歼20的光传操纵系统！！

光传操纵系统
　　什么是光传操纵系统： 　　光传操纵系统是以光代替电作为传输载体，以光导纤维作为物理传输媒质，在计算机之间或计算机与远距离终端（如舵机等）之间传递指令和反馈信息的飞行控制系统。光传操纵系统是在电传操纵系统上发展起来的，也是后者的发展趋势。电传操纵系统的致命弱点是易受雷电和电磁干扰及核辐射的影响。现代飞机性能不断提高，电子设备日趋复杂，这必然导致电缆用量的增加以及线路布局的复杂化，从而加大了线路之间的干扰，使电传操纵系统不能正常工作。解决这一问题的根本办法就是采用光传操纵系统。 　　采用光纤作为传输介质，以光信号的形式传输，使得光传操纵系统具有很多优点。首先，它具有抗电磁干扰、抗电磁脉冲辐射和防雷电等特点，且光纤本身不辐射能量，这就提高了可靠性和安全性。其次，光缆可减轻控制系统的重量、缩小体积，从而大大改进飞机的稳定性和可操纵性。再次，光纤的故障隔离性好，当一个通道发生故障时不会影响其他通道。光传操纵系统的研究始于上个世纪70年代。1975年，美国空军试验中心在A-7D飞机上利用光纤作为传输线。1979年，洛克希德公司在一架喷气滑翔机上试验了光传操纵系统，取得成功。目前光传操纵系统的研究重点是开发各类光传感器、光处理器等。 　　光传操作系统的好处： 　　1) 在强电磁干扰下飞行。电磁干扰通常可分为外部干扰（来自飞机外部的不期望的各种导航、通讯设施和所有人为或天然的电磁干扰源）和内部干扰（由机身内部的通讯、导航、传感器变送系统和能源系统等引起的辐射或传导噪声）。由于现代数字电子技术、多电（more electric）飞机作动系统和现代空战中电子干扰战术的应用，以及全球范围内高强辐射源的剧增，使得飞机安全飞行环境的电磁干扰和核辐射的问题更为突出。同时越来越多地采用复合材料将导致系统中的电子元器件失去传统飞机金属蒙皮的屏蔽保护，即使是具有良好屏蔽的复合材料蒙皮，其对外部环境的干扰亦仅可提供不超过70dB的衰减。目前解决这一问题的根本途径就是采用纤维光学系统，由于依赖于光进行工作，因此具有固有的抗电磁干扰能力，可使对飞机的电磁干扰衰减若干个数量级。此外，由于光纤内传播的光能几乎不向外辐射，因此不会造成同一光缆中各光纤之间的串扰及故障扩散。　 　　2) 减轻机载设备重量。飞机的重量与飞机的机动性和整体性能紧密相关，进一步减轻机载设备的重量是十分有益的。以光纤一对一地替换FBW系统中的电导线，所需光纤的总重仅为原电导线总重的1/20，在运输机（如MD-12）上，仅此一项即可减重500kg左右，如果再将除操纵系统之外的其它系统的信号传输线（电缆）以光缆代替，并考虑到由于光纤的使用大大减少了FBW系统所必需的屏蔽设施，飞机的整体重量还可大大减轻。即使在战斗机上，借助光纤的多路传输（如频分复用、波分复用或光载波复用/解复用）技术，在1根光纤中可传输多路不同的信号，因此可以大大减少所需光纤的总量，例如F/A-18的每一个作动筒平均有15路分立的信号线，改用FBL技术后只需1根光纤即可实现15路电导线所完成的信号传输功能。 　　3) 数据传输速率高和传输容量大。对于大多数飞控系统来说，1Mbps的导线式应答总线传输速率是足够的，但先进的UMS和VMS系统对于传输速率的要求高达5～20Mbps，只有满足美国标SAE AS-1773A的光纤数据总线才可胜任。由于光传输的高速率，可以采用分时的方法在一根光纤中传递多路信号，同时也为应用频分和波分等复用技术提高数据传输容量提供了很大的潜力。如字长为20位时,一路光纤传输10000路信号的频宽可达100Hz.。　 　　4) 改善系统的动态特性。