說起戰(zhàn)斗機(jī)性能,大家都知道更快高更強(qiáng),但是很少人知道,潮流早就發(fā)生了深刻轉(zhuǎn)變,實(shí)際上從上世紀(jì)70年代開始,更高更快更強(qiáng),早就變成了更低更慢更輕,單純追求高空高速的年代早已過去,而且從飛機(jī)替換來說,更小的飛機(jī)可以有更強(qiáng)悍的性能,這也是F16小個(gè)頭替代F4大個(gè)頭的原因。 單發(fā)小F16替換雙發(fā)大F4,這就是技術(shù)進(jìn)步的威力 F16替代F4的強(qiáng)悍攻擊能力,最大理由是,采用了翼身融合技術(shù)外加電傳飛控,使得飛機(jī)尺寸重量阻力大幅度減小,雖然機(jī)體重量只有后者的一半,總推力只有66%,但是掛載能力,航程,機(jī)動(dòng)性都比后者強(qiáng),這就是電傳飛控創(chuàng)造的奇跡。 F16和F4相比更小更輕轉(zhuǎn)彎更快,而且可以同時(shí)和2架F4交戰(zhàn)而不落下風(fēng) 大家不禁要問,電傳操縱是何許神圣,為何如此強(qiáng)悍,能讓飛機(jī)減重不減能?為了回答這個(gè)問題,我們先從飛機(jī)飛行操縱系統(tǒng)說起。 飛行操縱系統(tǒng),也稱為飛行控制系統(tǒng),這就是將飛行員的動(dòng)作轉(zhuǎn)換為到飛機(jī)動(dòng)作的一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng),從工作分類來說分為人工操縱系統(tǒng)和自動(dòng)操縱系統(tǒng),自動(dòng)操縱系統(tǒng)這個(gè)很好理解,預(yù)先設(shè)定好飛行方案,所有參數(shù),讓飛機(jī)自己飛行,飛行員就是監(jiān)控狀態(tài)而已,簡單來說就是自動(dòng)駕駛,和現(xiàn)在很熱的汽車自動(dòng)駕駛技術(shù)很類似。 從這個(gè)對比可以看出F4肥碩笨重,F(xiàn)16輕盈修長 而電傳飛控系統(tǒng)也經(jīng)歷了一個(gè)很長的過程,并不是忽然跳出來的,從最初的機(jī)械操縱經(jīng)過多次進(jìn)步到電子控制增穩(wěn)最終才到電傳操縱系統(tǒng)。 飛行控制系統(tǒng)是很復(fù)雜的,這是二代機(jī)JA37的飛控系統(tǒng)簡圖 以下讓我們看看飛行控制系統(tǒng)的歷史,雖然從名詞來說很不容易理解,但是我們可以從瑞典的飛機(jī)設(shè)計(jì)家族中看到點(diǎn)滴的進(jìn)步。 第一種:純機(jī)械控制系統(tǒng),這是最早的設(shè)計(jì)模式,這種設(shè)計(jì),只能使用飛機(jī)飛行速度比較低200-300公里每小時(shí)的低速飛行機(jī)常用,舵面控制能力弱的情況,而且飛行員得一直進(jìn)行操縱,當(dāng)然飛機(jī)在舵面上帶了調(diào)整片,可以節(jié)省點(diǎn)力氣。 這就是機(jī)械操縱模式,1940年薩博公司的J21,操縱桿通過復(fù)雜桿系鏈接到舵面 第二種,帶了助力的機(jī)械操縱系統(tǒng),這種設(shè)計(jì)就用液壓設(shè)備放大了飛行員的“力氣”使得飛行員能飛700-800公里每小時(shí)甚至更高的速度。 J29,高亞音速噴氣飛機(jī),人力很難拉動(dòng)舵面了,所以使用液壓助力 這種設(shè)計(jì)下,飛行員可以直接感受到飛行國產(chǎn)中舵面返回來的力量大小,在高速時(shí)候飛行員做動(dòng)作,桿力就很重,低速飛行時(shí)候飛行員桿就很輕。 