战斗机大迎角气动特性研究技术的发展与应用

飞机布局的大迎角气动特性是决定飞行包线左边界的主要因素之一。飞行包线左边界区域的扩展增强了飞机的大迎角机动性和敏捷性,但是同时也极大地挑战着飞机的安全。几十年来,随着大迎角飞行研究技术的发展,战斗机飞行不断突破失速迎角附近及以上区域,将飞行左边界左移,扩大了飞行包线,减少了飞行限制,挖掘了战斗机的作战潜能。本文对战斗机大迎角飞行相关的气动特性研究技术,包括流动机理研究、数值计算方法研究、风洞气动试验、气动建模与数据库构建、气动与控制综合验证等关键技术的发展与应用进行了阐述。基于这些技术的发展,结合工程实践经验,提出了战斗机大迎角气动特性研究的整体思路和方法,包括大迎角气动力预先设计、气动力获取、气动力表达、气动力综合分析和气动-运动-控制一体化验证五个部分,以供相关装备研制参考。     

F／A—18A大迎角研究机进气道特性的概要

在NASA德里登飞行研究中心把大迎角飞行对飞机进气道气动力特性影响的研究作为NASA的大迎角技术计划的一部分。高配置的F／A—18A大迎角研究机用于这项研究。新设计的进气道总压耙装在右侧F404—GE—400发动机的前面以测量进气道恢复和畸变的特性。目标包括：(1)确定在稳定大迎角状态下的进气道总压特性：(2)如果进气道畸变在快速的迎角机动与相应的稳定气动力状态之间明显不同，则进行评定；(3)评估飞机偏离期间的进气道特性；(4)为开发和检验计算流体动力学准则提供数据；(5)使用四种方法与一种参考方法进行比较来计算发动机气流。本文描述了从此项研究中取得的结果。严格证实这些数据和相关的数据库以作为了解大迎角时进气道特性的基础。     

现代战斗机飞行力学问题的研究进展

阐述了现代战斗机研制中若干飞行力学问题研究现状,内容涉及敏捷性设计指南和空战敏感性管理系统,过失速飞行包线扩展和机动飞行,大迎角飞行控制律设计,推力矢量控制和准无尾飞行,大迎有特性分析方法－开环和闭环特性分支分析方法和大迎角飞行品质要求六个方面。研究结果显示出这些大迎角飞行力学领域最新发展趋势及其在现代战斗机研制中的作用地位。     

小展弦比飞翼布局作战飞机偏航轴飞行品质评定

依据MIL—STD—1797A飞行品质规范,对小展弦比飞翼布局作战飞机的偏航轴飞行品质进行了评定研究。评定结果表明：由于构型的原因,飞翼布局飞机本体的稳定特性和阻尼特性都较差,因此飞行控制系统对其动态响应特性的调节作用更加明显。稳态配平特性主要受构型的影响,飞翼布局飞机一般不能完全满足飞行品质的要求。由于可控性的设计要求需采用多操纵面的组合操纵,控制分配技术导致某些现有的品质准则需要修改。小展弦比飞翼布局飞机取消了垂尾（方向舵）并采用了新型操纵面（ICE）,在某些情形下对偏航轴操纵效能的需求与常规飞机相比存在较大的差异。总之,在飞翼布局作战飞机的构型设计、飞控系统设计以及飞行品质评定条款的制定、实施中,均需考虑这些新的飞行品质特性。     

战斗机敏捷性研究中的几个问题

就近年来战斗机敏捷性研究中的某些问题，如横向敏捷性尺度，敏捷性与飞行品质之间关系，大迎角下俯卸载尺度以及敏捷性战斗机的飞行控制系统一体化设计，进行了综合分析和讨论，并得出了结论：（１）横向敏捷性以空战效益的影响比俯仰和轴向敏捷性的影响大；（２）空战中下俯敏捷性与上仰敏捷性同样重要；（３）敏捷性与飞行品质之间存在着明显的相关性；（４）敏捷性战斗机在初始设计阶段，必须考虑飞机控制系统一体化设计。     

