战斗机敏捷性评估方案及其对未来敏捷性战斗机设计的影响

本文的目的是介绍新型战斗机敏捷性评估方案并讨论评估方案对战斗机设计产生的影响,未来空战中要获胜就要求将飞机的机头,武器首先指出敌机,首先指向敌机就意味着具备了先敌发射的机会,全向攻击导弹（如AIM－9L）出现后,就对战斗机提出了指向－发射能力要求,指向敌机后全向攻击导弹可以从任意方向发射,其中包括飞机迎面遭遇情况,飞机速度较低时,未来战斗机可以利用它在较大过失速迎角（可达90°）下飞行的能力来提高其机头指向能力,未来过失速技术（PST）战斗机的操纵需要推力矢量动力装置和相应的操纵技术,它们使飞机具有了过失速机动能力,文章分析了战斗机的敏感性,并在大于和小于失速迎角这两个范围内评估了它对设计的影响,介绍了一些战斗机敏感性评估方案,在小于失速迎角范围内,用于表征俯仰敏捷性的参数有指向裕度（PM）,相对能态（V／Vc)和作战循环时间（CCT）,用于表征滚转敏捷性的参数有后向间隔距离（RSD）,在大于失速迎角范围内,确定出的关键性能参数为迎角变化率能力,以较大的迎角变化率进入的过失速机动在发射位置具有更长的时间－这是一个性能优势,形成俯仰和偏航矢量控制功率需求设计曲线的假设前提是仅使用推力矢量就有可能实现过失速迎角下飞机的操纵,讨论了应用敏捷性（一般情况下和过失速情况下）方案对未来战斗机设计的影响。     

70°迎角定常飞行数值仿真

建立了带俯仰－偏航－滚转推力矢量高性能战斗机的非线性数学模型,利用该模型和Ｆ－１６飞机的气动数据,针对典型的大迎角定常飞行过失速机动的特点,结合逆方法和试凑法获得了各个操纵面的操纵规律,对其进行了数值仿真。结果表明,带俯仰－偏航－滚转推力矢量控制下,该飞机在过载为１,７０°迎角定常飞行时具有较好的操纵性和稳定性。     

最佳过失速机动研究

 分航迹变向和机头指向目标两类问题对飞机过失速机动进行数值优化研究。结果表明,为获得大转弯率应在最大升力迎角区贴近角点速度飞行,因减速较快需用大油门。经典的转弯率图能够反映这类航迹机动的特点。而机头指向目标机动的前段仍是航迹变向问题,到适当位置后再利用超大迎角机动能力指向目标。飞行仿真表明,飞机具有过失速操纵力矩和良好的飞控系统时大部分最佳机动可顺利实施,但若有极低速度要求则仍可能超出操纵极限。     

一种典型过失速机动的仿真

从飞机的六自由度运动方程出发,结合推力矢量控制系统,进行三种典型过失速机动的数值仿真,主要研究了第一种机动的操纵规律;失速迎角后大迎角不对称气动力和力矩及气动迟 完成过失速机动的影响;推力矢量在实现过失速机动中所起到的作用。此外,对不同初始飞行状态也给予了讨论。仿真结果表明：推力矢量是过失速机动的有效手段;在设计操纵规律时,应予以充分考虑到不对称气动力矩的影响,气动迟滞、进入速度对过失速机动的影响     

三种典型过失速机动的仿真

从飞机的六自由度运动方程出发,结合推力矢量控制系统,进行三种典型过失速机动(“眼镜蛇”,尾冲,Herbst机动)的数值仿真,主要研究了每一种机动的操纵规律;失速迎角后大迎角不对称气动力和力矩及气动迟滞对完成过失速机动的影响;推力矢量在实现过失速机动中所起到的作用.此外,对不同初始飞行状态也给予了讨论.仿真结果表明:推力矢量是实现过失速机动的有效手段;在设计操纵规律时,应予以充分考虑到不对称气动力矩的影响;气动迟滞、进入速度对过失速机动的影响也不容忽视.     

先进战斗机过失速机动大气数据融合估计方法

可控的过失速机动是先进战斗机超机动性能的重要标志,飞机飞行包线的扩大已超出传统的大气数据系统测量范围,可靠的迎角、侧滑角、总压、静压等飞行大气数据是制约先进战斗机过失速机动中飞行控制的关键因素。以中国推力矢量验证机为对象,基于过失速机动飞行试验的数据,开展大气参数估计与验证研究。结合过失速机动的时间与空间特性,研究了基于风速、地速、空速矢量和惯性姿态、导航参数的大气参数融合计算方法;针对过失速大迎角状态下飞机周围气流非定常、模型非线性导致的融合大气参数误差的复杂特性,进一步构建深度神经网络,对机动状态融合迎角、侧滑角的强非线性误差进行拟合。仿真和飞行试验表明：该方法可在大迎角飞行状态下实现主要大气参数的融合估计,过失速机动过程中融合迎角误差优于2.3°,融合得到的大气参数可为过失速大迎角机动飞行控制提供可靠的大气参数状态反馈。     

