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隨著美國四代機(jī)F-22以及F-35裝備部隊并陸續(xù)形成作戰(zhàn)能力，其他國家四代機(jī)正在加速研制。基于美國領(lǐng)先一代的思維模式，在四代機(jī)全面裝備之時也就是下一代戰(zhàn)斗機(jī)研究啟動之日，但是美國的五代機(jī)研制至今猶抱琵琶半遮面，始終未透露出其概念及輪廓。下一代戰(zhàn)斗機(jī)飛行器到底是什么樣，其定位、目標(biāo)是什么，飛控系統(tǒng)將采用什么樣的體系架構(gòu)，飛控作動系統(tǒng)又將采用什么樣的設(shè)計理念及新技術(shù)，都值得我們?nèi)フJ(rèn)真的思考并積極應(yīng)對。

飛行控制系統(tǒng)(以下簡稱：飛控系統(tǒng)或FCS)是將飛行控制指令從駕駛員或從其他信號源傳遞到相應(yīng)力和力矩發(fā)生器所應(yīng)用的部件組成的系統(tǒng)，通過氣動舵面的偏轉(zhuǎn)實現(xiàn)對飛機(jī)的姿態(tài)、軌跡以及乘坐品質(zhì)、幾何形狀(氣動外形)和結(jié)構(gòu)模態(tài)等的控制。對軍用飛機(jī)來說，飛行控制主要對飛機(jī)的姿態(tài)、軌跡以及幾何形狀進(jìn)行控制，對民用飛機(jī)來說，除了正常的姿態(tài)、軌跡控制外還對乘坐品質(zhì)、結(jié)構(gòu)模態(tài)提出較高的要求。

軍用有人駕駛飛機(jī)(包含直升機(jī))的飛控系統(tǒng)一般分為人工飛行控制系統(tǒng)(MFCS)和自動飛行控制系統(tǒng)(AFCS)。人工飛行控制系統(tǒng)又分為主飛行控制系統(tǒng)(PFCS)和輔助飛行控制系統(tǒng)(SFCS)。主飛行控制系統(tǒng)主要控制飛機(jī)的鴨翼、副翼、方向舵、升降舵(平尾)、直升機(jī)的主槳及尾槳，以及完成相似功能的其他飛行舵面的控制，輔助飛行控制系統(tǒng)主要控制飛機(jī)的襟翼、縫翼、減速板、擾流板等輔助飛行舵面。

飛控系統(tǒng)的發(fā)展是隨著飛機(jī)性能的發(fā)展而發(fā)展的。其發(fā)展大致經(jīng)歷了從簡單機(jī)械飛控(MCS)系統(tǒng)、可逆和不可逆助力控制系統(tǒng)(MCS)、增穩(wěn)(SAS)及控制增穩(wěn)(CAS)控制系統(tǒng)、電傳飛控系統(tǒng)，并向功率電傳(PBW)以及光傳飛控(FBL)、智能飛控等方向發(fā)展。

為了使飛機(jī)的綜合性能進(jìn)一步提升，同時隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展以及飛機(jī)面臨需求環(huán)境的復(fù)雜化，飛控系統(tǒng)更多的與飛機(jī)本身或其他系統(tǒng)交聯(lián)融合，進(jìn)一步向飛行控制、火力控制、推力控制等綜合飛控以及綜合飛行管理方向發(fā)展。另外，飛控系統(tǒng)自身的發(fā)展也逐步從集中控制向大系統(tǒng)綜合管理、小系統(tǒng)分布式控制方向發(fā)展，傳輸信號也由目前的電傳向功率電傳、光傳方向發(fā)展，系統(tǒng)控制方式也由有人干預(yù)的飛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發(fā)展。

