电传操作的致命隐患

—飞行员诱发振荡

　　电传操纵系统具有重量轻、操纵性能好的优点，而且能为本来不稳定的飞机提供人工稳

　　定。但是，以前设计人员往往低估了电传操纵系统带来的副作用，以及可能产生一些意想不

　　到的操纵响应问题。国外经验表明，使用电传操纵将带来飞行员飞机耦合诱发振荡的隐

　　患，必须通过多次试飞，真正找出隐患所在并加以解决，以便更好地使用电传操纵系统。

　　近来，国外一些装备电传操纵系统的军用机和民用机连续出现了事故，这促使一些研

　　究机构专门研究飞行员飞机耦合对飞机安全的影响，重点是研究飞行员、飞机和操纵系统

　　组合在一起时，在何种情况下会造成飞行不稳定。电传操纵系统的飞行员-飞机耦合问题

　　如果解决得不好，容易产生飞行员诱发振荡（PIO）。但是，飞行员诱发振荡这个术语容易

　　使人们将事故完全归咎于飞行员的感觉，其实这是不正确的。实际上，在现代飞行操纵系统

　　中，飞行员仅仅是操纵回路的一部分，这种飞行员诱发振荡往往是操纵系统设计不当引起

　　的，当意料不到的振荡发生时，系统不是引导飞行员去消除振荡，而是误导他采取加剧振荡

　　的动作，但习惯上还是把这种现象称为飞行员诱发振荡。而且在谈到飞行员诱发振荡时，还

　　应把飞机-飞行员耦合不当所造成的非振荡性的有害极端运动也包括在内。电传操纵系统是

　　一种高性能、高增益系统，因而由于种种原因容易产生飞行员诱发振荡。飞行员诱发振荡往

　　往来得很突然，在事故之前，一切仿佛都很顺利，但猝不及防就产生了事故，甚至是灾难性

　　的事故。据报道，国外几乎所有装备电传操纵系统的飞机都在研制中出现过或大或小的飞行

　　员诱发振荡，而且曾摔过几架飞机。然而这种飞行员诱发振荡在地面模拟器上常常是检测不

　　出来的。飞行员在模拟器上操纵飞机时心情往往比较放松，因为他知道其性命并未处于危险

　　之中。电传操纵系统造成飞行员诱发振荡的原因可归纳为以下几点：

　　飞行员的操纵过猛，加上系统的增益高，容易导致操纵面偏转和偏转速率达到极限，这

　　种饱和现象会引起控制滞后变大，从而造成飞机不稳定。

　　在电传操纵系统中，飞行员的操纵并不直接与操纵面相连，只是将控制指令以电的方式

　　送到操纵作动器，故飞行员感受不到运动的速率和操纵面已达到最大偏转的情形，这有可能

　　造成飞行员所希望的响应与实际响应不一致，从而产生飞行员诱发振荡事故。

　　电传操纵系统的优点是可以提高飞机的性能，可以精心为飞行操纵系统开发一些操纵模

　　式，系统可根据所执行任务的不同阶段和飞行条件改变操纵响应。如果设计得好，飞行操纵

　　系统各模式间的转换应是平稳的，而且不干扰飞行员对飞机的操纵。但实际情况并非完全如

　　此，操纵模式间的转换有时会引发飞行员诱发振荡事故。

　　飞行员诱发振荡事故通常在飞行员完成要求很高的任务时发生，这时他要集中精力精确

　　控制飞机的航迹。事故往往在使要求很高的任务中断、或需要更高精度时突然发生。触发飞

　　行员诱发振荡的事件包括会使飞行员飞机动态特性发生变化的飞行员控制幅度的增加、飞

　　行操纵系统的变化、微小的机械故障和严重的大气扰动。相当普遍的触发飞行员诱发振荡的

　　原因是飞行操纵系统增益校准得不好。

　　飞行员诱发振荡事故常常与采用新设计和新技术有关，但也可在飞机执行还未进行过飞

　　行员诱发振荡事故易感性分析的任务时发生。美国的一架YF22试验机1992年4月25日

　　在爱德华兹空军基地低空飞过跑道时坠毁。飞机从12米的高度开始，作了四、五次振荡后

　　撞在跑道上。分析表明，当时飞机并没有发生故障，事故是由于一些意料不到的事件引起

　　的，主要原因是试飞人员在低空时没有将推力矢量控制切断。YF22的推力矢量控制是为

