光传操纵系统

传控系统是一种飞行控制系统，它用光代替电作为传输载体，用光纤作为物理传输介质，在计算机之间或计算机与舵机等远距离终端之间传送指令和反馈信息。光传控系统是电传操纵系统的发展方向，也是光传控系统的发展方向。电子操纵系统的致命弱点是易受雷击、电磁干扰和核辐射的危害。随着现代飞行器性能的不断提高，电子设备日益复杂，这必然导致电缆用量的增加和线路布置的复杂性，使得线路间的干扰增大，电传操纵系统无法正常工作。采用光传递操纵系统是解决这一问题的根本方法。

光导纤维作为传输介质，以光信号的形式进行传输，使光导控制系统具有许多优点。一是光纤具有抗电磁干扰、抗电磁脉冲辐射、抗雷击等特性，光纤本身无辐射能量，提高了光纤的可靠性和安全性；第二，光缆可以减小控制系统的重量，减小体积，从而大大提高了飞机的稳定性和操纵性能。第三，光纤具有良好的故障隔离性，其中一条通道出现故障时不影响其它通道。光传控系统的研究始于上世纪70年代。一九七五年，A-7D飞机在美国空军试验中心使用光纤作为传输线。一九七九年，洛克希德公司成功地在喷气滑翔机上试验了光传操纵系统。当前，光传控制系统的研究重点是各种光传感器、光处理器等的开发。

原则

传控系统是一种飞行控制系统，它用光代替电作为传输载体，用光纤作为物理传输介质，在计算机之间或计算机与舵机等远距离终端之间传送指令和反馈信息。光传控系统是电传操纵系统的发展方向，也是光传控系统的发展方向。电子操纵系统的致命弱点是易受雷击、电磁干扰和核辐射的危害。随着现代飞行器性能的不断提高，电子设备日益复杂，这必然导致电缆用量的增加和线路布置的复杂性，使得线路间的干扰增大，电传操纵系统无法正常工作。采用光传递操纵系统是解决这一问题的根本方法。光导纤维作为传输介质，以光信号的形式进行传输，使光导控制系统具有许多优点。一是光纤具有抗电磁干扰、抗电磁脉冲辐射、抗雷击等特性，光纤本身无辐射能量，提高了光纤的可靠性和安全性；第二，光缆可以减小控制系统的重量，减小体积，从而大大提高了飞机的稳定性和操纵性能。第三，光纤具有良好的故障隔离性，其中一条通道出现故障时不影响其它通道。光传控系统的研究始于上世纪70年代。一九七五年，A-7D飞机在美国空军试验中心使用光纤作为传输线。一九七九年，洛克希德公司成功地在喷气滑翔机上试验了光传操纵系统。光传控系统的研究重点是各种光传感器、光处理器等的研制。

优势

一、在强电磁干扰下的飞行；

EMI一般可分为外部干扰(来自飞机外部的各种导航、通信设施以及一切人为或自然的电磁干扰源)和内部干扰(由通信、导航、传感变送系统和机身内部的能源系统等引起的辐射或传导噪声)。在飞机安全飞行环境中的电磁干扰和核辐射问题更加突出，这是因为采用了现代数字电子技术、多电力(moreelectric)飞机驱动系统和现代空战中电子干扰战术，而且全球范围内高强度辐射源大量增加。随着复合材料应用的增加，系统中的电子元件也会失去传统飞机用金属蒙皮的屏蔽作用，即使是具有良好屏蔽性能的复合材料蒙皮，其对外界环境的干扰也只能达到不超过70dB的衰减。其根本解决方法是采用光纤光学系统，这种系统依靠光来完成工作，具有固有的抗电磁干扰能力，能使对飞机的电磁干扰衰减几个数量级。另外，由于光纤内传输的光能几乎不向外辐射，因而不会引起光纤间的串扰和故障扩散。

二、减轻航空设备的重量

飞行器的重量与其机动性和总体性能密切相关，因此对进一步减轻飞行器的重量非常有利。将FBW系统中的电导线用光纤一对一地更换，所需的光纤重量只有原电导线总重量的1/20，在输送机上(如MD-12)，仅此一项就可减重500kg左右，如果将除操纵系统以外的其他系统的信号传输线(电缆)用光缆取代，并考虑到由于光纤的使用而大大减少了FBW系统所需的屏蔽设备，飞机的总体重量也会大大降低。即便在战斗机上，借助光纤的多路传输(如频分复用、波分复用或光载复用)技术，也能在1根光纤中传送多条不同的信号，因此可以大大减少对光纤的需求总量，例如，F/A-18的每个作动筒平均具有15路分立的信号线，而FBL技术应用之后，只需要1根光纤就可以实现15路电导线的信号传输功能。

三、数据传输速率高、传输容量大；

对大部分飞控系统而言，1Mbps的导线式应答总线传输速率是足够的，而先进的UMS和VMS系统则需要5~20Mbps的传输速率，只有满足美国SAEAS-1773A标准的光纤数据总线才能满足。鉴于光传输的高速性，可采用分时传输的方式在单光纤中传输多路信号，同时也为频分、波分等复用技术在提高数据传输容量方面的应用提供了广阔的前景。例如字长为20比特，一路光纤就可以传送10000个信号，其频宽可以达到100赫兹。

四、改进系统的动态性

由于飞行器电子系统日益一体化和复杂化，电传操纵系统已不能满足进一步改进系统性能的要求，而光传系统的高速大容量特性为提高系统频宽提供了相当的潜力，同时FBL系统的重量减轻也可以提高军用机的机动性。另外，将光纤和神经网络技术相结合，可以有效实现最优控制设计。

五、改善飞机总体性能和燃油经济性

不管是商用飞机还是军用飞机，其整体性能的提高都与飞机的整体重量减轻密切相关，FBL系统重量轻的特点可以直接提高飞机的有效载荷和续航能力，或者降低燃油消耗。

6)降低验证成本，改进成本-效益指标。

在MD-11(配备了传统的FBW操纵系统)上进行EME整机验证所需费用约为1200万美元，验证航空电子设备和飞行控制系统的复杂性和成本急剧上升。考虑到光纤本身具有抗电磁干扰的特性，对于光纤接口和光缆传输系统，只需要对其进行部件级的EME验证实验，而不必再进行昂贵的整机EME验证。另外，由于光纤总线具有较高的频宽，因此能够以较快的速度对飞机的飞行动力学和稳定性参数进行识别，从而大大缩短飞机控制律的研制周期，从而降低验证费用。结果表明，FBL与FBW相结合可以提高飞机10%~14%的可靠性、可维护性和易损性，而FBL与神经网络相结合可以实现控制系统故障的实时识别，有效降低维修费用。下面表格显示的是A-7飞机的飞控系统在用光纤代替铜丝后的性能对比，从一个方面可以看出用光纤后的优点。