随着飞机电子系统的日益集成化和复杂化，电传操纵系统已不能满足进一步改善系统性能的要求，而光传系统高速率、大容量的特点为提高系统频宽提供了相当的潜力，同时，FBL系统的减重亦可改善军用机的机动性。此外，光纤与神经网络技术的结合为有效地实施最优控制设计提供了可能。　5) 提高飞机的总体性能及燃油经济性。无论是商用飞机还是军用飞机，其总体性能的改善与飞机整体的减重总是紧密相关的，FBL系统重量轻这一特点将可直接增加飞机的有效荷载和续航能力，或减少燃油消耗。 　　6) 降低验证费用，改善成本-效益指标。验证航空电子设备和飞行控制系统的复杂程度及所需费用急剧增加，用于MD-11（装备有传统的FBW操纵系统）上的EME整机验证费用约达1200万美元。由于光纤固有的抗电磁干扰特性，对于光纤接口和光缆传输系统则仅需要进行部件级的EME验证实验，而无需再进行昂贵的整机EME验证。此外，由于光纤总线频宽高，因此可以在飞行控制系统验证中提供更迅速的方法辨识飞机的飞行动力学和稳定性参数，大大减少飞机控制律的研制开发周期，进而减少验证费用。研究表明，FBL与FBW的结合使飞机的可靠性、可维护性和易损性均得到10％～14％不同程度的改善，而FBL与神经网络技术的结合可实现控制系统故障的实时辨识，有效地减少维护费用。 　　下表所示为A－7飞机的飞控系统采用光纤替代铜导线后的性能对比， 从中可以从一个方面看出采用光纤后的优点。 　　A－7飞机采用光纤和导线的比较 　　铜导线 光纤 比较 所用根数 　　302 13 减少 289根 　　电（光） 缆连接器总重（kg） 　　14.45 1.2 减至原来 1/12 　　总长度（m） 　　576.07 68.27 减少 88% 　　终端试验费用（＄ ） 　　1280 240 　　电（光） 缆连接器费用（＄ ） 　　350 790 　　总费用（＄ ） 　　1630 1030 减少 600＄光传操纵系统
　　什么是光传操纵系统： 　　光传操纵系统是以光代替电作为传输载体，以光导纤维作为物理传输媒质，在计算机之间或计算机与远距离终端（如舵机等）之间传递指令和反馈信息的飞行控制系统。光传操纵系统是在电传操纵系统上发展起来的，也是后者的发展趋势。电传操纵系统的致命弱点是易受雷电和电磁干扰及核辐射的影响。现代飞机性能不断提高，电子设备日趋复杂，这必然导致电缆用量的增加以及线路布局的复杂化，从而加大了线路之间的干扰，使电传操纵系统不能正常工作。解决这一问题的根本办法就是采用光传操纵系统。 　　采用光纤作为传输介质，以光信号的形式传输，使得光传操纵系统具有很多优点。首先，它具有抗电磁干扰、抗电磁脉冲辐射和防雷电等特点，且光纤本身不辐射能量，这就提高了可靠性和安全性。其次，光缆可减轻控制系统的重量、缩小体积，从而大大改进飞机的稳定性和可操纵性。再次，光纤的故障隔离性好，当一个通道发生故障时不会影响其他通道。光传操纵系统的研究始于上个世纪70年代。1975年，美国空军试验中心在A-7D飞机上利用光纤作为传输线。1979年，洛克希德公司在一架喷气滑翔机上试验了光传操纵系统，取得成功。目前光传操纵系统的研究重点是开发各类光传感器、光处理器等。 　　光传操作系统的好处： 　　1) 在强电磁干扰下飞行。电磁干扰通常可分为外部干扰（来自飞机外部的不期望的各种导航、通讯设施和所有人为或天然的电磁干扰源）和内部干扰（由机身内部的通讯、导航、传感器变送系统和能源系统等引起的辐射或传导噪声）。由于现代数字电子技术、多电（more electric）飞机作动系统和现代空战中电子干扰战术的应用，以及全球范围内高强辐射源的剧增，使得飞机安全飞行环境的电磁干扰和核辐射的问题更为突出。