过失速机动艾尔毕业论文

美国 美国也曾在F－15、F－16和F／A－18上改装过推力矢量技术验证机，通过试验发现第三代战斗机并不能够很有效地利用推力矢量的效果，更无法达到像F－22那样通过推力矢量辅助翼面起到减阻、减重的效果，这主要是因为第三代战斗机是强调机动性能的机型，在设计时都是以气动控制作为飞机获得高机动飞行性能的基础，而推力矢量技术在对飞机的控制上与飞机本身的气动控制存在比较大的差别，简单地为一种采用气动控制作为设计基础的战斗机加装推力矢量发动机的价值非常有限，所能够得到的性能改善也无法真正达到将推力矢量与气动控制完美结合后的效果。F-22在提高飞机机动飞行性能的设计过程中，最大的困难就是如何使一架与F-15规格相当的重型战斗机，在空战中能够具备比F－16轻型战斗机更好的机动性和敏捷性。完全依靠气动控制来满足F－22对机动性和敏捷性方面的技术要求是非常困难的，虽然F-22在设计上并没有过于强调过失速机动飞行的能力，但是军方要求中的大迎角飞行控制能力仍然不是常规气动控制技术所能够满足的，因此在F-22设计开始阶段，美国就将发动机推力矢量和气动控制一起进行了综合考虑。F-22综合利用了大面积气动控制面和发动机推力矢量系统，具备了很好的大迎角飞行性能和过失速飞行能力，F-22战斗机在20度迎角下的滚转速率可以达到100度／秒，并且能够在滚转过程中迅速改变飞机的速度矢量和机头指向。F-22战斗机在60度迎角的高机动飞行中的滚转速率为30度／秒，而机头指向移动速率可以达到90度／秒的惊人水平。推力矢量融合技术的采用使F-22战斗机在速度非常低的条件下仍然具有可靠的控制能力，即使在飞行速度已经降低到74千米／小时的时候也可以在俯仰方向完成有效的控制。F-22在俯仰轴方向实现推力矢量控制技术时不需要付出气动控制面的阻力以及重量的代价，这也是保证F-22能得到足够的俯仰控制力矩的最有效的办法。F-22战斗机通过俯仰轴方向可差动(即发动机两个喷管的方向可不同)的推力矢量控制，明显地降低了飞机运动过程中对常规气动控制面的要求，仅仅水平尾翼就可以减少1．86平方米的面积和181千克的结构重量，这种推力矢量融合技术在减重和减阻的同时有效地提高了F-22战斗机的结构隐身性能，并且使飞机具备了不受飞机迎角姿态限制的俯仰控制能力。F-22战斗机的二元推力矢量喷管通过独立控制的喷管调节片进行机械偏转，可偏转的调节片同时还具备控制喷口面积的能力，具有±20度调节范围的可偏转调节片在飞控计算机传递给发动机电子控制系统的指令下，能够以40度／秒的运动速率在全偏转范围内进行任意角度的调节。F-22战斗机每台发动机的推力矢量喷管都从控制系统接收各自独立的控制命令，两台发动机的俯仰控制都可以独立进行调节。F-22战斗机在推力矢量控制启动状态时，俯仰控制是由平尾的作动筒位置信号来调节矢量喷管的偏转角度，飞行员在操纵时不需要对矢量喷口调节进行任何形式的人工干预。F-22战斗机的推力矢量是由飞行计算机根据空速和飞机的迎角自动控制的，发动机的推力矢量控制可以根据情况人工关闭，但在飞机出现翼尖失速或深度失速状态时，飞机上的计算机可自动启动发动机推力矢量系统工作，确保飞机安全。 那么将以下两技术结合后的效果有多出色呢?我们通过F-22的飞行性能就能看得很清楚。F-22在综合应用推力矢量系统后可以获得很高的低速机动性和飞行稳定性，YF-22战斗机原型机在试飞中试验了在迎角60度、空速152千米／小时的条件下对飞机进行配平的能力，并且还验证了F-22战斗机在迎角达到70度时仍然可以进行配平和具有稳定的俯仰力矩斜率。F-22战斗机有能力依靠推力矢量技术配平超大迎角的飞行姿态，可以完成与苏-27表演的“眼镜蛇”类似的大迎角机动动作，F－22在机动中超越苏-27“眼镜蛇”飞行动作的地方是F-22战斗机在进行类似“眼镜蛇”机动的整个过程中可以随时保持、改出(即在作一个动作的过程中可随时停止并执行其他动作)动作并进行姿态调整。即使在发动机处于慢车状态下也可以获得15度／秒的下俯速率，并且飞机在整个改出过程中完全处于可控状态。F-22在60度以下的大迎角飞行姿态时处于完全可控状态，俯仰姿态和迎角控制可以精确到0．5度，大迎角姿态下的侧滑角和滚转控制都非常稳定，不会在大迎角飞行中产生明显的机冀下沉或摆动状态。