第三種,間接回力的飛行控制系統(tǒng),這種設(shè)計(jì)出現(xiàn)在超音速飛機(jī)上,由于超音速舵面回力太大,使得飛行員的體力吃不消,所以做了一部分回力,讓飛行員還能感受到操縱力度大小。 這是低超音速飛機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),飛機(jī)飛行速度剛剛超出一倍音速點(diǎn)點(diǎn) 第四種,二倍音速飛機(jī)雷的飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì),飛控系統(tǒng)中特別加了傳感器,電子部件和控制伺服器,這種設(shè)計(jì)兼顧了亞音速飛機(jī),超音速飛行,而且在整個(gè)飛行過程中,使得飛行員的桿力不會變化過大,難于操縱。 從技術(shù)來說,這個(gè)飛行控制系統(tǒng)很不錯(cuò) 由于飛機(jī)需要攔截超音速敵機(jī),所以設(shè)計(jì)師使用了自動(dòng)駕駛儀輔助高速飛行帶來的振動(dòng)問題,減振效果良好,配合雙三角翼設(shè)計(jì),這套操縱系統(tǒng)得到了飛行員的好評。 第五種,SAAB37的飛控系統(tǒng),這是一款鴨式布局飛機(jī),短距起降能力驚人,尾部帶發(fā)動(dòng)機(jī)反推裝置,可以使飛機(jī)在冰雪跑道上500米內(nèi)停下來,不僅如此,飛機(jī)最大速度2馬赫以上,可以發(fā)射近距和中距攔射導(dǎo)彈,以及大量空對地彈藥,有專用對地攻擊和空戰(zhàn)型號之分。 AJ37主打攻擊,機(jī)械操縱系統(tǒng)帶全套伺服器和全權(quán)限,外加限制5度偏轉(zhuǎn)的模擬式飛控系統(tǒng) AJ37的飛控系統(tǒng)使用桿力傳感器,提升飛行員的操縱特性,主要特色在于從自動(dòng)駕駛儀到控制面之增加了穩(wěn)定和減振功能,AJ37的自動(dòng)駕駛儀是模擬式的,可以在很大范圍內(nèi)調(diào)節(jié),可以將每架飛機(jī)的操縱系統(tǒng)任意調(diào)節(jié)參數(shù),最終每架飛機(jī)操縱反應(yīng)特性都稍有差異而且獨(dú)一無二。 JA37的操縱系統(tǒng)是世界上第一種在基本機(jī)械操縱系統(tǒng)上增加數(shù)字控制系統(tǒng)的飛機(jī),這種數(shù)字式控制系統(tǒng)消除了模擬空子系統(tǒng)的偏差。 JA37也是一種靜穩(wěn)定飛機(jī) 第六種 數(shù)字式控制系統(tǒng) 上世紀(jì)80年代,瑞典薩博公司為了拿到純數(shù)字式電傳飛控上幾乎,為此對一架JA37進(jìn)行了大改,這就是JA 37-21 ESS01電傳操縱試驗(yàn)機(jī),用于測試全權(quán)限電傳操縱系統(tǒng),這是一種三軸異步全權(quán)限數(shù)字式飛行操縱系統(tǒng)(后緣控制面偏轉(zhuǎn)角度可達(dá)±30度),另外帶機(jī)械備份操縱系統(tǒng) 這就是瑞典第一款電傳操縱試驗(yàn)機(jī),中國則有K8,殲8,殲7等型號與之對應(yīng) 在JA37電傳操縱實(shí)驗(yàn),獲得成功后,薩博公司展開了對JAS39鷹獅的電傳操縱系統(tǒng)研發(fā),最大的進(jìn)步就是取消了機(jī)械操縱系統(tǒng)備份,轉(zhuǎn)變成全數(shù)字式電傳操縱系統(tǒng),為了增加安全性,采用了多余度設(shè)計(jì),操縱系統(tǒng)額外增加了一個(gè)狀態(tài)監(jiān)控表決器,隨時(shí)監(jiān)測和判斷操縱通道的正常與否。 