充滿了BUG的爛文章，轉自某校航空系學生硬碟

文章原始用途為臨時鬼劃符交作業用，蓋因突然發現堆積如山的報告中還有這份作業要交

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飛行控制系統—線傳飛控系統概述

自從萊特兄弟的FLYER 1自小鷹鎮起飛後，人類正式邁入了飛行的時代。飛行的基本原理雖然只是簡單的升力大於浮力，但是飛上天卻無法控制飛行器讓它隨自己的意願來動作這一點意義都沒有，因此飛行器需要一套控制系統。在FLYER 1上萊特兄弟利用操縱桿連接鋼纜來帶動各控制面，鋼纜連接著彈性機翼的尖端，利用扭轉翼尖來進行滾轉的控制，改變垂直與水平控制面的角度來控制俯仰與轉向，這不乏是一種簡單而且有效的方法。自萊特兄弟發明飛機到二戰，線纜控制一直是飛行器最主要的控制系統，即使時至今日仍有許多輕型機使用線纜控制。

二戰時，隨著戰爭帶來的科技躍進，飛行器越來越大速度也越來越快，相對來說空氣加諸於控制面上的力量也越來越大，漸漸的控制面透過線纜傳過來的力量開始超過飛行員加諸在操縱桿上的臂力，飛行員開始無法負荷飛行的操作。為了讓飛行員有能力繼續操縱飛行速度日增、重量越來越高的飛行器，便有利用液壓控制系統來取代原有線纜控制系統之舉。利用液壓幫普的力量，飛行員不需要依賴自己的臂力直接與來自控制面龐大的力量對抗，只需要利用操縱桿帶動液壓閥門，利用液壓的力量便可以輕鬆操縱沈重的控制面，液壓操縱系統至今仍是飛行器操縱系統的主流之一。

雖然液壓操縱系統解決了飛行員力量的問題，讓操作面不受臂力的限制能夠對空氣施加更大的力量，發揮更大的效果，但是面對日益複雜的操縱系統，飛行員也漸漸不堪負荷，加上液壓系統無法同時滿足飛行器在快速反應和穩定控制雙方面彼此相衝突的要求，欲設計更高性能、反應更快的戰機通常在這兩種極端中掙扎，而飛行員面對如此的情形也漸漸的力不從心。所幸電子科技的進步，飛行器設計師在控制系統方面有了新的突破，也就是線傳飛控系統FBW（Fly By Wire）。

線傳飛控系統與過去的線纜、液壓或是其他種類的飛行控制系統有著極大的不同。過去的操縱系統直接根據飛行員的指令，透過線纜或液壓管路，忠實的將飛行員對操縱桿所做的操縱量對應到控制面的移動量上。而在線傳飛控系統中，飛行員經由操縱桿下的指令並不是直接傳到控制面，而是先傳給飛控電腦，飛控電腦依據當時的大氣資料、飛行狀況及飛行狀態，經過複雜的計算後，針對當時的情況得出最適合的操縱面移動量，再將指令下達控制面制動系統，改變控制面的狀態，達到最佳的效果。

簡單的來說，在過去的操縱系統中，飛行員移動操縱桿多少，控制面就對應的移動多少；但是在不同的飛行速度和飛行狀態下，相同移動量的控制面時，飛機會產生不一樣的反應。另一方面來說，飛行員如果在不同的飛行速度及狀態下想要做出相同的動作，便必須視當時的情況對操縱桿施以不同的操作量，在高性能戰機上，飛行員在操作上的負荷可謂不輕。而線傳飛控系統裡，飛行員下在操縱桿的指令對飛行控制系統來說是代表了飛行員需要的飛行狀態，而飛控電腦就調整控制面的移動量讓飛機能處於飛行員想要的狀態。不管在什麼情況下對飛行員而言飛機的反應都相同，飛行員的負擔大幅的降低，同時也可以因為控制面受到電腦控制能處於最適當的位置，而能發揮飛機最大的性能，得到最高的靈敏性。

在自動控制理論中，系統的反應越快相對的穩定性就會越低。當飛行器的反應速度過快，飛機相對的也就越不穩定越不容易控制，飛行員會無法做到如此快的反應來修正錯誤或飛行間的干擾，造成失事墜毀。但是有了線傳飛控系統，飛控電腦可以在毫秒間修正飛行狀態當飛機的反應快到成為不穩定飛行體時，飛行員透過線傳飛控電腦仍然能有效的控制飛機，而且享受飛行器具有極快反應速度的優點。飛機的設計師因為有了線傳飛控系統，能夠大膽的將飛機的極限向上提升而不需要擔心會超過飛行員所能反應的極限。現代的高性能戰機，在設計時常常將飛機在氣動力學上設計成為靜態不穩定，取其反應速度極快的優點，而另一方面利用線傳飛控來避免不穩定無法控制，且讓線傳飛控極快的反應能夠與靜不穩定結合相輔相成，因此飛行器具有極高操縱品質，而且反應極快，這也是以往傳統飛行控制系統所達不到的境界。

