王建琦(1977-)，河北省阜平县人。2005年获哈尔滨工业大学工学博士学位，2012年作为访问学者留学法国里昂国立应用科学院，正高级工程师，桂林航天工业学院“领航学者”，武汉理工大学、桂林电子科技大学兼职硕士生导师。研究领域以航空航天飞行器设计为主，近年来主要致力于从事飞行器飞行控制系统设计工作，包括飞行器气动建模与特性评估、飞行控制律算法设计、飞行控制系统仿真、现代控制理论与方法的应用等。曾作为技术骨干参与完成国家某重点型号空空导弹自动驾驶仪算法设计，算法性能达到国内外先进水平，荣立三等功，获科技成果奖及商业秘密多项。近年来主持国家自然科学基金项目1项，参与各类科研项目10余项，在国内外期刊发表科研论文30余篇，授权知识产权多项，出版专著1部。
编辑：王老师，我们了解到您主要在飞行控制系统设计方面展开研究，您能不能从科普的层面介绍一下如何理解飞行控制系统或者飞行控制律的概念？什么样的飞行器能够进行更好的控制？一个好的飞行控制系统又应该达到什么样的效果？
王建琦：感谢您的采访，可以这样理解，如果将飞行器比作一个人，那么推进系统的发动机就是心脏，提供动力；舵面执行机构就是手脚，进行奔跑（飞行）动作；制导系统就是眼睛，发现并跟踪目标；前端的战斗部就像拳头，对目标实施打击和摧毁；弹体的结构就像骨架，对身体进行支撑和保护；而飞行控制系统（尤其是控制律）好比大脑（大脑的思维），用来保持身体平衡并追击目标，一个人聪慧与否在于大脑；同样的，一个飞行器是否“聪明”取决于飞控系统的设计。
从理论上讲，对称的外形能更好的在引力场和流体阻力中保持平衡。而内部的演化更像是工程师之于产品比如汽车的设计，需要考虑到不同的设计所带来的故障率的高低、材料的消耗、整体的效率等，是一个综合考量的结果。飞行器的设计，如同自然界生物的进化，在外形的选择上也是自然而然的选择了轴对称的形状以达到行动快速敏捷的目的，而内部的设计则与生物内部器官一样更趋于追逐鲁棒稳定。由此而言，人类对于飞行器的设计与自然界对于生物的演化（设计）是异曲同工，设计的目标就是快速和稳定。
编辑：飞行控制技术有哪些发展变化，目前又面临着怎样的挑战？
王建琦：从中国古代的万户火箭到近代莱特兄弟发明飞机再到如今的各种各样的无人机，从航空飞行到近地空间各种各样的航天飞行器再到宇宙深空的各种探测器，人类对飞行控制的欲望和探索从未停止。有控飞行大体可以分为两种，一种是大气层内的飞行，我们称之为航空器飞行；另一种则是大气层外的飞行，我们称之为航天器飞行（当然近地空间的过渡段二者兼有），二者飞行原理是不同的，前者依靠空气产生的动力进行飞行，后者依靠万有引力进行飞行。尽管航天飞行离我们的生活越来越近，不久的将来也许会实现普通人的太空之旅，但离我们生活更接近的还是航空飞行，日常的航空旅行、农用的植保、眼下流行的各种场合下的无人机飞行表演，甚至在战争中我 们也能看到各种军用无人机和军用飞行器的身影。虽然飞行控制技术在某些方面已经很成熟（例如日常航空旅行），但依然面临风险（飞行事故等），并且需要不断的拓展飞行器的飞行条件以及飞行包线，同时性能和指标要求也在不断提高，目前的挑战主要包括传感器的精度和可靠性问题、信息处理的速度问题、匹配算法的问题等等。传感器是飞行器控制技术的重要组成部分，但目前传感器存在精度较低、易受干扰等问题，这会直接影响到飞行器的控制性能和安全；在信息处理的速度问题上，未来的智能控制技术需要处理大量数据，但目前的处理速度还无法满足要求，这使得实现智能控制成为一大难点；在核心控制算法的问题上，目前的控制算法还有待进一步研究和完善，例如在传统控制技术领域，需要大量的人工经验来简化和构建被控对象的数学模型，而在现代控制技术领域，也同样面临着需要大量的人工经验来构建控制规则，这使得智能控制技术的应用范围受到极大限制。
