波音公司早前提出的美國海軍下一代戰斗機概念。
隨著美國四代機F-22以及F-35裝備部隊并陸續形成作戰能力，其他國家四代機正在加速研制?；诿绹I先一代的思維模式，在四代機全面裝備之時也就是下一代戰斗機研究啟動之日，但是美國的五代機研制至今猶抱琵琶半遮面，始終未透露出其概念及輪廓。下一代戰斗機飛行器到底是什么樣，其定位、目標是什么，飛控系統將采用什么樣的體系架構，飛控作動系統又將采用什么樣的設計理念及新技術，都值得我們去認真的思考并積極應對。
飛控系統的發展歷程及趨勢分析
飛行控制系統(以下簡稱：飛控系統或FCS)是將飛行控制指令從駕駛員或從其他信號源傳遞到相應力和力矩發生器所應用的部件組成的系統，通過氣動舵面的偏轉實現對飛機的姿態、軌跡以及乘坐品質、幾何形狀(氣動外形)和結構模態等的控制。對軍用飛機來說，飛行控制主要對飛機的姿態、軌跡以及幾何形狀進行控制，對民用飛機來說，除了正常的姿態、軌跡控制外還對乘坐品質、結構模態提出較高的要求。
軍用有人駕駛飛機(包含直升機)的飛控系統一般分為人工飛行控制系統(MFCS)和自動飛行控制系統(AFCS)。人工飛行控制系統又分為主飛行控制系統(PFCS)和輔助飛行控制系統(SFCS)。主飛行控制系統主要控制飛機的鴨翼、副翼、方向舵、升降舵(平尾)、直升機的主槳及尾槳，以及完成相似功能的其他飛行舵面的控制，輔助飛行控制系統主要控制飛機的襟翼、縫翼、減速板、擾流板等輔助飛行舵面。
飛控系統的發展是隨著飛機性能的發展而發展的。其發展大致經歷了從簡單機械飛控(MCS)系統、可逆和不可逆助力控制系統(MCS)、增穩(SAS)及控制增穩(CAS)控制系統、電傳飛控系統，并向功率電傳(PBW)以及光傳飛控(FBL)、智能飛控等方向發展。
為了使飛機的綜合性能進一步提升，同時隨著信息技術的高速發展以及飛機面臨需求環境的復雜化，飛控系統更多的與飛機本身或其他系統交聯融合，進一步向飛行控制、火力控制、推力控制等綜合飛控以及綜合飛行管理方向發展。另外，飛控系統自身的發展也逐步從集中控制向大系統綜合管理、小系統分布式控制方向發展，傳輸信號也由目前的電傳向功率電傳、光傳方向發展，系統控制方式也由有人干預的飛行控制方式逐步向有限自主控制、完全自主的智能控制方向發展。
飛控作動系統的形成及發展歷程
上世紀80年代以后，隨著系統技術、通信技術、計算技術、控制技術、功率電傳技術、智能技術發動機適量噴管技術、飛發一體化控制技術等的進一步成熟及飛機和飛控系統架構的快速發展(飛機復雜度大大提高，出現了飛行管理系統;飛控系統由集中控制向分布控制發展)、系統級供應商的出現，使得飛控作動系統作為一個物理和功能完全獨立的分系統呼之即出并成為現實。同時隨著飛機尤其是戰斗機飛行包線的逐漸擴大以及越來越復雜的飛行任務對飛機性能的要求逐步提高，以及電傳飛控系統的快速發展，其作為一個完整獨立的分系統在飛機飛控系統中的功能及作用日益突出。
所謂飛控作動系統，狹義地講即驅動控制飛機姿態及軌跡運動舵面的裝置或系統，也就是我們平常所說的舵回路(或舵面作動系統)。即是為了改善舵機的性能以滿足飛控系統要求，將舵機的輸出信號反饋到輸入端形成負反饋回路或稱伺服回路的伺服作動系統。
隨著短距/垂直起降飛機、變體(仿生)飛機等新飛機的發展及飛發一體化技術的日益結合緊密，飛控作動系統的界面已逐步突破傳統的以飛機舵面為主的控制，逐步將與飛行控制相關的機翼變形控制、發動機矢量控制、升力風扇控制、傾轉機翼控制作動等結合起來，飛控作動系統突破了傳統的邊界及定義，由于這些新的控制作動技術與原有的飛控作動技術比較類似，為同源技術的擴展，因此逐步形成了廣義上的飛控作動系統或技術。
飛控作動系統在未來五代機中的重要性
未來戰爭將是信息化條件下的高技術戰爭，信息化作戰平臺是信息化作戰系統發揮打擊威力的物質基礎。新軍事變革和信息技術的飛速發展，對當前與未來作戰思想和作戰模式產生了廣泛而深遠的影響，未來五代機向智能化、精確化、隱身化、多功能化以及超高機動性、敏捷性、更強續航、超速巡航、更高自主性方向發展。飛控系統也向自主控制、智能控制及分布式決策控制等方向快速發展，飛控作動系統在未來五代機中的重要性愈加明顯。飛行控制不僅與飛機總體性能高度融合，還與發動機控制及性能高度結合，使得飛機的飛行性能大大提升。飛控作動系統不僅要求功重比大大提升，還需在空間重量比、響應性能、可靠性、預測與健康管理(PHM)、損傷自修復、高度自主決策等方面邁入一個新的高度。