同时越来越多地采用复合材料将导致系统中的电子元器件失去传统飞机金属蒙皮的屏蔽保护，即使是具有良好屏蔽的复合材料蒙皮，其对外部环境的干扰亦仅可提供不超过70dB的衰减。目前解决这一问题的根本途径就是采用纤维光学系统，由于依赖于光进行工作，因此具有固有的抗电磁干扰能力，可使对飞机的电磁干扰衰减若干个数量级。此外，由于光纤内传播的光能几乎不向外辐射，因此不会造成同一光缆中各光纤之间的串扰及故障扩散。　 　　2) 减轻机载设备重量。飞机的重量与飞机的机动性和整体性能紧密相关，进一步减轻机载设备的重量是十分有益的。以光纤一对一地替换FBW系统中的电导线，所需光纤的总重仅为原电导线总重的1/20，在运输机（如MD-12）上，仅此一项即可减重500kg左右，如果再将除操纵系统之外的其它系统的信号传输线（电缆）以光缆代替，并考虑到由于光纤的使用大大减少了FBW系统所必需的屏蔽设施，飞机的整体重量还可大大减轻。即使在战斗机上，借助光纤的多路传输（如频分复用、波分复用或光载波复用/解复用）技术，在1根光纤中可传输多路不同的信号，因此可以大大减少所需光纤的总量，例如F/A-18的每一个作动筒平均有15路分立的信号线，改用FBL技术后只需1根光纤即可实现15路电导线所完成的信号传输功能。 　　3) 数据传输速率高和传输容量大。对于大多数飞控系统来说，1Mbps的导线式应答总线传输速率是足够的，但先进的UMS和VMS系统对于传输速率的要求高达5～20Mbps，只有满足美国标SAE AS-1773A的光纤数据总线才可胜任。由于光传输的高速率，可以采用分时的方法在一根光纤中传递多路信号，同时也为应用频分和波分等复用技术提高数据传输容量提供了很大的潜力。如字长为20位时,一路光纤传输10000路信号的频宽可达100Hz.。　 　　4) 改善系统的动态特性。随着飞机电子系统的日益集成化和复杂化，电传操纵系统已不能满足进一步改善系统性能的要求，而光传系统高速率、大容量的特点为提高系统频宽提供了相当的潜力，同时，FBL系统的减重亦可改善军用机的机动性。此外，光纤与神经网络技术的结合为有效地实施最优控制设计提供了可能。　5) 提高飞机的总体性能及燃油经济性。无论是商用飞机还是军用飞机，其总体性能的改善与飞机整体的减重总是紧密相关的，FBL系统重量轻这一特点将可直接增加飞机的有效荷载和续航能力，或减少燃油消耗。 　　6) 降低验证费用，改善成本-效益指标。验证航空电子设备和飞行控制系统的复杂程度及所需费用急剧增加，用于MD-11（装备有传统的FBW操纵系统）上的EME整机验证费用约达1200万美元。由于光纤固有的抗电磁干扰特性，对于光纤接口和光缆传输系统则仅需要进行部件级的EME验证实验，而无需再进行昂贵的整机EME验证。此外，由于光纤总线频宽高，因此可以在飞行控制系统验证中提供更迅速的方法辨识飞机的飞行动力学和稳定性参数，大大减少飞机控制律的研制开发周期，进而减少验证费用。研究表明，FBL与FBW的结合使飞机的可靠性、可维护性和易损性均得到10％～14％不同程度的改善，而FBL与神经网络技术的结合可实现控制系统故障的实时辨识，有效地减少维护费用。 　　下表所示为A－7飞机的飞控系统采用光纤替代铜导线后的性能对比， 从中可以从一个方面看出采用光纤后的优点。 　　A－7飞机采用光纤和导线的比较 　　铜导线 光纤 比较 所用根数 　　302 13 减少 289根 　　电（光） 缆连接器总重（kg） 　　14.45 1.2 减至原来 1/12 　　总长度（m） 　　576.07 68.27 减少 88% 　　终端试验费用（＄ ） 　　1280 240 　　电（光） 缆连接器费用（＄ ） 　　350 790 　　总费用（＄ ） 　　1630 1030 减少 600＄