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<能量机动理论>和它的创始人的故事 (供稿：Darknight 2001/08/24) 时代背景:60年代高空高速理论占主流地位;作者-F16的主设计师Harry Hillaker ------------------------------------------------------------------------------ ------------------------------------------------- 当我坐在eglin空军基地的军官俱乐部里喝下午茶的时候,我被三个穿着飞行装依靠着吧台 ,举止滑稽的飞行员弄得很烦.其中的一个身材高大家伙,一头深栗色的卷发,嘴上吊着一支 雪茄正在那儿大声地说着什么.他总是习惯性的用手势来加重他的语气,旁若无人. 于是我回头对着邀请我来的上校,这儿的项目发展主任调侃道:"那个家伙显然以为他自己是 全世界最红的老鸟". "他叫John Boyd,或许能算是这儿最红的飞行员吧,你该和他认识一下." 虽然我实在是没兴趣和喜欢炫耀的家伙多接触,但在主人的坚持下我还是走了过去.他显然 也对我没什么好感.但在知道了我是工业界来的,而且参与了F111项目后.他很不客气地嘲弄 我道:"你们管F111也叫战斗机?" "是战斗轰炸机!"我立即回敬道. "你们也就只懂建造和合同!"他开始有些激动.我想他觉得我对于战斗机肯定是一无所知的 ,虽然他没那么直截了当的表达他的意思. 当时的气氛搞得很僵.但随后,在互相嘲弄一番后,我们慢慢地开始有些互相理解了.多少用 词也客气了许多. 在当时我并未意识到这次会面对于将来会产生多么深刻的影响. 数天后,当我回到办公室时,我接到了一个电话.是Boyd的同事打来的.大致是说Boyd承认我 对于战斗机概念设计还是有点想法的,他想知道我是否愿意和他再见一次面.希望我能帮助 他改善他的<能量机动理论energy-maneuverability theory>并尝试在确定战斗机设计参数 时用上他的理论. 可能由于上次不愉快的会面激起了我的好奇心,犹豫再三,我还是答应了.从此就开始了很漫 长的极有价值的交往.在接下来的六年中,我们经常在华盛顿碰头,并和Boyd的精英小组成员 一道彻夜研讨.他们的那个小组看起来很像是某种"战斗机地下组织".因为他们很抱团,而且 活动多少有点"地下"色彩.他们自发地详细剖析空战中的细节片断,并试图以此改善战机参 数.在长期的研究之后,我们最后得出了一种轻型战斗机的设计原型,它就是后来的F16战斗 机的雏形. Boyd是个韩战老鸟,战后成了尼利斯空军基地的战术教官.在尼利斯的五年中,他每天坚持飞 两到三次驾驶F100超级军刀和其他飞机进行对抗演练,并总是非常关注自己和对手的座机在 空战过程中的能量状态.他发现在某些特定的情况下他的飞机总是处于优势态势,而有时则 正好相反.而那些他处于优势的状态通常就是他的座机能量高于对手的时候.于是根据这个 发现,他改进了自己的战斗技能.随后他就和同伴打赌说,在四十秒钟内,他能把任何敢于向 他挑战的家伙打下来.事实证明他从没有输过这个赌注.所有人都很惊异于他那难以置信的 技巧.给了他一个恰如其分的绰号"四十秒Boyd". Boyd本人却并没有沉迷于此.他清楚的知道是他对于战机优缺点的知识帮助他获胜的,而不 是什么超人一等的驾驶技术.他是一个执著追求真理和知识的人,总是试图找出什么是那看 似错综复杂的空战中决定胜负的关键,是什么限制(防止)他完成期望做到的动作. 为了能更好地理解飞机的能量是如何交换和如何达成均势的,他自己开始了热动力学原理< principles of thermodynamics>的探索.通过研究他发现:当飞机从一个稳定的(直线匀速 -阻力等于飞机引擎的推力)飞行状态开始转弯,若推力保持不变,那么飞机要么会减慢速度 ,要么会降低高度或者是两者同时下降.这说明,此时飞机在损失能量(阻力超过了飞机引擎 的推力).通过类似的许多观察,他断定空战取胜的策略就是如何保持能量的问题.取胜的关 键就是在空战对抗中的任何一点(时间,空间点)都要恰当地保持自身的能量优势. 在随后的理论实践中,他又发展出一种图表(注:即SEP曲线图)来衡量和判断在空战战场上的 飞机是否占有优势态势.这种图表当然也可以被用来改善新的飞机设计.他的理论的基础就 是"时间-态势fast transients":使用更短的时间改变飞机的速度,高度和方向.这儿"fast "一词不是指速度,而是指短的时间.这意味着为了获取空战优势,你必须比对手用更短的时 间完成(OODA(观察-定位/推导-决策-反应Observation-Orientation-Decision-Action)循 环. Boyd把所有的空战对抗分成四个基本步骤.1/O观察形势.2/O分析推导当前态势下取胜的条 件.3/D决定使用何种手段.4/A赴诸实际操作.这儿的关键就是要在清晰掌握敌机动向的同时 隐藏自己的动作意图.