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首先申明该文章来自飞行力学李中华大校的论文,仅供大家学习与参考。

Su-27 飞机眼镜蛇机动及其战术意义

作者:李 中 华

空军试飞团 西安

资料来源:飞行力学 2000 年 3 月

摘 要:依据机载测试记录和飞行体会,介绍了 Su-27 飞机典型的过失速机动动作——“普加乔夫眼镜蛇”的动作过程,完成该机动的条件、驾驶技术要领、动作特点、影响因素以及需要注意的几个问题,并讨论了过失速机动的战术意义。可供从事过失速飞行试验,战术机动动作研究的技术人员和飞行人员参考。

引言

所谓过失速机动是指在大于失速迎角条件下进行的可控制的战斗机动飞行,具有过失速机动能力的战斗机不仅可以实现大迎角“无忧虑”飞行,不会产生运动偏离、发散和进入尾旋,充分发挥飞机的机动能力,而且可以很容易地改变飞机位置和姿态,实现快速机头指向,大大提高战斗效果。随着先进的空-空导弹的发展和许多高新技术的进一步完善,过失速机动将日益显示其重要作用。

1 普加乔夫眼镜蛇机动

1.1 机动动作条件

“普加乔夫眼镜蛇”机动并非任何飞机都能完成,即使 Su-27 飞机也并非在所有的高度、速度点或所有的重心条件下都能完成。从设计观点考虑,一架飞机若能完成“眼镜蛇”机动需要具备三个设计特点:第一,要有很强的上仰操纵能力;第二,应克服迎角为 30°~60° 区间的不对称滚转和偏航力矩(这是很容易被忽略的设计特性,对于细长体战斗机构形,在大迎角时静态和动态稳定性之间存在很强的匹配关系。为了有效的避免大迎角时操纵特性和强横航向的损失,必须仔细权衡静力学与动力学之间的关系);第三,要有很强的下俯操纵能力。

飞行员在开始机动之前,应检查是否具有如下的进入条件:高度(h)为 1,000~11,200m,速度(v)为 310~420km/h,俯仰角(θ)为 22°~24°,发动机转速(n1)为 53%~99%,剩余油量为 1,220~4,775kg(对应的重心位置为 36%bA)。平衡好飞机,保持定常直线飞行,关闭迎角限制器电门,断开电传操纵系统电门,使飞机的操纵系统处于直接联接模式。如果超出了上面的进入条件限制,飞机将不能很好地完成机动,并可能进入复杂飞行状态,超过飞机强度载荷限制和飞行员生理承受能力,影响飞行安全。

1.2 驾驶技术要领

检查各项进入条件具备后,保持发动机工作状态不变,迅速将驾驶杆拉至后极限。拉杆的速率应尽可能快,从平衡位置拉至后极限位置的时间不应长于 0.2~0.3s。拉杆方向一定要正,否则飞机在跃起过程中将会产生坡度,导致方向偏离。拉杆后,应保持住杆的最后位置,飞机的法向过载、俯仰速率和迎角迅速增加,最大法向过载可达到 4,峰值俯仰速率约为 60(°)/s。飞机动态变化剧烈,机体振动较为明显,飞行员只能通过观察机头与天地线关系位置的变化来判断飞机的仰角和俯仰速率的变化情况,没有办法也来不及对飞机进行有效的操纵以控制飞机的仰角。在达到峰值仰角时,飞行员身体有前倾的感觉。机体的振动也完全消失,同时,将右侧发动机的油门推至最大位置,利用双发推力差所形成的左偏力矩,消除机头下坠过程中由于陀螺力矩作用而产生的向右偏转,保持飞机的航向不变。另外,还需根据机头的偏转趋势,及时而适量地蹬左舵,弥补所需要的制偏力矩的不足。在机头下坠过程中,应注意俯仰角速度的变化并用驾驶杆进行控制。如果俯仰角速度过大,则应向后拉杆。防止飞机进入负迎角状态。当飞机的俯仰角减小至 20°~30° 时,迅速将电传操纵系统电门扳至“电传”工作状态,其目的是迅速减小飞机的俯仰角速度,避免飞机出现负迎角状态。 之后,接通迎角限制器电门,调整发动机的工作状态,迅速增速。

1.3 机动动作过程

首先在预定高度上动力配平飞机,保持表速为 310~420km/h 水平飞行,之后从该初始状态飞行员断开电传操纵系统电门和迎角限制器电门,迅速拉杆到底,保持短时间使机头上仰到 110°~120°,迎角为 90°~95°,此时表速约为 300km/h。机头开始下沉时,推杆至中立位置,右发动机加至最大状态,以形成偏航操纵力矩,防止航向偏离。飞机状态接近水平时,接通电传操纵系统电门和迎角限制器电门,调整飞机状态,整个动作持续时间约为 5s。动作结束后,表速约为 120~130km/h,飞行高度较初始状态略有上升,但变化量不大。

眼镜蛇机动过程

1.4 动作特点及影响因素

进行“普加乔夫眼镜蛇”机动时的动作特点及主要影响因素如下:

