战斗机非常规机动飞行动作分析

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自从片面地追求高空高速的美国飞机在越南战场上吃足了苦头后，美国开始对其第三代战斗机提出较高的机动性要求。从首先开始服役的F14为发端，F16、15和18和法国的幻影2000以及前苏联时期开始研制的米格29和苏27等三代战机等也都以较高的机动性闻名于世。由于汲取了越南战争的经验与教训，各国都普遍强调空战机动性，甚至麦道公司为他们的F15提出不为对地攻击付出一磅重量。当时的主要措施是采用提高飞机推重比和降低翼载、配备襟翼和缝翼等增升装置的办法。并多数应用了边条翼和翼身融合体技术，在较晚出现的F16、18、幻影2000、米格29、苏27等飞机还应用了放宽静稳定度等技术，更进一步提高了战机的指标。这些性能出众的飞机在多年的战争中普遍战绩辉煌。获得了一致的好评。 　　随着第四代空优战机，美国的F22的飞机的研制成功。超音速巡航、隐身设计、非常规机动等标准被人们广泛认同。其中，非常规机动中又以大迎角过失速机动(PSM)（超过一般的可控临界迎角与速度且仍然有能力完成可操纵的战术机动）飞行以及直接力控制非常规机动（DFCM）最被大家熟悉。而它们的实现又必须以大推重比发动机、先进随控布局（含电传操纵）、推力矢量喷管为基础。 　　在进行空战机动时，为了能帮助飞行员迅速掉转机头指向，及时锁定对方，以提高对攻击对象的命中概率，除在辅助增升装置上做文章外，最直接有效的办法就是扩大使用迎角。这就要求对大迎角的饶流现象及其规律做充分了解。现代战斗机在做大迎角机动飞行时，飞机的姿态、迎角、侧猾角、滚转等变化迅速，这就必须在已十分复杂的流场中再引进一个新的变量：时间。对于振荡或瞬变运动，由机身、机翼、舵面、和其他操纵面等所产生的涡流的强度、位置、轨迹、性质等不仅是迎角的函数，也是时间的函数。也就是说必须将时间的历史效应做为一个变量，予以考虑。而不再能忽视其作用。 　　在四代战机中敏捷性较之三代时期获得了明显的重视。敏捷性(或机敏性)是在机动性的基础上随着现代战斗机及其机载雷达、火控系统和导弹武器的迅速发展而提出的新概念。大家知道飞机的机动性是指飞机在一定的时间间隔内改变其飞行速度、飞行高度和航向的能力。战斗机的机动性包括垂直机动性和水平机动性，而水平机动性又包括水平加、减速性能和水平盘旋性能。垂直机动性在垂直片面内的平飞加减速和俯冲、跃升、筋斗等。飞机的盘旋性能可以反映飞机的空战性能，其代表指标是盘旋过载。如果要定量分析，可以以单位能量、能量高度、剩余推力、单位剩余推力，翼载、过载，升阻比等为衡量指标。 　　飞机的飞行动作是以位能、功能、阻力消耗和发动机推力这几种主要能量形成的系统。机械能的变化是与推力T和阻力D密切相关的，推力和阻力之间的差额是剩余推力。飞机单位重量所拥有的剩余推力就被叫做单位剩余推力。公式为SEP=（T-D）/W。SEP事实上反映了飞机的加速能力，如果飞机处在爬声状态，SEP则可认为是反映了飞机的爬升能力。在做水平盘旋时则是反映了飞机的水平盘旋能力。飞机飞行重量W与机翼面积S之间的比值叫翼载，即W/S，也是影响飞机起飞着陆性质、爬升性能、机动性能、和俯冲、盘旋性能的重要因素。飞机的翼载小说明其最小平飞速度小，这将有利于减少起飞、降落距离。而翼载小则飞机用于维持飞机飞行所耗用的推力就少，相应地飞机的剩余推力就大，飞机的加速性就强。飞机升力与重量的比值叫过载。飞机平飞时，升力等于重量。这时的过载就是1。飞机做各种机动飞行时，过载一般就都大于1。从飞机在使用中允许承受的最大过载就可以在一定程度上推断其实际具有的机动性能 　　而战斗机的敏捷性是关于飞机机动性和机动能力变化的综合评价，是飞机改变机动状态和转换机动平面的能力。