上世紀(jì)80年代以后，隨著系統(tǒng)技術(shù)、通信技術(shù)、計算技術(shù)、控制技術(shù)、功率電傳技術(shù)、智能技術(shù)發(fā)動機(jī)適量噴管技術(shù)、飛發(fā)一體化控制技術(shù)等的進(jìn)一步成熟及飛機(jī)和飛控系統(tǒng)架構(gòu)的快速發(fā)展(飛機(jī)復(fù)雜度大大提高，出現(xiàn)了飛行管理系統(tǒng);飛控系統(tǒng)由集中控制向分布控制發(fā)展)、系統(tǒng)級供應(yīng)商的出現(xiàn)，使得飛控作動系統(tǒng)作為一個物理和功能完全獨立的分系統(tǒng)呼之即出并成為現(xiàn)實。同時隨著飛機(jī)尤其是戰(zhàn)斗機(jī)飛行包線的逐漸擴(kuò)大以及越來越復(fù)雜的飛行任務(wù)對飛機(jī)性能的要求逐步提高，以及電傳飛控系統(tǒng)的快速發(fā)展，其作為一個完整獨立的分系統(tǒng)在飛機(jī)飛控系統(tǒng)中的功能及作用日益突出。

所謂飛控作動系統(tǒng)，狹義地講即驅(qū)動控制飛機(jī)姿態(tài)及軌跡運(yùn)動舵面的裝置或系統(tǒng)，也就是我們平常所說的舵回路(或舵面作動系統(tǒng))。即是為了改善舵機(jī)的性能以滿足飛控系統(tǒng)要求，將舵機(jī)的輸出信號反饋到輸入端形成負(fù)反饋回路或稱伺服回路的伺服作動系統(tǒng)。

隨著短距/垂直起降飛機(jī)、變體(仿生)飛機(jī)等新飛機(jī)的發(fā)展及飛發(fā)一體化技術(shù)的日益結(jié)合緊密，飛控作動系統(tǒng)的界面已逐步突破傳統(tǒng)的以飛機(jī)舵面為主的控制，逐步將與飛行控制相關(guān)的機(jī)翼變形控制、發(fā)動機(jī)矢量控制、升力風(fēng)扇控制、傾轉(zhuǎn)機(jī)翼控制作動等結(jié)合起來，飛控作動系統(tǒng)突破了傳統(tǒng)的邊界及定義，由于這些新的控制作動技術(shù)與原有的飛控作動技術(shù)比較類似，為同源技術(shù)的擴(kuò)展，因此逐步形成了廣義上的飛控作動系統(tǒng)或技術(shù)。

未來戰(zhàn)爭將是信息化條件下的高技術(shù)戰(zhàn)爭，信息化作戰(zhàn)平臺是信息化作戰(zhàn)系統(tǒng)發(fā)揮打擊威力的物質(zhì)基礎(chǔ)。新軍事變革和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，對當(dāng)前與未來作戰(zhàn)思想和作戰(zhàn)模式產(chǎn)生了廣泛而深遠(yuǎn)的影響，未來五代機(jī)向智能化、精確化、隱身化、多功能化以及超高機(jī)動性、敏捷性、更強(qiáng)續(xù)航、超速巡航、更高自主性方向發(fā)展。飛控系統(tǒng)也向自主控制、智能控制及分布式?jīng)Q策控制等方向快速發(fā)展，飛控作動系統(tǒng)在未來五代機(jī)中的重要性愈加明顯。飛行控制不僅與飛機(jī)總體性能高度融合，還與發(fā)動機(jī)控制及性能高度結(jié)合，使得飛機(jī)的飛行性能大大提升。飛控作動系統(tǒng)不僅要求功重比大大提升，還需在空間重量比、響應(yīng)性能、可靠性、預(yù)測與健康管理(PHM)、損傷自修復(fù)、高度自主決策等方面邁入一個新的高度。

飛控系統(tǒng)是服務(wù)于飛行器整體需求的，飛行器的發(fā)展及性能要求決定了飛行控制技術(shù)的發(fā)展方向，因此要研究未來飛控作動系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，首先要了解未來五代機(jī)的特點及其面臨的問題。國外五代機(jī)主要是以美國為代表，獨自開展需求分析、初步論證以及針對工業(yè)部門的信息征詢。

