略谈战斗机电控系统.docx

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略谈战斗机电控系统

早期的飞机是几乎“全手动控制”的，主要是操作翼面和发动机功率等等，比开车稍微复杂一点。

传力装置也很简单，拉线、拉索、扭杆等等就可以满足要求了。

即“人工操作面——传力杆/索——翼面”。

后来也不过是增加一些助力装置（开车的朋友应该比较熟悉，比如常见的“转向助力”）。

机械自动控制也是有的，玩摩托的朋友一定熟悉“化油器”吧（很多开车的不会修车，但玩摩托总得多少会修点吧？

），即通过旋转油门拉索，控制进油阀门，并联动控制进气阀门，同时保持液面平衡，需要混入润滑油的，也可以联动控制。

这种控制方式时，飞机的控制几乎完全成了飞行员的“个人表演”，即使在同样熟知飞机性能和士气的基准上，“天分”仍将是格斗空战的决定性因素，就像有人天生是“马路杀手”，有人很快能“人车合一”一样，所以才有一个人打下对方几百架战斗机那种匪夷所思得战斗记录（足以消灭现在得一整个大国空军了，哈哈~~）。

喷气发动机投入实用并不断升级后，手动控制越来越难以满足控制需要了，操作费力不说，传力得安全性、可靠性、抗毁伤性、体积等等都不能满足要求，这就有了电传系统。

即“人工操作面——信号转换——传导——伺服机构——翼面”，飞行员的操作不过是给了伺服机构一个信号。

不过刚开始用电传时，出现了一个让人哭笑不得的事情，就是飞行员失去了“操作感”，操作太“轻飘飘”的了，而且力度始终一样，一不留神就过了，很容易出飞行事故。

美国的办法就是加入一套“力反馈”系统，根据动作幅度的加大增加阻尼力，虽然挺复杂，但飞行员也就满意了；苏联的思路非常简单，加几个弹簧！

越压缩就越费尽呗~~

俺之所以把“电传”和“电控”分开，就是因为“电传”只是电信号传导，各翼面动作实际仍是几乎完全由飞行员控制的，主要是解决操作力、反馈速度、体积和结构问题；而“电控”则是电气控制直接参与了翼面控制。

机械也是可以“自动控制”的（比如上文说的“化油器”），实际上，机械控制的可靠性很高，适用于较为恶劣的环境，时至今日，电子控制仍没有完全替代机械控制，比如一些矿山机械。

但机械控制的最大难题在于“多控制/干涉量”“同时”“参与控制”的话，将很难设计，或者造成体积过于庞大，这就造成机械控制的固有优点——可靠性——大大下降，而如果进行精密控制的话，不仅对加工精度要求极高，而且必须考虑接触面的硬度以及磨损的平衡补偿。

所以机械控制往往只被用于单输入变量控制（比如俺拧油门，可以带动一系列阀门动作，这就可以）。

机械控制能用于多阀门联动或连锁，但这些阀门可能相距较远且位置别扭，这就对连杆设计造成了很大困难。

电控则可以解决这些难题，继电器时代需要考虑各种继电器的配合关系，到了PLC（可编程控制器/工控机）时代，只要你能“想到”，然后编程，就可以通过程序控制实现了。

但电控逐步取代人工和机械控制是需要一个过程的，或者说是需要一个动力/压力的，就是控制难度到了人工难以完成的地步。

作战要求和飞机性能的提高，尤其是各种“古怪翼面”对飞机的控制提出更高要求，比如变后掠翼。

变后掠翼的直接优点是让短距起飞、高速飞行对机翼要求的矛盾得到了化解，可以通过后掠角度的变化达到不同飞行效果，就让飞机的“飞行包线”大大拓展。

但是，在调整后掠角度时，飞机的结构重心和气动重心是变化的，翼面的有效形状和角度也发生了变化，飞机的操作特性（比如操作速度、角度与反馈速度与角速度的关系）就发生了变化，就很容易发生飞行事故，尤其是在剧烈动作的空中格斗时。

美国的F14就有计算机辅助控制系统，通过安装在飞行员操作面（杆、踏板等）上的传感器，传递“飞行员意图”给控制系统，然后由控制系统操纵后掠角度和翼面翻转角度。

即“飞行员操作面——传感器——计算机辅助控制系统——操作面”。

虽然俺们看到F14的事故率比较高，但它无疑让一个又大又重的飞机充分发挥出了变后掠翼的威力，F14不仅拦射距离远，而且能和轻小灵活的A4、F16缠斗，甚至盖过了加速性更好的F15。