简单地说就是指飞机从一种姿势快速转变到另一种姿势的能力。衡量飞机敏捷性有多种方法，其中一种是利用飞机的加速性、爬升速度、稳定和瞬时盘旋角速度、滚转速度等指标在单位时间内的变化率。强调了其时间特性，是反映其快速改变机动状态，而非描述其机动状态。 　　从飞行力学的角度讲．所谓敏捷性，其实就是飞机机动性对时间的导数。所以．敏捷性是飞机飞行状态的变化率，它反映了飞机在训练、表演、空战中获得最大机动性的能力．它突出了飞机在机动性能的基础上飞机操稳性及其对指令的响应．是飞机常规机动性、非常规机动和控制性能的集合。飞机敏捷性不同．其空战的作战能力就不同，由此我们可以说，战斗机敏捷性是衡量其作战能力的重要因素。当然。这里所描述的敏捷性，必须是完全在飞行员有效控制下的飞行姿态的改变，不可控的或不易控制的瞬变是没有意义的。必须与飞机的操纵品质一起做综合考虑。尤其是一些脱离作战需求，而一味地以表演为目的的机动性、敏捷性展示，是毫无意义的。 　　比如说、飞机飞行时改变俯仰状态的能力常用最**向过载(ny)来衡量，这属于机动性概念范畴；而飞机此时的敏捷性则是用单位时间内达到几个载荷(ny)来衡量，亦即瞬时机动能力．它们是从不同的角度反映了飞机的俯仰机动能力。再比如，飞机水平最大瞬时转弯角速度、反映的是飞机水平机动能力、而最大水平转弯角加速度、则反映了飞机改变角速度的能力、也即属于敏捷性问题。如果AB两架飞机在最大瞬时角速度一定的条件下、A机的角加速度比B机的大，则A机获得最大角速度的时间短，空战中A机比B机可先获得空空导弹指向发射攻击条件．从而达到首先攻击之目的，可见，飞机敏捷性不同，其空战的作战能力就不同。而这对于近距空战的参战双方来说，是性命悠关的。谁能利用自己敏捷性和机动性优势率先展开攻击，将会在战斗中处于有利地位。由此我们可以说，战斗机敏捷性是衡量其作战能力的重要因素。 　　但如果纯粹是为表演而设计的机动性、敏捷性展示，其进入要求往往十分苛刻，难以把握。同时其可控性也较差。属于一种“舞术”。无法在实战中加以运用。遇上真正的“武术”时，可能结果并不美妙。 　　从系统论的角度，战斗机的敏捷性应该指的是以机体为载体的包括武器、电子设备、乘员等在内的整个空中战斗平台的敏捷性。因为只有整个战斗平台具有了高度敏捷性，在空战中才能达成先敌发现、先敌占位、先敌跟踪、先敌描准、先敌攻击等先机，从而争取战场优势并由优势转换成胜势。所以，应该强调多从实战出发研究敏捷性、机动性。并在此基础上设计出能最大限度地发挥战机潜能的飞行动作。 　　正是由于设计思想的不同，代表世界军机机动性的主要两大流派。欧美式和前苏联-俄罗斯式在机敏性的对待态度上也有明显的区别。 　　在俄罗斯军机中为中国军迷普遍比较熟悉的有：尾冲、眼睛蛇和弗罗洛夫最小半径翻转机动（**）。其中，普加乔夫眼镜蛇机动是为中国军迷所熟知的一种特技动作。尾冲动作也经常在飞行表演中出现。最小半径翻转机动还暂时只能由苏37飞机完成。下面试述之。 　　尾冲，顾名思义是飞机尾部冲在前的意思。当然，不会有谁以为是一种尾部在前面也能飞行的飞机。其过程是：飞机蓄积起足够的速度后，拉起机头进入跃升，但同时发动机却人为地处于慢车状态，使得飞机的推重比小于一。由于地球引力的作用，飞机的速度不断下降，当飞机的空速指零后，飞机保持机头继续向上，尾部朝下，并以加速速率下“冲”。飞机的动压很小，几乎是在重力作用下进行坠落。看似尾部在前冲，所以被叫做“尾冲”。飞机的进气也变成自主吸入。飞机发动机必须采取一些辅助措施，如打开辅助进气门，发动机连续点火等。以防止熄火。飞机下降一段距离后，机身前倾，进入俯冲状态，最后以平飞改出。