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歼20气动面复杂繁多 飞行员怎么开这类战机?
送交者: 力挽狂澜 2017年03月12日19:28:03 于 [军事天地] 发送悄悄话

  从人机工程学的角度来说,高效率的操纵设计来源于两个方面:尽可能契合人类的本能习惯,让操纵动作在多次练习以后很容易就固化成熟练技能;而且它必须尽可能使人在同一时间内,能兼顾完成各种基本操纵动作。在历经淘汰和优化以后,今天绝大多数战斗机上都采用了两杆一蹬的基础操纵布局,即驾驶杆、油门杆、方向舵左右脚蹬,分别交由右手、左手、双脚。

  图:瑞典JAS-39战斗机座舱,注意左侧在阴影中不太显眼的油门杆。现代战斗机一般采用双手不离杆设计,即通过人机工程优化设计,将常用的开关全部集中到驾驶杆和油门杆上。这样可以使飞行员在绝大多数情况下的操纵都可以不用松开驾驶杆、油门杆完成,极大的提高了操纵灵活性和反应速度。

  当飞行员把驾驶杆向后、向自己胸腹部拉动时,拉杆的效果会让机头会开始翘起;而当他把驾驶杆向前方推动,使其远离自己时,推杆的效果会让机体变随之下俯;就如同飞行员拉动的并非驾驶杆,而是在直接拉动飞机头部一般。而将驾驶杆向左侧、或者右侧倾斜压倒时,压杆的效果会使飞机顺着驾驶杆的方向而倾斜、翻滚。而脚蹬的作用则是调整飞机的偏航方向,左蹬则偏左,反之亦然。而油门杆则控制着动力的强弱——或者说纵向的速度变化,就像汽车油门和刹车那样。

  图:飞机实现各种不同的飞行姿态和动作,依靠的是气动面的偏转变化。比如JAS-39战斗机的鸭翼,在降落滑行时可以大幅度下偏以加大阻力尽快减速;而起飞时则可以上偏提供升力,促使飞机抬头起飞。而飞行控制系统的作用,就是将飞行员的操作动作转化成这些气动面的偏转过程。

图:X29验证机图:X29验证机
图:注意F18的垂尾有个同时内偏的动作,这种不同朝向偏转的综合化控制功能,只有在数字化的电传飞控飞机上才好设计安排  图:注意F18的垂尾有个同时内偏的动作,这种不同朝向偏转的综合化控制功能,只有在数字化的电传飞控飞机上才好设计安排

  图:F22的矢量推力控制系统和飞控是一体化的,注意下面动图中,F22在进行滚转控制(两边机翼襟翼副翼和垂尾,一边高一边低)时候,矢量推力不参与;它只负责参与俯仰控制。这种设计的意图在于,简化控制系统的设计难度,另外F22采用发动机窄间距布置,两个喷管太靠近中心轴线,也无法形成高效的滚转控制力矩,做成差动也没多大意思。

  飞机上无论何种先进的气动控制手段,最终都要靠与外界的空气进行力学上的交互作用而实现,这些措施在本质上,全都是对于杆杠原理的应用。比如对于一架常规布局的飞机来说,它的水平尾翼向下偏转到极限;这时候飞机尾部的水平尾翼上形成了巨大的向下的负升力,而飞机中部的机翼仍然在持续产生向上的正升力,结果就是飞机出现猛烈的抬头趋势。就像跷跷板一样,用力踩下一头,另一头必然就要翘起来。

  其它控制皆同此理,飞行控制说到底就是一套非常复杂的跷跷板游戏。飞行员不仅要保证在不断有外界因素捣乱(空气流向、流速、密度,飞机的重心、姿态、轨迹都始终在不断变化)的情况下还能保证跷跷板两头不触底(超过极限就意味着失控,极有可能陷入非常危险的情况甚至是绝境),始终维系在一个可以平衡的范围内,而且还要至少同时控制三条跷跷板——飞机的俯仰控制、滚转控制、偏航控制。


  在上世纪6、70年代以后,随着各种电子电气器件不断对飞行员的驾驶起到辅助作用——特别电传飞控系统兴起以后;很多后期三代机,以及四代机——包括F22、歼20,都已经实现了程度极高的自动化控制和安全限制功能,飞控计算机会自动切断和过滤掉飞行员给出的超出安全极限的操作动作,因此不管飞行员怎么去做动作,正常情况下飞机都不会进入失控状态。

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