　　高空、大迎角飞行优化的，以便使机头迅速下俯，从过失速迎角中恢复，而没有对低空、低

　　速条件下推力矢量接通时的控制律进行过设计或分析。试飞程序要求在低空切断推力矢量控

　　制，但试飞人员却没有遵守。当飞行员抬起落架时，触发了俯仰指令响应自动发生变化，驾

　　驶杆很小的移动产生了意想不到的很大的控制响应，从而造成飞行员诱发振荡事故。

　　瑞典的一架JAS战斗机1993年8月8日在斯德哥尔摩向公众表演时坠毁，原因是飞行

　　员所期望的响应与控制系统的设计能力不一致。当时飞行员猛地向右压满杆，想从大坡度左

　　转弯中改平，以便在观众面前加速通过。此滚转输入使作动器达到极限，飞机滚过了头，这

　　时飞行员向左压满杆，导致作动器的位移和速率都达到了极限，结果产生了滚转飞行员诱发

　　振荡。当时由于作动器饱和，操纵面滞后从不到100毫秒增加到800毫秒，加剧了振荡。

　　根据国外的经验教训，针对我国装备电传操纵系统的新机将陆续进入试飞阶段的具体情

　　况，笔者认为：电传操纵系统与普通操纵系统有本质的不同，电传操纵系统会由于其本身的

　　变化或外界因素的改变突然产生意料不到的操纵响应，因而不能像对待普通操纵系统那样来

　　对待电传操纵系统。对电传操纵系统必须进行多次试飞，并彻底模拟和分析，找出隐藏的飞

　　行员诱发振荡事故。对电传操纵系统，不能片面追求操纵性能，更要注意使它不易产生飞行

　　员诱发振荡。设计人员要注意飞行操纵系统的不同模式间应以与飞行员预期相一致的方式转

　　换。要想找出隐藏的飞行员诱发振荡，应多做飞行试验。电传操纵控制律在变稳飞机上的试

　　飞是发现飞行员诱发振荡的重要手段。地面模拟期间因缺乏目视和加速度线索，所选的操纵

　　响应往往太灵敏而且变化突然。瑞典曾用NT-33A变稳飞机研究过JAS39的电传操纵系统。

　　美国已从去年开始在F-16变稳飞机上试飞F-22的电传操纵系统。这些经验值得我们借鉴。—飞行员诱发振荡

　　电传操纵系统具有重量轻、操纵性能好的优点，而且能为本来不稳定的飞机提供人工稳

　　定。但是，以前设计人员往往低估了电传操纵系统带来的副作用，以及可能产生一些意想不

　　到的操纵响应问题。国外经验表明，使用电传操纵将带来飞行员飞机耦合诱发振荡的隐

　　患，必须通过多次试飞，真正找出隐患所在并加以解决，以便更好地使用电传操纵系统。

　　近来，国外一些装备电传操纵系统的军用机和民用机连续出现了事故，这促使一些研

　　究机构专门研究飞行员飞机耦合对飞机安全的影响，重点是研究飞行员、飞机和操纵系统

　　组合在一起时，在何种情况下会造成飞行不稳定。电传操纵系统的飞行员-飞机耦合问题

　　如果解决得不好，容易产生飞行员诱发振荡（PIO）。但是，飞行员诱发振荡这个术语容易

　　使人们将事故完全归咎于飞行员的感觉，其实这是不正确的。实际上，在现代飞行操纵系统

　　中，飞行员仅仅是操纵回路的一部分，这种飞行员诱发振荡往往是操纵系统设计不当引起

　　的，当意料不到的振荡发生时，系统不是引导飞行员去消除振荡，而是误导他采取加剧振荡

　　的动作，但习惯上还是把这种现象称为飞行员诱发振荡。而且在谈到飞行员诱发振荡时，还

　　应把飞机-飞行员耦合不当所造成的非振荡性的有害极端运动也包括在内。电传操纵系统是

　　一种高性能、高增益系统，因而由于种种原因容易产生飞行员诱发振荡。飞行员诱发振荡往

　　往来得很突然，在事故之前，一切仿佛都很顺利，但猝不及防就产生了事故，甚至是灾难性

　　的事故。据报道，国外几乎所有装备电传操纵系统的飞机都在研制中出现过或大或小的飞行

　　员诱发振荡，而且曾摔过几架飞机。然而这种飞行员诱发振荡在地面模拟器上常常是检测不

　　出来的。飞行员在模拟器上操纵飞机时心情往往比较放松，因为他知道其性命并未处于危险

