吃透电传飞控：国产三代机上天的头号战役

1998年，我国第一架完全国产的三代机歼-10上天，终于实现了中华民族在航空工业上的历史性跨越。为了设计这架中国的三代机，无数设计师们呕心沥血，攻克了一个又一个难关，甚至有人牺牲在了工作岗位上。在这些无数的难关当中，吃透电传飞控技术堪称歼-10研制的头号战役。

图1 歼-10是第一款我国自主研发设计生产的三代机，由中航工业成都飞机设计研究所设计，1998年3月23日实现首飞，目前已成为我国三代机中的主力制空战机。

一、飞控系统的主要类型

飞控，顾名思义就是飞行员对飞机的控制。飞机要做侧滑、翻滚、摇摆、加速各种机动动作需要通过手和脚对飞机上的操纵器进行操作，这些操作的力就被传送到飞机相应的水平尾翼，垂直尾翼和发动机上，这些部位相应的进行一定的位移，整个飞机的飞行状态也就随之改变了。

但高速飞行时，气流的冲击力非常大，往往需要很大的力才能实现偏转，飞行员靠手脚去完成这样动作显然不现实，这就需要一些省力的装置进行传动，例如机械飞控装置就是利用机械直接传递飞行员的力，利用各种杆，绞索、滑轮，实现为飞行员省力的目的，这类设备在稍大些性能更高的螺旋桨推进飞机，如福克F50上可以见到。这种装置笨重难以操作，且容易发生故障，很多飞行事故中都可以看到飞行员陈述自己用尽全身力气拉杆却拉不动，最终导致飞机坠毁，而即使安装在飞机上也会大大增加飞机的重量，因而降低飞机的航程和机动性。

而另外一种叫做液压式飞控装置，这种装置的原理和千斤顶差不多，是利用包含液压泵、液压管、液压阀门以及执行装置的复杂系统。在操作时飞行员的手脚用力时，会给液压油一个压强，而连接飞机机动翼面和发动机的装置此时也会因为液压油的不可压缩性被施加一个压强，而根据帕斯克定理，这两个压强会保持相等。此时根据压强=力/面积的公式，在面积较大的那部分就会产生一个更大的力，这个力就足以操控飞机各个部件进行活动，液压操控的灵敏度极高，响应快，现在的很多飞机在运用这种操控模式，例如我国的轰-6飞机。

图2 液压控制的原理如上图所示，当操作杆施加一个力F时，小物块3向下运动对液体产生一个压强，该压强在液体表面任何位置处处相等，右边重物下方的物块面积大，而压强P=F（压力）/S（接触面积），因此就产生了一个向上的更大的压力。

然而，液压油必须封闭在一个管道内，因为密闭不充分的原因会经常发生泄漏，此时压强就要减小，而且使用时间长以后，液压油就必须更换。此外，液压系统占用体积较大，因此在歼-10这种小飞机上使用并不合适。

二、更先进的电传飞控

那么就只剩下一个路子那就是电传操控了，电传操控顾名思义就是将飞行员的压力和拉力等转换为电信号，信号被赋予一个电压值，这个电压值被输入计算机转换给电动机，电动机则利用电压值的大小对飞机的部件进行相应的操控。这个装置完全省去了装机械和液压油的装置，节省了大量的空间和重量，简化了飞机地面保障内容，使得歼-10不但保持了高机动性而且富有改进空间，例如可以挂载更多弹药和加装更先进、功率更大的雷达等等。

图3 传统飞机一般采取机械加液压的飞控系统，占用飞机空间多，重量大，极大妨碍了飞机的机动性和可改进空间。

此外，电传飞控还可以实时的将飞行员控制力度显示出来，让飞行员知道自己哪次拉杆多了，哪次少了，这样更容易训练掌握出合理的力度，而当飞行员拉杆较多时，电脑可以开启自动纠错功能，限制一些超出极限状态的不正确的动作。当飞机处于复杂状态时，电脑还可以根据遍布飞机机身各处的传感器进行自主判断，微小的修正飞机的状态，保持飞机平衡，当飞机超出极限状态位于失速或者尾旋时，电脑更可以启动应急机制，例如释放一种阻力伞，使得飞机不会快速下坠。

图4 上图为中航工业展出的电传飞控系统，可以看到，电路接口完全替代了液压和机械接口，极大的缩小了飞控系统的体积重量，还增加了飞机操作的安全性。

电传飞控分为模拟式和数字式，显而易见，前者使用模拟信号，后者使用数字信号，使用数字信号时信号可以表达更多的状态，使得飞行控制变得更加精细。而模拟式则只能根据相位，频率，幅度的不同组合其有限的几个状态来。

当然电传飞控技术也不是无懈可击，其核心就是刚才所说的计算机，对每个信号的处理都依赖于预先编好的软件。一旦计算机软件崩溃，整个飞机就要出问题，因此电传飞控的软件至关重要，这方面当时我国根本没有任何参考。

总设计师宋文骢将这个任务交给了杨伟，让他做我国电传飞控技术设计的负责人，也是他带领下研发团队攻克了软件设计的难题。最终他设计的4余度电传飞控装置成功的将我国的三代机送上了天，而这项技术也紧接着运用于我国其他各种国产飞机的飞控当中。

图5 上图为歼-10电传飞控设计组负责人杨伟，他带领团队攻克了这一历史性难题，后在歼-10总师宋文骢的力荐下出任我国隐形战机歼-20的总设计师。

杨伟2014年在CCTV接受记者采访时讲到当我国第一次要使用电传飞控时，有国外专家认为我国的电传飞控只是小孩水平，根本不可能研制成功，然而杨伟团队成功的用事实给予了他们无情的回击。最后要说的是，杨伟现在接过了宋文骢的接力棒，他是歼-20的总设计师。

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