B-2幽灵幽灵(Spirit)轰炸机
⼈⼯操作机械操作系统⽰意图
机械操纵系统最基本的飞⾏控制系统，常见于空⽓动⼒不是很强的早期飞机或现代的⼩型飞机。这类飞控系统利⽤各种机械部件如杆、绳索、滑轮甚⾄链条将飞⾏员的操纵⼒从驾驶舱操纵装置传递到控制⾯上。应用系统集成
⼆、液压式操纵系统
1、概述
随着航空器尺⼨的增⼤和性能的提⾼，机械式飞⾏操纵系统的复杂程度和重量也⼤幅度增加，⼤⼤限制了航空器的发展。为了克服这些限制，液压式飞⾏操纵系统出现了。液压飞⾏操纵系统出现后，航空器的尺⼨和性能不再受驾驶员⼒量的限制，⽽只是受经济成本的限制。液压式飞控系统由两部分组成：
a、机械回路
⼈⼯操作机械操作系统⽰意图
机械回路连接着驾驶舱和液压回路。如同机械式系统，机械回路也基本由各种杆、绞索、滑轮甚⾄铰链组成。
土豆炮点火装置b、液压回路
液压回路包含液压泵、液压管、液压阀门以及执⾏装置等。执⾏装置通过液压泵产⽣的流体压⼒驱动飞机的各控制⾯。⽽伺服阀则控制着执⾏装置的动作。
飞⾏员的操纵动作通过机械回路传递到液压回路中相应的伺服阀，然后液压泵驱动执⾏机构操纵飞机的各控制⾯。
液压式飞控系统见于⽼式的喷⽓运输机和⼀些⾼性能飞机。例如安-225运输机和洛克西德公司的⿊鸟（SR-71）。
2、⼈⼯感觉反馈
对于机械式飞控系统，飞⾏员经由机械装置可以感受到作⽤于飞机各个舵⾯上的⽓⼒。
这种触觉反馈增强了飞⾏安全性。例如，在⽕神（Avro Vulcan）喷⽓轰炸机上，⼈们就利
⽤⼀种弹性装置来实现这种控制反馈。通过移动该装置的⽀点，⼈们可以使反馈⼒（对于升
降舵）与空速的平⽅成正⽐。这样，⾼速飞⾏时所需的操纵⼒量就迅速增加了。
3、机械助⼒
助⼒机械操作系统⽰意图
早期的飞机只是直接⼈⼯机械操纵。随着飞机的尺⼨和速度的增加，驾驶员再直接通过钢索去拉动舵⾯感到困难，于是作为驾驶员辅助操纵装置的液压助⼒器安装在操纵系统中。它由⼀个并联的液压作动器来增⼤驾驶员施加在操纵钢索上的作⽤⼒，⽬前液压助⼒器仍在许多飞机上使⽤。
另⼀些机械式飞控系统采⽤伺服调整⽚提供的⽓动⼒助⼒降低了系统的复杂性。这类系统只见于早期的活塞发动机运输机和早期的喷⽓运输机上。
全助⼒机械操纵系统
第⼆次世界⼤战后不久，出现了全助⼒操纵系统。在这种系统中，操纵钢索从驾驶杆直接连到作动器的伺服阀上，不再与操纵⾯发⽣直接机械联系。使⽤全助⼒操纵的主要原因是在跨⾳速飞⾏时，作⽤在操纵⾯上的⼒变化很⼤⽽且⾮线性很历害。这样，操纵时从操纵⾯反传到驾驶杆上的⼒从操纵品质
的观点来说是难以接受的。全助⼒操纵系统本⾝是不可逆的，因此不受跨⾳速飞⾏中⾮线性⼒的影响，由于这种操纵⽅法不再需要飞⾏员的体⼒去改变舵⾯状态，使得飞⾏员⽆法直观地感受到飞机所处的状态，于是就借助⼀些⼒反馈装置来提供⼈⼯杆⼒，这种⼈⼯杆⼒虽然在移动操纵⾯时不需要，但在操纵飞机时给飞⾏员提供适当的操纵品质还是必要的，⼈⼯杆⼒的设计可以使⼈的操纵感觉从亚⾳速飞⾏平滑地过渡到超⾳速飞⾏阶段。
