最新曝光的2015号歼-20四代机试飞照片，拍摄角度独特可以感受到这款中国最先进战斗机的弧线之美。（图片鸣谢：黄天坝）

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　　文/云中子

　　世界上最早采用电传操纵系统的战斗机是欧洲联合研制的“狂风”。由于它性能不甚出众，很多人多少把它忽略了。但它标志着航空技术史上的一个新纪元。接踵而至的就是电传系统在F-15、F-16上的应用。

　　电传操纵系统的概念并不难理解，就是将飞行员的操纵信号变成电信号，通过电缆支架传输到自主式舵机。它去掉了传统飞机操纵系统的机械传动装置和液压管路，大大简化了飞机内部的机构设计工作。电传操纵系统主要包括运动传感器、中央计算机、作动器和电源、相当于动物的神经系统、大脑和肌肉。为什么“狂风”之后的战斗机要全面使用电传操纵系统呢？

　　2015号歼20以完全态飞赴阎良后，2013再改成2015的模样，很可能说明国家定型试飞没什么问题。 那么下一步，不长的时间内会去打靶，然后就齐活儿了。(图：飞扬军事 钢娃)

　　三代机与电传飞控时代

　　根据越南、中东战场上的经验教训，以F-15、F-16、米格-29、苏-27为代表的三代机突出强调了亚音速条件下的高机动格斗能力。不过，机动性与稳定性却是一对矛盾。一架飞机如果没有稳定性，就不能飞行，但如果太稳定了，机动性也就很糟糕，失去了战斗机的价值。这对矛盾发展到第三代战斗机时已经十分尖锐，到了非解决不可的地步。

　　于是人们开始逆向思考，能不能一开始就将飞机设计成静不稳定的气动布局(重心在气动中心之前)，这样能显著提高机动能力，但必须频繁调整各种启动操纵面才能避免飞机乱翻。如果依然靠传统的机械传动装置，飞行员必须像章鱼一样长出很多只手才够用。因此，这种飞机的控制不是机械传动所能胜任的，必须采用自动化飞控系统，吧陀螺仪、姿态传感器等发出的信号传入计算机，再由计算机发指令给作动器。但是，为了给飞行员一个模拟的反馈，操纵杆上特意设置了杆力机构，让飞行员体会到操纵的幅度。

　　从严格意义上说，“电传”和“飞控”是两套组件。“电传”负责采集驾驶杆和飞控的电指令信 号，通过解算俯仰和倾斜通道的电 传操纵指令，形成相应舵机的动作信号，控制飞机舵面偏转。“飞控”负责采集其它敏感器的数据，例如大气敏感器提供的真空速、攻角等信号，通导设备提供的无线电 高度等数据，惯导提供的三轴过载、角度等信号，解算出飞机实时 姿态信息。在飞机控制中，电传组件的权限要比飞控组件高得多。在必要情况下，飞行员甚至可以绕过飞控直接指挥电传。所以飞控组件有自动驾驶、联合操纵和飞行员操纵三种模式。

　　元宵佳节，网友上传了数张2015号与2013号新版歼-20四代机同时现身的照片，上演了一幅“双龙闹元宵”的罕见画面。(鸣谢：鼎盛军事 中南海保镖)

　　电传飞控克服传统机械操纵系统的很多缺点，例如重量大、占据空间大、机构复杂、存在非线性(几间之间存在摩擦和间隙)和弹性变形。电传操纵不存在传动设备热胀冷缩的问题，不需要润滑，去点了百余个叫指点。更重要的是能实现静不稳定飞机的主动控制，设计师们可以为战斗任务选择和优化布局，然后由飞行控制计算机根据相应控制律保证飞机的稳定飞行。如果没有电传飞行控制系统，任何采用静不稳定设计的战斗机---包括歼-10---根本就别想飞起来。

　　电传飞控是一个很大的概念，包括了各种增稳器、传感器、自动驾驶仪等等。在电传操纵系统中，飞机各个控制面对驾驶员操纵的反应不仅仅取决于飞行员的动作，还必须参考各种机载传 感器反馈的飞行状态，如速度，迎角等等，更先进的电传飞控系 统还要考虑发动机的工作状态信息，即全权限发动机数字控制系统。飞控系统可以综合判断各种信息，决定控制面应该做出什么反应。换句话说，在自动驾驶状态下，如果计算机认为驾驶员的动作不正确，就可以不执行这个操作，这对安全有利。

