飞控作动系统成五代机关键 中国缺独立试验问题多

2015-08-19 08:56  来源: 中国航空报

  波音公司早前提出的美国海军下一代战斗机概念。

  随着美国四代机F-22以及F-35装备部队并陆续形成作战能力,其他国家四代机正在加速研制。基于美国领先一代的思维模式,在四代机全面装备之时也就是下一代战斗机研究启动之日,但是美国的五代机研制至今犹抱琵琶半遮面,始终未透露出其概念及轮廓。下一代战斗机飞行器到底是什么样,其定位、目标是什么,飞控系统将采用什么样的体系架构,飞控作动系统又将采用什么样的设计理念及新技术,都值得我们去认真的思考并积极应对。

  飞控系统的发展历程及趋势分析

  飞行控制系统(以下简称:飞控系统或FCS)是将飞行控制指令从驾驶员或从其他信号源传递到相应力和力矩发生器所应用的部件组成的系统,通过气动舵面的偏转实现对飞机的姿态、轨迹以及乘坐品质、几何形状(气动外形)和结构模态等的控制。对军用飞机来说,飞行控制主要对飞机的姿态、轨迹以及几何形状进行控制,对民用飞机来说,除了正常的姿态、轨迹控制外还对乘坐品质、结构模态提出较高的要求。

  军用有人驾驶飞机(包含直升机)的飞控系统一般分为人工飞行控制系统(MFCS)和自动飞行控制系统(AFCS)。人工飞行控制系统又分为主飞行控制系统(PFCS)和辅助飞行控制系统(SFCS)。主飞行控制系统主要控制飞机的鸭翼、副翼、方向舵、升降舵(平尾)、直升机的主桨及尾桨,以及完成相似功能的其他飞行舵面的控制,辅助飞行控制系统主要控制飞机的襟翼、缝翼、减速板、扰流板等辅助飞行舵面。

  飞控系统的发展是随着飞机性能的发展而发展的。其发展大致经历了从简单机械飞控(MCS)系统、可逆和不可逆助力控制系统(MCS)、增稳(SAS)及控制增稳(CAS)控制系统、电传飞控系统,并向功率电传(PBW)以及光传飞控(FBL)、智能飞控等方向发展。

  为了使飞机的综合性能进一步提升,同时随着信息技术的高速发展以及飞机面临需求环境的复杂化,飞控系统更多的与飞机本身或其他系统交联融合,进一步向飞行控制、火力控制、推力控制等综合飞控以及综合飞行管理方向发展。另外,飞控系统自身的发展也逐步从集中控制向大系统综合管理、小系统分布式控制方向发展,传输信号也由目前的电传向功率电传、光传方向发展,系统控制方式也由有人干预的飞行控制方式逐步向有限自主控制、完全自主的智能控制方向发展。

  飞控作动系统的形成及发展历程

  上世纪80年代以后,随着系统技术、通信技术、计算技术、控制技术、功率电传技术、智能技术发动机适量喷管技术、飞发一体化控制技术等的进一步成熟及飞机和飞控系统架构的快速发展(飞机复杂度大大提高,出现了飞行管理系统;飞控系统由集中控制向分布控制发展)、系统级供应商的出现,使得飞控作动系统作为一个物理和功能完全独立的分系统呼之即出并成为现实。同时随着飞机尤其是战斗机飞行包线的逐渐扩大以及越来越复杂的飞行任务对飞机性能的要求逐步提高,以及电传飞控系统的快速发展,其作为一个完整独立的分系统在飞机飞控系统中的功能及作用日益突出。

  所谓飞控作动系统,狭义地讲即驱动控制飞机姿态及轨迹运动舵面的装置或系统,也就是我们平常所说的舵回路(或舵面作动系统)。即是为了改善舵机的性能以满足飞控系统要求,将舵机的输出信号反馈到输入端形成负反馈回路或称伺服回路的伺服作动系统。

  随着短距/垂直起降飞机、变体(仿生)飞机等新飞机的发展及飞发一体化技术的日益结合紧密,飞控作动系统的界面已逐步突破传统的以飞机舵面为主的控制,逐步将与飞行控制相关的机翼变形控制、发动机矢量控制、升力风扇控制、倾转机翼控制作动等结合起来,飞控作动系统突破了传统的边界及定义,由于这些新的控制作动技术与原有的飞控作动技术比较类似,为同源技术的扩展,因此逐步形成了广义上的飞控作动系统或技术。

  飞控作动系统在未来五代机中的重要性

  未来战争将是信息化条件下的高技术战争,信息化作战平台是信息化作战系统发挥打击威力的物质基础。新军事变革和信息技术的飞速发展,对当前与未来作战思想和作战模式产生了广泛而深远的影响,未来五代机向智能化、精确化、隐身化、多功能化以及超高机动性、敏捷性、更强续航、超速巡航、更高自主性方向发展。飞控系统也向自主控制、智能控制及分布式决策控制等方向快速发展,飞控作动系统在未来五代机中的重要性愈加明显。飞行控制不仅与飞机总体性能高度融合,还与发动机控制及性能高度结合,使得飞机的飞行性能大大提升。飞控作动系统不仅要求功重比大大提升,还需在空间重量比、响应性能、可靠性、预测与健康管理(PHM)、损伤自修复、高度自主决策等方面迈入一个新的高度。

  飞控系统是服务于飞行器整体需求的,飞行器的发展及性能要求决定了飞行控制技术的发展方向,因此要研究未来飞控作动系统技术的发展,首先要了解未来五代机的特点及其面临的问题。国外五代机主要是以美国为代表,独自开展需求分析、初步论证以及针对工业部门的信息征询。

作者:  编辑: 吴静秋