战斗机推力矢量关键技术及应用展望

战斗机推力矢量技术可极大地扩展战斗机使用包线,提升飞行安全性,增强飞机作战能力,是航空领域的重要关键技术,是先进战斗机的典型标志之一。该技术涉及气动、进排气、发动机和飞行控制等多个领域,其综合实现是一项跨领域、紧耦合、高风险的系统工程。本文回顾了战斗机推力矢量技术的发展历程,分析了关键技术体系,结合中国首架轴对称推力矢量验证机的工程实践,阐述了大迎角内外流气动设计、推力矢量发动机、综合飞/发控制和战斗机过失速机动飞行验证等关键技术,展望了推力矢量技术对作战效能的贡献及未来的应用方向。     

推力矢量飞机试飞技术模拟研究

为研究推力矢量飞机的试飞技术,建立了推力矢量飞机的动力学模型,用动态逆方法设计了4种过失速机动控制律,并在地面飞行模拟器上参考标准评估机动动作集(STEMS)进行了飞行模拟试验研究。试验结果表明,使用的4种过失速机动控制模式没有不可接受的操纵响应,飞机采用推力矢量控制后敏捷性明显提高。在模拟导弹攻击目标时,采用过失速机动控制模式具有明显的优势。     

流体推力矢量技术验证机研制及飞行试验研究

为验证被动二次流推力矢量技术的有效性,评估其飞行控制能力,研制了一架基于被动二次流推力矢量动力装置的验证机模型并开展了飞行试验研究。以完成筋斗机动动作的时间和半径作为流体推力矢量控制性能的评估参数。采用微型航姿传感器记录了验证机模型在有无流体矢量作用时完成筋斗动作的俯仰角和俯仰角速度数据,并通过无线数据传输装置传回地面加以储存和分析。飞行试验结果显示,在使用流体矢量情况下,验证机完成筋斗机动动作的半径由单独舵面控制时的约9倍机身长度减小为2倍机身长度、平均时间由4.93s降为2.28s、最大俯仰角速度的均值由114.5°/s提高到了270.3°/s。该结果证实了被动二次流推力矢量技术在急剧飞行状态下能够发挥作用,且具有较强的姿态控制效能。     

装可动式头部边条的F/A-18HARV进行飞行试验

据NASA的飞行试验表明,在F/A-18 大迎角研究机(HARV)上装了可动式头部边条后,可大大提高飞机在大迎角飞行时的机头指向及攻击机动性,如果与机上的推力矢量系统配合使用,效果更佳。目前,NASA还在进行一些飞行试验,以验证这种前体控制装置对改善飞机大迎角飞行偏航控制能力及机动性所起的重要作用。可动式前体控制装置的飞行试验比推力矢量系统飞行试验的     

过失速机动飞行模拟与操纵效能分析

在大迎角非线性气动力模型和推力矢量发动机模型的基础上,结合非线性控制方法和与常规飞行增稳控制模态转换方法,实现飞机常规飞行包线内和过失速区域的全范围飞行模拟,同时提出了过失速机动操纵效能分析方法。通过对推力矢量飞机操纵效能的全面分析,验证了推力矢量控制有效实现和显著提高过失速区的机动能力。飞机全状态范围的过失速机动飞行模拟与操纵效能分析将为现代高机动飞机过失速机动飞行试验提供重要的技术支持和理论依据。     

射流推力矢量控制技术研究

射流推力矢量控制技术是一种全新概念推力矢量技术,其具有机械式推力矢量喷管无法比拟的优点。文中概要介绍了射流推力矢量控制技术喷管的工作原理、基本概念和发展情况．着重介绍了几种典型控制方法和其优缺点,以及国内外试验情况,并提出国内在射流推力矢量控制技术方面应发展的方向。     

带矢量喷管的一体化飞行/推进控制技术研究

本文对综合推力矢量飞行／推进控制系统的设计方法进行了研究,在充分考虑了推力矢量飞行、推进子系统之间的相互作用后,建立了带推力矢量综合飞行／推进控制系统的数学模型,结合推力矢量研究的特点,采用鲁棒伺服ＬＱＧ／ＬＴＲ设计法,进行控制系统的设计,通过仿真实验,证明设计达到了要求,方法可行     