为防止出现倾翻，飞机必须保持无侧滑对称下坠。因为飞机的机尾在前，平尾的气动力会从负升力变成正升力。从而产生一个使机头下俯的力矩。迫使飞机进入平飞或俯冲。该动作的成功和漂亮与否，相当大程度上取决于飞机性能和飞行员的技能和胆量。即飞机必须在下滑过程中无侧猾。而进入时的速度越敢于小一点，那么高点也就越低，在地面的观看效果也就越佳。 　　普加乔夫眼镜蛇机动：飞机保持住400KM左右的速度进行平飞。其关键在于，速度超过420KM，飞行轨迹将无法保持，机头拉起后，飞机将会出现爬升。而太低则会导致上仰力矩不够。飞行员关闭迎角限制器，向后拉杆到底，由于苏27舵面偏转后，力的反应有滞后，所以必须保持住一个短暂时间。使机头上仰到60-70度后，平尾作用完全消失，成为飞机机翼气动力和重心形成的阻转力矩的一部分。该力矩将随着迎角的增大而继续增大。进而使得飞机的上仰力矩逐渐减小。上仰动量矩在最大仰角时完全消失。阻转力矩成为恢复力矩。使得飞机向前改平。这时候飞行员的技术将十分重要，他必须准确地掌握好油门控制飞机的飞行轨迹。使苏27能继续保持“漂亮”的飞行线路。这时，飞行员握杆的手基本没有用，无论是推杆或拉杆。飞机都将继续恢复改平。对于它的性质可以定为是在较小速度下对粗暴拉杆操作的一种连续反应。在45度以上迎角基本上飞行员对飞机是没有控制能力。但是，当飞机处于110度角时由于上仰动量矩消失而迫使飞机改平，却可以扩展人们的思路。即如果此时能继续获得足够的上仰动量。飞机将可能继续后仰直至完成完整的圆周运动。这个使命最终由苏37完成了。 　　弗罗洛夫极小半径筋斗（又称**）：飞机前半段操作和眼镜蛇机动基本相同。只是由于推力矢量喷口的作用，机头上仰速率明显要快。当飞机仰角超过110度后，后仰力矩则全部来自矢量推力。当速度小于93KM时，（否则阻力力矩过会超过矢量推力而使动作失败）（实战中有人会和你这么玩？）飞机就会翻转过来，始终保持后仰，直到水平改出。很多人认为这个动作就是大迎角过失速机动，其实这个动作只是跨进了过失速领域，在迎角大于失速迎角的情况下，具有控制俯仰飞行状态的能力，但不具备过失速状态下的偏转和滚转能力，所以不能算严格意义上的大迎角过失速机动。 　　通过以上情况，我们可以发现，上述机动动作由于施行条件极其苛刻，且机头指向基本保持在一个平面内。根本不具备实战价值。尤其是前两个动作，其恢复条件竟然是完全不可人为操纵的。飞行员的动作要么不起作用，要么因为会破坏飞机的正常运行而不被允许。因此它们甚至不符合非常规机动的基本特点。其主要意义也仅仅是说明此类气动布局的大迎角状况下稳定性非常好。可以做到无侧猾、无偏航。飞行员在做动作时心理将比较稳定，相当于扩大了飞行包线。在实战中近距离空战时由于必须先迅速减速，大量丧失动能，动作特征十分明显。对手可以轻易防范。恢复后则速度非常低。在进入机动前和改出后，都十分脆弱，极易遭到有效攻击。在遇到保持一定的运动“能量”的对手面前，随意使用这种机动动作，将会出现挨打而还不了手的尴尬局面。在攻击对方时，始终在一个平面范围内机动。对主动进攻意义不大。而远距离范围时，进入此类机动后。由于机体继续处于飞行状态。除在尾冲动作的顶点瞬间。将无法摆脱脉冲多普勒雷达的跟踪。即使是暂时能够从对方的雷达中消失，但由于距离远，改出后又会继续被锁定。其实用价值是很低的。 　　反观欧美国家，他们对于非常规机动则相对比较谨慎。在巴黎航展时，美国飞行员解释其不编排尾冲机动的原因是不具有实战意义。当时曾受到哄笑，事后证明有一定道理。应当说欧美各国的气动力设计水平还是相当高。但具体运用则相对谨慎，注重预研、验证。小批量逐次改进。在F22投入研制前，就先后用F16、F15、X29和X31对它可能要用到的机敏性技术进行了广泛的试验。