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在电传飞行控制系统中，飞行员与飞机之间的自然力反馈链路被切断，导致情境意识下降和工作负荷增加，引发了一系列人为因素相关的飞行事故。为应对这一挑战，本文对主动驾驶感操纵系统（Active Inceptor Systems, AIS） 技术展开了全面综述。研究系统梳理了AIS的核心功能、发展历程、在固定翼飞机与旋翼机中的多种应用案例、系统集成架构、现有适航认证考量以及适用的飞行品质评估方法。结果表明，AIS能够通过可编程的触觉提示，有效提升飞行员的态势感知、操纵品质和飞行安全，是下一代先进飞行平台人机接口的关键技术。其成功集成与应用，为未来飞行控制系统的设计奠定了重要基础。
在当今的民航客机和先进战斗机中，电传飞行控制（Fly-By-Wire, FBW）系统已成为标配。它用电子信号取代了传统的钢索和连杆，带来了减重、高性能控制律等巨大优势，但也悄然“切断”了飞行员与飞机之间那份最直接的“手感”。过去，飞行员能通过驾驶杆（或驾驶盘）上传来的力道变化，直观感受到空速、过载和气流的“呼吸”，这种自然的力反馈是飞行技艺的一部分。然而，在空客A320等采用被动侧杆（Passive Sidestick） 的飞机上，驾驶杆彼此独立运动，无法反映自动驾驶仪的输入或飞行状态的变化，飞行员只能依靠仪表来判断飞机状态。这种“失联”被研究证实会降低飞行员的情境意识（Situational Awareness） 和人在回路（Pilot-in-the-Loop, PIL） 的协调性，甚至成为多起事故的诱因。统计显示，大部分航空事故的主要原因是人为错误，这凸显了改进人机界面、增强飞行员对飞行状态和极限感知的迫切需求。
于是，主动驾驶感操纵系统（Active Inceptor Systems, AIS） 应运而生，旨在为FBW系统重新“注入”触觉。想象一下，一个能“主动思考”的驾驶杆：它内部装有高带宽的机电作动器，可以根据飞行状态、控制面行为乃至飞控律，实时产生可编程的力反馈和提示。这不再是简单的弹簧和阻尼，而是能够提供可变杆力梯度、硬止动、 breakout力、虚拟卡位、杆振动警报乃至双杆同步运动等一系列丰富触觉功能的智能接口。它的核心使命是闭合飞机与飞行员之间的感知环路，在不覆盖飞行员决策权的前提下，通过触觉将飞机的“感受”反馈给飞行员，从而降低工作负荷、提升操纵品质、增强安全裕度。本文发表于《The Aeronautical Journal》的综述，正是为了填补该领域综合性文献的空白，系统梳理AIS的技术全貌、应用现状与未来挑战。
为全面审视AIS技术，研究人员采用了文献综述与案例分析相结合的方法。研究基于大量已发表的学术论文、技术报告和案例，系统性地总结了AIS的功能特性、发展脉络及其在固定翼和旋翼航空器中的具体应用。同时，研究深入分析了AIS与飞行控制系统（Flight Control System, FCS）的集成架构，并审视了美国军方标准（如MIL-STD-1797A）、欧洲航空安全局（EASA）适航规范（CS-25）、美国联邦航空管理局（FAA）法规（14 CFR Part 25）以及美国汽车工程师学会（SAE）推荐实践（ARP 5764）等现有规章框架对AIS设计与认证的指导意义。此外，研究还探讨了适用于评估AIS的飞行品质主观（如库珀-哈珀评分Cooper-Harper Rating）与客观（如带宽/相位延迟准则Bandwidth/Phase Delay Criterion）方法。
主动驾驶感操纵系统力感特性与触觉提示功能
AIS能提供六大核心功能：1) 可变杆力梯度与刚度：可根据飞行状态或模式编程改变杆力-位移梯度，如在接近飞行包线时增大梯度以示警告。2) 硬止动：在绝对限制位置提供近乎不可逾越的阻力。3) Break-out力：使驾驶杆从中立位移动所需的最小力，用于防止无意输入，可根据模式调整或取消。4) 卡位：在驾驶杆特定行程处创建可感知的阻力突变或“台阶”，用于标识特定飞行状态。5) 杆振动器与振动警报：模拟传统失速抖杆，提供分级触觉警告。6) 双杆同步：在双人制驾驶舱中，使正副驾驶的侧杆在运动和力反馈上保持实时同步，增强机组协作。这些功能共同塑造了飞行员的操纵感，但需精心设计，确保提示可区分、可预测，且相位滞后最小，以免引发飞行员诱发振荡（Pilot-Induced Oscillation, PIO）。
历史发展与演变
AIS技术经历了从机械联动到被动模拟，再到主动电传的演变。早期FBW飞机（如F-16、A320）使用被弹簧、配重和阻尼器构成的感觉系统来模拟气动力。20世纪80-90年代，对更复杂触觉反馈的需求推动了AIS的早期探索，BAE系统公司为F-35“闪电II”开发的主动杆标志着AIS首次进入现役。在旋翼机领域，斯特林动力等公司的早期研究验证了AIS在真实飞行条件下提示旋翼限制的可行性。进入21世纪，湾流G500/G600公务机首次在民用领域认证了BAE系统公司提供的AIS，实现了双杆同步和自动驾驶仪输入触觉提示。如今，AIS的研究已扩展至城市空中交通和下一代作战飞机等领域。
AIS应用案例研究