F-86A 是⽤液压辅助的机械钢索系统操纵舵⾯的，⽽ F-86E 则⽤液压系统完全取代了机械钢索系统（除⽅向舵外），这使得舵⾯的操作效率⼤为提⾼。不过液压系统也有⾃⾝的缺点，它使飞⾏员丧失了以前熟悉的操作感，在驾驶杆上感觉不到舵⾯的⼒回馈。设计师为此特别设计了⼀套由配重和阻尼器构成的系统来模拟飞⾏员熟悉的操作感。
4、增稳系统（stability augmentation of aircraft）
增稳机械操作系统
50年代以前，含有⾃动驾驶仪的飞⾏⾃动控制系统主要⽤于运输机和轰炸机，当时歼击机的飞⾏速度和⾼度都不⼤，⾃⾝稳定性也上好，对⾃动控制的需求并不迫切，超⾳速飞机问世后，飞⾏包线扩⼤，飞机⾃⾝稳定性变坏，例如，飞机⾃⾝的阻尼⼒矩在⾼空因空⽓稀薄⽽变⼩，阻尼⽐下降，致使飞机⾓运动产⽣强烈摆动，仅靠驾驶员操纵飞机较困难。为解决这类问题，增加稳定性帮助飞⾏员操
纵变得⼗分迫切，于是从全助⼒操纵系统发展到增稳系统，在飞机上安装了由⾓速率陀螺、放⼤器和串联舵机组成的阻尼器，引⼊飞机⾓速度的负反馈，增强⾓运动的阻尼，后⼜由阻尼器发展成增稳系统，如偏航增稳系统、俯仰增稳系统和横滚增稳系统等。系统通过传感器反馈的飞机状态，在程序控制下⾃动控制舵机偏转，以保证飞机静稳定性。这种增稳系统与驾驶杆或脚蹬是互相独⽴的，因⽽增稳系统的⼯作不影响驾驶员的操纵。
a、阻尼器
由阻尼器和法向加速度传感器组成。飞机飞⾏品质对静稳定性有⼀定要求。静稳定性与迎⾓运动的时间常数成反⽐，迎⾓⼜与法向加速度有关，所以引⼊法向加速度负反馈信号可改善静稳定性。但引⼊负反馈会使传递系数减⼩，飞机操纵性变坏。控制增稳系统（CAS）解决了这⼀⽭盾。
b、控制增稳系统CAS（control augmentation system）
由增稳系统再增加杆⼒传感器和指令模型（电⽓⽹络）组成。杆⼒传感器的输出信号通过指令模型控制串联舵机。杆⼒传感器和指令模型所组成的前馈通道能增⼤传递系数。改变指令模型能满⾜操纵品质的要求。引⼊前馈能提⾼传递系数，从⽽可以选取较⾼的反馈增益。这样，不仅改善了稳定性，⽽且减⼩了扰动和飞⾏状态变化对飞机特性的影响。这种系统的功能多于增稳系统，要求串联舵机具有较⼤的权限，因⽽对控制增稳系统可靠性的要求较⾼。若把舵机权限扩⼤到全权限并应⽤余度技术，
控制增稳系统就发展成为电传操纵系统。
从增稳系统发展到电传操纵（FBW）系统只是很⼩的⼀步，通过加上⼀个离合器或其它使机械系统在不使⽤时断开的⽅法便可以实现，“协和”客机上就装有这种系统。把电传操纵系统中的机械备份完全去掉就变成了全电传操纵（FFBW）系统。
电传操纵系统成熟后飞翼布局才彻底脱操纵稳定性问题，B-2 幽灵(Spirit)轰炸机才得以量产服役
三、电传操纵系统
电传操纵（Flying By Wire，FBW）系统是将飞⾏员的操纵信号，经过变换器变成电信号，通过电缆直接传输到⾃主式舵机的⼀种系统。它去掉了传统的飞机操纵系统中布满飞机内部的从操纵杆到舵机之间的机械传动装置和液压管路。电传操纵系统的主要组成部分包括运动传感器、中央计算机、作动器和电源，它相当于动物的感觉器官、⼤脑和肌⾁。
