機械和液壓操縱系統

從人類發明了飛機以來，有長達半個世紀的時間裡都在使用機械操縱系統。這種操縱系統的操縱杆通過鋼絲繩、滑輪組和連杆機構與控制舵面進行聯接。這種操縱方式對舵面的偏轉完全是以人力為動力來源，因此在飛機高速飛行時，由於空氣巨大的阻力，對操縱杆施加的力也要增加，甚至有些會出現難以拉動的情況。比如二戰日本的零式戰鬥機，就有一個巨大缺點，一旦超過483km/h後，需要對操縱杆施加非常大的力量才能扳得動；超過500km/h後，需要兩隻手全部使用外加一條腿的力量才能扳動操縱杆。

二戰之後，美蘇等國開始嘗試在飛機上安裝液壓助力系統。美國從F-86E上開始，在水平的副翼和尾翼應用了液壓機構，垂直尾翼繼續保留鋼絲繩連接。蘇聯也從米格-15БИС開始採用了類似的配置。隨著液壓助力機構的成熟，從二代機開始普遍使用液壓式的操縱系統，一直到早期的三代機還在使用（比如F-15）。不過這套系統的重量非常高，因為原先純粹機械式操縱可以使用鋼絲繩傳動，現在液壓傳動變成了剛性部件的連接。這種操縱系統任意一個環節出現問題，都會導致系統的失效，風險較高，因此當時不得不為戰鬥機配置2套獨立的液壓操縱系統，這又進一步增加了死重和占用的空間。但好處是，此時的液壓件最大可承受的壓強已經達到了20MPa，戰鬥機可以在1馬赫甚至2馬赫的情況下舵面仍然可以擺動自如，這是純粹靠人力控制舵面偏轉的二戰時代不可想像的。

電傳操縱系統

液壓操縱雖然極大解放了人力，但是本質上還是操縱杆和舵面有直接的機械連接。而從電傳操縱（Fly-By-Wire，FBW）開始，完全取消了操縱杆和實際控制舵面之間的機械關聯和液壓助力裝置，操縱杆只用來將飛行員的操縱行為轉換為電信號，通過放大處理後，輸出相應控制，通過線纜將相應的控制傳遞到相應控制舵面的伺服電機，作出預期的偏移動作。

電傳操縱系統的優勢——更輕的重量和更高的冗餘度

比起機械操縱系統和液壓操縱，電傳操控沒有遍布機身的複雜機械聯接，取而代之的是遍布機身的電纜或者光纜，減少了很多重量，同時也提高了可靠性。因為電傳操控系統往往採用三套或者四套計算機各自獨立工作，而且各自均有一套電纜連接到舵面的伺服機構上。因為數字處理器一旦故障，會導致整個系統癱瘓，採用多個計算機系統則可以大大提高安全性，每一套系統都是一個冗餘，這樣即便損壞其中一套系統的穩定性不受影響。而且不像液壓式操縱系統那樣占用了大量空間和重量，因此可以增加多套用於冗餘。大家經常聽到的三餘度、四餘度電傳操縱，余度其實指的是計算機系統的數量。這種安全冗餘不僅體現在電腦故障時可以有其他電腦接替工作，在飛行控制過程中幾個並行工作的電腦也時刻體現了其超強的糾錯能力。以F-16為例，雖然有四餘度，但一般只會啟動其中三部電腦工作，而第四部電腦為備份。飛控代碼中設有一套投票系統，當某一部電腦所計算的結果與另兩部電腦不同時，就會啟動投票表決，跳過並關閉計算結果不同的電腦，同時命令第四部備用電腦啟動，以確保操控安全性。

但電傳操縱優勢顯然還不止於此。其實電傳操縱最大的進步，就是使計算機參與飛行控制成為可能，這就給戰機的發展奠定了一個基石。因為舵面是受到計算機發出的信號來直接控制的，所以可以根據飛行器本身的氣動特性提前寫好飛控代碼存在計算機中。因此使用電傳飛控的飛行器，其靜不穩定度可以被大大放寬。因為飛控代碼已經存在了計算機里，哪怕飛行員犯錯，計算機也會及時糾正，不允許飛行員飛出超出限制的動作。計算機甚至可以接管整個飛機實現智能巡航。到了今天幾乎所有的客機都擁有這個功能，而這個功能可以極大解放飛行員的雙手和大腦，緩解飛行員的疲勞。未來，隨著人工智慧的發展程度越來越高，計算機憑藉電傳飛控也可以做出更加複雜的飛行動作，這就是無人智能戰鬥機的概念。但是電傳操縱系統是最重要的基石，如果仍然採用機械式和液壓式的操縱，這一切都無從談起了。

電傳操縱的發展

從上個世紀50年代起，美英蘇等國就開始了電傳飛控戰鬥機的研究，不過早期的飛機往往都帶有全套的機械操縱系統做備份。有意思的是，世界上首款採用純粹的電傳操縱系統（無機械液壓備份）的飛行器並不是在大氣層內使用的，而是登月的阿波羅11號計劃的月球登陸飛船（LLRV）：

阿波羅11登陸器上採用這樣的操縱系統，主要還是出於減重和增加可靠性來考慮的。機械式和液壓式操控系統不僅笨重，而且部件太多，而且在系統中都是串聯，一個部件故障會導致災難性後果。

電傳操縱系統在實驗中獲得成功後，很快就在飛機上得到了進一步的應用和完善。比如F-8C戰機就直接應用了阿波羅11月秋登陸器的成果，成為了首個無機械備份只用電傳操縱的戰鬥機。首款採用數字電傳操縱的量產戰鬥機則是F/A-18大黃蜂。F-16則是進入數字電傳操縱時代後，首個採用了靜不安定設計的戰鬥機。像F-117這樣氣動設計超級惡劣的飛機，也是得益於電傳操縱系統，才可以讓它能夠實用化。

隨著電傳操縱技術的發展，伺服液壓系統的壓強也不斷增加，最大壓強從20MPa上升到30MPa以上。比如米格-21的液壓系統只有21MPa的水平，到了Su-27已經達到了28MPa，而美國在F-18戰機已經實現了緊急狀態做到35MPa的水平。到了五代機時代，甚至還出現了大功率電液舵機。F-35就全盤使用了這種舵機，取消了複雜的液壓管路。可以說到目前為止電傳操縱系統最理想的狀態就是F-35這一種了。

在民用領域，而首個採用電傳飛控的客機則是英法聯合研製的協和飛機，只是受制於技術限制只採用了模擬式的電傳操縱；首款數字電傳操縱的客機則是空客的A320，波音隨之跟進，在波音777上也應用了電傳操縱系統。從此數字電傳在民用領域也開花結果。今天的汽車普遍使用的電子油門踏板（Accelerator Pedal），電子線控轉向，電子線控剎車，某種程度上來說就是電傳操縱系統在汽車領域的實際應用。