这也就是说,在整个对抗过程中都要比对手"快一拍",争取主动权来抑 制对手反应,始终使对手处于无法判断局势的混乱之中,诱使他做出过度(或不充分)的反应 (注:即操作失误之意),这样就能轻易的击败对手.) 与这样的战术思想对应的应该是这样一种战斗机设计概念:在能量控制方面必须有更强的能 力;能在任何条件下抓住稍纵即逝的机会;在进攻时要比做急转弯的敌机具有更强的快速改 变姿态的能力,而在防御时能用这种能力迫使敌机超前.F16战隼正是具有这种敏捷性的战斗 机(机动敏捷性和局势判断的敏捷性). Boyd的理论一开始并没有在空军中流行.许多人不能接受速度不如敏捷性重要的说法,也不 喜欢他直率,不拘小节的性格.再加上他不善争论,使得他的理论不受欢迎.在大多数人眼中 ,他要么是个疯子,要么就是个天才.但Boyd自己喜欢把这种局面看作一种"战术优势".他总 是不失时机的巩固自己的优势.对他来说这种"谈话"(争论)就像是一种游戏.他会在争论时 和对方凑得很近(nose-to-nose),用那种独特的急促语调来"交谈",并常常盛气凌人地把手 指指着对方胸口来加强他的论点.完了还要用诸如"你听到我说的了吗?"或"你明白我的意思 了吗?"来再强调一下.但在其他场合,他通常用一种伴随着深思熟虑的审慎语调来说话.如果 什么时候他突然降低声音,或几乎沉默时你可得小心:你就要被他抓到漏洞了.如果你还试图 支吾着掩盖错误,他就会毫不客气的叫道:"ho,你开始胡说八道了".由于这些习性,他也常被 称作"Genghis John".再加上他那斯巴达克式的生活方式,也有人称他为"Ghetto Colonel" . 他的<能量机动理论energy-maneuverability theory>第一次显示实战效果是在1965年4月 的北越上空.那一天,北越的多架MiG-17攻击了四机编队的执行轰炸淡化(?Than Hoa)大桥任 务的F-105.两架F-105很快就被击落了.第三架在逃跑时被击中冒烟.而第四架试图掩护那架 受伤的F-105时怎么也摆脱不了一架米格的追击.当时情况十分危急.这架飞机的驾驶员刚巧 在前一天听过来自尼利斯基地战斗机武器中心的教官的报告,内容是有关对付米格战机的最 佳机动策略.当时他对那个"白痴"理论是不以为然的.但现在他却回忆起当时的内容了:其中 一条关于防御机动的建议是进入急速滚转.于是他抱着试试看的心态使飞机进入了急速滚转 .这个动作使得他的飞机很快减速,而紧追在后的米格却正好超到了他的正前方.他欣喜的发 现结果和报告完全一致.于是他抓住机会击落了那架米格.而那个"白痴"教官不是别人正是 Boyd. Boyd不断的完善他的理论,并在F15项目上做了有限的运用,增强了F15的性能.自此,他的理 论才开始得到一定的认可.随后,空军给了通用动力和诺斯洛普一个小合同"分析验证修改的 能量机动理论".要求两个公司把研究结果送交怀特-帕特森基地的空军办公室.作为这个项 目研究组领导,我在报告中肯定了能量机动理论并赞扬了Boyd的努力. 这个研究还显示有可能设计一种只有17050磅的小飞机但具有两倍于F4D的机动性和作战半 径.这个结果引起了上面的高度注意,并被指定为"试验性原型机"的候选者之一.余下的都已 成为历史了(YF16最终竞选获胜). Boyd的理论在今天被普遍接受用来衡量任何一种现代的战斗机的机动能力.是他为轻型战斗 机播下的种子,并不断耕耘,最终在1972年把理论写进了轻型战斗机的设计任务书.他的建议 直接影响了YF-16和YF-17验证机的设计.在F-15,F-16和F/A-18上都能看到他理论的痕迹. 在他从空军退役后,他把他的理论推向了一个更高的层次.包含了空战外的所有类型的战斗 .他不断修改他的快速反应和机动战斗理论.并把这些写进了一个长达四小时的报告<冲突模 式>中.他还在陆军和海军进行演讲,很受欢迎.报告材料流传十分广泛.许多沙漠风暴行动中 采用的战术都带有他的理论的烙印. 在我们第一次会面的22年后,F16实现了Boyd的理想,他的理论改变了空战局面和现代战斗机 的设计. John Boyd于1997年去世. 附录: 60年代后期美国人John Boyd和Tom Christie提出“能量机动性”(energy-maneuverabili ty)概念。他们提出一个关键性参数称为“单位重力剩余功率’(简写为SEP)。这参数计算 公式为：飞机推力减阻力后乘以对应速度得出剩余功率，用飞机重力除以剩余功率即为“ 单位重力剩余功率”。从飞机的飞行力学关系可知，纵向加速度和爬升率都直接与SEP成正 比。飞机的其他性能参数如稳定盘旋性能、升限等也都与SEP有关。只有瞬时盘旋性能只与 最大可用升力系数及翼载荷有关，与SEF无关。所以根据不同高度和M数条件下飞机的SEP即 可画出在飞行包线内的SEP曲线。对比不同飞机的SEP曲线即可决定战斗机的作战性能好坏 。这方法目前已风行全球。值得一提的是，SEP的绝对值等于同样条件下飞机的爬升率，计 算单位也是M／s，但物理概念是不—样的。也有人称SEP为“能量爬升率”。 |
发表于 2009-9-18 14:47:22
发表于 2009-9-18 18:08:28