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。     

一种低速风洞虚拟飞行试验装置的建模与仿真

为实现大角度范围、多自由度的机动动作模拟,研发一种低速风洞三自由度动态试验支撑机构,可模拟绕速度矢滚转机动动作以及失速偏离、尾旋等危险飞行状态。该机构通过两自由度转台和旋转曲杆的组合运动模拟飞机模型的三轴姿态变化。基于多体动力学理论,采用拉格朗日乘子法推导出该机构曲杆-飞机模型的动力学数学模型;模型中考虑了机构与试验模型的约束关系、机构摩擦力矩的影响。仿真结果表明:采用该支撑机构,飞机模型可在水平风洞中实现绕速度矢量滚转等典型机动动作;曲杆和试验模型的滚转运动基本同步;曲杆主要影响速率响应的动态过程,摩擦力矩对速率的动态过程和稳态值有一定影响。以上数学建模和仿真验证可为风洞试验提供理论依据。     

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。     

F-16瞬态飞行迎角达110°

洛克希德公司的一架装推力矢量喷管的F-16在进行美空军多轴推力矢量(MATV)试验计划中,飞行迎角达到瞬态110°和稳态80°。前者是在一次模仿苏-27所做的“眼镜蛇”机动时达到的,此时,飞机没出现失速和加力燃烧室熄火问题。在MATV计划中,空军打算评价俯仰角/偏航推力矢量系统对改善飞机格斗能力及大迎角特性的效用。     

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。     

过失速机动性的气动问题初探

近年来随着战术和技术的发展,提出了“超机动性”和“过失速机动性”的新概念。 所谓“超机动性”是指战斗机在迎角超过最大升力迎角以后控制侧滑执行战斗机动的能力。 “过失速机动性”是指在“失速后”仍能充分控制飞机机动作战的能力。它涉及迎角大于最大升力迎角后的大迎角机动。 要实现超机动性或过失速机动性需要汇集多方面的技术发展成就,使能得到一个完整的先进的战斗机武器系统,取得空中优势。     

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。     

速度矢量滚转的运动学及气动力分析

速度矢量滚转定义为飞机在保持定常迎角的情况下,围绕其瞬时速度矢量所产生的无侧滑、速度保持为常值的旋转运动。对于典型的战术飞机,最大俯仰力矩是飞机方位的函数,在水平轨迹中出现在倾斜90°的情况,此时飞机的滚转速率达到峰值,迎角超过45°。最大滚转力矩依赖于滚转模态时间常数。对于较小的滚转时间常数（快速响应）,最大滚转力矩出现在最大滚转加速度、零迎角,基本与飞机的方位无关;对于较大的滚转时间常数,最大滚转力矩出现在最大滚转速率、迎角最大、倾斜角180°的水平飞行中。最大的航向力矩出现在最大滚转加速度、迎角最大时,基本与飞机的方位无关。     

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     

机头顶点对战斗机大迎角航向气动特性影响研究

就机头微扰动、表面粗糙度、机头顶点形状等因素对战斗机大迎角航向气动特性的影响进行了试验研究。结果表明：大迎角下飞机的航向气动特性对机头表面粗糙度和顶点形状较敏感,不同表面粗糙度和不同机头顶点形状使飞机大迎角下的侧向力和偏航力矩有较大差异,圆头机头对消除和控制飞机在大迎角下的侧向力和偏航力矩效果明显;机头颗粒和顶点细微不对称对大迎角下飞机的航向气动特性微扰动作用明显,使大迎角偏航力矩方向和极值基本确定。     

过失速下俯敏捷性及纵向控制效能需求研究

结合飞行安全和作战效能需求,对过失速战斗机的大迎角/过失速迎角下俯敏捷性指标及纵向控制效能需求进行了研究.为了满足飞行品质和过失速敏捷性指标要求,采用非线性动态逆方法设计了某推力矢量飞机快回路和慢回路飞行控制律.在此基础上,根据过失速下俯敏捷性和滚转敏捷性指标要求,对所需的最小俯仰推力矢量偏角进行了计算分析,所得结果对先进战斗机的设计有一定的参考价值.     

运输机T尾布局稳定性影响因素分析

1 引言 飞机采用高平尾布局,发动机布置安装在机身后部,飞机处于失速迎角前后的稳定特性值得关注.飞行试验表明,飞机在短程飞行过程中不经意的进入大迎角飞行状态或从事失速机动的情况屡见不鲜.     

考虑敏捷性的过失速机动优化研究

建立了考虑敏捷性的过失速机动优化模型 ,取飞机的滚转、俯仰转动角速度为控制变量 ,代替了传统的以迎角、速度矢滚转角为控制变量的优化方法 ,使得优化的结果能在一定程度上反映飞机的敏捷性。用罚函数处理约束条件 ,用共轭梯度法对飞机的最短时间 1 80°航向转弯进行了寻优计算 ,优化结果接近于六自由度仿真结果     

过失速机动与快速机头瞄准能力

过失速机动飞机具有快速机头瞄准能力，在格斗过程中，可以获得攻击敌机的有利时机，飞机处于开火状态的时间是衡量过失速飞机格斗优势的一个敏感性尺度。