　　这同时也意味着，战斗机的性能好坏不再完全取决于气动布局的设计了，更关键之处在于电传飞控能在多大程度上吻合其实际飞行包线。虽然电传操纵由“狂风”开创，由F-15、F-16发扬光大，但真正通过电传操纵大幅度提高飞行性能的典范则是苏-27。苏-27因为初期样机不能对抗F-15而决心推翻重来，摈弃了传统的飞机设计法则，通过采用四余度模拟式电传操纵系统、静不稳定布局而获得了性能的空前提高。

　　网友于五一劳动节期间在网上发布了一组歼20战机近期试飞美图。2013号歼20进行低空机动测试，展示了小半径转弯、垂直爬升接筋斗、低空横滚、小速度低空通场等动作。(鸣谢 作者：中南海保镖)

　　通过这样的方法，战斗机机动性和稳定性的矛盾就解决了，电传飞控成了第三代战斗机的标准配备。然而，这条路注定是不平坦的，很多三代机项目因此被拖了后腿，而JAS-39、“台风”更是因此付出了血的代价。

　　“飞火推一体化”的概念

　　在标榜4S性能的四代机时代(既超音速巡航、超机动性、超视距攻击、低可探测性)，对电传飞控系统又提出了哪些更高的要求呢？

　　在四代机时代，电传系统的概 念外沿实际上大大延伸了。三代机 的电传系统只是指狭义的飞控，主要用于飞行控制，而火控系统与动力系统部分则相对独立。四代机的 电传系统则要实现将火力、动力系统的控制整合在一起，构成所谓的“飞火推”一体化综合航电控制系统。

　　四代机在基本设计阶段就把电传系统纳入总体设计，将全机所有子系统与航电软、硬件框架彻底地整合起来，绝不仅仅是用电传操纵取代机械操纵。所以“飞火推一体化”给予了飞机总师和气动力专家全新的自由，设计出机动性更好、 重量更轻、阻力更小、航程更远并能满足特殊任务需求的飞机。这对飞机设计所产生的影响远远超过了三代机时代。然而其中的巨大困难，也成了绝大多数国家在研制过程中难以逾越的一道门槛。

　　据网友拍摄的照片显示，久未露面的2013号歼-20四代机近日进行了升空试飞。(图片鸣谢：鼎盛军事 Adam.Y)

　　“飞火推一体化”可以非常方便地实现定速自动地形跟踪突防和自动攻击，设定好目标航路之后， 就可以自动调节舵面和油门，飞行员实施人工干预后可以自动补偿变化了的参数。这就形成了一个某种意义上的“大回路”，给飞机赋予了“灵魂”。

　　要实现这个目标，首先必须采 用综合式航电系统，用综合核心处理器(CIP)处理飞控、火控、动力等数据。而综合式航电的硬件主 要有高速处理器(相当于大脑)、高速网络(相当于神经)、贴片式数据传感器(相当于体表细胞、眼睛和耳朵)。由于电子、电气设备的大幅度增加，电磁干扰和雷击对飞机的威胁更大了。特别是现代先进战斗机采用了越来越多的复合材料，机体对电磁波的屏蔽作用越来越小，使这个问题日益严重。因此，美国已经开始了光传操纵系统的预研和试飞。它将电信号转化为光信号，利用光纤传输，彻底避免了电磁干扰问题，也提高了传输速率和带宽。光传操纵系统可能已用于F-22A的改进。

　　其次是整合问题，也就是软件的可拓展性和开放性问题。这是真正的难点所在。一些F-22研发人员在论文中坦率地承认，在F-22A综合式航电系统软件的编制中，传感器融合是一个难点。

　　未来还要以单机平台为基础拓展到机群融合，即“智能网络航电系统”。未来的飞行员不管是在座舱里、地面上，还是预警机内，他对飞机下达的不是飞行指令，而是战斗任务。战斗机会依据任务内容自主制定作战规划、最佳导航路 线、攻击方式等，然后执行。这其 中不仅仅涉及到控制算法，还要注重软件质量、武器的可靠性和实时性，还要把任务分送到上百个处理器去执行，难度可想而知。因此，最先搞出四代机的美国还处在“摸着石头过河”的状态，F-22A所装备的也只是综合式航电系统的雏形。F-35由于研制时间较晚，情况要稍好一些，其航电系统和飞机上各个任务子系统高度融合，但与真正的目标仍有相当距离。既便如此，从工作量比例度来看，F-22A和F-35项目“飞火推一体化”的软件编制工作量已经逼近现有工程能力的极限了。

