传统电液作动器（左）、机电作动器（中）和静电作动器（右）的简化示意图。
F-35战斗机的线控飞行控制系统。F-35采用了静电作动器，没有中央液压网络。
飞机上的作动器可执行许多重要功能，例如调整升降舵、方向舵、副翼、襟翼、边条和减速板等飞行控制面，伸出和收回起落架，定位发动机进气导叶和反推力装置，以及打开和关闭货舱或武器舱门。
线控飞行控制系统的组成部分。
F/A-18的垂直尾翼的静电作动机构。逸文飞机上的作动器可执行许多重要功能，例如调整升降舵、方向舵、副翼、襟翼、边条和减速板等飞行控制面，伸出和收回起落架，定位发动机进气导叶和反推力装置，以及打开和关闭货舱或武器舱门。在过去的几十年中，飞机上作动器的控制信号源和电气化不断发展。从钢缆和金属杆等手动源开始，作动技术逐渐发展到液压和电力驱动解决方案。从手动动力源过渡到液力机械系统的过程，始于控制柱或控制杆的移动通过机械方式传递到液压回路中的控制阀，控制阀对气缸进行充气和排气，从而产生作动器的移动。后来，线控飞行系统用电缆取代了机械连接。在线控飞行系统中，飞行员的控制杆动作由飞行计算机解释，飞行计算机将电信号发送到作动器控制电子设备，控制电子装置指示液压控制阀的操作，以启动液压作动器，或指示电动机移动机电作动器。电传操纵系统使飞机制造商能够在飞机系统中集成更多的电力驱动作动器，例如静电作动器和机电作动器。这些作动器由发动机驱动的发电机产生的电能通过电线供电系统提供动力。这一转变是随着航空工业向更多的电动飞机发展、并以实现全电动飞机为长期目标而产生的。将机械、气动和液压系统转换为电动系统的动力来自优化飞机性能、降低维护和运营成本、提高燃油效率和减少排放的愿望。在选择作动技术时，需要考虑一系列因素。力和速度等应用要求以及作动器的尺寸和重量至关重要。在评估系统寿命期间的总运行成本时，能效、可靠性和安全性等总体拥有成本因素也很重要。操作推杆所需的每一点重量和功率都会导致额外的燃料消耗，从而使飞机的飞行成本增加。本文将介绍三种执行技术——传统电液作动器、静电作动器和机电作动器——阐述它们的工作原理、优缺点，并重点介绍这些作动器中将液压或电力转换为直线运动的线性作动器。此外，还有液压旋转作动器和电动旋转作动器，可将动力转换为旋转运动。电液作动器传统的电液作动器系统需要一个中央液压电源，液压管路通向每个作动器。电子指令信号控制伺服阀，以改变从主液压油源输送到作动器的液压油量。这种电液伺服作动器系统由电液伺服阀和液压作动器组成，能够产生非常大的力，且无反冲。然而，该系统需要一个中央液压网络，通过液压泵不断从发动机中获取能量，使其保持恒压（常见的飞机液压系统工作压力 为3000psi/20.68MPa或5000 psi/34.47MPa）。持续的能量消耗会导致液压油升温，因此需要冷却系统来维持可接受的液压油温度。中央液压网络还需要一个管道系统，将加压液压油输送到分布在飞机各处的作动器，从而增加了重量并占用了空间。庞大的液压网络增加了泄漏风险，并需要大量液压油。传统的电动液压作动器在设备层面的功率密度（千瓦/千克）很高，但在配电网络层面的功率密度却很低。静电作动器相比之下，静电作动器是独立的液压装置，无需中央液压动力源和相关液压管道。静电作动器利用设备级的高功率密度，消除了与中央液压配电网络相关的低效率问题。静电作动系统可在作动位置将电能转换为液压能，再转换为机械能。独立单元包括一个电动马达，该马达驱动液压泵为液压作动器加压。为了控制静电作动器的功率输出（例如，以相同的速度移动不同大小的负载），必须控制泵的输出流量。这可以通过变速电动机驱动固定排量液压泵，或通过固定速度电动机驱动变排量液压泵来实现。电子指令信号通过电缆传输到静电作动器。在普通变速电动机驱动的静电流体作动器中，信号控制电动机的速度，为液压泵提供旋转动力，液压泵产生加压液压油，在作动器局部移动液压缸。