按照美國武器裝備發(fā)展的一般原則，裝備形成初始作戰(zhàn)能力(裝備部隊)之日即是新一代裝備提出理想之日，新一代裝備的需求論證分析等更要提前。因此早在2008年，美國空軍基于對長期能力差距的擔(dān)憂，提出研發(fā)下一代戰(zhàn)機(jī)的建議。2009年美國防部即指示美國空軍開始五代機(jī)能力的初始研發(fā)工作。美國研制五代機(jī)的目標(biāo)是彌補(bǔ)2030年可能形成的裝備能力空缺，提升國防部所關(guān)心的美國“高性能戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)工業(yè)基礎(chǔ)”能力，確保在該領(lǐng)域的全球優(yōu)勢。美國防部計劃在2015年正式啟動項目研發(fā)，可能在2016年確定原型機(jī)項目歸屬的概念研究項目競標(biāo)。

根據(jù)對未來五代機(jī)使命任務(wù)的需求分析、初步的論證及通過工業(yè)部門的信息征詢。未來五代機(jī)的特征由以前的霧里看花、眾說紛紜，到目前的若隱若現(xiàn)、各持己見，但美國軍方仍沒有給出一個像四代機(jī)具有4S特征的那樣明確的大家公認(rèn)的說法。我們只能站四代機(jī)的肩膀上，結(jié)合各方的說法以及未來技術(shù)發(fā)展的趨勢，給五代機(jī)勾畫出初步的藍(lán)圖以及可能的一些特征：

從三代機(jī)發(fā)展到四代機(jī)，飛控作動系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了從功能獨立、體系架構(gòu)一體化設(shè)計到功能物理皆獨立、系統(tǒng)體系架構(gòu)逐步開放的轉(zhuǎn)變，而且作動系統(tǒng)余度進(jìn)一步減少(從四余度向三余度)。未來五代機(jī)飛控作動系統(tǒng)的體系架構(gòu)隨著飛控系統(tǒng)自主分布式控制要求將進(jìn)一步開放，飛控作動系統(tǒng)的功能更加獨立，控制更加自主，其任務(wù)可靠性提高的情況下余度數(shù)還可能進(jìn)一步降低(可能為雙余度或單余度及其組合)。這就要求飛控作動系統(tǒng)可以快速無縫的實現(xiàn)與飛控系統(tǒng)、飛行管理系統(tǒng)以及機(jī)上其它系統(tǒng)甚至地面監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程通信、快速判斷處理及飛行任務(wù)規(guī)劃的重新組合。

由于五代機(jī)飛行速度的提高及飛行包線的進(jìn)一步擴(kuò)展，同時加上采用的非常規(guī)布局方式，使得飛控作動系統(tǒng)的穩(wěn)定性、動態(tài)響應(yīng)及系統(tǒng)控制精度均提高。

未來五代機(jī)采用非常規(guī)布局，其航時、航程比現(xiàn)有四代機(jī)提高一倍多。飛控作動系統(tǒng)作為飛機(jī)中重量、二次能耗所占空間比較大的系統(tǒng)，對飛機(jī)的性能影響很大。未來五代機(jī)在飛機(jī)舵面負(fù)載進(jìn)一步增加的同時，飛控作動系統(tǒng)的重量約要降低，效率還有提升，為適應(yīng)超薄機(jī)翼等帶來的影響，其所占空間比還要進(jìn)一步減小。

目前四代機(jī)飛控作動系統(tǒng)具有一定的自我維護(hù)、測試及保障能力，自修復(fù)(狀態(tài)監(jiān)控)、預(yù)測與健康管理功能更多的是利用上一級系統(tǒng)來實現(xiàn)。分布自主控制作為未來五代機(jī)的主要特征，使得飛控作動系統(tǒng)的自主控制、自主管理能力大大加強(qiáng)，原來依賴于上一級系統(tǒng)的維護(hù)、測試、保障、自修復(fù)以及預(yù)測與健康管理等功能將依靠自身或地面遠(yuǎn)程監(jiān)控自主完成。

開放式系統(tǒng)架構(gòu)是指通過采用商用標(biāo)準(zhǔn)和商用貨架產(chǎn)品，降低系統(tǒng)成本，提高可用性、可靠性和可持續(xù)發(fā)展性，以適應(yīng)系統(tǒng)不斷增長的任務(wù)能力的需求，滿足不同用戶的需要，方便對系統(tǒng)進(jìn)行升級。由于采用開放式體系結(jié)構(gòu)，在更換一些部件或增加一些新的部件時，不需要改動系統(tǒng)其它部分的硬件和軟件。把功能分配在不同的模塊上，功能的增加和去除則通過改變軟件模塊來實現(xiàn)。功能間共享資源，具有容錯特性，提高了系統(tǒng)的可靠性。而且還很容易滿足不同型號的需求。