而苏联的“脚底下装弹簧”的土办法显然不行了，本来稳定性不佳的MIG23要是格斗时再变后掠翼玩，简直不用对方开火自己就得掉地上，所以干脆在MIG23进入格斗时把后掠角度锁死了。

所以才有人说，MIG23在老鸟（必须熟知各个后掠角度的操作特性，并融会于心，这显然太TMD难了）手里有惊人的格斗性能，而对于菜鸟来说不过是架截击机。

在这个对比里，就得出了本帖的标题——F14的飞行员不是一个人在战斗！

他被众多的工程师、试飞员“灵魂附体”！

是这些幕后的技术人员，在得知他的飞行意图后，来“代替”他操纵飞机！

而他的对手，也不仅仅面对的是一个飞行员，而是一群试飞员的经验结晶！

而对于B1那种后掠翼战略轰炸机，不仅要考虑到F14的所有因素，还要加入不同载弹量、不同载弹方案的影响因素，即内部重心变化对操作面特性的影响。

这确实太难了点，但幸亏战略轰炸机本来就不用格斗，干脆就给锁定几个角度算了~~

而对于无尾的飞翼B2来说，电控也是必不可少的，飞翼布局能够用最简单的外表实现“隐形”，但操作这么个三角豚不论转弯还是俯仰都很费事，它既没有垂尾也没有平尾，还是个“过稳定外形”，就是说让它改变姿态挺费劲，一旦改变就难改出，就算不作空中格斗，操作也很困难，还很别扭（如果说开常规布局飞机象开摩托车，那开B2就像开双杆操作的拖拉机或者坦克，而且还要别扭）。

当年的飞翼机不就总往下掉嘛~~电控系统是B2能够实用的主要原因之一。

电控除了控制翼面，还能写入很多控制程序，只要你找对了控制思路：

操作环境确认——操作/输入量——执行机构控制——动作反馈，极限处置、干涉处置等等。

据谈兵的一个帖子说，老毛子的“专家”在检查一架PLA的SU27时，误碰前起落架收起开关，导致前起落架在地面收起，使飞机受到损害。

这要是用电控就很容易避免了，只要“确认”是降落状态，确认前起落架完全伸出，就可以锁定伸缩缸了；在速度超过起飞速度后，才能收起；除非开启“调试”控制，才能手动解除锁定。

在具体编程时，可以取速度＝0为限定，但为了避免0速机动（SU27嗜好这个）干涉（即速度一旦为0就锁定起落架为开启状态，造成体统故障甚至崩溃），需要手动或其他降落所必须的动作来开启程序动作，并在伸缩缸上装一个接近开关来确认伸出已经到位，才能锁定。

还比如常见“失速保护”，机械传动只能通过限制翼面角度来辅助控制，更多要靠飞行员熟背操作手册来避免，但有了电控就可以预先设定操作极限了，不论多紧张多手忙脚乱，都可以“随便飞”而不必担心陷入“失速螺旋”。

电控还能通过各种传感器显示故障报警。

传统控制虽然也能显示温度、压力报警，但显示界面的面积是有限的，不能装太多，也很难都记录下来。

电控则能通过代码的方式输出，数据量和可追踪性就好的多了。

电控达到一个层次后，就能实现“自动驾驶”了。

常见的民航客机的自动飞行驾驶比较简单，按既定航线（陀螺仪、GPS等），维持飞行姿态（水平仪）和高度稳定（高度表），再监控几个温度、转速、液位参数就基本可以了，一般只需修正风偏。

自动着陆就比较困难一些，因为是变高度、变速度的控制过程，必须有精确的着陆区和自身位置确认系统才能实现，但这还是“动对静”，要是舰载机那种“动对动”就更加困难了，所以美国舰载机仍是人工控制降落的，但一些辅助装置可以实现连锁控制。

自动格斗实际也是可以实现的，虽然真正意义的无人驾驶战斗机为时尚远，但把几个格斗动作的程序写入计算机来自动完成是完全可以的，那些只能由精英试飞员作出的动作就只需一个按钮了，只要能找到限制条件、干涉条件和动作过程，ok？

一架飞机控制性好，操作方便，才能充分发挥出战斗威力。

俄罗斯的战斗机往往能作出超常动作，但几乎只限于精英飞行员，就是因为电控系统不行，不能把精英飞行员的“经验变成程序”，也就难以推广开来达到实用。

实际上，即使精英飞行员，也很难在临战能精确的操作：

“某时打开阀门A，同时关闭阀门B，以xx速度调节阀门C，待xx状态后，关闭阀门A，控制阀门D的开量，反向调节阀门D……”而用计算机控制的话，这非常容易，只要你能想得出来~~这样，每个菜鸟就能很快接近老鸟得水平，就不再顾虑“如何操作”，而只需想“作出什么样得动作组合”出来~~

