟炸機來說,體積的減少更為驚人。通用動力公司估計,使用電傳操縱系統,由於去掉安裝操縱鋼索、鋪設管道和機械聯動機構的空間,體積可減少4.39立方米。 節省設計和安裝時間。使用電傳操縱系統可以縮短設計和安裝時間,這是不言而喻的。據北美洛克威爾公司估計,大批生產時,大型、高效能戰略轟炸機飛行操縱系統設計和安裝時間,每架飛機差不多可節約5000個工時,使每架飛機生產總成本降低8萬美元。 提高飛行操縱系統的可靠性和生存性。由於電傳操縱系統都採用冗餘技術,例如三餘度或四餘度設計,可使系統可靠性大大提高,這種可靠性的提高除了增加飛行操縱系統本身結構可靠性外,還可從排除像維護疏忽、自然界的影響或是飛行中機務人員或乘客的動作之類的因素造成的不能予知的故障影響,這些故障在一般機械操縱系統中是災難性的故障。所謂三餘度或四餘度就是飛機的感測器、計算機和舵機採用三或四套,以確保一套發生故障時,能夠有另一套繼續完成相應工作,確保飛機的安全。 減少維護工時。採用機內自檢裝置可從很快發現故障並加以隔離,恢復工作狀態,就不需要進行現在必須完成的花錢多、費時間的定期維修。電傳操縱系統由於採用餘度技術,部件多了可能故障次數有所增加,但是由於故障隔離和維修簡便完全可從抵消故障增加的影響。北美洛克威爾公司估計,對於高效能戰略轟炸機來說,使用電傳操縱系統,每飛行小時的維護工時大約減少10%,這樣可從使飛機在地面停機時間減少3.5%。伏托爾公司估計,對於直升機和其他垂直短距起落飛機上所使用的複雜操縱系統來說,採用電傳操縱系統後可使操縱系統的維護工時減少50%或者更多。 改善飛機的操縱品質。使用電傳操縱系統剔除了諸如靜摩擦和遲滯等機械系統的非線性,因此很容易調整飛機響應和杆力的函式關係,使其在所有飛行狀態下滿足操縱要求。 對撓曲,彎曲、熱膨脹等引起的飛機結構變化的影響不敏感。機械操縱系統對於飛機結構的變化是非常敏成的,設計師必須盡最大努力力求使這種影響減到最小,採用電傳操縱系統這些影響就自然清除了。電傳操縱系統甚至可能應用某種結構模態穩定措施有效地提高飛機構架的剛度,從而增加系統的疲勞壽命。 座艙佈局員活性大電傳操縱系統可用側杆控制器和其他小型控制器。因此,駕駛員觀察儀表的視線再不會受到很大的中央駕駛杆的影響。 自動飛行和著陸系統的結合方便。電傳操縱系統不需要串、並聯的伺服作動器以及自動飛行控制系統和自動著陸系統的複雜混合和綜合裝置,因為全部輸入量是電訊號而且在伺服助力器前面採用電子方法綜合。 使設計具有更多的靈活性。電傳操縱系統受在生產階段可能引起的飛機外型或系統性能變化的影響很小。這是因為電傳操縱系統的設計固有的靈活性,實際上控制的變數是感受飛行器的運動而不是控制操縱面的位置。一旦電傳操縱系統在飛機基本設計階段加以考慮,而且飛機的飛行安全完全可依賴於它的連續工作,飛機機體的靜穩定就已經不那麼重要了。因此,飛機設計師和氣動力專家將得到全新的設計自由,這種設計以前一直受到飛機機體在沒有任何控制訊號輸入時是穩定的這一要求的限制。這種新的設計方法可從設計出機動性更好、重量更輕、阻力更小和執行特殊任務的飛機。這種技術對未來飛機所產生的影響將遠遠超出用電傳操縱系統簡單地取代機械操縱系統所能得到的好處。 降低使用者的費用。