未來隨著五代機(jī)對系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)、高精度、穩(wěn)定性及可靠性、壽命、預(yù)測及健康管理要求的提高，系統(tǒng)呈現(xiàn)多變量復(fù)雜特性，其控制策略將由經(jīng)典控制理論向以狀態(tài)空間法為基礎(chǔ)的現(xiàn)代控制理論轉(zhuǎn)變。其控制策略技術(shù)在結(jié)合傳統(tǒng)經(jīng)典控制理論的基礎(chǔ)上，將更多的融合魯棒控制、自適應(yīng)控制以及模糊和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等控制理論。

作為飛控作動系統(tǒng)的核心執(zhí)行單元——伺服作動器，其可靠性、重量、轉(zhuǎn)換效率對整個飛控作動系統(tǒng)影響非常大。約占作動系統(tǒng)重量的70%(以F-35飛機(jī)為例)。作動器從上世紀(jì)40年代后出現(xiàn)的常規(guī)機(jī)液作動、電液作動發(fā)展到電作動、電動靜液作動，整整經(jīng)歷了半個世紀(jì)多，其技術(shù)發(fā)展整體較為緩慢，但每一代飛機(jī)的發(fā)展都伴隨著作動技術(shù)的發(fā)展，或者說作動技術(shù)的發(fā)展也促使了每一代飛機(jī)技術(shù)的提升，未來五代機(jī)作動技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)主要體現(xiàn)在以下方面：

未來五代機(jī)飛控作動系統(tǒng)作為一個高度自主、智能的獨立系統(tǒng)，其對自身信息的感知大大增強(qiáng)，同時由于飛機(jī)向多電/全電化發(fā)展，使得作動系統(tǒng)中的各類感知元件(各類高精度溫度、壓力、流量、位移、應(yīng)力傳感器以及相應(yīng)的復(fù)合傳感器等)、功率轉(zhuǎn)換元件(大功率驅(qū)動模塊、適應(yīng)高溫的陶瓷封裝集成電路、高可靠處理芯片、高功重比直流無刷電機(jī)、高壓高轉(zhuǎn)速變排量泵或馬達(dá)、高效機(jī)械傳動副)、輔助功能元件(密封裝置、功能閥)等成為關(guān)鍵，要求其向小型化、輕量化、高效化、智能化、高可靠、即插即用等方向發(fā)展。

飛控作動系統(tǒng)作為一個獨立的系統(tǒng)，其測試及實驗技術(shù)至關(guān)重要。目前國內(nèi)還沒有將飛控作動系統(tǒng)試驗作為一個完整獨立的試驗技術(shù)進(jìn)行研究，更多的是與飛控系統(tǒng)集成綜合實驗(飛控鐵鳥實驗)一起進(jìn)行，造成大量的問題在系統(tǒng)綜合中暴露，工作反復(fù)，影響研制進(jìn)度。國外在四代機(jī)中已將飛控作動系統(tǒng)作為一個獨立的系統(tǒng)進(jìn)行單獨測試及實驗，使得系統(tǒng)綜合更加簡單。未來五代機(jī)中由于飛控作動系統(tǒng)的功能和要求日益復(fù)雜，自身智能化程度更高，而且由于其更高的可靠性、測試性、安全性、預(yù)測與健康管理、特殊環(huán)境適應(yīng)性要求，不但使得系統(tǒng)實驗的難度會大大增加，而且會大大增加系統(tǒng)中各關(guān)鍵部件的實驗，如液壓元件的抗污染實驗、機(jī)械傳動部件的抗卡死實驗、預(yù)測與健康管理實驗。同時基于縮短研制周期和節(jié)省經(jīng)費(fèi)的考慮，會結(jié)合復(fù)雜系統(tǒng)建模的要求增加各類部件及系統(tǒng)仿真或半物理仿真實驗，縮短系統(tǒng)和部件物理實驗時間。