就飞行控制算法本身而言，传统飞机气动性能由飞机外形和控制面决定，而未来的飞行器将（部分或全部）取消传统控制面，它的气动性能主要由主动气流控制决定，从而使飞行器的高机动性和稳定性出现质的变化。而无控制面飞机的气动特性可能更加敏感，对于风切变、湍流等气动条件下安全性要求更严格，从而采用更复杂的翼身融合布局，对气动特性的建模和掌控要求更高。多机构的操纵也使控制算法本身更复杂，同时面临具有更高鲁棒性的要求。未来的飞行器还将面临速度不断提升的要求，高超声速的飞行器目前已经能够达到几十个马赫数，此时的外形一般均为乘波体外形，这种极限飞行速度情况下对控制的快速性和稳定性也提出了更高的挑战。
总体而言，未来控制技术的发展方向除了更高更快更强，就是智能化和自主化，这将大大改进传统的飞行器控制技术，但同时也带来了上述的挑战。解决这些挑战将有助于提高飞行器的性能和安全性，同时也为飞行器控制技术的发展指明了方向。
编辑：工业4.0时代，人工智能如何在飞行控制系统中进行应用呢？
王建琦：AI技术将在航空航天工业中发挥越来越重要的作用。 在飞行控制系统方面，人工智能技术用于实时飞行控制和自主导航，可以更好地提高飞行器的安全性和减少人为操作的错误 。在无人机领域，人工智能技术也可以用于自主决策和任务规划分配，提高无人机飞行器的自主性和效率。纵观俄乌战争和中东冲突，目前的智能飞行与防御拦截等各个方面，在实际应用中仍然存在着诸多漏洞。然而从AI在棋类竞技领域的表现来看，在确定的规则下，AI无论是对局部还是全局性能的最优化求解都是人类经验所远远无法达到的，飞行控制中诸多经验设计问题如果能够抽象出具体规则判据，深度学习算法将能够有效解决很多工程问题，比如翼身融合多操纵面复合复杂控制系统的设计等。
编辑：您的团队在这方面的优势、特点和取得的成果有哪些？
王建琦：我们的飞行控制及应用技术团队从大机动飞行被控对象特性着手，基于飞行控制理论研究和大机动敏捷飞行器工程实际应用，多交叉专业紧密结合，开展了大攻角飞行控制技术方面的研究。提出了一种空间稳定性分析的研究和设计方法，并实现了平台化软件设计；提出了一种交叉反馈増稳解耦控制方法实现了横滚控制的改善，且具有较强的工程实现性；针对不确定性耦合特性，完成了基于μ综合与分析的飞行控制鲁棒工程算法和软件平台研制；以轴对称 飞行器控制结构为对象，构建了智能化的控制律算法设计流程，优化适应度函数设计，并分别在单通道和三通道的基础上实现了控制参数 的寻优，且设计结果在非线性环境下得到了充分的验证 。在飞行控制软件的研究方面，进行了非常有益的探索，形成了较为完整的更适合工业工程领域的飞控研制软件，对提高研制效率、缩短研制周期、降低人为出错机率方面有着非常大的优势。在硬件实现上，我们也建立了以三轴转台为核心的无人机半实物仿真飞行控制平台，对无人机的飞行控制及其运动状态进行实时模拟仿真。
编辑：现实中飞行控制系统对我们的影响有哪些？低空经济和无人驾驶是国家大力提倡和支持的产业，您能不能谈一谈飞行控制技术在这方面有怎样的影响？
王建琦：飞行控制系统在现实中对我们有着深远的影响。它是飞行器的核心组成部分，负责保证飞行器的稳定性和操纵性、提高完成任务的能力与飞行品质、以及增强飞行的安全性。随着低空经济的崛起，各类飞行器在物流运输、城市空中交通、应急救援等多个领域的应用越来越广泛，飞行控制系统的重要性也日益凸显。它不仅关乎飞行器的正常运行，更直接影响到低空经济的商业化进程和安全性。因此，飞行控制系统的持续创新和完善，对于推动低空经济的发展，以及保障人们生活的便利和安全，都具有至关重要的意义。