依現代線傳飛控系統的硬體架構，我大致上分成以下幾個部份

一、 數位飛控電腦

這是整套線傳飛控系統最重要的核心，也是整套系統中最複雜的的部分，裡面包含了計算單元，有著複雜的空氣動力學計算程式與控制程式。當接受飛行員的由操縱桿下的指令後，配合著由大氣資料電腦慣性與姿態感測系統等其他部件送過來的資料，透過飛控電腦內部的程式計算出各控制面的動作及角度，再將指令下達給控制面至動系統。在工程學上有所謂安全係數的概念，重要線傳飛控系統也不例外，一般而言，為了防止因電腦當機，導致整套系統崩潰飛機失去控制墜毀，通常具有備份系統的存在，現今的主流是具有三套備份系統，如此的優點是縱使有一套系統故障，依舊剩下三套系統，縱使其中一套系統再次出錯計算錯誤，仍有其他兩套系統可以可以提供正確的計算結果，而不至於因為錯誤的指令操縱錯誤失去控制墜毀。

二、 飛行員操作介面

為了加快飛行控制系統對飛行員指令的反應速度，線傳飛控系統的操縱桿與過去傳統飛行操控系統的操縱桿有著極大的不同。在傳統的飛行操控系統中，系統倚靠飛行員移動操縱桿的移動量來判斷飛行員下的指令，判斷飛行員需要的狀態；而在線傳飛控系統中，操縱桿無法移動半分，因為它不是感應移動量，而是改由感應力量來做反應。感測力量的操縱桿與感測移動量的操縱桿相比有著反應快速的優點，若飛行員欲做一個劇烈的動作，在傳統的位移感測操縱桿上，飛行員必須將操縱桿推到底，控制系統才知道飛行員需要如此大的反應，但是在力感測操縱桿上，飛行員一瞬間力量的改變，飛控系統便會立即知道飛行員的需要，比起移動操縱桿需要時間加上移動過程中數據改變所造成的延遲，力感測操縱桿的反應速度遠比位移感測操縱桿快上許多，相對於整個飛控系統來說，能夠更快的瞭解飛行員的需求，也就能更快的反應飛行員的需求，反應速度當然是更是加乘。

三、 大氣資料次系統

飛控電腦透過複雜的空氣動力運算公式計算時，需要空氣的密度、總壓、動壓、總溫等等各種參數才得以得到精確的答案，在傳統飛控系統中飛機的控制主要是由飛行員所調配，簡單的資料已經綽綽有餘，但對於需要精確大氣數據的線傳飛控系統而言，需要更先進的系統才能滿足需求。大氣數據電腦將來自飛行器的空速管、壓力感測孔、溫度感測器的資料經過公式換算與修正，得到各種飛行時大氣狀況的參數，在將之匯給飛行控制電腦。通常大氣電腦為了使數據更為精確，會將飛行中計算出的大氣資料記錄下來，並以記錄之歷史資料代入，修正因為速度及高度相互變化造成之誤差。

四、 慣性與姿態感測系統

和大氣資料相同，飛控電腦也需要飛機當時的姿態與飛行狀態。在慣性與姿態感測系統中保含了氣動方面，也就是來自攻角感測器的飛行攻角資料，以及來自空速管的相對空速；以及慣性感測系統，來自於加速感測儀的三軸向加速移動資料以及來自陀螺儀的三軸向轉動資料。利用這些數據，飛控電腦才能得知飛機當時之狀態，才可決定控制系統的改變量，對控制面下達指令，達到控制的效果。

五、 控制面至動系統

飛控系統的指令，最終是交給飛行器控制面來執行，透過電子訊號，將命令下達給控制副翼、襟翼、水平控制面、垂直控制面、向量噴嘴等氣動控制面的至動器上，透過液壓系統或是機械系統將電子訊號轉換為動作，讓飛行器的氣動外型隨之改變，便達到系統中期望的飛行狀態。至動器是線傳飛控系統最後一環，為了達到足夠的力量來移動在強大動壓下的控制面，液壓與機械式至動器一直謂為主流，不過兩者皆一直有著些許對指令反應延遲的問題。現代電子與電機技術的進步，電動伺服器的力量漸漸的能與液壓系統並駕齊驅，這便又產生了Power control的概念，利用電動伺服器來取代傳統線傳飛控系統中的機械至動器。在Power control中，至動器直接由電子系統控制，而不是經由液壓閥來間接控制，系統可以直接控制轉動的角度，不似機械系統需要透過一連串的「移動—確認」的過程，且施力變化之曲線也較機械系統為佳，為線傳飛控系統硬體方面發展最新方向之一。

線傳飛控系統對飛行控制領域帶來的革命是非常巨大的，因為線傳飛控系統的出現，飛行器的型態有了非常大的自由，有具開玩笑的話說：「有了線傳飛控，就算是把一塊大石頭裝上發動機也能飛上天」，線傳飛控系統的威力由這句話可見一斑。飛機設計師在設計時的限制少了許多，可以在設計飛行器時更逼近極限，讓飛機能具有更高的性能。

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據傳某人在寫這篇文章時唯一用到的參考資料是大敵當前的VCD（還有老虎系列的光碟）

忘了打∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼

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