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操縱桿 ：飛行過(guò)程中，飛行員主要通過(guò)操縱桿/盤(pán)和腳蹬操縱升降舵、方向舵、副翼，使飛機從一種飛行狀態(tài)轉變?yōu)榱硪环N飛行狀態(tài)，以完成起飛、爬升、巡航、下降、進(jìn)近著(zhù)陸等。

操縱桿的發(fā)展歷史

操縱桿伴著(zhù)飛行器的誕生而誕生，操縱桿的發(fā)展離不開(kāi)飛機飛行控制系統的發(fā)展，操縱桿的成長(cháng)伴隨著(zhù)飛機飛行控制系統的成長(cháng)而變化。

最早的飛機以機械操縱為主，這種操作方式較為簡(jiǎn)單基礎，操縱桿動(dòng)作通過(guò)桿、繩索和滑輪組等組件直接傳遞給執行機構。但是隨著(zhù)后來(lái)飛機設計得越來(lái)越大，飛行速度越來(lái)越快，機身結構越來(lái)越重，風(fēng)阻也越來(lái)越大，這種需要靠飛行員體力來(lái)完成操縱的系統逐步退出了飛機市場(chǎng)。

20世紀50年代起，飛行操縱系統以液壓助力的機械操縱為主，類(lèi)似千斤頂的原理，操縱桿動(dòng)作傳遞至液壓活塞，再推動(dòng)液體，另一端活塞接著(zhù)去推動(dòng)執行機構。這種操縱系統依然是通過(guò)機械方式實(shí)現，還是需要飛行員能夠直觀(guān)地“看到”自己的動(dòng)作。

20世紀70年代起，電傳操縱系統逐漸搶占了飛機飛行控制系統，操縱桿的動(dòng)作通過(guò)伺服機構轉化為電信號，通過(guò)電纜傳輸至執行機構。這種方式不再需要飛行員“做大動(dòng)作使大力氣”，也節約了駕駛艙的空間。當然這也不是一開(kāi)始就這樣的，空客公司早期的 A300、A310飛機都還是中央桿/盤(pán)。到20世紀80年代，空客公司在A(yíng)320飛機上率先采用了電傳操縱技術(shù)，開(kāi)始采用側桿。

中央桿/盤(pán)與側桿

在設計布局上，中央桿/盤(pán)位于飛行員的兩腿之間，通過(guò)雙手操作前后運動(dòng)，完成控制飛機的俯仰、左右旋轉，控制飛機的滾轉。側桿由彈簧和阻尼裝置組成，采用固定桿力曲線(xiàn)，飛行員可以通過(guò)前后左右移動(dòng)手柄控制飛機的俯仰、滾轉運動(dòng)。

中央桿/盤(pán)還有一個(gè)特點(diǎn)是雙手操縱，可像汽車(chē)方向盤(pán)一樣繞轉軸旋轉，飛行員可以根據自己的習慣使用左手或右手進(jìn)行操作。而側桿位于飛行員身體的一側，飛行員很難用另外一只手對其進(jìn)行操作，因此無(wú)法雙手交替操縱駕駛桿。

中央桿/盤(pán)的零部件比側桿要多，包括傳力鋼索、扭力桿、桿力機構、伺服電機等，其體積分散不便于統計，但其重量與占用的空間一般是側桿的幾倍。中央桿/盤(pán)的安裝比較復雜，不便于拆卸，整個(gè)裝置大多只能在日常維修時(shí)更換，而側桿為獨立的可更換單元部件，可在20-30分鐘內完成更換。中央桿/盤(pán)的接口比較復雜，可達性差，側桿相對簡(jiǎn)單，通過(guò)機械接口安裝在飛行員外側的操縱臺上，通過(guò)電氣接口與相關(guān)的設備進(jìn)行通信。側桿的信號形式簡(jiǎn)單，中央桿/盤(pán)的信號獨立性較強。

單個(gè)側桿與中央桿操縱類(lèi)似，同樣具有中央桿/盤(pán)所具有的桿力裝置，但因為是力臂短且單手操縱，桿力特性會(huì )有所不同。需要說(shuō)明的是，中央桿/盤(pán)是聯(lián)動(dòng)的，任何一個(gè)人有操作的話(huà)，在另一個(gè)操縱桿上也會(huì )有同樣的位移量；側桿是獨立的，一個(gè)人操縱另一個(gè)不會(huì )有變化，在兩個(gè)側桿上各有一個(gè)搶奪控制權的按鈕，正副駕駛同時(shí)操作時(shí)，計算機把兩個(gè)人的操作量相加并不超過(guò)最大值。中央桿/盤(pán)和側桿的功能差異，導致了其相關(guān)屬性的要求不完全一致。因此不同飛機對中央桿/盤(pán)、側桿的性質(zhì)要求是不同的。