AIS的应用研究覆盖广泛，旨在解决特定飞行安全问题：1) 飞行包线保护：通过离散力脉冲、渐进增加的杆刚度或中立位调整等触觉提示，增强飞行员对速度、迎角（Angle-of-Attack, AOA）和过载限制的意识。研究表明离散提示有效，但可能使飞行员过度依赖。2) 失控（Loss of Control, LOC）保护：开发了Smart-Cue、Smart-Gain、Safe-Cue等多种提示方法，通过可变的梯度力反馈、阻尼或自适应指令衰减，来缓解作动器速率限制、非线性响应或飞机损伤导致的操纵难题，有效抑制了不利的飞机-飞行员耦合。3) 飞行路径与引导辅助：在“空中隧道”显示基础上增加基于预测误差的触觉力提示，将复杂路径跟踪任务简化，显著提高了飞行员在主要跟踪任务和外部视觉监控等次要任务上的表现，降低了脑力负荷。4) 滑行辅助：利用主动侧杆提供与飞机偏离滑行道中线距离成比例的触觉提示，引导飞机回中，提升了低能见度条件下的滑行精度和安全性。5) 旋翼机近地障碍物避让：采用“触觉打点器”策略，将障碍物接近度转化为指向安全方向的短促力脉冲，在模拟器中能将碰撞率从84%大幅降至4%以下。6) 旋翼机涡环状态保护：基于半经验诱导速度模型，通过总距杆和周期变距杆的力反馈提示，警告飞行员接近涡环状态边界。模拟评估表明，总距提示能将飞行员输入减少多达70%，并显著降低不安全下降率的发生。7) 双人制机组操作：研究显示，电子耦合的侧杆能通过触觉反馈让监控飞行员（Pilot Monitoring, PM）实时感知操纵飞行员（Pilot Flying, PF）的输入，极大增强了机组情境意识和协作，有助于避免类似法航AF447事故中因缺乏耦合导致的沟通问题。
飞行控制系统中的AIS架构
AIS应集成于FBW飞控架构中，作为飞行员与飞控系统之间的智能接口。其设计原则是增强而非替代飞行员权限，根据不同的飞控律（正常、备降、直接）和飞行阶段动态调整触觉反馈策略。例如，在系统降级时，AIS应能切换至被动的弹簧-阻尼模式，优先保证飞行员操纵权。在巡航阶段可设置较大breakout力以防止误触，而在起飞、进近和着陆阶段则应优化设计以支持精确的纵向操纵和飞行轨迹跟踪，并最小化飞机-飞行员耦合风险。
认证标准与法规考量
目前尚无专门针对AIS的完整认证标准，但现有针对常规飞控系统的法规提供了基础框架。军用标准MIL-STD-1797A对操纵力梯度、breakout力、非线性控制律下的力反馈等提出了要求。EASA CS-25和FAA 14 CFR Part 25对运输类飞机的纵向静稳定性、杆力-速度梯度、杆力-过载曲线等有严格规定，AIS的软件定义力-位移特性必须符合这些要求以确保操纵提示的直观一致。SAE ARP 5764则提供了针对AIS设计的全面推荐实践，详细规定了力、频率和时域的设计限制（如最大连续力、最小breakout力、闭环带宽、稳定时间等），并建议了故障回退模式。尽管框架仍在发展中，但湾流飞机的成功认证为AIS的广泛应用铺平了道路。
飞行品质评估
评估AIS需结合主观和客观方法。主观上，库珀-哈珀操纵品质评分（Cooper-Harper Handling Qualities Rating, CHR） 和NASA任务负荷指数（NASA Task Load Index, NASA-TLX） 能直接获取飞行员对AIS影响下工作负荷和任务可执行性的反馈。客观上，带宽/相位延迟准则 通过分析闭环频率响应（带宽ωBW和相位延迟τ）来定量评估系统对飞行员输入的快速和准确响应能力，该准则与任务相关，例如进近着陆时对俯仰姿态带宽和航迹带宽有特定要求。相位-攻击性准则（Phase-Aggression Criterion, PAC） 则通过分析攻击性AG（与控制灵敏度Hs和操纵位移速率δ˙(t)相关）和相位φ，可作为检测飞机-飞行员耦合（Aircraft Pilot Coupling, APC）或PIO的定量指标。此外，均方根跟踪误差等性能矩阵也可用于量化AIS对操纵精度的影响。需注意，飞行员是动态的自适应控制器，其神经肌肉系统特性会随AIS的力感特性而变化，因此人机结合的评估至关重要。
结论与展望
本综述系统阐明，主动驾驶感操纵系统（AIS）是弥补电传飞控“触觉缺失”、提升飞行安全与人机效能的关键技术。它通过可编程的力反馈，成功地将飞机状态、飞行包线边界和系统限制直观地传递给飞行员，在飞行包线保护、失控预防、飞行引导、机组协作等多个场景中被证明能有效提升情境意识、降低工作负荷并改善操纵品质。尽管在适航认证和标准化方面仍面临挑战，但军用（如F-35）和民用（如湾流公务机）领域的成功应用已证明了其技术可行性和实用价值。
展望未来，AIS的发展将紧密围绕下一代飞行平台的需求展开。对于混合翼身（Blended Wing Body, BWB）、城市空中交通（Urban Air Mobility, UAM） 飞行器（如电动垂直起降eVTOL）和下一代战斗机等非传统构型或高自动化平台，其独特的操纵挑战需要AIS提供更智能、自适应的触觉接口。未来的研究应致力于开发能随飞机构型、飞行状态和任务阶段自适应调整的AIS控制算法，并探索融合飞行员意图估计和机器学习的前摄性提示策略。同时，针对系统故障模式的AIS逻辑设计、配套的飞行员训练方案以及跨学科（涵盖飞控工程、人因工程和适航规章）的紧密协作，对于建立以飞行员为中心的、安全可靠的下一代飞行操纵接口至关重要。AIS不仅是一个操纵输入设备，更将演变为未来飞行控制系统中至关重要的自适应人机交互核心。