飛控系統是服務于飛行器整體需求的，飛行器的發展及性能要求決定了飛行控制技術的發展方向，因此要研究未來飛控作動系統技術的發展，首先要了解未來五代機的特點及其面臨的問題。國外五代機主要是以美國為代表，獨自開展需求分析、初步論證以及針對工業部門的信息征詢。
按照美國武器裝備發展的一般原則，裝備形成初始作戰能力(裝備部隊)之日即是新一代裝備提出理想之日，新一代裝備的需求論證分析等更要提前。因此早在2008年，美國空軍基于對長期能力差距的擔憂，提出研發下一代戰機的建議。2009年美國防部即指示美國空軍開始五代機能力的初始研發工作。美國研制五代機的目標是彌補2030年可能形成的裝備能力空缺，提升國防部所關心的美國“高性能戰術飛機工業基礎”能力，確保在該領域的全球優勢。美國防部計劃在2015年正式啟動項目研發，可能在2016年確定原型機項目歸屬的概念研究項目競標。
根據對未來五代機使命任務的需求分析、初步的論證及通過工業部門的信息征詢。未來五代機的特征由以前的霧里看花、眾說紛紜，到目前的若隱若現、各持己見，但美國軍方仍沒有給出一個像四代機具有4S特征的那樣明確的大家公認的說法。我們只能站四代機的肩膀上，結合各方的說法以及未來技術發展的趨勢，給五代機勾畫出初步的藍圖以及可能的一些特征：
a)無尾全翼身融合的超扁平外形設計;
b)超常規機動及超聲速巡航，具有全球打擊能力;
c)超維度物聯網系統;
d)實現超域界控制;
e)采用高推重比的自適應(變循環)發動機;
f)其它的一些典型特征及可能采用的技術。
未來五代機飛控作動系統技術
發展趨勢分析
從三代機發展到四代機，飛控作動系統的發展經歷了從功能獨立、體系架構一體化設計到功能物理皆獨立、系統體系架構逐步開放的轉變，而且作動系統余度進一步減少(從四余度向三余度)。未來五代機飛控作動系統的體系架構隨著飛控系統自主分布式控制要求將進一步開放，飛控作動系統的功能更加獨立，控制更加自主，其任務可靠性提高的情況下余度數還可能進一步降低(可能為雙余度或單余度及其組合)。這就要求飛控作動系統可以快速無縫的實現與飛控系統、飛行管理系統以及機上其它系統甚至地面監控系統的遠程通信、快速判斷處理及飛行任務規劃的重新組合。
由于五代機飛行速度的提高及飛行包線的進一步擴展，同時加上采用的非常規布局方式，使得飛控作動系統的穩定性、動態響應及系統控制精度均提高。
未來五代機采用非常規布局，其航時、航程比現有四代機提高一倍多。飛控作動系統作為飛機中重量、二次能耗所占空間比較大的系統，對飛機的性能影響很大。未來五代機在飛機舵面負載進一步增加的同時，飛控作動系統的重量約要降低，效率還有提升，為適應超薄機翼等帶來的影響，其所占空間比還要進一步減小。
目前四代機飛控作動系統具有一定的自我維護、測試及保障能力，自修復(狀態監控)、預測與健康管理功能更多的是利用上一級系統來實現。分布自主控制作為未來五代機的主要特征，使得飛控作動系統的自主控制、自主管理能力大大加強，原來依賴于上一級系統的維護、測試、保障、自修復以及預測與健康管理等功能將依靠自身或地面遠程監控自主完成。
未來五代機飛控作動系統
關鍵技術研究
開放式系統架構是指通過采用商用標準和商用貨架產品，降低系統成本，提高可用性、可靠性和可持續發展性，以適應系統不斷增長的任務能力的需求，滿足不同用戶的需要，方便對系統進行升級。由于采用開放式體系結構，在更換一些部件或增加一些新的部件時，不需要改動系統其它部分的硬件和軟件。把功能分配在不同的模塊上，功能的增加和去除則通過改變軟件模塊來實現。功能間共享資源，具有容錯特性，提高了系統的可靠性。而且還很容易滿足不同型號的需求。
未來隨著五代機對系統動態響應、高精度、穩定性及可靠性、壽命、預測及健康管理要求的提高，系統呈現多變量復雜特性，其控制策略將由經典控制理論向以狀態空間法為基礎的現代控制理論轉變。其控制策略技術在結合傳統經典控制理論的基礎上，將更多的融合魯棒控制、自適應控制以及模糊和神經網絡控制等控制理論。
