现代战斗机的很多技术,在家用汽车上能看到影子,比如抬头显示器HUD,原本是标志先进战斗机的高大上玩意儿,现在家用汽车也能装上了,虽然比战斗机上的那套简单便宜得多,但对于汽车还是比较新鲜的东西,作用嘛,都是不用频繁地低头看仪表盘。
战斗机的HUD抬头显示器
家用汽车的HUD
当然,现在F-35已经不玩HUD了,直接头盔显示(HMD),还有不少机型是两种兼容,欧洲台风、法国阵风,我国歼-20、歼-10C、歼-16等等,但汽车就算了。
还有比较有意思的,那就是汽车上的电控档把,以前的档把,不管是手动挡还是自动挡,都是一根档杆样式,电控档把既可以设计成档杆,也可以设计成换挡按键、拨杆、旋钮等各种式样。
机械档杆
按钮式换挡
旋钮换挡
集成在方向盘上的电子拨档
电子档杆换挡杆
电子换挡杆(拨档、旋钮、按键)都是用电子设备、线路替代了机械换挡的大量零部件,改机械液压阀操控变速箱为电控换挡,不但缩小了档杆的体积,更是减轻了重量,而且电脑控制换挡时机非常精确,所以现在很多电控换挡的自动变速箱可以达到8档-9档变速,比以前档4-5档变速更加省油。
电子换档和机械换档让我想到飞机上类似原理的电传飞控和机械飞控系统,飞机以前都是液压机械飞控系统,现在咱们都知道了什么4余度数字式电传飞控系统,模拟电传飞控系统,更先进的光传飞控系统等等。
最早的舵面控制是人力操控系统
比液压更早的是人力机械操纵系统,就是操纵杆连接钢丝绳,通过滑轮组、连杆机构连接到控制舵面,转弯、爬升、下降都是靠飞行员用力扳动操纵杆,飞行速度越大,用力就越大,据说日本二战著名的零式飞机,时速超过500公里后,飞行员就得手脚并用才控制得了,这还是日本海军当时著名的高机动战机。
到了喷气式飞机时代,靠人扳肯定玩不转了,好在技术也进步了,机械液压操控就来临了,液压助力是个好东西啊,咱们汽车上自从有了液压助力转向,女孩子们都扳得动方向盘了,没这东西,那就得先去健身房练肌肉去。
机械液压传动好是好,就是多了液压动作筒这些重量不轻的东西,而且飞机为了防止失灵,得配两套独立系统,所以死重很大(不用可不就是死重?备用的用了,主用的坏了也还是死重,死重死重的),而且占用的空间巨大。
不过在发明和完善电传操控之前,也只能承受机械液压传动系统的死重了。
F-15的液压操纵系统,两套独立备份
这是著名的F-15战斗机的液压操纵系统,两套独立备份,减一份不行,坏了可就完了。
F-15这么先进的战机也是液压操纵系统?没错,人家可是上世纪60年代设计,1972年首飞的“老人家”了,那会儿电传飞控还在娘胎里。
黑泽英介的作品,拍得漂亮,但F-15J是机械操控系统,落后时代了
当然,最新的出口沙特的F-15SA和卡塔尔的F-15QA已经改了电传飞控,美国空军最新订货的F-15EX当然也是电传飞控了,这一下就减了肥,最大武器挂载量从10吨提高到13.4吨,所以能外挂22枚AIM-120,看上去特别能打。
改电传后,挂载能力和机动性都有巨大提升
电传飞控系统用电缆替代了复杂的机械连接装置,电缆虽然也有份量但比起液压系统那是轻多了,最开始还有一套液压系统备份,后来全改电传备份,这也就是咱们听说的三余度、四余度电传操纵系统的说法,三余度就是三部计算机各自独立工作,四余度就是再多一部备份电脑,备份电脑比备份液压系统轻多了,空间占用也小得多,有趣的是,这四余度电传操纵系统,平时是三部电脑工作,但一旦发生其中一部电脑计算结果和另外两部不一样,就关闭这台电脑,启动第四台电脑,F-16就是这样的四余度数字式电传飞控系统。
参加1975年巴黎航展的F-16原型机
为啥高低搭配的低端机F-16反而用上了电传飞控,就因为F-15首飞那年(1972年),F-16才基本设计完成,要说最早用上电传飞控系统的,那还不是战斗机,而是阿波罗11号登月用的登陆飞船。
阿波罗11号的登月飞船
阿波罗11号这登月飞船不但用了电传飞控,而且连液压备份都没有,这也没办法,搞两套系统玩砸的可能性反而更大,而且得轻啊!得了,电传飞控“除了我,你还有选择吗?”
