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2018年10月29日 19:44:41 来源:北国防务

今天,最为轰动的军事新闻无疑是装矢量发动机的歼-10B飞抵珠海,许多信息显示其将在航展期间展示苏-27家族标志性的“眼镜蛇”机动。

尽管“眼镜蛇”机动的实用价值在全球并无共识,但它却是个凸显的气动力与控制能力的很好的指标,就像现在的飞行表演其实就是二战时代的空战动作,这种在二战时攸关胜负的动作在现代空战的重要性已经降低,但仍是重要的展示动作。那么歼-10B真能玩“眼镜蛇”机动么?今天,北国防务特约撰稿人杨政卫就来说说这事。

矢量歼10B霸气登陆珠海航展,将秀眼镜蛇机动
△带矢量推力的歼-10B抵达珠海
首先我们要知道,如果一架飞机在表演时飞出了“眼镜蛇”,当然表示他可以做眼镜蛇,但是如果一架飞机从来没有飞出镜蛇动作,就不一定代表他不能做,也许只是没有展现而已。所以最好还是回归物理本质来看。

进入“眼镜蛇”动作时,苏-27要先切换成直接控制模式,也就是飞控系统单纯的放大飞行员的操作命令,不会对攻角与过载施加任何限制。这个目的是要突破正常攻角限制,要不然飞机不会让你超过26度。

然后飞行员猛然拉杆到底,也就是在最短的时间让平尾产生最大的抬头力矩。接着飞机就会很快的抬头,然后在翼前缘延伸的作用下,攻角越大升力越大而且升力中心越往前,这种发散作用让飞机在相当短的时间突破失速攻角,更重要的是连翼前缘延伸的涡流体系都被破坏,正因为涡流体系被破坏,所以高攻角时涡流不对称造成的侧向力就不会产生影响,这就维持了飞机的偏航稳定性。

反之如果没有在够短的时间破坏涡流,则涡流的不对称性造成的侧向力有机会大到垂尾甚至矢量推力都无法克服的程度,飞机就会失控。

矢量歼10B霸气登陆珠海航展,将秀眼镜蛇机动
矢量歼10B霸气登陆珠海航展,将秀眼镜蛇机动
△苏-27家族的“眼镜蛇”机动示意图
而像苏-27这样,涡流体系被破坏了,虽然失速却可以维持偏航稳定性,“等待救援”。等待谁的“救援”呢?等待回复力的救援。

此时苏-27虽然失速了,但仍有前进速度,这时整架飞机就像风向标一样,由于重心后面的投影面积比前面大,所以产生低头回复力矩。如果重心后面的面积比前面大不够多,低头力矩就可能不够,飞机就会继续上仰然后冲过头。而苏-27则是有足够的低头力矩,可以让攻角达到90~110度的时后停止增加并开始减少攻角,直到回复正常攻角为止。在这里最大攻角与飞机具体的重心、升力分布有关。

基本型苏-27可以到110度,双座型只有约90度,显然是因为重心靠前,抬头能力比较差而回复能力比较好的缘故。三翼面的苏-27M可以到120度以上,是因为前翼增加升力并且更靠前,使抬头力更大的缘故(至于恢复时,因为已经失速,加上前翼可以调成0攻角,因此较不影响低头恢复)。

矢量歼10B霸气登陆珠海航展,将秀眼镜蛇机动
△马来西亚的双座苏-30MKM“眼镜蛇”机动做到这个角度,据说俄罗斯人都颇为惊讶
所以气动过程其实非常简单:快速抬头、冲过失速攻角、维持偏航稳定、风向标效应产生足够的低头回复力。

以上是指气动机制,当然还有一些不可或缺的辅助机制。例如动力系统,如果在过程中发动机熄火了,那不管气动力多厉害也没用。在“眼镜蛇”过程中,攻角极大,速度很低,这时发动机的工作模式有点像在地面,就是单纯的把气体吸入进气道。但实际上飞机仍有前进速度,所以又不是像地面一样单纯的吸入气体,所以发动机控制系统的稳定性在这里非常重要。苏-27没有遇到这方面的问题,是因为为了解决吸入导弹废气的问题时,已经下了苦功,让AL-31F就算吸入导弹废气也可以稳定工作,这使得“眼镜蛇”过程中的气流问题对AL-31F来说只是牛刀小试。