推力矢量技术的研究、应用及作用

Research,ApplicationandRoleofVectored-Thrust推力矢量技术近年来已由研究试验阶段发展到了实用阶段,在发达国家下一代战斗机上几乎全部都采用了这项技术,第三代战斗机的某些改型上也有加装推力矢量系统的。现在的推力矢量技术已从第一代发展到了第二代,其对飞机的总体性能和结构设计已产生了重要影响。总的来说,战斗机应用推力矢量技术是美国、俄罗斯战略、战术发展的需要。而相关技术的发展使其应用成为可能。推力矢量技术是指发动机推力通过喷管或尾喷流的偏转产生的推力分量来替代原飞机的操纵面或增强飞机的操纵功能,对飞机…     

面向先进战斗机研制的风洞模型飞行试验技术

高机动性先进战斗机气动布局与飞控系统设计面临愈加严峻的流动/运动/控制耦合问题,大迎角飞行以及推力矢量等高新技术应用也使其在研制过程中面临更高的技术风险,风洞模型飞行试验是实现飞行器气动/飞行/控制一体化研究、降低研制技术风险的重要手段。介绍了低速风洞模型飞行试验技术原理及国内外发展现状,对试验技术主要特点及其在支撑先进战斗机研制中的作用、应用范围、应用阶段以及面临的主要挑战进行了分析,为试验技术发展和应用提供参考。发展和应用低速风洞模型飞行试验技术,有利于充分挖掘战斗机的气动性能与控制性能,降低试飞风险,是新一代战斗机研制、新技术工程化应用的重要支撑技术。     

美国战斗机机体/发动机一体化技术研究与发展

战斗机机体/发动机一体化技术对战斗机性能、机动性、隐身性、起降的操纵性、飞行安全性和扩大飞行包线都有着重要的作用。推力矢量喷管技术是战斗机机体/发动机一体化技术中的关键,能为战斗机带来新的可操作能力。 由美国投资战略部、计划和项目管理局及美国空军(USAF)怀特实验室资助,USAF、NASA等部门于90年代初开始着手进行战斗机机体/发动机一体化技术研究。研究分为两个阶段:第一阶段进行战斗机机体/发动机一体化预先设计(FAPIP)研究及多轴推力矢量喷管方案验证;第二阶段主要进行飞行试验。     

X—31A飞机的设计特点和试飞情况

综述了为验证增强战斗机机动性(EFM)计划、衡量过失速机动飞行的可行性及其在近距空战中的战术价值,X-31A飞机在气动布局、大迎角抗偏离设施、推力矢量系统以及飞控系统方面的特点;介绍了X-31A飞机的有关飞行试验情况,特别是循序渐近的四种过失速机动动作以及空战效能评估结果。结果表明,X-31A飞机气动布局合理,能完成过失速机动飞行。且过失速机动技术和推力矢量组合,可以大大地提高飞机近距空战的作战效能。     

过失速大机动飞机的飞行控制律设计

对新一代带推力矢量的战斗机在大迎角过失速机动下的飞行控制律进行设计,并进行了机动指令飞行仿真。引进推力矢量技术,建立带推力矢量的飞机模型方程;采用奇异摄动理论,将控制回路分为两个快慢(内外)回路,对每个回路分别用动态逆方法进行飞行控制律设计;并采用结构奇异值μ综合和分析的方法对快(内)回路设计了鲁棒控制器;最后所设计的控制律进行了机动指令飞行仿真,仿真结果表明设计的过失速机动控制律良好。     

再评推力矢量控制技术的发展

冷战结束后,喷气发动机技术仍在迅速发展,最突出的是推力矢量技术。其中比较典型的是F-22/F119上采用的推力矢量控制技术,后来又有F/A-18/F4O4和X31/F4O4采用这种技术,后两种专用于研究高迎角和低速下的推力矢量技术。到1996年俄罗斯在苏-37/AL-31FU上采用这种技术,并在国际航空展上做了飞行表演。在今年的巴黎航展上,美国GE和普惠公司展出了轴对称推力矢量喷管,欧洲的发动机参展商也展出了将用于EJ2OO发动机的具有俯仰和偏航能力的矢量喷管模型,俄罗斯虽未展出实物,但据资料介绍,他们至少有两种飞机/发动机采用了推力矢量控制技术,其中一种是     

