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電傳操縱(英語:Fly-By-Wire,FBW)是航空領域中一種將航空器駕駛員的操縱輸入,通過轉換器轉變為電信號,經計算機或電子控制器處理,再通過電纜傳輸到執行機構一種操縱系統。它省掉了傳統操縱系統中的機械傳動裝置和液壓管路。
機械式和液壓式飛行操縱系統[1]重量較大,需要使用滑輪和曲柄系統仔細布置穿過整個航空器的飛行操縱線系。這兩個系統經常需要冗餘備份裝置,這又進一步增加了重量。此外,這兩個系統對處於變化中的空氣動力環境只能提供有限的補償能力,失速、螺旋以及人機耦合振盪等一些危險的飛行特性仍有可能發生。因為這些飛行特性取決于飛機的空氣動力和結構特性而非控制系統本身。
然而通過使用計算機和電子連接,設計者能夠降低航空器重量並提高可靠性。同時使用計算機還可以預防上述危險的飛行特性。
概論
「電傳操縱」一詞從字面僅僅意味着這是一個通過電信號實現控制的系統。但事實上,這是一個通過計算機控制的系統。在飛行員和最終的控制執行機構或舵面之間,計算機系統通過軟件程序實際上修改了飛行員(對於非飛機系統,指操縱員)的輸入。當然為避免危及安全性,這些程序都需要經過周密的開發和驗證。
- 安全性和冗餘。在飛機上,這樣的控制系統一般都具有四個獨立的溝道。當其中的一個甚至兩個溝道損壞時,飛機仍然不會失去控制。為獲得更高的機動性,一些電傳操縱的飛機經過仔細設計靜穩定性很低,甚至為負。
- 節約重量。相對傳統飛機,電傳操縱的飛機一般重量更小。由於可以放寬靜穩定性,運輸機可以減少部分重量,戰鬥機可以減少更多。這是由于飛機舵面現在可以做得更小了。電傳飛控首先應用於軍機,之後才進入民機市場。空客系列飛機從一開始就應用電傳操縱技術,而波音則是在777系列之後應用此項技術。
電傳操縱系統能夠更靈活地響應變化中的空氣動力環境,通過控制舵面運動使得飛機對操縱輸入的響應在所有飛行條件下都是一致的。電子系統需要的維護不多,而機械和液壓系統卻需要潤滑、鬆緊調整、滲漏檢查、更換液體等。而且,將電路系統放置在駕駛員和航空器之間能夠提高安全性,例如操縱系統能夠防止失速,或制止駕駛員使機身過載。
電傳操縱系統實際上是用一個電子接口取代了航空器的物理操縱。駕駛員的指令被轉換成電信號,飛行控制計算機(flight control computers)確定如何恰當地驅動連接在每個操縱面上的執行機構以提供想要的響應。最初的執行機構通常是液壓式的,現在電動執行機構也已經被研製出來。
關於電傳操縱系統的主要擔憂是可靠性問題。傳統的機械式或液壓式操縱系統通常是逐漸失效的,而所有飛行控制計算機失效會使飛機立即處於不可控制狀態。為此,大多數電傳操縱系統包含有冗餘計算機和一些機械式或液壓式備份。這好像使電傳操縱系統的一些優點變得沒有意義,但是由於冗餘系統只是用於緊急情況,因此這些系統可以做得更簡單、更輕,而且只需提供有限的能力[2]。
電傳操縱的概念也移植到汽車的設計,部分新型車款的油門踏板不再是舊有的機械方式連動節汽門,而改成電子元件感應踏板踩踏的程度,經電子信號傳遞到改由馬達開閉的節汽閥。這樣的設計又俗稱為「電子油門」,常與定速巡航系統搭配使用。未來連方向盤及剎車也將電子化。
視頻
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參考文獻
- ↑ 飛機液壓操縱系統 ,中國航空工業集團有限公司金城南京機電液壓工程研究中心,2017-01-17
- ↑ 電傳操縱系統可靠性分析及飛行安全評估 ,優文網, 2010-07-15