智能化及微型化是新一代及未來航空器發(fā)展的主要方向，歐美等國研究較早，制定了相關(guān)的研究計劃，其研制的產(chǎn)品已進(jìn)行了相關(guān)的試飛驗證。未來五代機(jī)中由于控制功能的日益復(fù)雜，對作動系統(tǒng)的智能化程度要求越來越高，應(yīng)加強(qiáng)對以智能材料、驅(qū)動電路、結(jié)構(gòu)原理為基礎(chǔ)的智能作動系統(tǒng)進(jìn)行研究。

國外已將飛控作動系統(tǒng)作為一個獨立的系統(tǒng)，不論軍機(jī)還是民機(jī)在研制中都作為一個獨立工作包單獨選擇供應(yīng)商，而且供應(yīng)商已建立完整的系統(tǒng)研究、開發(fā)、試驗及驗證、售后服務(wù)等全壽命周期的研制能力。目前國內(nèi)從事單獨飛控作動系統(tǒng)集成能力的企業(yè)很少，由于歷史原因，飛控作動系統(tǒng)的設(shè)計及集成更多的是在總體單位，自上向下設(shè)計。而國外已在飛控作動系統(tǒng)的聯(lián)合定義、需求分析以及系統(tǒng)技術(shù)推動研究方面建立一套完整的體系。

目前國內(nèi)受制于各種影響仍將其作動系統(tǒng)中的一部分進(jìn)行研究，重視度不高，投入少，專門從事研究人員少，成了影響未來飛控作動系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

飛控作動系統(tǒng)作為飛機(jī)信息、能量轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵系統(tǒng)，實現(xiàn)其功率分配及轉(zhuǎn)換的核心元器件的技術(shù)發(fā)展及影響至關(guān)重要。隨著未來飛機(jī)飛行速度及機(jī)動性的進(jìn)一步提高、飛行翼面的進(jìn)一步變薄使得飛控作動系統(tǒng)的氣動載荷進(jìn)一步加大、空間進(jìn)一步變小，對影響系統(tǒng)功率分配及轉(zhuǎn)換的核心元器件要求更加苛刻;而且高轉(zhuǎn)速、無泄漏、高效、高可靠性、高轉(zhuǎn)化比等要求的提高使得核心元器件技術(shù)難度進(jìn)一步增加，使其成了影響飛控作動系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的短板技術(shù)，國外相關(guān)公司都投入巨資進(jìn)行單獨的開發(fā)研究。

飛控作動系統(tǒng)技術(shù)的核心是作動技術(shù)，作動技術(shù)作為飛機(jī)及發(fā)動機(jī)大量使用的一項通用基礎(chǔ)技術(shù)，在國內(nèi)和行業(yè)內(nèi)還沒有一個完整的系統(tǒng)的實驗研究條件。已有的條件也是分布在大小不同的企業(yè)中，只能進(jìn)行局部點上的技術(shù)和實驗研究，無法開展作動技術(shù)全面的系統(tǒng)的規(guī)劃和研究，而且作動技術(shù)里面包含大量的基礎(chǔ)技術(shù)、共性技術(shù)需要研究。因此在中航工業(yè)層面構(gòu)建航空機(jī)載作動技術(shù)重點實驗室顯得尤為必要，通過對機(jī)載作動技術(shù)研究，不但根據(jù)型號牽引出背景技術(shù)進(jìn)行研究，還可以通過技術(shù)推動使得機(jī)載作動技術(shù)跨越發(fā)展。

隨著美國F-22/35等四代機(jī)裝備的研制，國外已開展了五代機(jī)技術(shù)的研究和開發(fā)，作為五代機(jī)飛控系統(tǒng)的關(guān)鍵子系統(tǒng)及執(zhí)行部件，應(yīng)結(jié)合飛機(jī)及飛控系統(tǒng)的整體需求，加快進(jìn)行針對未來五代機(jī)的飛控作動系統(tǒng)的研究開發(fā)工作，為我國未來五代機(jī)的研制奠定良好的基礎(chǔ)。(王文山　曹圣兵)

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