一些朋友看到“一平二/三下”就“欢呼”，军工也拿这个“炫耀”达到了“世界先进水平”，其实，虽然貌似都是一平二/三下，但实际得水平很难从表面看得出来~~

本公司算是国内业内（某种类似化工的生产线设计与制造）自控水平最高的了，俺也经历了控制系统升级换代的全过程，既然军工他们保密，大家不妨可以参考一下俺们的过程：

俺们的第一代控制不过是“远程显示”和“远程按钮”。

界面虽然也“花里胡哨”，但实际就是把机械仪表换成传感器，在屏幕上显示个数字罢了，各个阀门按钮还是需要人去“点”，才会动作，嘿嘿~~但多少也算是实现“集中显示”，阀门状态也有了确认装置了。

第二代控制主要解决一些阀门间的连锁和联动，增加了极限报警，并把界面做得更直观一些。

但在调试中出现了大量得干涉问题，还有操作习惯得问题，比较常见的“预设阀门A开启时，阀门B不能开启”，但操作工偏就想打开阀门B，但他忘记了应该先关闭阀门A才行，就以为系统故障了。

第三代控制则以“程序按钮”替代了“阀门按钮”，只要点了一个程序键，各个阀门就是自动动作了，而且点了这个，可能干涉得程序按钮就变了颜色没法点下去了，一些没达到程序启动所必须状态的控制点也有了报警提示，这个就是“操作界面”；增加了“调试界面”，即没有任何程序控制的全手动控制界面，专用于系统调试、维修使用；同时还有“监控界面”，全是直观的动画显示，关键点有数值显示。

第四代控制就是中央控制室模式了，把各个分系统的PLC集中起来，第三代还需人工确认并选择程序，第四代就能实现大部分程序的自动切换了。

说起来容易做起来挺难，最难的莫过于客户肯花钱让你来做“试验”，呵呵，即有需求导向，客户起码要懂行一点，不要以为自控只是摆设，俺不得不经常给甲方计算自控系统的一次性投入成本与一次人为误操作的可能损失，对于战斗机来说就是若干架上千万的损失和若干条黄金堆成的人命了；第二点就是程序的提出和编制者必须紧密配合，对各自的领域都有所了解，并且程序思路的提出者必须熟悉操作过程，在设计时就考虑到自动控制所需，必须能预料各种操作状态；第三点就是程序的提出者要具备“综合而直接”的思维方式，即要考虑到可能的分系统内部和各分系统之间的程序配合与干涉，了解整个生产过程，也要能找到尽可能直接、简单、有效的反馈点和控制方式，才能让编程者减少调试时间。

对于战斗机电控系统编程来说，如果程序的提出者自己会驾驶飞机，懂电控常识，那就事半功倍了~~美国人做到这一点比较容易，但其他国家嘛……否则飞行员、设计师、程序员就需要较长的磨合阶段，甚至不得不付出血的代价。

就显示屏界面而言，当年老外工程师评价俺们和另一家公司的自控系统的标准很直接，“你们的线粗，你们懂行！

”意思是俺们界面上的“管线”画的比较粗，比较直观，哈哈~~实际上，一个优秀的监控界面设计，需要注意很多问题，比如：

“把一个大图标占一个显示器”，就是“蒙外行”的做法，那还不如直接安块“表”呢~~

一群密密麻麻看不清楚的闪烁着的数字也是外行的表现~~

至于故障参数和报警灯，当发生故障时再显示不迟~~

让飞行员看到的，都是飞行员必须要看的，必须要根据它们来操作的，它们必须用余光一扫就能得到~~

一旦实现了自动控制，实际也就没啥必要非要显示了，这时应该要让飞行员的精力集中在战场环境和目标的感知上，而不是自己的发动机参数，只需能了解自己的基本状态即可~~

硬件往往是容易买到的，但电控系统的精髓恰恰在内部程序上。

国内同行大都停留在俺们第一代的水平，虽然他们也可以用进口的阀门、PLC和触摸屏摆出一幅貌似先进的样子来，那就是“象征性”的了~~

F14

F18

JAS39

MIG29

SU30

山鹰

飞豹

枭龙4

F35

某新型

阵风——俺最欣赏得

飞行员不是一个人在战斗，不是一个人在操作战斗机，在先进的电控系统支持下，他不用去想怎样去“操作”，而只需要想“要”用什么动作来击落对方！