与传统的电液推杆相比，静电推杆的运行能效更高。电液作动器只在移动负载时才消耗动力（以发动机驱动的发电机发电的形式），而不是持续从发动机输出动力，以维持大型液压网络的恒定压力。较低的能量消耗可减少液压油中产生的热量，从而无需冷却系统。与带有大量管道的中央液压网络相比，静电作动器的故障点更少，从而降低了发生泄漏的概率，并减少了维护需求。与机电作动器相比，静电作动器也具有优势。更高的功率密度使其能够以更紧凑的封装产生更大的力。它们还不存在反向间隙问题，可实现精确定位，不会因机械部件之间的间隙而产生误差。此外，静电作动器不会出现机电作动器中齿轮齿或螺纹之间的干扰而导致的卡死风险。静电作动器的一个缺点是需要液压油才能工作。虽然与传统的电动液压作动系统相比，液压油的用量大大减少，但由于液压油的存在，作动器无法实现100%的无泄漏操作。机电作动器机电作动器不使用液压油，因此不存在有毒和易燃液体及其相关管道和动力源泄漏隐患。机电作动器将电能转换为机械能。电动机驱动线性作动器。伺服电机的旋转运动通过变速箱以机械方式耦合到弧形导螺杆、滚珠螺杆或行星滚柱螺杆，从而转换为线性运动。也可采用直接驱动型，即电机直接与丝杠机构连接，无需齿轮箱。与传统的电液作动器相比，机电作动器的一个主要优点是无需液压油。没有了液压油和输送液压油所需的管道，从而提高了安全性、减轻了重量、节省了空间、提高了能效并降低了对环境的影响。由于没有泄漏风险，也不需要进行加注、充电、冲洗和过滤等液体调节工作，因此维护更加方便。机电作动器似乎是混动和全电动飞机的最佳解决方案，因为它们完全不需要液压油。然而，目前的机电作动器技术在需要高输出力的应用中遇到了限制。例如，大型商用客机的主起落架收回作动器需要超过100000磅力（45.36吨）的负载能力。在这种情况下，液压作动器具有功率密度优势，能够在恶劣条件下的狭小空间内产生巨大的力，而无需为电机配备液体冷却系统。机电作动器的缺点包括反向间隙、卡死和热管理问题。相互咬合的齿轮齿或螺纹之间会产生间隙，从而导致位置不准确。反复的磨损循环会导致表面退化，从而增加反向间隙。卡死是机电作动器的一个潜在风险，这是由于螺杆部件发生干涉或卡死的潜在故障，导致作动器无法运动。出现这种情况的原因可能是：●齿轮和螺杆组件的机械磨损，包括因外部负载导致滚道接触应力过高而产生的疲劳。●高温导致润滑油黏度和厚度降低。●组件发生机械性故障。热管理也是高负荷应用中机电作动器的一个问题。在机电作动器中，由于铜定子绕组和铁定子铁芯中的电阻以及齿轮箱和螺杆机构中的摩擦，电机中会产生热量。在传统液压系统中，通过主油箱中的液压油循环和热交换（例如使用较冷的燃料吸收液压油中的热量）更容易实现散热。相比之下，机电作动器必须就地散热。潜在的解决方案包括散热器、热管、液体冷却和相变材料。作为一种相对较新的飞机作动技术，有关机电作动器在飞机上运行的安全性和可靠性的知识和数据还很缺乏。与机电作动器相关的可靠性问题表明，有必要找到提高其运行安全性的解决方案。这些解决方案可包括容错和冗余设计，以及健康监测和预测性维护系统。健康监测系统需采用传感器来测量位置、反向间隙、负载、扭矩、振动和温度，并将生成的数据用于模型，以预测理想的维护间隔，从而在故障发生前加以预防。机电作动器作为主要飞行控制装置的作动解决方案还不够成熟，这些控制装置可持续执行对安全至关重要的飞机飞行轨迹修正（例如，方向舵调整偏航，副翼控制滚转，升降舵改变俯仰角）。然而，机电作动器正在飞机上发挥不那么关键的作用。在波音787上，它们被用于调整水平安定面、驱动中板减速板和启动起落架制动器。尽管挑战重重，但机电作动器技术仍在不断进步，因为业界正在寻求改进可靠性、热效率和封装尺寸。飞机上不再需要液压作动器的未来也许指日可待。为了弥补这一差距，独立式静电作动器正在减少对中央液压系统的需求，从而向更多电动飞机过渡，以减少燃料消耗，降低维护成本。