因為電傳操縱系統具有上述諸優點,因而可從使使用者的使用費用大大降低,這對政府和民用航空公司都是頭等重要的。 電傳操縱雖然具有如此眾多優點,但是由於它採用了大量的電氣裝置,所以在使用過程中會有可能受到電磁干擾以及雷擊,這對電氣裝置的可靠性威脅很大。特別是現代先進戰鬥機採用了越來越多的複合材料,飛機機體對電磁波的遮蔽作用越來越小,這個問題就越來越嚴重。因此,現在美國已經開始了光傳操縱系統的研究和試飛,它將電訊號轉化為光訊號,利用光纖來傳輸,從而徹底避免了電磁干擾的產生
電傳操縱(Flying By Wire)系統是將飛行員的操縱訊號,經過變換器變成電訊號,透過電纜直接傳輸到自主式舵機的一種系統。它去掉了傳統的飛機操縱系統中佈滿飛機內部的從操縱桿到舵機之間的機械傳動裝置和液壓管路。電傳操縱系統的主要組成部分包括運動感測器、中央計算機、作動器和電源,它相當於動物的感覺器官、大腦和肌肉。 由飛機操縱系統的發展我們可以體會到,任何事物的發展都是由需要和可能這兩個因素決定的,電傳操縱系統的發展也是如此。它是隨著飛機(包括某些飛行器)的飛行控制技術的不斷提高以及科學技術的發展而逐漸發展起來的。 電傳操縱的重要性在於打破了飛機設計中需要保持靜穩定性的佈局,設計師們可以為戰鬥任務選擇和最佳化最有效的佈局,然後由儲存在飛行控制計算機軟體中的相應控制律增加人工穩定性。現役戰鬥機中已經有多種飛機採用電傳操縱系統,例如F-16、Phantom2000、“狂風”戰鬥機、F-15、Su-27、F/A-18等等。 電傳操縱的優缺點 電傳操縱系統克服了傳統的機械操縱系統存在的一系到缺點:重量大、佔據空間大、存在非線性(摩擦、間隙)和彈性變形,為了保證飛機合適的操縱性的機械機構相當複雜。電傳操縱系統與機械系統相比卻簡單得多,它不受溫度變化而引起的膨脹和收縮的影響,不需要潤滑,去掉了百餘個鉸支點,更重要的是可為主動控制技術的實現作出重要貢獻。 電傳操縱系統的優點概括起來有下述幾點: 減輕操縱系統的重量。按飛行操縱系統的重量百分化來考慮,使用電傳操縱系統可減輕的重量是相當顯著的。據研究估計在戰鬥機上使用電傳操縱系統可使飛行操縱系統的重量減輕58%,如F-16減少181公斤;通用動力公司估計在大型、高效能戰略轟炸機上使用電傳操縱系統的話,可使飛行操縱系統重量減輕84%,即242.7公斤左右;洛克希德公司估計在大型運輸機上使用電傳操縱系統可使飛行操縱系統重量減少317.5公斤;在直升機上應用電傳操縱系統也能使重量減少很多。在類似現在使用的那些直升機上應用電傳操縱系統可使操縱系統重量減少86%。 減少體積。在高效能飛機上使用電傳操縱系統使操縱系統的體積大為減少。在戰術戰鬥機上可減少體積24,000立方厘米;對於戰略轟炸機來說,體積的減少更為驚人。通用動力公司估計,使用電傳操縱系統,由於去掉安裝操縱鋼索、鋪設管道和機械聯動機構的空間,體積可減少4.39立方米。 節省設計和安裝時間。使用電傳操縱系統可以縮短設計和安裝時間,這是不言而喻的。據北美洛克威爾公司估計,大批生產時,大型、高效能戰略轟炸機飛行操縱系統設計和安裝時間,每架飛機差不多可節約5000個工時,使每架飛機生產總成本降低8萬美元。 提高飛行操縱系統的可靠性和生存性。