YF—22原型机的推力矢量辅助机动试飞

为了研究和鉴定生产型Ｆ－２２的设计方案，在ＹＦ－２２先进战斗术机的原型机上采用了推力矢量技术，并对其进行了试飞，机体，飞控系统和推进系统被完全一体化。推力矢量命令由飞机的飞控计算机产生，并被传送给每台发动机的控制器，每台发动机的控制器独立完成计算，发出必要的命令把喷管动作筒定位到正确的矢量角位置，飞行试验证明，同现役战斗机比较，推力矢量技术增强了ＹＦ－２２跟踪时的操纵品质，提高了超音速持续转弯性能     

推力矢量技术的研究与发展

介绍了推力矢量的基本原理 ,国外推力矢量技术的发展及矢量喷管的主要技术方案 ,分析了国外推力矢量技术的研究方向、技术途径 ,对我国推力矢量技术的研究提出了一些建议。     

带推力矢量飞机的重构飞控系统设计

带推力矢量飞机的重构飞行控制系统是由带推力知量的基本飞行控制系统和重构控制系统两部分组成。前者是加装推力矢量飞机控制的关键。后者是当飞机舵面或作动器发生故障后，利用矢量喷管进行飞控敏理构，可以使推力矢量再次发挥作用。以加装推力矢量喷管的飞机为研究对象，阐述了上述两种控制系统的详细设计方法，此法带有一定的普遍性，为进一步展开这方面的研究提供了参考。     

推力矢量控制飞行的仿真研究

针对推力矢量控制飞行进行了仿真研究。推力矢量参与飞行控制,提高了飞机过失速飞行控制能力。在已建立的飞机和部件级的推进系统模型的基础上,进行了过失速机动飞行仿真,对推进系统常规控制与稳定性控制作了对比。      

英国即将开始无操纵面飞行器的飞行试验

英国的一项为时5年的“无襟翼飞行器”项目已经取得突破性的进展,从11月开始,一个被称为”一体化验证机”的缩比无人机模型将进行飞行试验。验证机外型基本上是按照波音X-45作战无人机外形仿制的,飞行器上完全没有常规的操纵面。飞行器的纵向运动通过流体推力矢量进行控制,而横向运动则用空气动力环量进行控制。流体推力矢量技术是     

倾转旋翼机过渡飞行阶段控制律设计研究

过渡段飞行控制技术是倾转旋翼机飞行控制系统的关键技术。本文在倾转旋翼机过渡静力平衡特性和力矩配平特性分析基础上,对倾转旋翼机过渡段基准飞行轨迹及短舱转角规律进行了设计。然后利用推力矢量技术,采用拉力矢量/空气舵组合操纵方法,对倾转旋翼机过渡飞行段控制律进行了设计与仿真研究。     

推力矢量对飞机大迎角动态气动特性的影响

推力矢量是提高战斗机大迎角动态气动特性,提升其过失速机动能力和飞行品质的重要手段。新一代战斗机的高机动性要求也使气动和推力矢量的融合控制研究日益重要。针对中国空气动力研究与发展中心∅3.2 m开口低速风洞,研制了喷流模拟器和通气动态试验装置,建立了带推力矢量的大迎角动态试验技术。开展了不同减缩频率、不同落压比、不同喷管偏角时的大迎角俯仰振荡运动特性试验研究。结果表明：与无喷流试验相比,带喷流时模型的动态特性均随着落压比和喷管偏角的变化呈现规律性的变化;力和力矩系数形成的迟滞曲线面积随着落压比和偏角的增加而增加;减缩频率的变化对模型的动态特性影响小于无喷流时的影响。总的来说,推力矢量的影响未改变模型大迎角动态特性的基本规律,但是随着推力矢量角度和大小的变化,有规律地改变了模型动态气动力和力矩的变化幅度。