飛行操縱系統，也叫飛機操縱系統，是一個控制飛機飛行安全的關鍵系統，它是用來傳遞操縱信號（指令），偏轉舵面（升降舵或全動平尾、副翼、方向舵等操縱面），使飛機完成預定動機的機械/電氣系統。
基本介紹
- 中文名：飛行操縱系統
- 外文名：Flight Control System
- 英文縮寫：FCS
- 主要功能：改變飛機狀態、軌跡
- 最初系統類型：機械操縱傳動系統
- 發展方向：光纖操縱系統
簡介,飛機操縱系統的發展,三種操縱系統介紹,機械操縱傳動系統,電傳飛行控制系統,光傳操縱系統,系統展望,
簡介
飛行操縱系統在飛機飛行中擔負著改變飛機狀態、軌跡等功能和任務。據有關資料統計，飛行操縱系統故障造成的後果大多是重大飛行事故，由於操縱系統的不完善，易造成飛行員誤操作(這種誤操作的結果往往是機毀人亡)。因此，它的可靠性對飛行安全有至關重要的作用。
隨著運輸和作戰的需要，飛機的速度、機動性需要不斷地提高。為保證飛行安全，對飛行操縱系統的性能也要求不斷改進。多年來，為保證飛行安全，對操縱系統進行了不斷完善即經歷了(有回力)助力操縱系統、不可逆(無回力)助力操縱系統、增穩系統、控制增穩系統、準電傳操縱系統和電傳操縱系統這樣幾個階段。
飛機操縱系統的發展
最初的飛行操縱系統是由簡單的鋼索、滑輪、連桿和曲柄等機械部件組成，即我們所說的機械傳動操縱系統，飛行員通過直接操縱機械傳動系統來控制飛機的操縱舵面，實現對飛機姿態和飛行軌跡的控制，此時可不考慮系統本身的動特性，只需對摩擦、間隙和系統的彈性變形加以限制，便可以獲得滿意的系統性能。
隨著飛機設計的發展和飛機速度的不斷提高，即使使用了氣動力補償，飛行員的體力還不能適應作用於操縱舵面上的空氣動力載荷，這時便產生了液壓助力器，此系統實際上仍是一個除飛行員外開環的機液伺服系統。伴隨著飛行包線的進一步擴大，飛機的穩定性與可操縱性之間的矛盾更加突出，相繼出現了增穩操縱系統和控制增穩操縱系統，這時的系統已在局部使用了電傳操縱技術，但操縱系統仍以機械通道為主控通道。
為實現最佳氣動布局的飛機設計，在電傳操縱余度技術逐漸趨於成熟的條件下，操縱系統的機械通道有被電傳通道完全取代的趨勢，這便產生了現在已被廣泛使用的電傳操縱系統。但電傳操縱系統難以克服自身易受干擾的缺陷，為了改善電傳作業系統的性能克服系統自身的缺陷，在電傳作業系統內採用了新的信號傳導材料光纖。光纖作為信號傳導材料與電傳操縱系統相比，在抗電磁干擾、 減輕重量、 提高可靠性等方面有明顯的優勢。運用新的信號傳導材料與電傳作業系統相結合所產生的操縱系統，這便是光傳操縱系統的雛形。光傳操縱系統對提高飛機的穩定性和滿足日益提升的飛行性能產生了深遠的影響。
三種操縱系統介紹
機械操縱傳動系統
機械傳動操縱系統，就是用鋼索、滑輪、傳動桿等機械機構傳送操縱信號，使駕駛員通過機械傳動裝置直接偏轉舵面，舵面上的氣動鉸鏈力矩通過機械聯繫使駕駛員獲得力和位移的感覺的操縱系統。機械傳動操縱系統具有構造簡單、工作可靠等優點，現仍廣泛套用於低速飛機和一些運輸機上，但它存在自身重量大，反應不夠靈敏和傳動滯後等缺點，當機構的某一局部被破壞後就不能再繼續工作。
到了20世紀60年代，飛機的發展遇到了一些重大難題。例如：大型飛機撓性機體氣動彈性模態問題，進一步提高戰鬥機機動性和戰鬥生存性問題等。這些問題僅靠氣動力、結構和動力裝置協調設計技術已經不能解決，機械傳動系統已遠不能滿足飛行需要。此時研製設計者將注意力轉向採用閉環反饋原理的自動控制技術，通過對一系列單項技術和組合技術的研究、開發和驗證，產生了兩個具有劃時代意義的新飛行控制理念：主動控制技術（ACT）和電傳飛行控制（FBW）系統。