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系统计算机在综合了各种飞⾏参数、飞⾏员操作指令以及程序预设指令等⼀系列因素后向飞机的执⾏终端发出最终的控制指令，以达到实现各种机动飞机，提⾼系统稳定性，确保飞⾏安全等⽬的。电传操纵系统⾃三代机逐渐投⼊实⽤以后发挥了重⼤作⽤，在采⽤先进的⽓动外型以及放宽静不稳度等技术之后，三代机的性能较以往有了质的飞跃，飞机的安全性也也得⾼了更⾼的保证。
电传操纵系统的真正核⼼是机载电脑代替⼈⼯操作
1、电传操纵系统的其它主要特点包装内托
a、安全冗余
现代的电传操纵系统⼀般都具有多个独⽴的通道，当其中的⼀个甚⾄两个通道损坏时，飞机仍然不会失去控制。为获得更⾼的机动性，⼀些电传操纵的飞机经过仔细设计其静稳定性很低，甚⾄为负。
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采⽤三轴四余度数字式电传操纵系统的F-18E/F战⽃机
b、节约重量
相对传统飞机，电传操纵的飞机⼀般重量更⼩。由于可以放宽静稳定性，运输机可以减少部分重量，战⽃机可以减少更多。这是由于飞机舵⾯现在可以做得更⼩了。电传飞控⾸先应⽤于军机，之后才进⼊民机市场。空客系列飞机从⼀开始就应⽤电传操纵技术，⽽波⾳则是在777系列之后应⽤此项技术。
c、适应性、维护性及系统安全性
电传操纵系统能够更灵活地响应变化中的空⽓动⼒环境，通过控制舵⾯运动使得飞机对操纵输⼊的响应在所有飞⾏条件下都是⼀致的。电⼦系统需要的维护不多，⽽机械和液压系统却需要润滑、松紧调整、渗漏检查、更换液体等。⽽且，将电路系统放置在驾驶员和航空器之间能够提⾼安全性，例如操纵系统能够防⽌失速，或制⽌驾驶员使机⾝过载。
电传操纵系统实际上是⽤⼀个电⼦接⼝取代了航空器的物理操纵。驾驶员的指令被转换成电信号，飞⾏控制计算机确定如何恰当地驱动连接在每个操纵⾯上的执⾏机构以提供想要的响应。最初的执⾏机构通常是液压式的，现在电动执⾏机构也已经被研制出来。
关于电传操纵系统的主要担忧是可靠性问题。传统的机械式或液压式操纵系统通常是逐渐失效的，⽽所有飞⾏控制计算机失效会使飞机⽴即处于不可控制状态。为此，⼤多数电传操纵系统包含有冗余计算机和⼀些机械式或液压式备份。这好像使电传操纵系统的⼀些优点变得没有意义，但是由于冗余系统只是⽤于紧急情况，因此这些系统可以做得更简单、更轻，⽽且只需提供有限的能⼒。
2、模拟电传
电传操纵系统取消了复杂、脆弱和笨重的液压式飞⾏操纵系统的机械回路，⽤电⼦线路取⽽代之。现在，驾驶舱操纵装置操作的是能够产⽣相应指令的信号换能器。这些指令由⼀个电⼦控制器处理。如今⾃动驾驶仪也是电⼦控制器的⼀部分。除了机械伺服阀被电控伺服阀外，液压回路也做类似处理。
导热油配方这些阀门由电⼦控制器操作。⼆⼗世纪五⼗年代，⼀种模拟式电传飞⾏操纵系统⾸次被安装在⽕神（Avro Vulcan）轰炸机上，这是⼀种最简单、最早的构型。
在这种构型中，飞⾏操纵系统必须模拟“感觉”。电⼦控制器操作电⼦感觉装置，以提供作⽤在⼈⼯操纵装置上的合适的“感觉”⼒。这种系统仍在EMBRAER170和190中使⽤，并曾在协和飞机中使⽤，它也是⾸先采⽤电传操纵系统的客机。
