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很多人一直搞不清战斗机的飞控系统和电传有什么联系和区别。简单的来说,战斗机飞控可以大致分为三块:信号系统硬、软件系统,辅助动力系统。

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图:一种轻型飞机软式机械飞控系统,以钢索/滑轮传递飞行员的操纵信号和人肉动力

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图:机械式飞行控制系统的信号传递,是由金属连杆、钢索的移动实现的。连杆会尽可能布置在机身背部,这样在遭受地面防空火力威胁时,能够减少因为飞控系统受损而导致飞机失控坠毁的几率。

在早期的飞机——也包括现在很多轻型和超轻型飞机上;飞行员控制飞机,是通过驾驶杆和脚蹬,直接牵拉金属连杆、或者钢索,带动平尾、方向舵等气动面偏转,进而控制飞机做出各种飞行姿态变化和动作的。在这类飞机上,飞控系统的硬件就是驾驶杆、脚蹬、连杆、关节、钢索、滑轮等等,软件和动力系统,就是飞行员的脑子和肌肉。

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图:起落架收放、气动面偏转,都得靠液压动力

后来飞机越做越大,速度越来越高;飞行员肌肉根本拽不动气动面了,就加装了液压动力系统作为辅助。到现在为止,液压动力仍然是一切中大型飞机、高速飞机的飞行控制系统动力来源;不管是机械飞控的米格21,还是电传飞控的F22。

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图:涡流增升大幅度提升战斗机机动能力,是以控制难度和风险急剧增高作为代价的

在发展到F16这类先进战斗机的时候,连杆和钢索这类机械飞控开始不管用了——哪怕是F-15这类初步用电子系统增强过的也不行。放宽静稳定和边条翼、鸭翼带来的涡流升力,让飞行员的脑子根本就跟不上飞机的反应速度。这些先进气动外形设计的飞机随着各种条件的变化——速度、高度、飞机重心(受燃油消耗和武器挂载影响)等乱七八糟的大量因素影响;其天然的操纵特性是完全抽风、歇斯底里、不可理喻的。

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图:米格29最早采用机械飞控,因此其边条的边缘被做的非常圆钝,推迟气流分离,降低非线性程度;用极大削弱性能为代价,换取了飞行稳定性和安全性

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图:米格29在采用数字电传飞控以后,立刻把边条的边缘做的非常锐利。如果在老米格29上把边条做成这样,分分钟就会机毁人亡

比如边条和鸭翼能有效增强飞机升力表现,但它们的增强程度和偏转角度变化是非线性关系:飞行拉动操纵杆的前一毫米,飞机抬头还算柔和听话;后一毫米,飞机抬头就会像屁股上被烙铁戳了个结实的烈马一样。人被马掀翻会掉下来摔地上,飞机要是高速下被掀翻,那可是能直接空中解体的。

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图:几年前中央电视台曾经公开报道过一次歼11BS由于电传飞控故障引起的飞行事故,飞机突然进行了剧烈的上仰,最大过载达到9.36G,猝不及防的飞行员瞬间就进入了灰视状态。如果当时速度再高一点,或者上仰程度再剧烈一些,飞机就会因为过载超过强度极限而空中解体。

人脑子不行怎么办?当然就得上电脑。在大多数全电传飞机里,就在飞控系统里安排了电脑给飞行员打下手;飞行员啥都不用管,就拉杆蹬舵,告诉飞控计算机我要这飞机抬头,我要这飞机打滚;然后飞控计算机自己根据飞机现在的情况,计算出真正合适的指令,并控制平尾等气动面进行恰到好处的偏转。

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图:电传飞控飞机上,飞机操纵杆和脚蹬,与气动面偏转控制机构之间不存在钢索或者连杆类的机械连接,而是以通过飞控计算机作为中枢,以电缆相连。因此洋文叫fly by wire。光传飞控就是把电缆换光缆,除减重外性能并无变化。

人脑做不到的事情,电脑是怎么做到的?关键就在于电传飞控的软件系统,它的控制规律设计是否合理。一套电传飞机的控制律,从本质上来说,就是设计单位把这架飞机的飞行力学设计转化为数学模型。

有了这套软件以后,飞控计算机才能像解复杂方程组一样,根据传感器送来的各种输入条件(速度、高度、迎角、过载、飞行员杆舵输入量等等),不断时刻计算,获得合理的答案(平尾、鸭翼等气动面的偏转角度和速度)作为控制信号,驱动液压系统控制气动面偏转。这种事情当然不可能是人脑做得到的——反正笔者长这么大,还真没见过能心内实时秒算万恶的复杂微分方程组和傅里叶变换的逆天勇者。

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那么国内战斗机的电传飞控到底是谁研制的呢?比如拿歼10来说,在公开的官方新闻里,除了歼10的研制单位成都飞机设计研究所以外,还有中航自动控制研究所一说。实际上后者负担的主要是电传飞控系统的具体硬件相关研发,比如飞控计算机的主板咋设计,用什么芯片等等。

而在飞控的其它设计方面,比如电传飞控的控制律设计,飞控硬件系统的总体组成、在飞机里怎么分布安装,怎么与其它系统交联结合,这些就通通都是成都飞机设计研究所自己的事情。尤其是控制律的设计和调试修正,完全建立在飞机气动外形和飞行力学的设计和实验基础上,除了飞机设计研究所别的单位都没有这个能力。

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图:中航自动控制研究所完成的主要是飞控硬件部分,以及进口战斗机电传飞控的国产化、数字化改进。

从歼10研制至今,歼10、枭龙、歼20系列从未有因为电传故障而坠毁的事故。这些飞机从气动设计上来说,鸭翼、尖拱大边条、四代机复合涡流发生器设计(多组棱边、鸭翼、边条)都是控制风险和难度非常大的设计;而其飞行性能,也通过以往的飞行表演和其它实际使用得到了充分的证明。

成都系战斗机在飞行控制能力与飞控安全性上的卓越表现,再一次证明了两个方面的事实:首先,中国自主研制的电传飞控系统,硬件上是完全可靠、完全可以满足先进战斗机设计需求的。中国自主研发的先进战斗机,其气动和飞行力学设计也完全是自己的,是真正完全掌握的。铁血网提醒您:点击查看大图

图:全自动着舰引导功能,要求飞机设计研究所真正具备对于该型号的电传设计和更改能力,国内重型战斗机仅歼20具备这一基础

其次,依赖电传飞控系统实现主动控制功能的先进战斗机容不得飞机设计研究所的半点放水;一架战斗机到底是不是自己的设计,如果是基于外来型号的国产仿型号,是不是真的吃透了,最终会用国家民族卫士的鲜血来证明。

尤其是对未来的中国航母来说,中国一定要、也一定能攻克全自动着舰导引系统,以实现真正的全天候航母作战能力。在这一领域的发展中,战斗机飞行控制系统与航母的舰载引导设备必须紧密交联协作;这对于电传飞控系统的功能扩展和控制律软件改写,有着非常高的要求。

无论是从飞机本身性能,还是从飞控功能完善性、先进性、安全性方面考虑,中国都应该尽快发展出歼20舰载型,并将其作为中国未来的主力型号。目前美国海军的新一代隐身战斗机正在研发过程中,2040年左右即可服役;歼20目前还能对美国航母的F35形成性能压制优势,但是最多还有20几年,这个尚未真正实现的优势就必然要被美国扳回拉平,留给中国的时间,真的不太多。

http://www.wxrw123.com/jsdp/20160801/2041706_2.html

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