FL-2风洞亚跨声速大振幅实验技术研究

飞机在大迎角下机动飞行，流动状态的非定常性是其主要特性。对此进行研究是十分必要的。为了在高速风洞中开展飞机大振幅动态特性研究，专门设计了一套大振辐动态试验装置，使FL-2风洞具备了大振辐动态试验能力。并用此装置在FL-2风洞初步完成了一期试验。文中主要对此试验装置及其试验能力和风洞试验情况作了介绍。     

电传飞控系统的功能与关键问题及发展

综述了电传飞控系统的主要功能（放宽静稳定度、改善飞机飞行品质，自动协调滚转、迎角限制器、自动配平、自动防偏离和制止惯性耦合等），着重阐述有关放宽静稳定度，改善飞机飞行品质，绕稳定轴滚转，迎角限制器，制惯性耦事及自动防偏离等问题。还就研制飞控系统的几个关键技术进行了论述。最后概述了有关过失失速机动控制与推力矢量，以及飞控－火控－推力控制一体化等技术。     

过失速机动气动模型的试飞验证方法研究

介绍了现代飞机过失速机动的大迎角气动模型的特点和描述方法,结合某型飞机大迎角非定常气动力模型和推力矢量控制模型,分析了大迎角非定常、非线性气动力模型的飞行验证方法,并进行了地面模拟验证,为我国新一代飞机过失速机动大迎角模型验证飞行试验方法的研究和模拟试验技术的研究提供了依据。     

战斗机横向敏捷性评估与影响因素研究

建立了横向敏捷性的三个尺度－－ＴＲＣ９０，ＴＲＴ９０和ＴＡ的仿真计算模型和机动飞行中的操纵输入规律，并对具有现代飞行控制系统的Ｆ－１６飞机的横向敏捷性进行了数字仿真研究。结果表明：横向敏捷性尺度ＴＲＣ９０，ＴＲＴ９０，ＴＡ均是飞行高度、速度和迎角（过载）的函数，并对飞机横向敏捷性有显著的影响，飞机在高空低速下，以大过载机动飞行时，交获得较大的ＴＲＣ９０和ＴＲＴ９０。合理设计飞机飞行控制系统中的控制     

先进战斗机大迎角运动特性分析和试验

描述了先进战斗机大迎角气动数据库的结构,介绍了使用全局稳定性理论对大迎角特性的预测分析结果和控制律的设计逻辑,之后进行了六自由度仿真计算,并根据飞行品质模拟器评价试验和自由飞试验结果对大迎角运动特性和控制律设计逻辑进行了验证。     

分叉分析在飞机非线性动力学中的应用

深入研究现代飞机大迎角下的线性动力学特性是当今飞行力学的重要研究内容。综述了非线性动力学系统定性方法中分叉问题的基本概念、数值计算方法和相关软件，重点介绍了分叉分析方法在飞机开环、闭环非线性动力学特性分析和大迎角控制律综合以及分叉控制方面的应用。     

超机动飞机动态逆-PID控制器设计

对超机动飞机在大迎角机动下的控制律进行设计,并完成相关仿真验证.通过引入推力矢量技术,建立带推力矢量的飞机非线性数学模型;采用奇异摄动理论,将飞机状态划分为快慢变换不同的同路,分别应用动态逆设计飞行控制律;并采用PID控制补偿由于未精确建模带来的系统逆误差;最后对所设计的控制律进行了机动指令飞行仿真.仿真结果表明,设计的控制律能在大迎角机动条件下控制飞机跟踪指令飞行,并保证闭环系统的稳定性.     

