请问飞机上使用的电传操纵系统是怎么回事，怎么还有3余度？

与“电传操纵系统”对应的是“机械操纵系统”，是一种依托电子和计算机技术发展起来的新型战机操纵系统。至于我们经常听到的“三余度”，简单来说就是3套飞行控制计算机、四余度就是4套，更多的余度可以保证当飞控某一部分故障和错误时时其他备份能够继续使飞机正常飞行。但这个余度设计时必须恰到好处，设计不当反而降低可靠程度，所以航空工业真不是随随便便的国家就能搞得。

电传操纵系统

“电传操纵系统”对应的是“机械操纵系统”，早期飞机的操纵主要有2种：纯机械操纵和液压操纵。

纯机械操纵就是将飞机控制杆通过钢索直接连接到气动舵面，中间以滑轮组和其他机构辅助，拉动操纵杆时钢索带动副翼、升降舵等运动。这种操作最为简单粗暴，但是也是最费劲的，几乎完全是靠人力在操纵，一旦钢索疲劳断裂飞机就出现某个方向的操纵失灵。

下图为苏联An-2运输机，也是中国运-5的原型，机舱内分布的钢索就是用来操纵飞机的。不过这种钢索控制设计简单、成本很低，目前很多小型飞机依旧采用钢索滑轮组控制，比如世界上产量最大的C172轻型飞机依旧还是钢索控制。而新中国在早期航空工业比较落后的那段时间也是主要以这种纯机械方式设计飞机，比如我们的第一架大飞机运-10依旧是钢索滑轮组控制。

液压操纵，液压操纵是钢索滑轮组控制的升级版，由操纵杆直接带动钢索改为操纵杆控制液压系统，由液压组件带动气动舵面运动。这种操纵方式比纯钢索滑轮组要省力一些，但是依旧没有改变操纵杆和舵面直接连接的关系，还是一种机械操纵方式。早期波音737号称“空中健身房”就是因为采用的液压操纵方式使飞行员操纵较电传的A320吃力地多。为了保证飞机操作的可靠性往往使用多套液压系统，但液压系统大量的液压管和液压组件挤占了大量的重量。而且对于较为复杂的气动布局液压系统也没有办法做到完美控制，比如飞翼结构的机型因为没有水平尾翼和垂直尾翼操纵起来极为麻烦，虽然从20年代就开始研究但一直没有投入实用化，直到后来数字化电传操纵的出现才出现了B-2轰炸机。美国A-10、早期F-15、中国歼-8都是液压操纵的典型代表，下图为早期F-15的液压操纵系统。

电传操纵，电传操纵是一个划时代的控制方式，上面提到的钢索滑轮组控制和液压控制都是操纵杆直接与气动舵面建立关系，都是直接的机械操纵。但电传操纵则出现了变化，操纵杆的动作会转化为电信号，这个电信号经过各种处理后输出相应控制电信号通过线缆传到舵机以驱动控制面偏转，达到操纵飞机的目的。下图是一套四余度纵向电传操纵系统，操纵杆到舵面并没有直接连接，全套的电传操纵系统包括软、硬件两大部分，硬件包括传感器、机电作动系统、飞控计算机等等、软件就是一大堆正确的逻辑代码。

电传操纵也是经历了模拟电传和数字电传两个大的阶段，苏联Su-27战斗机就是采用早期的模拟电传，而世界上第一种量产化的采用数字电传的战斗机是美国F/A-18“大黄蜂”战斗机。而正是由于计算机系统的介入，战机的操纵系统可以更好地平衡各种因素带来的影响，也就是电传操纵的核心在于高度的自动化，比如同时综合气压、空速、攻角、过载等等任何对动作带来硬性的因素，最后得出正确的反馈信号对飞机各个舵面进行正确的控制。比如盘旋的时机载电脑可以算出最优的尾翼舵面角度，干净的进入一个盘旋弧线。另外，机载电脑对于飞行员误操作以及极限动作有一个很好的控制，保证飞机在飞行包线内飞行。

这也使得战机的启动布局开始呈现多样化，比如中央升力体、鸭翼、三角翼等等……而像B-2、F-117不符合“常规气动布局”的飞机也走上实用化舞台。下图为美国F-8“十字军”舰载战斗机，是NASA在1972年专门改造用来实验电传飞控的试验性机型，机载电脑来自于阿波罗登月项目的登月舱

余度

但是可靠性如何保证？这就牵扯出“余度”的问题，所谓“余度”就是多余的，对飞机来说由于计算机及其代码总是会出现短暂或者长期的故障，这个时候就等于战机某些操作会出现异常甚至直接丧失。为了避免这种情况，电传操纵在设计的时候通常都有备份，也就是将这套飞控系统由一套增加至多套，多套系统同时工作除了表现在强大的纠错能力，再就是作为备份机顶替出现故障的其他计算机，这就等于既提高了可靠性也降低了整体故障性。其基本思想就是增加余度资源、提高可靠性。如果是三余度，那么就代表着有3套飞控计算机、四余度就是4套，除非你有能力保证1套控制就100%完美，但这种情况非常少见。

其实这种所谓电传思想已经深入到很多领域，比如下图为MK38型舰炮操作台，旁边其实就是一个和游戏手柄一样的东西，就是通过这个手柄给控制计算机传输电信号再反馈到舰炮进行动作。而现代汽车中也是摈弃了原先的机械油门，踏下油门时由EGAS控制单元对喷油机构进行控制。而战机电传操纵的思路也是为自动驾驶乃至之后的人工智能、无人飞机打下了基础，人力直接控制显然是要直接淘汰掉的。