作為飛控作動系統的核心執行單元——伺服作動器，其可靠性、重量、轉換效率對整個飛控作動系統影響非常大。約占作動系統重量的70%(以F-35飛機為例)。作動器從上世紀40年代后出現的常規機液作動、電液作動發展到電作動、電動靜液作動，整整經歷了半個世紀多，其技術發展整體較為緩慢，但每一代飛機的發展都伴隨著作動技術的發展，或者說作動技術的發展也促使了每一代飛機技術的提升，未來五代機作動技術的關鍵技術主要體現在以下方面：
a)高效及省功率設計技術;
b)高壓長壽命及無泄漏設計技術;
c)一體化集成設計技術;
d)高效大減速比傳動設計技術;
e)作動器先進材料應用技術。
未來五代機飛控作動系統作為一個高度自主、智能的獨立系統，其對自身信息的感知大大增強，同時由于飛機向多電/全電化發展，使得作動系統中的各類感知元件(各類高精度溫度、壓力、流量、位移、應力傳感器以及相應的復合傳感器等)、功率轉換元件(大功率驅動模塊、適應高溫的陶瓷封裝集成電路、高可靠處理芯片、高功重比直流無刷電機、高壓高轉速變排量泵或馬達、高效機械傳動副)、輔助功能元件(密封裝置、功能閥)等成為關鍵，要求其向小型化、輕量化、高效化、智能化、高可靠、即插即用等方向發展。
飛控作動系統作為一個獨立的系統，其測試及實驗技術至關重要。目前國內還沒有將飛控作動系統試驗作為一個完整獨立的試驗技術進行研究，更多的是與飛控系統集成綜合實驗(飛控鐵鳥實驗)一起進行，造成大量的問題在系統綜合中暴露，工作反復，影響研制進度。國外在四代機中已將飛控作動系統作為一個獨立的系統進行單獨測試及實驗，使得系統綜合更加簡單。未來五代機中由于飛控作動系統的功能和要求日益復雜，自身智能化程度更高，而且由于其更高的可靠性、測試性、安全性、預測與健康管理、特殊環境適應性要求，不但使得系統實驗的難度會大大增加，而且會大大增加系統中各關鍵部件的實驗，如液壓元件的抗污染實驗、機械傳動部件的抗卡死實驗、預測與健康管理實驗。同時基于縮短研制周期和節省經費的考慮，會結合復雜系統建模的要求增加各類部件及系統仿真或半物理仿真實驗，縮短系統和部件物理實驗時間。
智能化及微型化是新一代及未來航空器發展的主要方向，歐美等國研究較早，制定了相關的研究計劃，其研制的產品已進行了相關的試飛驗證。未來五代機中由于控制功能的日益復雜，對作動系統的智能化程度要求越來越高，應加強對以智能材料、驅動電路、結構原理為基礎的智能作動系統進行研究。
發展五代機飛控作動系統技術的思考
國外已將飛控作動系統作為一個獨立的系統，不論軍機還是民機在研制中都作為一個獨立工作包單獨選擇供應商，而且供應商已建立完整的系統研究、開發、試驗及驗證、售后服務等全壽命周期的研制能力。目前國內從事單獨飛控作動系統集成能力的企業很少，由于歷史原因，飛控作動系統的設計及集成更多的是在總體單位，自上向下設計。而國外已在飛控作動系統的聯合定義、需求分析以及系統技術推動研究方面建立一套完整的體系。
目前國內受制于各種影響仍將其作動系統中的一部分進行研究，重視度不高，投入少，專門從事研究人員少，成了影響未來飛控作動系統技術發展的關鍵環節。
飛控作動系統作為飛機信息、能量轉化的關鍵系統，實現其功率分配及轉換的核心元器件的技術發展及影響至關重要。隨著未來飛機飛行速度及機動性的進一步提高、飛行翼面的進一步變薄使得飛控作動系統的氣動載荷進一步加大、空間進一步變小，對影響系統功率分配及轉換的核心元器件要求更加苛刻;而且高轉速、無泄漏、高效、高可靠性、高轉化比等要求的提高使得核心元器件技術難度進一步增加，使其成了影響飛控作動系統技術發展的短板技術，國外相關公司都投入巨資進行單獨的開發研究。
飛控作動系統技術的核心是作動技術，作動技術作為飛機及發動機大量使用的一項通用基礎技術，在國內和行業內還沒有一個完整的系統的實驗研究條件。已有的條件也是分布在大小不同的企業中，只能進行局部點上的技術和實驗研究，無法開展作動技術全面的系統的規劃和研究，而且作動技術里面包含大量的基礎技術、共性技術需要研究。因此在中航工業層面構建航空機載作動技術重點實驗室顯得尤為必要，通過對機載作動技術研究，不但根據型號牽引出背景技術進行研究，還可以通過技術推動使得機載作動技術跨越發展。
隨著美國F-22/35等四代機裝備的研制，國外已開展了五代機技術的研究和開發，作為五代機飛控系統的關鍵子系統及執行部件，應結合飛機及飛控系統的整體需求，加快進行針對未來五代機的飛控作動系統的研究開發工作，為我國未來五代機的研制奠定良好的基礎。(王文山 曹圣兵)