　　据美国《空军杂志》网站2015年4月10日报道 在向《空军杂志》的问题答复中美国空军称将维持F-22机队到本世纪40年代，早前空军曾预测F-22将从30年代中期开始退出现役。美国空军发言人Ed Gulick在一份电子邮件中表示“基于当前计划的机队飞行小时与实际飞机使用的对比，在不对机体结构开展使用寿命延长计划(SLEP)情况下‘猛禽’机队的预计服役寿命将持续到本世纪40年代。”

　　对歼-20“飞火推一体化”综合航电系统的简单推测与分析

　　如果有这么一种四代机方案，其基本设计意图是通过采用更超前的气动设计、具备开放性的综合航电系统，即便发动机、雷达等子系统性能稍差，也能获得相当于F-22A的整体战斗力，那么这个四代方案很显然必定是隐形、超巡、超机动以及超视距攻击能力的有机结合。

　　所谓更超前的气动设计，可能包括了远距耦合全动式鸭翼、全动式V型双垂尾、蚌式进气道、大型机内弹舱，很可能还要采用双发推力而喷口不转，或者喷口转而平尾不转，或者喷口和平尾都转。具体采用哪种方式，由CIP根据各种传感器数据和飞行员的需求，经综合计算后得出飞控指令。例如，当在高空超巡时，平尾力矩大，这时候飞控系统可以采用喷口转向辅助平尾配平，也许平尾下偏15度，而喷口只偏5度。低速大仰角飞行时平尾效率低，CIP可以控制平尾不偏转，只控制矢量喷口来控制俯仰。而苏-30MKI是做不到的，即使平尾因发生气流分离而失效了，还是要和喷口一起同步偏转。这就是“飞火推一体化”和简单把推力矢量技术整合入飞控的区别，也是四代机与三代机的本质不同之一。

　　就歼-20方案而言，还有更复杂的问题---“飞火推一体化”对火控、武器、空战能力的影响。比如当与敌机迎头时，飞行员滚转，然后拉杆做水平盘旋，与敌机形成双环格斗局面。如果这时火控系统可以根据飞控系统(飞行员的指令)判断出飞机是在左盘旋还是右盘旋，就能自主决定开启左弹舱还是右弹舱，并提早对空空导弹引导头制冷，那么对整体战斗力的提升将是显尔易见的。这一切只有实现了“飞火推一体化”才能做到。这当然是飞行员的梦想，却是工程师面前的险峰。

　　近日，网友拍摄到1架以黄绿色底漆状态试飞的歼-10B战斗机，该机机头刷涂的“51”编号和垂直尾翼上“1051”编号引起了不少军迷的好奇，在此前出现的歼-10B战斗机中，并未出现过类似规律的编号。(拍摄：飞扬军事 钢娃)

　　结语

　　那么，歼-20有没有可能利用此前在三代机上所建立的软、硬件航电系统框架，经过一定程度的完善和拓展，发展出能够满足要求的“飞火推一体化”系统呢？这恐怕是不行的。

　　阿联酋定购F-16 block 60时，提出装矢量喷口，但洛-马公司委婉地拒绝了。按理说，F-16 block 60已经装备了千兆级的光纤网络，完全满足传输速率要求。但为何洛-马不把类似于多轴推力矢量(MATV)喷口这样的高级货装在F-16 block 60上大赚一笔？这只能说明，现有系统可以用来验证个别技术，但是要真正实现飞、火、推融合，无论是软件还是硬件上都要推倒重来，全面建立新一代综合航电系统平台后才有可能实现。

　　如果歼-20团队有信心将它发展成真正具有实用价值的未来空战平台，那么真正的大手笔或许不是原型机本身，而是一套革命性的、面向未来几十年需求、有可拓展性的“飞火推一体化”综合航电控制系统框架，并利用这套“软”框架发展出其它不同任务侧重的四代机机体平台。(作者署名：兵器 新浪军事特此鸣谢)

　　春节来临，中国军迷们用他们的方式拜年。近日有网友放出了数张国产2013及2015号歼20战机试飞的高清美图，祝贺新年。图中歼20机身弹仓的蒙皮凹线清晰可见。(鸣谢：鼎盛军事 机外停车)

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