F—16飞机大迎角飞行特性分析

采用六自由度全量运动方程和三通道飞行控制系统模型，使用时域动态响应的方法，研究了Ｆ－１６飞机在大迎角下飞行的深失速特性和尾旋特性，并对尾旋进入和改出的机理进行了探讨。通过分析研究可午出结论：Ｆ－１６飞机具有深失速特性，若进入深失速后，可用先拉杆后推杜操纵方法改出；Ｆ－１６飞机进入尾旋的主要原因是航向自转和偏航、滚转气动交感；在改出尾旋过程中，方向舵操纵力矩、航向静不稳定力矩、偏航惯性交感力矩对制止     

FL-2风洞模型大振幅运动机构控制系统的设计

为了能在高速风洞中开展飞机大振幅动态特性研究，找出飞机在大迎角下机动飞行，流动状态的非定常性的特点，专门设计了一套动导实验装置，使高速风洞具备了大振幅及滚转动态试验能力，本文主要是对此试验装置的计算机控制系统的设计及调试情况作了介绍。     

飞行试验中的飞行力学研究

说明了飞行力学天空在飞行试验中的地位；型号飞行中飞行力学研究的主要内容；飞行品质和大迎角飞行特性飞行试验研究以及第四代战斗机研制中需要飞行试验验证的几个飞行力学问题。     

AM—X飞机的改出尾旋伞

该报告描述了大迎角飞行试验过程中打算在ＡＭ－Ｘ飞机上安装的改出尾旋伞系统。尤其是其中涉及到所研究的下列问题。改出尾旋伞以及伞与飞机连续结构采用的设计标准，为开伞和投伞设计的正常和应急控制系统。允许伞在飞行中连接绳与飞机结构连接或分离的安全装置。这个报告也包括对系统评定设想的地面和空中试验的描述。     

利用大迎角试飞数据辨识飞机气动导数

基于用局部线化代替非线性概念．探索了利用大迎角飞行试验数据辨识飞机空气动力参数问题。在准定常假设条件下，提出了迎角分割算法和时间分割算法，针对歼教七飞机的失速飞行试验数据，用最小二乘回归方法和最大似然法验证了上述大迎角参数辨识的思想，取得了较好的结果，为进一步开展大迎角参数辨识技术的工程应用奠定了基础。     

风雨对飞机飞行安全性的影响

风雨严重影响飞机的飞行安全。基于动量定理建立了一种根据降雨条件、风场特性、飞机特征和飞行状态计算雨滴对飞机产生的撞击力和力矩的方法,研究了风雨对飞机气动特性的影响,进而建立了飞机在风雨中飞行的运动方程。通过引入驾驶员的操纵模型,对飞机在风雨中飞行的运动特性进行了数值仿真研究。仿真结果表明:降雨会使飞机的升力减小,阻力增大,平衡迎角增加,不利于飞机的飞行安全;当降雨过程中伴随有风时,风会改变飞机的飞行迎角,使得飞机更容易出现因失速而造成的飞行事故;降雨时飞机的抗风能力降低。     

F-16飞机大迎角飞行偏离/尾旋特性分析

通过俯仰力矩系数随迎角的变化对F－16飞机的气动特性进行分析，并对其中大迎角时的偏离特性进行了剖析，通过计算给出了F－16飞机的m^βx,m^βy,m^δy,m^δyx,m^δyy,m^δyxy以及侧滑偏离参数（m^βydyn)和横向操纵偏离参数（LCDP）随迎角的变化曲线，最后通过m^βydyn和LCDP的综合，预测了F－16飞机的偏离特性，同时通过计算对尾旋运动特性和改出特性进行了研究，为分析F－16飞机大迎角飞行特性提供了理论依据。     

“鹰狮”飞机大迎角／尾旋自动改出试验

包括失控改出的抗偏离特性飞行试验是大多数战斗机要试验的项目。过去，因为没有合适的模拟设备，这种试验都采用不断摸索性质的“试错法”。如今，在现代数字飞控系统和各种模拟器的辅助下，大部分试验可以在模拟器环境下安全、经济地进行。然而，为了识别、验证气动力数据、检查飞机特性的某些疑点，仍然需要进行实际飞行试验。本文叙述了在瑞典进行的“鹰狮”（Gripen)飞机大迎角飞行试验的目的、试验方法、试验准备、试验结果以及取得的经验。这项试验包括大迎角气动力数据的识别、抗偏离特性试验、尾旋研究和尾旋自动改出试验。