中央桿/盤(pán)的飛機可以按照CCAR25部中25.143，25.145， 25.147，25.171，25.173，25.175，25.177 等條款設計操穩特性，而25部沒(méi)有關(guān)于側桿的操穩特性設計要求。利用行程較大的中央桿/盤(pán)實(shí)現姿態(tài)、軌跡的精確控制要比使用行程很小的側桿容易，因此要滿(mǎn)足采用了側桿的飛機的飛行品質(zhì)要求，需要對控制律設計提出更高的要求。

主動(dòng)側桿與被動(dòng)側桿

由于操縱桿和飛機受控面之間不存在機械連接，飛行員操縱時(shí)無(wú)法直接感受到飛機受控運動(dòng)后的反作用力，使飛行員“感覺(jué)匱乏”，因此可能會(huì )造成操縱過(guò)快、過(guò)量或難以及時(shí)做出修正。為了彌補“感覺(jué)匱乏”的不足，近些年來(lái)，隨著(zhù)伺服控制技術(shù)的成熟，開(kāi)始主動(dòng)側桿技術(shù)的研究。具體來(lái)看，主動(dòng)側桿能夠根據不同飛行環(huán)境和要求調整操縱桿的力位移特性，獲得良好的操縱性能，也能通過(guò)驅動(dòng)裝置，實(shí)現可變的桿力曲線(xiàn)，并能夠反驅駕駛桿運動(dòng)，實(shí)現正副駕駛的聯(lián)動(dòng)。

目前還沒(méi)有主動(dòng)側桿在商用飛機上應用的案例，主要的研究集中在地面試驗或直升機、戰斗機應用方面，如BAE公司在F-35戰斗機、 JAS-39 戰斗機、UH-60直升機、CH-53直升機等飛機上使用主動(dòng)側桿，在灣流G500和G600準備使用主動(dòng)側桿。Liebherr公司為SSJ-100飛機的飛行模擬器提供了主動(dòng)側桿。另外，美國聯(lián)合技術(shù)航空航天系統公司為MS-21提供主動(dòng)側桿，該主動(dòng)側桿已在法國菲雅克的模擬器上完成地面試驗檢測，如一切順利，MS-21將成為世界上第一個(gè)采用主動(dòng)側桿控制技術(shù)的商用飛機。

在現行服役的空客飛機上，被動(dòng)側桿得到了廣泛的飛行驗證。相較被動(dòng)側桿，主動(dòng)側桿增加了復雜性。當飛行員操縱主動(dòng)側桿時(shí)，作用力被力傳感器測量，由伺服電機的控制器將測量到的力信號轉換成位置指令（根據飛行狀態(tài)的不同），驅動(dòng)伺服電機帶動(dòng)手柄運動(dòng)到某一位置，同時(shí)，伺服電機控制器需要接受來(lái)自于飛控計算機的指令，用于確定側桿控制的桿力梯度、硬限制等。

主動(dòng)側桿可實(shí)現左右駕駛的電氣耦合聯(lián)動(dòng)，自動(dòng)駕駛儀在操縱飛機時(shí)側桿也跟隨移動(dòng)，與傳統的中央桿/盤(pán)左右聯(lián)動(dòng)操縱模式相似。主動(dòng)側桿不僅和被動(dòng)側桿一樣，具有視覺(jué)通知機組操作權限及提示音通知機組兩個(gè)人在同時(shí)操縱飛機外，還可以通過(guò)可變梯度實(shí)現了左右聯(lián)動(dòng)功能。

另外，與被動(dòng)側桿依靠彈簧提供固定梯度的力感不同，主動(dòng)側桿還可以接收飛機響應的反饋信息。動(dòng)式側桿引入了力反饋作動(dòng)器，通過(guò)作動(dòng)器將這些反饋信息以反作用力的形式施加到操縱桿上，以便于飛行員能更真實(shí)的感受飛機狀態(tài)。但同時(shí)也承擔了力反饋作動(dòng)器可能出現的風(fēng)險，例如卡阻、失控和非指令運動(dòng)引起飛機急偏等。

主動(dòng)側桿較被動(dòng)側桿增加了伺服電機，同時(shí)也會(huì )增加相應的安裝機構，最重要的是還要增加一個(gè)電子控制單元，用來(lái)驅動(dòng)電機的運動(dòng)。該電子控制單元的尺寸、重量和主動(dòng)側桿本身的尺寸相近。