事实证明,这玩意儿还行,不错!于是赶紧弄一架飞机试试,就在一架F-8C战斗机上安装了阿波罗11号的计算机和控制系统,试验成功后,1973年颁布了著名的MIL-STD-1553数据总线,这样1974年首飞的YF-16就用上了电传飞控。F-15面临夺取制空权的压力,没时间等,必须稳妥为重。至于和YF-16竞争的YF-17最初的设计还是使用机械液压操纵系统,因为诺斯罗普对电传飞控还不放心,当然后来改成海军的F/A-18的时候,诺斯罗普对可靠性放了心,也使用了电传飞控。
这哥俩火了半个世纪了
电传飞控系统就是把飞行员操纵杆的动作变成电信号传给计算机,然后由计算机通过电缆控制飞机的各个舵面,对飞机的控制能力和飞行品质提高具有非常大的作用,当然,前提是机载计算机要可靠、小巧、运算能力强,电子科技的高速发展,这就不是难事儿了,所以能给飞机装上三四台电脑,充分备份。
电传飞控还有个特别的优势,那就是飞机本身的气动特性都写在了飞控代码里,计算机能自动纠正飞行员的错误动作,必要时甚至能接管飞机,所以对客机来说,特别棒。当然,对战斗机这种追求高机动性的飞机,飞行员有时会非常不爽。
说起我国战机何时开始使用电传飞控,刚开始就是进口的那批苏-27SK/UBK了,当然,那会儿大家还知道它是模拟式电传操纵系统,其实最早的F-16也是模拟式。
模拟式电传操纵和数字式电传操纵的区别,就是模拟式采用模拟传感器、模拟式计算机和输入输出设备,数字式则采用数字式计算机和输入输出设备,传感器包括(各种陀螺、加速度计等惯性测量仪器和迎角传感器等大气测量仪器),鉴于纯数字式传感器至今都没有研制成功,两者使用的都是模拟式传感器,所以,四余度电传飞控严格地说,也只是半数字式电传操纵系统。
我国最早进口的苏-27SK
早期的苏-27操纵系统,纵向还是机械的,只有横向是模拟电传飞控,所以确实还是初级的,但据传,这种系统的苏-27可以随便飞“眼镜蛇”机动,到后来纵横向都改电传飞控了,反而受计算机自动控制迎角防止失速的影响,倒是不能随意飞“眼镜蛇”了。
苏-27眼镜蛇机动
我国自行设计的战机,从歼-10开始当然是数字式电传飞控了,比如咱们看到歼-10能左右机翼挂载不同载荷,甚至一侧挂载另一侧是空挂载,这就上电传飞控的作用,计算机能自动配平,实战中,一侧武器打完,计算机自动控制飞行而不出现偏转,而没有电传飞控的飞机就不行了,比如1982年英阿马岛战争中,阿根廷的法制“超军旗”战机,一侧挂载飞鱼导弹,另一侧就得挂个等重的副油箱,打完导弹,副油箱得同时抛弃。
歼-10B/C战机
技术进步当然不会止步,电传飞控之后,光传飞控时代即将来临,也就是用传输数据带宽更大、传输速度更快、重量更轻的光纤代替电缆,比起电传系统还有个特别重要的优点,那就是无惧电磁干扰,现在的电传飞控系统只能在电缆外再加上金属屏蔽层,成本更高制造工艺也更复杂,而光纤则天然免疫。此外,一公里光纤只有150克重,想想把电传系统的电缆换成光缆得减重多少?
据报道,中航工业沈阳飞机设计研究所的光传飞控系统已经研发成功,这不仅对于沈飞旗下的战机,而且对成飞、西飞及哈飞等中航旗下所有飞机都具有极其重大的意义。看来,歼-35舰载隐身战机不得了。
歼-35舰载机设想图
好了,战斗机用光传飞控升级了,那电传操控能否下放到咱们的家用汽车上,让咱们过过瘾呢?还真有!
汽车电传操控系统
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