F-22的大迎角滚转状态是由飞行控制系统根据迎角数值的变化自动调整的，F-22在迎角20度到40度之间进行滚转时的航向姿态比较稳定，当迎角超过40度后进行倾斜滚转将会形成极其有利于调整机头指向的航向变化。使用推力矢量的F-22战斗机在20度迎角时的滚转速率比空气动力控制提高了一倍，即使在迎角超过40度时还可以提供20－30度／秒的稳定转弯角速度，而这些飞行性能的获得在没有推力矢量技术的时候是完全不可想象的。融合后的推力矢量系统还可以明显改善F-22战斗机的超音速机动性能，F-22在飞行速度1．5马赫时的转弯性能和响应速度与F－16的飞行速度在0．8马赫时基本相当，而且F-22战斗机在飞行高度11500米，空速1．2马赫条件下具有很强的稳定盘旋能力和单位剩余功率，可以进行第三代战斗机完全无法完成的超音速持续转弯和俯仰机动。F-22是世界上第一种真正将气动控制与推力矢量有机结合到一起的作战飞机，由此也使F－22战斗机在获得了前所未有的高机动性的同时也具有高安全性和高可靠性，F－22在机动飞行时与目前第三代战斗机由飞行控制系统通过限制飞机的飞行姿态来控制飞行边界不同，气动控制与推力矢量的结合使F-22机动边界只受到飞机员承受极限的限制，确保F-22能够在发挥全部飞行性能的同时进行真正意义上的无顾虑操纵。 F-22的飞行表演虽然在机动动作上可能没有苏-37／30MK那样花样繁多，但是任何一个合格的F-22战斗机驾驶员都可以完成“眼镜蛇”这样的高级机动动作，而且在进行类似的大迎角过失速机动动作的过程中还可以做到全程可控，可以说F-22在过失速机动飞行中的动作要比苏-37／30MK的类似动作有更强的实用性。F-22采用推力矢量是因为考虑到与同样具备低信号特征的战斗机发生格斗空战的需要，而设计时就将推力矢量与气动控制综合考虑的F-22，在完成机动动作时的姿态调整和恢复速度是现役战斗机加装推力矢量发动机所完全无法相比的。 结语 根据目前所采用的常规空战机动动作为依据进行分析，F－22的常规机动飞行性能要比苏－27S高得多，在敏捷性和大迎角飞行性能上的优势则更加明显，苏-27S甚至苏－37／30MK在与F-22进行常规格斗空战时都将处于全面的劣势。现代化战斗机是一个由多方面因素综合作用所构成的整体，每一代战斗机的出现除了代表着在航空技术上所获得的发展之外，更加重要的是对战斗机的战术应用认识上的提高。

1989年6月的巴黎航展，苏联飞行员普加乔夫第一在世界面前表演了这种过失速机动动作，震惊全场。从此成为飞行员展示自身高超飞行技术和战机优异机动性的经典动作之一。 “眼镜蛇机动”就是一种首先让战斗机在平飞时机头突然大仰角抬头冲过失速攻角，飞机速度骤减，然后再恢复水平飞行的超机动动作。 机动过程中飞行员快速向后拉杆使机头上仰至110度～120度之间，形成短暂的机尾在前，机头在后的平飞状态，然后推杆压机头，再恢复到原来水平状态。 尾冲是飞机上升直至速度降为零, 接著飞机开始头上尾下的下滑, 然后 控制仰角恢复至水平。然后以约70-75度的仰角开始爬升, 同时将引擎降至惰速, 此时需注意飞机仰角是否过大, 以免超过垂直线。 当飞机垂直速度降至零后, 飞机开始下滑, 此时将操纵杆平稳的向后拉飞机就会以机鼻朝上的姿态向前下降. 当飞机机鼻逐渐下降时增加推力, 加速至约500公里时脱离动作。 这个机动的最大特点是，转弯是在几乎机翼水平的状态下完成的，而转弯的半径极小。 先上升高度，拉杆使飞机再次进入垂直上升状态，并在足够的高度上完成一个类似后空翻的动作使飞机减速并进入水平状态，接下来就是最精彩的无半径盘旋下降了。 所谓J型转弯其实是下俯方块筋斗的一部分+加眼镜蛇机动的前半部分+无半径侧转的组合。 在飞机完成下俯进入水平状态后，飞行员又拉杆进入了类似眼镜蛇机动的上仰状态并保持住，随后在保持飞机几乎垂直向上的状态，利用飞发一体化控制技术保持飞机像一块平板那样飘在空中，并通过增加发动机推力使飞机缓慢的下降但飞机状态不变，这就好像飞机在垂直向上的状态下开倒车。 飞机首先轻易地进去“普加乔夫眼镜蛇”机动，而后紧接着一个360度翻转、“尾冲”、在垂直面内做360度转向圆形机动、低速360度转弯、高速盘旋时以大迎角攻击目标，甚至可以在大迎角情况下以接近失速的状态下飞行。 飞机前半段操作和眼镜蛇机动基本相同，只是由于推力矢量喷口的作用，机头上仰速率明显要快。