直升机飞行控制第7章.doc

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1、第7章光传飞行控制系统7.1光传飞行控制系统概述7.1.1光传操纵系统概述1发展背景自1903年莱特兄弟用机械操纵系统完成人类首次飞行以来，科学技术突飞猛进，飞机性能不断提高，飞机上各种系统也日趋完善。然而飞机操纵系统的发展相对缓慢，机械操纵系统仍在许多飞机上使用。这种系统在驾驶杆和飞机的舵机之间存在一套相当复杂的机械联动装置和液压管路。驾驶员操纵驾驶杆，通过联动装置控制舵面，以保持期望的飞行姿态和航迹。随着飞机性能的不断提高，这种单纯的机械操纵系统已远不能满足要求。于是设计者们借助于增稳系统和控制增稳系统改善飞机的操纵性能。尽管如此，机械操纵系统的固有缺

2、点还是难以克服，如体积大、重量大、存在摩擦间隙非线性等。上世纪50年代末人们提出了一种全新的方案——电传操纵系统(FBW:Fly-by-Wire)，它消除了机械操纵系统中布满机身内部的连杆装置。电传操纵系统的优点是明显的，它减轻了操纵系统的重量，减少了体积，节省了设计和安装时间，提高了飞行操纵系统的可靠性、生存性，大大改善了飞机的操纵品质。但电传操纵系统也有其自身的缺陷，其中最主要的是它不能防御电磁干扰(EMI)和闪电等造成的电磁脉冲(EMP)。现代飞机性能不断提高，电子设备日趋复杂，飞机的大型化和采用余度技术等必然导致电缆用量增加、线路布局更加复杂，增加

3、了各线路间的干扰、地环流的相互影响等，严重时系统将不能正常工作。与此同时，未来的飞机期望采用复合材料代替目前使用的铝合金，这对于减轻飞机重量，从而提高飞机机动性是极为有利的，预计可减少飞机重量的15%～40%。但作为飞机蒙皮的铝合金外壳起着屏蔽罩的作用，它可大大减轻飞机遭电磁干扰时对飞控系统的影响，铝合金材料应用的减少、复合材料应用的增加意味着屏蔽作用的削弱乃至消失，因此必须采取防御措施。另外，核爆炸时会产生强烈的电磁辐射，电磁场强度相当大，对金属导线及电子元器件组成的电传操纵系统的危害相当大。作为军用战术飞机，电子战的对抗也对飞机内的电子系统的生存能力提

4、出更高的要求。解决上述问题的最基本方法是把光纤传输技术应用于飞控系统，即光传操纵系统(FBL:Fly-by-Light)。所谓光传操纵，是指飞机的飞行控制，发动机控制和航空电子系统中以光纤作为信号传输媒介，以光的形式代替电信号传输。它可有效地防御EMI、EMP，防止雷击、核爆炸等引起的电磁脉冲干扰，而且具有体积小、重量轻、传输容量大等优点，从而大大改善了飞机的操纵品质，提高了飞机系统的可靠性及生存能力。可以预见的是，光传操纵系统将首先在直升机上得到广泛应用。因为相对于固定翼飞机，直升机空间更加狭小，基本上所有的电子设备均集中于机头座舱的下方，相互干扰严重。

5、并且由于直升机特定的飞行任务，它在工作中更易受外界环境的影响。随着现代化战争的发展，直升机被越来越多的应用于电子战，信息战等非常规作战任务，光传操纵系统在直升机上的应用显得更为重要。由光纤代替铜导线传输是二十世纪90年代后的必然趋势，光传操纵系统被航空界誉为第三代操纵系统。2光传操纵系统的优点光传操纵系统采用光纤作为传输媒介，信号传输以光的形式，而不是以电的形式进行传递，因而具有许多独特的优点：1)光纤可以有效地防御电磁干扰、电磁感应以及由闪电或雷击引起的电磁冲击，对核爆炸引起的电磁脉冲不敏感，这是光纤用于飞控系统最直接、最主要的原因。2)光纤一般由SiO

6、2晶体组成，纤芯很细，可以大大减轻系统的重量。如1公里长8芯光缆仅重60千克，而1公里长8芯铜缆重4.8吨。军用特制光缆每公里仅5千克左右。3)光纤是介质材料，不向外辐射能量，不存在金属导线所固有的地环流和由此引起的瞬间扰动。4)光纤的频带很宽，传输信号速率高、容量大，利用时分复用技术和波分复用技术可实现信号的多路传输，由此可大量降低传输线缆所占的空间，减小体积。5)光纤在机载环境下(高温、高压、振动等)抗腐蚀性和热防护品质优良。6)光纤的电隔离性好，避免了电火花的产生，从而消除了电火花引起爆炸的可能性。7)传输损耗低，同轴电缆1.5公里需有中继站，而光纤

7、可传输上百公里无需中继站。8)与铜电缆相比，光纤具有较大的成本优势。表7-1为美国A-7飞机的飞控系统采用光纤和铜导线的比较，从中可看出光传的优势。表7-1A-7飞机的光传、电传比较铜导线光纤比较所用数量30213减少95.6%电/光缆连接器质量(千克)14.451.2减少91.7%总长度(米)576.168.3减少88.1%费用(美元)16301030减少58.2%3研究概况国外对光传系统的研究早在70年代初就已经开始，特别是以美国为首的西方国家凭借先进的科技和雄厚的资金，对光传系统的研究处于领先地位，已取得了一系列成果。1975年，美空军飞行试验中心在

8、A-7D飞机上利用光纤作为数据传输线，同时备有双通道的同轴电缆传输