這就是鷹獅的飛控系統(tǒng),所有飛行員動(dòng)作都通過計(jì)算機(jī)來處理,形成控制指令 從技術(shù)來說,鷹獅和上面的所有飛機(jī)的操縱系統(tǒng)都不同,就是電傳操縱系統(tǒng)和機(jī)械操縱系統(tǒng)的區(qū)別,其實(shí)質(zhì)是能量利用效率高低的檔次問題,JA32,JA35,JA37戰(zhàn)斗機(jī)從穩(wěn)定性的觀點(diǎn)來說,都是常規(guī)靜穩(wěn)定飛機(jī),這種飛機(jī)的缺點(diǎn)在于,飛機(jī)機(jī)翼面積很大,帶來更大的飛行阻力,而且轉(zhuǎn)彎也帶來了更大的速度損失,而鷹獅戰(zhàn)斗機(jī)截然相反。 主要的不同其實(shí)主要是重心和氣動(dòng)中心位置關(guān)系,靜穩(wěn)定飛機(jī)重心都比較靠前,飛機(jī)經(jīng)過氣流擾動(dòng)后,偏向于恢復(fù)原樣,而靜不穩(wěn)定飛機(jī)相反。 鷹獅電傳操縱系統(tǒng)能做到無憂慮操縱,功能很強(qiáng)大,使得飛行員專心駕駛作戰(zhàn) 同樣要轉(zhuǎn)彎,靜穩(wěn)定飛機(jī)先抬頭,需要機(jī)翼后緣操縱面向上偏轉(zhuǎn),形成一個(gè)抬頭力矩,但是這個(gè)抬頭力矩造成了飛機(jī)的升力巨大損失,為了保持額定的過載能力,比如8-9G,機(jī)翼面積就必須做的更大,這造成了巨大的阻力增加。 而靜不穩(wěn)定飛機(jī)正好相反,所以,這就是70年代以來電傳操縱系統(tǒng)使得飛機(jī)減肥,由小變大的秘訣。 個(gè)頭小了一大圈,重量幾乎減半,飛行性能還提高了,這就是電傳操縱的奇效。 而鷹獅的電傳操縱系統(tǒng)則設(shè)計(jì)的很先進(jìn)也很復(fù)雜,得益于全動(dòng)鴨翼的鴨式布局,起飛和著陸都可以在機(jī)翼和鴨翼產(chǎn)生升力,使得飛機(jī)對于操縱面的大功率作動(dòng)器需求減小了不少,而且鷹獅是一種高度不穩(wěn)定的飛機(jī),遇到突風(fēng)干擾假如不使用自動(dòng)駕駛儀穩(wěn)定飛機(jī)可能在0.4秒之內(nèi),振幅增加一倍。 鷹獅的飛控系統(tǒng)要求穩(wěn)定指令以最低的延遲發(fā)出,而且最少每秒鐘60赫茲的頻率,在幅值選擇上很有難度,幅值太小了,系統(tǒng)控制不了那么嚴(yán)密,幅值太大了,飛機(jī)抖得厲害。 鷹獅戰(zhàn)斗機(jī)試飛過廣泛的高速速度攻角組合,飛機(jī)都能非常安全飛行 戰(zhàn)斗機(jī)飛行很麻煩,高空低空高速低速都要經(jīng)歷,而在低空低速飛行時(shí)候,容易發(fā)生翼面氣流分離導(dǎo)致失速失控甚至導(dǎo)致墜毀,而且飛機(jī)也有一定的設(shè)計(jì)強(qiáng)度,飛行員要在發(fā)揮最高性能的同時(shí)也保證不損傷飛機(jī)結(jié)構(gòu),這就是個(gè)兩難的題目。 實(shí)際上鷹獅的飛控設(shè)計(jì)完全做到了飛行員不需要擔(dān)心任何攻角問題,過載問題,側(cè)滑,進(jìn)氣道限制等等失速或者偏離問題。 鷹獅戰(zhàn)斗機(jī)飛控系統(tǒng)圖,殲10戰(zhàn)斗機(jī)與之類似 實(shí)際上來說,中國的殲10也做到了類似水平,而殲20更好飛,外加隱身和傳感器的優(yōu)勢,這就是大批飛行員大量寫申請想轉(zhuǎn)飛殲20的理由。 |