例如，用F－15SMTD验证了二维矢量推力喷管，F16验证了随控布局操纵系统，X29验证了连续变弯边条技术、X31验证了高机动和非常规机动。由于F22并不准备大规模向外出售，美国在获得国会拨款批准后，就已不再有大的宣传。各方面的性能如何先进也不再听到美国人的吹嘘。目前他们把重点转向其“国际”战机——F35上面。归根到底是为了推销F35而已。抛开F22的其他先进性能不说，其机敏性到底如何？就只好通过已公开的资料中的蛛丝马迹进行分析了。 　　欧美军机普遍不喜欢展示其非常规机动能力。主要的动作名声也不如俄罗斯的响。但都以可以迅速改变机头指向或在不改变飞机飞行姿态的情况下改变航迹为主要研究对象，讲求实战意义。 　　英国鹞式飞机的“书架”机动。利用飞马发动机的可转向推力，在飞机纵轴基本保持原方向的基础上，机身可以进行平移和突然升高，从正前方看过去，飞机就如同在蓝天上画了一个“书架”的形状。在英、阿马岛战役中，英国海军引诱阿空军进入其擅长的空战模式。利用海鹞式的这种特殊的非常规机动力和当时先进的可迎头攻击的AIM-9L导弹顺利地主导了马岛上空的制空权。同俄罗斯的在同一个片面内机动的著名动作不同的是，英国飞机的机动范围是直接跨越垂直或水平面内的。极容易摔脱对方跟踪或锁定对方，同时，进攻时机头指向可轻易对准对方，可先敌开火。掌握主动。（注：当时阿军的空战指导思路也有问题，不应该在英军擅长的低空小速率下盘旋作战，而应该高速接敌，打了就走。） 　　AFTI/F16在腹部进气道下安装了一对有30度外倾角的可动鸭翼（日本F2的早期型号也很近似）同时进行了CCV随控布局改装。采用了CA、RSS、MLC、DY、DSC、ME、DLC等技术。改进了飞控计算机和增升装置。具有独特的飞行控制功能，它可以进行解偶的六自由度运动，即可以进行任一单自由度的运动。其试飞结果是令人瞠目结舌的。在机身保持水平时就可以进行水平转弯，机头可以偏离机身纵轴时平稳飞行，飞机可以在正常飞行状态下在机头指向不变时突然平移或升高。机敏性极高，甚至可在不用矢量推力的条件下“......作出非常灵敏的筋斗等动作，如果需要而且条件合适，它的机头指向甚至可以达到180度......”据公开刊物报道，其机动性已超过苏37。仅仅是因为美国从不派它参加航展表演，所以不太为人们所知晓。目前已知“它上面验证的电脑辅助操作系统已经被F22所采用”。 　　赫布斯特“蹬壁”机动：X31飞机在高速进入后，将飞机拉起到70度左右迎角（注：可控状态）利用矢量推力变换推力方向，同时利用相应的机体翼面操纵飞机半滚转，迅速转向180度,然后推杆减小迎角加速到初始的高速。这个动作克服了以往靠加大过载和需要很大盘旋距离的弊病。整个动作犹如游泳运动员在泳池壁上快速蹬壁翻转，故得名。由于其机动半径只有正常盘旋半径的17.5%，极大地提高了飞机的机敏性。在空战中具有非常大的作用。 　　 　　流行于八十年代的早期ATF概念设计多采用鸭式前翼，美军的招标要求前后并无重大改变。但原型机的最终两种型号都不再采用前翼的设计。应该说，科技水平的进步可能使得鸭式前翼的作用相对于其弊端变得不大或不明显了。美国在完全摸透了非常规机动的设计和掌控之后，却突然从此守口如瓶，其中的奥秘何在？ 　　ATF项目的最终获胜者——F22，可能影响到其机敏性的部分，目前公开的有矢量喷管可上下20度偏转，高于苏37的15度。矢量喷管偏转速度也倍于苏37。苏37独有而F22没有的是F22修改后去掉的前翼（可以说，用于实战的气动、推进或操纵系统F22没有弱于苏37的）洛克希德公司宣称推力矢量的使用可使飞机在亚音速状态下大幅度提高滚转速率。同时可显著提高飞机的机敏性。F22在迎角70度时还可以饶速度矢量滚转，注意不是饶飞机纵轴。