　　之中。电传操纵系统造成飞行员诱发振荡的原因可归纳为以下几点：

　　飞行员的操纵过猛，加上系统的增益高，容易导致操纵面偏转和偏转速率达到极限，这

　　种饱和现象会引起控制滞后变大，从而造成飞机不稳定。

　　在电传操纵系统中，飞行员的操纵并不直接与操纵面相连，只是将控制指令以电的方式

　　送到操纵作动器，故飞行员感受不到运动的速率和操纵面已达到最大偏转的情形，这有可能

　　造成飞行员所希望的响应与实际响应不一致，从而产生飞行员诱发振荡事故。

　　电传操纵系统的优点是可以提高飞机的性能，可以精心为飞行操纵系统开发一些操纵模

　　式，系统可根据所执行任务的不同阶段和飞行条件改变操纵响应。如果设计得好，飞行操纵

　　系统各模式间的转换应是平稳的，而且不干扰飞行员对飞机的操纵。但实际情况并非完全如

　　此，操纵模式间的转换有时会引发飞行员诱发振荡事故。

　　飞行员诱发振荡事故通常在飞行员完成要求很高的任务时发生，这时他要集中精力精确

　　控制飞机的航迹。事故往往在使要求很高的任务中断、或需要更高精度时突然发生。触发飞

　　行员诱发振荡的事件包括会使飞行员飞机动态特性发生变化的飞行员控制幅度的增加、飞

　　行操纵系统的变化、微小的机械故障和严重的大气扰动。相当普遍的触发飞行员诱发振荡的

　　原因是飞行操纵系统增益校准得不好。

　　飞行员诱发振荡事故常常与采用新设计和新技术有关，但也可在飞机执行还未进行过飞

　　行员诱发振荡事故易感性分析的任务时发生。美国的一架YF22试验机1992年4月25日

　　在爱德华兹空军基地低空飞过跑道时坠毁。飞机从12米的高度开始，作了四、五次振荡后

　　撞在跑道上。分析表明，当时飞机并没有发生故障，事故是由于一些意料不到的事件引起

　　的，主要原因是试飞人员在低空时没有将推力矢量控制切断。YF22的推力矢量控制是为

　　高空、大迎角飞行优化的，以便使机头迅速下俯，从过失速迎角中恢复，而没有对低空、低

　　速条件下推力矢量接通时的控制律进行过设计或分析。试飞程序要求在低空切断推力矢量控

　　制，但试飞人员却没有遵守。当飞行员抬起落架时，触发了俯仰指令响应自动发生变化，驾

　　驶杆很小的移动产生了意想不到的很大的控制响应，从而造成飞行员诱发振荡事故。

　　瑞典的一架JAS战斗机1993年8月8日在斯德哥尔摩向公众表演时坠毁，原因是飞行

　　员所期望的响应与控制系统的设计能力不一致。当时飞行员猛地向右压满杆，想从大坡度左

　　转弯中改平，以便在观众面前加速通过。此滚转输入使作动器达到极限，飞机滚过了头，这

　　时飞行员向左压满杆，导致作动器的位移和速率都达到了极限，结果产生了滚转飞行员诱发

　　振荡。当时由于作动器饱和，操纵面滞后从不到100毫秒增加到800毫秒，加剧了振荡。

　　根据国外的经验教训，针对我国装备电传操纵系统的新机将陆续进入试飞阶段的具体情

　　况，笔者认为：电传操纵系统与普通操纵系统有本质的不同，电传操纵系统会由于其本身的

　　变化或外界因素的改变突然产生意料不到的操纵响应，因而不能像对待普通操纵系统那样来

　　对待电传操纵系统。对电传操纵系统必须进行多次试飞，并彻底模拟和分析，找出隐藏的飞

　　行员诱发振荡事故。对电传操纵系统，不能片面追求操纵性能，更要注意使它不易产生飞行

　　员诱发振荡。设计人员要注意飞行操纵系统的不同模式间应以与飞行员预期相一致的方式转

　　换。要想找出隐藏的飞行员诱发振荡，应多做飞行试验。电传操纵控制律在变稳飞机上的试

　　飞是发现飞行员诱发振荡的重要手段。地面模拟期间因缺乏目视和加速度线索，所选的操纵

　　响应往往太灵敏而且变化突然。瑞典曾用NT-33A变稳飞机研究过JAS39的电传操纵系统。

　　美国已从去年开始在F-16变稳飞机上试飞F-22的电传操纵系统。这些经验值得我们借鉴。