民用上，以波音737MAX停飞案例为例，波音737MAX停飞的 主要原因是存在潜在的飞行控制安全问题。具体来说，该机型上的“机动特性增强系统”( MCAS)自动防失速软件在特定情况下可能会被错误激活，导致飞机机头过度向下，进而引发失速等危险情况。这一问题在2018年10月和2019年3月分别发生的两起空难中尤为凸显，两起 事故共导致346人死亡，均为波音737 MAX系列客机 。随后，全球多个国家和地区出于安全考虑，对该机型实施了停飞或禁飞措施 。波 音公司虽然对此进行了修复和尝试复飞，但显然重建公众信任仍面临 巨大挑战。军用上，以俄乌战争中无人机飞行控制为例，在俄乌战争中，无人机飞行控制的重要性日益凸显，成为双方战术调整与战略博弈的核心要素。无人机在战场上的广泛应用，不仅加速了战场信息的流动速度，也极大地提高了作战的精确性和灵活性。双方都开始注重构建以无人机为核心的侦察打击网络，实现战场态势的实时感知与快速响应。无人机携带的各类传感器和武器系统，能够在极短时间内完成对目标的侦察、识别、定位与打击，极大地缩短了从发现到摧毁目标的时间链条，而这些能力的实现都依赖于飞行控制技术的基础。
就飞行控制技术在低空经济和无人驾驶（飞行）领域而言，其在相关产业中具有广阔的前景。随着低空经济的深入发展，对于低空领域各类装备产品的需求将迎来爆发，特别是工业级无人机、通航直升机等产品的研制与生产。飞行控制技术作为无人驾驶的核心，对于保证航空器的安全飞行至关重要。同时，科技创新是低空经济和无人 驾驶产业“振翅高飞”的重要支撑，需要不断推动科技成果转化为现实生产力。未来，随着技术的不断进步和应用场景的不断拓展，飞行控制技术将在低空经济和无人驾驶产业中发挥越来越重要的作用。
编辑：最后，请问王老师后续飞行控制相关技术进一步的研究方向和应用前景是什么？
王建琦：就飞行控制技术本身而言，我们可以将其发展理解为更高更快更强。更高是拓展飞行的边界，使飞行器的飞行包线更加广阔；更快就是让飞行器的速度达到更高的马赫数，高超声速飞行器的控制已经能够达到x马赫；更强则是飞行控制的鲁棒性更好，机动能力更灵活，飞行更平稳。
就具体技术而言，飞行器自主、智能、容错控制技术仍是一个重要方向，无论有人还是无人飞行器，人的安全和飞行器自身的安全都是首当其冲的设计约束，而面对飞行条件要求的日趋复杂化以及飞行器系统复杂度的不断增加，控制系统可能出现问题的机率也就越来越大，这就要求控制系统能够有较强的容错能力。同时飞行控制系统不仅仅是控制律自身的设计，更多的是包括控制、制导测量、惯测系统测量以及发动机、结构等多系统的融合，在设计方法上更涉及除控制理论及应用的传感器信息融合，可靠性系统分析评估等，在多系统数据的获取和处理，交联与判断等方面有着较大的发展空间。因此，智能化的诊断和预测设备故障，进行容错控制，提高飞行器维护的效率和可靠性，可在后续研究中进一步深入探讨。
就应用前景而言，飞行控制技术应与新质生产力紧密相连，尤其在低空经济的发展中体现得尤为明显。新质生产力强调高科技赋能、高效能运营和高质量发展，这与现代飞行控制系统追求的技术创新、智能化和高效能相契合。在低空经济领域，无人机等飞行器的有序规模飞行是新质生产力的典型应用，其飞行控制系统的综合化管理功能和高度智能化的自主控制功能，正是新质生产力在新技术、新能源、新业态方面深厚底蕴的体现。同时，新质生产力也关注绿色发展，这与飞行控制系统中追求的环保、节能理念不谋而合。具体来说，飞控技术的应用应该要更好地提高飞行器的性能和安全性，其扩展在民用、军事等多个领域的应用范围。在军事领域，飞控技术可以通过编队组网技术提高侦察、目标打击等任务效果；在民用领域，可以更广泛地使航拍、农业植保、地质勘测等任务更加智能和多元化，在遥测遥感飞行任务方面提升早期预警的准确性和效率，为救援工作提供了支持等。总之，随着技术的进步，飞控系统的智能化水平和应用能力的不断提高，使得飞行在人类的生活生产中，能够在更广泛的领域内发挥重要作用。
信息来源：桂林航天工业学院学报
资料整理：黄静、朱帅玲|责编：李容