也就是可以在可控制状态下迅速大幅度改变机头指向。这种被称为“锥子”机动的动作使得F22的机敏性实在是只有恐怖二字可以形容了。在有关视频中，给所有的观看者的感觉是飞机姿态在瞬间似乎不再受地球引力的影响。 　　现在最新的潮流对于超机动动作的追求有所降低，缘于其携带的现代先进短程空空导弹已具有优异的机动性能、大角度离轴发射能力和抗干扰能力。想想R73首创的大离轴角直至AIM-9X接近90度的视野，飞机过于在这方面进行追求，势必会削弱隐身和阻力特性。至于飞机的机动性，由于三代机已达到人体的最大承受G值，可以说已经让飞机受人的委屈了。在抗荷设备没有新的突破前，四代机的机动性将基本停留在三代的水平上。敏捷性则又有了进展。虽然这方面的技术进步比实际列装的机种更强大。但四代机的几个主要的特点之间的均衡，使得并未一味单独突出机敏性。美国人似乎更钟情于中远距离的AIM120导弹的打击力度。而新的头盔显示器加AIM-9X的近90度的离轴发射能力（有点OFFICE的所见即所得的味道，也可说是所见即所攻——飞行员正面视野内的空中目标都可以立即实施攻击）也让他们有了优先搞隐身和超音速巡航的本钱。 　　以上不厌其烦的论述，中心思想只有一个，俄罗斯式的少数表演飞机的设计思路已开始不能同当前形势相适应。想想看，做尾冲时，表演飞机必须收小油门，改出时，其动能可说是极小；做眼镜蛇机动时，飞机必须将飞机减速至时速400KM左右；而做**机动时顶端速度必须小于93KM。也就是说，做这些“超凡”的机动动作前或改出后，“表演”飞机必须置自己于哪怕二战时的老旧飞机都能轻易予以击落的危险飞行状态下。这是多么可怕而又不切实际啊。（俄罗斯军方的脑子也不傻，从某些机型的频繁表演可以推论其主要目的是为了外销） 　　事实上俄罗斯系列战机在机动性能方面相对于F/A18EF等三代飞机以及三代半的阵风等并无本质提高。所以其实SU27在西方并未引起我们想像中的那种惊讶或恐慌。其在一些国际战机销售竞争比如南韩飞机选型中的落败也同样不能全说成是因为所谓政治原因。 　　在这种情况下中国切不能再跟在他们后面，重拾其牙秽。而必须取其精华，去其糟粕。当然，中国军方对此是十分清醒的。从中国在苏30系列机种的选择和10号及FC1的外形设计就可以看出来。现在，俄罗斯人自己已经在其飞机装备上体现出反思的痕迹，那么我们是否也该喊一声：我们的战机不要为飞花哨的表演付出哪怕一克的重量。（如果没有实战意义的话）

songsong

好帖[s:19] [s:22]

F-4F

早就知道苏-27系列那些花哨又不实用的东西了

所以我1向不鸟苏机 , 战斗机之王始终在美国

再加上完善的后勤、电子保障，苏机更不是对手

Lock 只是1个YY的工具而已，F-15C 的 96：0 就很能说明问题

SU-27 ,死去吧

[ 本帖最后由 F-4F 于 2007-12-14 14:43 编辑 ]

F-4F

mig-29 ovt 也是个很好的例子

别以为美国造不出SU-27那样超机动性的 , 他们有波音,有洛克西德,有造发动机的普惠,还有强大的 NASA

但他们为什么不造呢 ?

有必要造吗? [s:33]

[ 本帖最后由 F-4F 于 2007-12-14 14:50 编辑 ]

FlyCat

一直感觉战斗机以后会发展成象变形金刚那样的东西[s:14]

F-4F

原帖由 FlyCat 于 2007-12-14 16:03 发表
一直感觉战斗机以后会发展成象变形金刚那样的东西[s:14]

现在已经有了

F-22不就是红蝎子变形金刚吗?

[s:17]

[ 本帖最后由 F-4F 于 2007-12-14 16:18 编辑 ]