由於電傳操縱系統都採用冗餘技術,例如三餘度或四餘度設計,可使系統可靠性大大提高,這種可靠性的提高除了增加飛行操縱系統本身結構可靠性外,還可從排除像維護疏忽、自然界的影響或是飛行中機務人員或乘客的動作之類的因素造成的不能予知的故障影響,這些故障在一般機械操縱系統中是災難性的故障。所謂三餘度或四餘度就是飛機的感測器、計算機和舵機採用三或四套,以確保一套發生故障時,能夠有另一套繼續完成相應工作,確保飛機的安全。 減少維護工時。採用機內自檢裝置可從很快發現故障並加以隔離,恢復工作狀態,就不需要進行現在必須完成的花錢多、費時間的定期維修。電傳操縱系統由於採用餘度技術,部件多了可能故障次數有所增加,但是由於故障隔離和維修簡便完全可從抵消故障增加的影響。北美洛克威爾公司估計,對於高效能戰略轟炸機來說,使用電傳操縱系統,每飛行小時的維護工時大約減少10%,這樣可從使飛機在地面停機時間減少3.5%。伏托爾公司估計,對於直升機和其他垂直短距起落飛機上所使用的複雜操縱系統來說,採用電傳操縱系統後可使操縱系統的維護工時減少50%或者更多。 改善飛機的操縱品質。使用電傳操縱系統剔除了諸如靜摩擦和遲滯等機械系統的非線性,因此很容易調整飛機響應和杆力的函式關係,使其在所有飛行狀態下滿足操縱要求。 對撓曲,彎曲、熱膨脹等引起的飛機結構變化的影響不敏感。機械操縱系統對於飛機結構的變化是非常敏成的,設計師必須盡最大努力力求使這種影響減到最小,採用電傳操縱系統這些影響就自然清除了。電傳操縱系統甚至可能應用某種結構模態穩定措施有效地提高飛機構架的剛度,從而增加系統的疲勞壽命。 座艙佈局員活性大電傳操縱系統可用側杆控制器和其他小型控制器。因此,駕駛員觀察儀表的視線再不會受到很大的中央駕駛杆的影響。 自動飛行和著陸系統的結合方便。電傳操縱系統不需要串、並聯的伺服作動器以及自動飛行控制系統和自動著陸系統的複雜混合和綜合裝置,因為全部輸入量是電訊號而且在伺服助力器前面採用電子方法綜合。 使設計具有更多的靈活性。電傳操縱系統受在生產階段可能引起的飛機外型或系統性能變化的影響很小。這是因為電傳操縱系統的設計固有的靈活性,實際上控制的變數是感受飛行器的運動而不是控制操縱面的位置。一旦電傳操縱系統在飛機基本設計階段加以考慮,而且飛機的飛行安全完全可依賴於它的連續工作,飛機機體的靜穩定就已經不那麼重要了。因此,飛機設計師和氣動力專家將得到全新的設計自由,這種設計以前一直受到飛機機體在沒有任何控制訊號輸入時是穩定的這一要求的限制。這種新的設計方法可從設計出機動性更好、重量更輕、阻力更小和執行特殊任務的飛機。這種技術對未來飛機所產生的影響將遠遠超出用電傳操縱系統簡單地取代機械操縱系統所能得到的好處。 降低使用者的費用。因為電傳操縱系統具有上述諸優點,因而可從使使用者的使用費用大大降低,這對政府和民用航空公司都是頭等重要的。 電傳操縱雖然具有如此眾多優點,但是由於它採用了大量的電氣裝置,所以在使用過程中會有可能受到電磁干擾以及雷擊,這對電氣裝置的可靠性威脅很大。特別是現代先進戰鬥機採用了越來越多的複合材料,飛機機體對電磁波的遮蔽作用越來越小,這個問題就越來越嚴重。因此,現在美國已經開始了光傳操縱系統的研究和試飛,它將電訊號轉化為光訊號,利用光纖來傳輸,從而徹底避免了電磁干擾的產生