另一方面,苏霍伊设计局在后期还在供油系统做讲究,让飞机即使在负G时一样可以正常供油。

矢量歼10B霸气登陆珠海航展,将秀眼镜蛇机动
△苏-57也能进行“眼镜蛇”机动,而且回复速度明显比苏-35等快
所以, “眼镜蛇”机动必须是气动力、动力系统都要讲究才能实现的。回头看气动力,要什么条件才可以实现苏-27的“眼镜蛇”动作?

其一,应该要是先天不稳定气动布局:在苏-27的分析可以知道,失速前飞机是一直承受抬头力矩,到了失速后才开始受低头力矩。比基本型更稳定的双座型就只能到90度攻角,而稳定裕度更大的苏-27M可以到120度以上。反之如果是先天稳定构型,如F-15、米格-29,则先天的主翼升力是让飞机低头的,攻角越大、升力越大、低头力矩也越大,所以很难实现苏-27的“眼镜蛇”动作。

说到这想必有人抗议了:米格-29也会做“眼镜蛇”动作啊!但我们注意看,米格-29与苏-27的“眼镜蛇”共通点都是像“眼镜蛇”一样猛然抬头,可是具体飞行路径是不同的。苏-27的“眼镜蛇”动作几乎不改变高度,起始前跟完成后的飞行方向几乎是同一直线,而米格-29的则是会“跳跃”到一小段高度,起始前跟结束后飞行方向是并行线。

现在的战机几乎都是先天不稳定布局,所以要冲到“眼镜蛇”攻角应该是没问题。

其二,要有足够的低头恢复力。米格-29是先天稳定布局,当然会有足够的低头恢复力,所以苏-27可以改出,米格-29自然可以改出。

其三,要有足够的偏航稳定能力。苏-27与米格-29都是双垂尾,高攻角偏航稳定性本来就不差,苏-27更多了一对腹鳍。但对这种有翼前缘延伸的飞机来说,在约40~50度涡流会不对称,其产生的偏航力有机会大到连矢量推力都改不回。所以对付这个涡流不对称的偏航力是很重要的。米格-29的空速管有扰流构造,就是为了增强涡流稳定性。苏-27量产型也有这一构造。至于苏-27M则由于有前翼,可以主动控制涡流,所以可以排除不对称性。

矢量歼10B霸气登陆珠海航展,将秀眼镜蛇机动
△歼-10B的矢量发动机特写
现在来看一下歼-10B,他是先天不稳定,抬头能力应该没问题。失速后,前翼调整成零攻角,三角翼的风向标效果很明显,可以有很好的低头恢复力。所以在抬头-低头方面,歼-10B要做“眼镜蛇”应该没问题。在偏航方面,歼-10B有全动前翼,如果控制技术够好,可以排除涡流不对称性的问题。唯一先天不利的是单垂尾的偏航稳定性没有双垂尾好,这是歼-10B在进行“眼镜蛇”动作时唯一明显的不利因素。

而有了三维矢量推力以后,就可以主动维持偏航稳定性,所以要实现苏-27的“眼镜蛇”动作应该就没有问题了。而且在矢量推力的辅助下,可以进一步提供附加低头力矩,使飞机更快改出,或是用抬头力矩让飞机干脆完成360度筋斗(即大法轮机动)。

矢量歼10B霸气登陆珠海航展,将秀眼镜蛇机动
△飞抵珠海的歼-10B正面特写
但在有偏航矢量推力的情况下,最好的改出方法其实是在“眼镜蛇”动作过程中切换成“直升机”动作(即大名鼎鼎的“落叶飘”),这对于歼-10显然也不是问题。因为在直升机动作过程中,机腹朝下缓慢降低高度,并且可以用矢量推力进行偏航控制指向任意水平方向,这可以应付后续敌机、或是选定好的逃逸方向,而且在这过程中多普勒效应很小,对干扰措施有利,所以此时飞机并非直觉般的“成为活靶”。

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