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飞机敏捷性

/aircraft agility/
条目作者张平

张平

最后更新 2023-02-07
浏览 228
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改变飞机姿态、轨线和机头指向的速率的指标。

英文名称
aircraft agility
所属学科
控制科学与工程

在战斗机中,敏捷性被定义为“在目标截获和消灭中,时间延迟最小”。在近距离格斗中,敏捷性表现为速度矢量、机头指向的突然改变,飞机突然减速、转向和在低速、大迎角下的过失速机动能力。

传统的机动性指飞机具有的高速和大过载机动能力,而敏捷性是改变飞机姿态、轨线和机头指向的速率的指标。实战经验说明,战斗机在近距离格斗时,是否具有高敏捷性极端重要,如果战斗机可以直接并且快速改变飞行轨线或者速度矢量,而不是通过绕速度轴的滚转实现飞机转弯,则更加有利于进攻时攻击目标或规避时逃逸。因此,敏捷性逐渐成为评价战斗机的空战能力的一个重要指标。

提高战斗机敏捷性的关键是安装推力矢量发动机。推力矢量控制可以增加飞机的俯仰、滚转和偏航力矩,与没有安装推力矢量发动机的战斗机相比,推力矢量控制大大增大了三轴控制力矩,提高了战斗机的姿态角速度变化率,飞机的机动性和敏捷性都会相应增加。特别是在大迎角飞行状态下,常规的升力大幅度减小,具有推重比大于1的发动机,可以利用推力矢量提供附加升力以保证飞机的稳定飞行和完成如过失速机动等超机动飞行。配备了推力矢量发动机、具有过失速机动能力的战斗机,在拉大迎角、大幅度减速情况下改变机头指向相对容易和快速。因此,推力矢量加过失速控制使得战斗机获得了更高的敏捷性。

国内外在研究敏捷性指标方面做出了一些成果,一般评价敏捷性的指标包括单机机动指标和在大迎角飞行状态下跟踪敌机目标的敏捷性评估指标。

(1)单机机动指标。包括:①俯仰敏捷性。飞机上仰和下俯所需的时间。②扭转敏捷性。截获90°倾斜角的时间。③轴向敏捷性。指快速加速和减速的能力。④指向裕度。机头指向敌机的时间。⑤后方分离距离尺度(RSD)。经一段时间后,处于双机格斗状态的两架飞机在前进方向上产生的距离。能够迅速减速,处于后方的飞机具有攻击优势。⑥空战周期。完成最大加速度转弯,并重新加速获得转弯过程中所失能量的时间。

(2)在大迎角飞行状态下跟踪敌机目标的敏捷性评估指标。对于具有过失速机动能力的飞机的双机格斗能力,美国做了一些研究,提出了一些在大迎角飞行状态下跟踪敌机目标的敏捷性评估指标。这些指标包括:①大迎角跟踪。在30°、45°和60°迎角下纵向和横向轴始终跟踪目标机的能力。②大迎角纵向、横向粗精度截获。在特定迎角下的纵向、横向截获目标时间。③抬头俯仰角截获。在特定迎角下的纵向截获目标时间。④遭遇目标截获和跟踪。多轴向协同截获和空对空目标跟踪能力。⑤沙肯豪森机动(Sharkenhausen maneuver)。多轴向截获目标能力。侧重在遭遇目标时将高迎角拉起并保证较好的横向控制的能力。

过失速控制使得战斗机具有更高的敏捷性。如在典型的过失速机动中,适当进入并保持大迎角飞行状态,可以达到迅速减速、快速改变机头指向的目的,使战斗机占据有利位置,快速跟踪锁定目标。赫伯斯特机动包括拉大迎角、快速减速、绕速度轴转180°,这一系列机动可以快速完成机头转向,改被追击为迎头,便于改变空战的局势,占据有利位置和获得开火的先机,也有利于攻击后的快速逃逸。

对于新型战斗机,配备推力矢量发动机,是提高敏捷性的基础。开发过失速控制系统,是实现过失速机动、获得更高敏捷性的关键。敏捷性的评估,可以通过仿真试验,开发相应的评估程序,对上述敏捷性指标进行测试和计算完成,也可以通过试飞和双机实战测试完成。美国对安装了推力矢量发动机的X31A进行了双机格斗测试,用没有安装推力矢量发动机的F16作为敌机。在试验中,即使与两架F16进行空战,仍然是X31A获胜。这充分说明,具有高敏捷性的战斗机具有更好的空战优势。

  • 焦裕松,谢蓉,王新民,等.超机动飞机的动态建模与控制律设计及仿真.控制与决策,2010,25(5):744-747+757.
  • 张聪,田福礼,刘超,等.超机动飞机飞行控制及大迎角飞行品质研究.航空工程进展,2011,2(4):383-388.

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