電傳飛行控制系統
電傳飛行控制系統即電傳操縱系統，它是把駕駛員的操縱指令轉變為電信號來進行操縱。雖然駕駛員的操縱指令轉變為了電信號，但電傳操縱系統本身不是簡單地用電信號的傳遞來代替機械傳動的，而是把主操縱系統和自動控制系統結合起來。
採用主動控制技術的電傳操縱系統，可使飛機的飛行控制、推力控制和火力控制的主要控制功能綜合成為可能，從而極大地改善飛機的性能。如採用主動控制技術的電傳操縱系統，放寬靜穩定性（RSS）控制技術使B-52轟炸機平尾面積減少45%，結構總重量減少6.4%，使戰鬥機升阻比提高了8%～15%。機動載荷控制（NILC）技術使C-A運輸機翼根彎曲力矩減少30%～50%；使F4E戰鬥機盤旋角速度增加了3%。主動渦流控制（AVC）技術與方向舵協調使用時，使X29在低速大攻角飛行時的偏航速率增加50%。採用任務適應性機翼（MAW）比採用常規機翼可使飛機航程增加30%，機翼承載能力提高50%。
目前，電傳操縱系統已開始在固定翼飛機和旋翼飛機中普遍採用，如NH90、V-22“魚鷹”、“虎”式直升機和A320等都採用電傳操縱系統，其技術已基本成熟。但隨著現代飛機性能的不斷提升，電子設備日趨複雜，這必然導致電纜用量的增加以及線路布局的複雜化，從而加大了線路之間的干擾，使電傳操縱系統不能正常工作，這就暴露出了電傳操縱系統本身可靠性不高、成本高的缺點。另外電傳操縱系統還存在易受雷擊和電磁脈衝波干擾等“硬傷”。
如何提高飛機自身的高智慧型化、簡約化與提高操縱系統工作的穩定性相矛盾，如何克服這一矛盾只有在最佳化電傳操縱系統本身或開發一種全新的作業系統上找出路。
光傳操縱系統
上個世紀80年代以來，飛機的電傳作業系統已經由模擬式系統向數字式系統轉變，並出現用光導纖維傳遞信號代替電傳系統的趨勢，這樣所產生的以光導纖維作為傳輸媒質的操縱系統就是光傳操縱系統。光傳操縱系統是以光代替電作為傳輸載體，以光導纖維作為物理傳輸媒質，在計算機之間或計算機與遠距離終端（如舵機等）之間傳遞指令和反饋信息的飛行控制系統。
光傳操縱系統克服了電傳操縱系統易受雷電和電磁干擾及核輻射影響的致命弱點，而且它本身具有重量輕、體積小、不輻射能量、電隔離性好、頻頻寬、容量大、傳輸速率高等優點，能大大改進飛機機的穩定性和可操縱性。因此，美國和歐洲都致力於光傳操縱系統的研究，並取得了很大的突破。
其實光傳操縱系統的研究始於上個世紀70年代。1975年，美國空軍試驗中心最早在A-7D飛機上就利用光纖作為傳輸線。1979年，洛克希德公司在一架噴氣滑翔機上試驗了光傳操縱系統，取得成功。在2002年歐洲某直升機公司的一架裝有光傳操縱系統的EC-135直升機進行了首次飛行，其中使用了靈巧作動器這一關鍵部件，這標誌著光傳操縱系統研究工作取得了較大突破。目前美國的RAH-66“科曼奇”隱形直升機採用了光傳操縱系統。
系統展望
隨著電子技術的發展和飛機性能的不斷提高，飛機的操縱系統正在向著自適應飛行控制系統的方向發展。美國早在20世紀60年代初就對自適應飛行控制系統做了試飛，此後還在不斷進行研究和試驗，但始終沒有在批量生產的飛機上使用過，其原因可能是性能還不夠完善。在未來隨著飛機馬赫數高達6～8超高音速的到來，以及為減小阻力和提高隱身性能無尾飛機的出現，飛機的氣動特性變化範圍會很大，用常規的飛行控制方法很難勝任，必須採用自適應控制。
