气动控制(苏-57升级版，采用前沿的气动面控制系统——电动静液作动器)

Posted 2023-05-30

篇首语：书史足自悦，安用勤与劬。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了气动控制(苏-57升级版，采用前沿的气动面控制系统——电动静液作动器)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

气动控制(苏-57升级版，采用前沿的气动面控制系统——电动静液作动器)

俄罗斯《消息报》日前发表报道称，俄罗斯联合航空制造集团正在对苏-57战斗机进行现代化升级，升级型苏-57除了换装“产品-30”涡扇发动机外，还将采用非常前沿的气动面控制系统——电动静液作动器，升级之后的苏-57隐身性和机动性将得到进一步提升，将成为继F-35之后第二款采用电动静液作动技术的五代机，预计升级型苏-57将于2022年开始试飞。

◎试飞中的苏-57战斗机原型机（图源：俄罗斯国防部）

在开始说电动静液作动器之前，我们需要先简单了解一下战斗机操纵系统的发展历史。最早的战斗机体积小、重量轻、飞行速度慢，也没有襟翼、可动边条、鸭翼这些气动面，操纵起来很简单也不费劲儿，飞行员的操纵力通过简单的钢缆、滑轮组合就可以传递至平尾、垂尾和副翼舵面上，进而实现各种机动。

◎早期螺旋桨战斗机的飞行控制系统，就是一套最简单的滑轮-连杆组合

随着战斗机越来越大、越来越快，气动面的尺寸和重量也随之增加，仅靠飞行员的臂力已经很难有效操纵气动面，航空工程师开发出了机械助力系统将飞行员的臂力放大来完成飞行操纵。而当进入20世纪40年代之后，螺旋桨战斗机的飞行速度越来越快，气动面也越来越大，即便有机械助力系统飞行员操纵起来也非常吃力，机械液压操纵系统应运而生。

◎F-35的一体式襟副翼作动器，作动筒鼓包位于翼根处，相对来说不是那么明显

机械液压操纵系统较机械助力系统有了很大提升，可以满足绝大多数飞机的操纵需求，但对于机动性能提升飞速的第三代喷气式战斗机而言，机械液压操纵系统短板也逐渐开始暴露，机械传动有其不可克服的局限，如重量过大、占用大量机内空间、机械和液压系统备份冗余等等，电传操纵系统在此背景之下粉墨登场。

◎电传操纵系统示意图，核心是机载飞行控制计算机

电传操纵系统用电缆取代了复杂的机械系统，节省了大量机内空间和结构重量，飞行员的操纵指令经机载计算机转换为电信号之后驱动液压作动筒作动完成操纵，气动面的动作更加精细可控，而数字式的电传操控系统还可以将飞行员的操纵指令严格限制在安全包线内，避免了失速等危险机动，是目前普遍应用的一种主流飞行操纵系统，大型民航客机和军用飞机均采用这种飞行操纵系统。

◎海军型的F-35C因为外翼段要折叠，因为需要比A/B型多了一个折叠作动机构

然而需要指出的是，从源动力角度而言，电传操纵系统（fly-by-wire）相较机械液压操纵系统，其实没有本质上的升级，二者的区别只是前者将机械指令升级成了电子指令。电传操纵系统各作动系统执行机构（可简单理解为航模的舵机）的动力源，都是中央液压系统驱动的，而中央液压系统需要液压回路，结果就是即便是电传操纵系统也无法避免复杂的液压管路设计和多套液压冗余系统。液压易泄露、液压管线结构复杂、长距离液压传动效率低等缺点非常明显，严重影响了战斗机的轻量化以及生存性和机动性提升，未来的战斗机需要更先进的飞行操纵系统——以电动静液作动器（Electro-hydraulic actuator）为核心的“全电操纵系统”横空出世。

◎F-35战斗机的电动静液作动器应用情况一览

之所以要给“全电操纵系统”加引号，是因为电动静液作动器，工作时依然离不开液压油液和液压缸，所以严格意义上来说它不是“全电”的。电动静液作动器的工作原理是将电能转化为液压动力，然后液压动力再转换为机械能，液压作动筒驱动相应的气动面进行偏转，可以简单理解为power-by-wire（电力驱动）。

虽然飞行控制系统末段执行机构都是液压作动筒，但使用电动静液作动器的操纵系统的优势在于它的液压作动筒不需要中央液压系统来驱动，而是由分布式的静液压作动器驱动的，这样一来就省去了复杂的中央液压系统，这也就意味着遍布机身的液压管路和备份管路都可以取消了，不仅可以省下空间和重量，还有效节省了中央液压系统对于发动机能源的消耗。传统的中央液压系统需要消耗发动机的能源来维持液压油的压力，还需要专门的冷却系统来冷却液压油液，能源损耗较大。

◎F-35战斗机水平尾翼电动静液作动器

而从安全性角度来看，使用电动静液作动器的操纵系统有助于提升载机的飞行安全性。电传操纵系统依赖中央液压系统，一旦发动机停车或者被击中甚至冷却系统失效，中央液压系统也就失效了，这也就意味着各气动面液压作动筒不能收放了，气动面会瞬间卡死，战机马上会陷入失控，此时载机只能启用备份操纵系统，但是对于失速速度越来越高的喷气式战斗机而言，机械式的备份操纵系统意义其实不大。

◎F-35战斗机的分布式电动静液作动器布局示意图

电动静液作动器则不同，由于不依赖于中央液压系统提供的液压动力，即便战机发动机停车或者被击中，只要输送电能和传送电信号的电缆没断，电动静液作动器就可以正常工作，因为其液压系统是独立分布的，具有较强的抗损能力，使用这种操纵系统的飞机生存性自然也就提高了。

◎电动静液作动器的结构组成示意图，仍然需要液压缸和液压油

如果一定要说缺点的话，那就是电动静液作动器仍然离不开液压油和液压缸，一旦分布于机身各处的电动静液作动器液压油液发生泄露或者液压缸体破裂，那么相应的气动面也就失效了，这是电动静液作动器最大的缺点。不过考虑到现阶段没有比液压作动筒更为高效的执行机构，这一缺点几乎可以忽略不计。

◎苏-57战斗机襟副翼作动筒，鼓包还是比较明显的

最后简单总结一下，使用电动静液作动器的“全电飞行操纵系统”，实现了从fly-by-wire到power-by-wire的飞跃，完成了飞行操纵系统的轻量化、小型化、高效化升级，省去了非必要的冗余设计，提升了飞机的生存性、机动性和续航力。而对于苏-57这样的第五代战斗机而言，电动静液作动器还可以减小液压作动机构的体积，进而可以减小襟副翼液压作动筒的鼓包尺寸，提升隐身性能。