当飞机仰角超过110度后，后仰力矩则全部来自矢量推力。当速度小于93KM时，阻力力矩过大会超过矢量推力而使动作失败，飞机就会翻转过来，始终保持后仰，直到水平改出。也叫弗罗洛夫极小半径筋斗。 凡参加过1996年的人们，对于苏－37的出色表演都不会忘记。那是1996年9月4日英国范堡罗国际航展，当日傍晚时分，航展已接近尾声，一架苏－37飞机腾空而起，开始进行展示性飞行。不一会，人们看到它在空中突然刹车，昂首直立，速度几乎减为了零，悬停于空中，然后绕尾部作了一个360度的快速翻转，从容回到正常姿态后继续飞行…… 当时，人们以为是飞机出了故障，大家都把心提到嗓子眼了，有人甚至还惊叫起来。实际上，这是一种新的特技飞行动作，即“眼镜蛇”加360度倒转筋斗，是由俄罗斯的著名试飞员叶夫根尼·弗罗洛夫完成的，因此该特技动作便以首创者的名字命名，被称为“弗罗洛夫法轮”。 除了上述非常有名的动作外，还有直升机机动、榔头机动、猫鼬机动、锥子机动（绕速度矢量滚转）、钟摆机动、钩子机动、蹬壁机动、矢量滚筒机动（低速滚筒）、旋镖机动、双筋斗机动等等动作，都是优秀的战机+优秀的发动机才能实现的超机动动作，下面这个是F22的机动飞行视频。 虽然早在20世纪70年代，德国MBB公司的研究就证明过失速机动可以显著改善近距格斗能力，人们还是一度怀疑过失速机动在实战中的作用。随着近距空战被重视，过失速机动的战术价值重新被审视。 现代空战有两个方向，一是超声速区的超视距作战，一是低速下视距内的近距作战。过失速机动能力是近距空战中克敌制胜的重要保证，能够超越常规机动能力的极限，因此也成为现代战斗机追求的重要能力之一。F-22的设计团队坚定地认为，近距空中格斗的时代远远没有过去，优异的敏捷性是实现视距范围内首先开火和提高首次杀伤概率的关键，因此，F-22秉承的设计理念是不管在视距内还是超视距，总是能够有首先开火的机会，这一理念使它具有了迄今为止空优战斗机中最为优秀的机动能力，包括过失速机动能力和隐身能力。

近距格斗攻击能力及空战效率进一步提高在近距格斗时，战斗机瞬时角速度越高，及早发射格斗导弹机会越大，取得战场主动权的几率越大。而超机动能使瞬时角速度得到较大提高，达到40°～50°/s，因而在格斗中能迅速抓住战机，提高近距格斗空战能力。以近距格斗时实施眼镜蛇机动为例（如图1所示），当具备眼镜蛇机动能力的A机和不具备眼镜蛇机动能力的B机在盘旋格斗时，A机实施眼镜蛇机动构成开火机会。当常规战斗机B与能作眼镜蛇机动的战斗机 A在位置1处于盘旋均势情况下，A机实施眼镜蛇机动，就可能在位置3将机头指向B机，使B机落入A机格斗导弹离轴角范围内，从而构成开火条件。在图2中B机与A机处于同一方向飞行的均势条件，当B机作跃升，A机作眼镜蛇机动时，在位置3、4处，A 机就有开火的机会。如果能作理想的超机动，其指向－发射能力比眼镜蛇机动更强，攻击对方的机会也就更多了。同时，过失速机动也使驾驶员节省了体力，提高空战效率。在以往空战中，传统战斗机一般需要作6～8g的急剧机动来跟踪或摆脱敌机，这会使飞行员体力消耗过大，空战效率降低。采用超机动技术战斗机在摆脱敌机时，飞行速度会很小，过载一般为2g左右，驾驶员体力消耗较小，可有充沛体力进行空战。 近距空战的机动规避效果进一步增强传统格斗空战时，处于被动的一方通常采取急转弯、急剧升降等动作来破坏对方开火条件（未进入有效射程时）；或采取急剧减速，迫使敌方前冲，使己方转被动为主动（在有效射程内）。在未来近距格斗空战中，这种战术依然有效，但超机动将使这种战术的运用效果得到极大提高。因为超机动既可成倍增大瞬时角速度，将对方甩在转弯外侧，破坏其开火条件，又能充分利用气动阻力进行突然减速，速度减小到失速速度以下，与对方构成极大的速度差，这样规避战术就能灵活运用。 摆脱空空导弹追踪更加有效目前空空导弹制导体制大致可分为雷达制导、红外制导及复合制导等方式。对于雷达制导的空空导弹，因超机动时飞机速度急剧减小，对方机载火控雷达会短时间丢失目标，无法继续对空空导弹进行制导，造成导弹失的；对于红外制导的导弹由于超机动飞机突然收小油门和尾部冲前，可使导弹红外导引头接受的红外辐射能量急剧降低而丢失目标；此外飞机超机动时的转弯角速度大，可使近距离跟踪的导弹过载剧增，以致超载而丢失目标。