(1) 动作时间短,俯仰角变化范围大,飞机在机动中的滞留时间为 5~6s。

(2) 该机动可以得到以下最大迎角和俯仰角 αmax=75°~95°,θmax= 90°~120°。最大迎角不取决于进入时的速度、高度及发动机的工作状态,最大俯仰角速度对最大迎角值的影响也很小。试验表明,初始的俯仰角对最大仰角值的影响较大。

(3) 随着进入该机动的表速的增加,达到最大俯仰角的时间减小(约 2.1~2.7s),法向过载增大,飞机减速更加急剧。在迎角增大到 45°~50° 时,法向过载达到最大,减速率也明显增大,飞机主要的减速发生在从该点到最大迎角阶段。

(4) 进入机动的初始高度对机动过程中的飞机动态影响较大,随着高度的降低,速度损失明显增加。

(5) 发动机工作状态为“最大”时,飞机在机动中的减速率很大,从而导致机动后有很大的速度损失以及从大迎角状态退出时有着很大的延迟。因此进入机动前最好将发动机状态固定在 n1 为 85% 左右的节油工作状态上。

(6) 飞机在拉杆后向上跃起时,伴有较剧烈的抖动和横侧晃动,飞行员身体感觉明显,待抖动和晃动消失时,飞机的俯仰角已接近最大,机动的前半段基本结束。

2 注意事项

根据 Su-27 飞机过失速机动试飞结果和飞行经验,在进行“普加乔夫眼镜蛇”机动时应注意以下事项:

(1) 为使飞机能从俯冲力矩最小余量情况下的大迎角中改出,不仅需要评定最佳的平尾位置,而且需要训练和采取动态方法(俯仰系统里的“振荡”法)。在后重心时采用这种方法,有引起飞机在大迎角情况下“悬停”(平衡)的可能性。由于 Su-27 飞机电传操纵系统的控制律不能保证有效地采用动态改出方法,所以需要训练在大迎角时,电传操纵系统在“直接联接”模式下,即在最简单的控制律(Ф=KwbXb)时的驾驶操作方法。

(2) 了解 Su-27 飞机的失速类型和尾旋特性。在 Ma 比较小时,飞机的失速具有比较剧烈的性能,尤其是在较大迎角(40°~50°)时。尽管飞机在跃起过程中出现了失速现象的征候(较为强烈的抖动和横侧不大的振荡),但 Su-27 飞机的失速特征具有“不稳定”性,这种不稳定性的性能取决于运动的过程,当飞机以比较大的迎角变化率进入大迎角状态时,角速度(ωx 和 ωy)没有增大,飞机迅速从大迎角里改出,不会发生尾旋运动。相反迎角的变化率比较小时,飞机出现失速或者进入尾旋的情况增多。也就是说,飞机在进入失速边界之后,不伴随着失速的产生,在这种情况下的许多状态中,飞机在很长时间里不会失速,仅仅在迎角减小时才发生失速的情况。所以机动的前半段,飞机状态变化稳定。

(3) 该机动的前半段操纵基本上属于开环动作,飞机很快达到最大仰角,飞行员来不及进行更多的判断和修正。由于 Su-27 飞机在空速管后端装有小的整流罩扰流片,增强了大迎角条件下的横航向稳定性,在跃起过程中,机头向左的偏航运动角速度不大,不会引起明显的偏航和倾斜。但在机头从顶点恢复到平飞状态的过程中,却伴有较为强烈的向右偏航运动,偏航角速度也有增大的趋势。因此必须预先利用双发的“推力差”产生左偏力矩,并适当地使用左舵,以保持飞机的方向不变.

(4) 借助于平尾减小迎角十分重要。缓慢的减小飞机迎角不但会使飞机的速度损失较大,而且还会增大失速的概率,而过快的减小迎角易导致飞机进入负迎角状态。这是因为飞机本体是纵向中立稳定(或者不稳定)的,所以当飞机的仰角减小到 20°~30° 时,必须把电传操纵系统接通到“电传”的工作状态,防止飞机进入负迎角出现更为复杂的情况。

(5) 飞行高度对该机动有较大的影响。高度较高时,各项参数变化范围减小,动态略显平缓;而在低高度上,状态变化剧烈,操纵难度也加大。在航展上进行表演时,之所以进入高度较低,是因为所用飞机机头已经过专门修形,气动力特性更为完善,横航向稳定性也更好。实际飞行中要留有充分的余地。

“航展所用飞机机头已经过专门修形”,应该指格罗莫夫试飞院的 Su-27,该机去掉了 IRST

3 战术意义

Su-27 飞机的过失速机动——“普加乔夫眼镜蛇”、“尾冲”和“赫伯斯特”机动等都是典型的快速机动动作,都具有快速指向的能力,在近距空战中不但可以作为进攻的战术手段,而且可以作为有效防御的战术手段。概括起来,过失速机动具有以下战术意义:

(1) 过失速机动的有效性在很大程度上取决于空战的情景,即取决于敌机的相对位置,飞行速度以及武器系统的能力。

(2) 在使用过失速机动动作,尤其是使用“普加乔夫眼镜蛇”机动时,目标的机动对飞机机头的瞄准影响很小。因为该机动的状态时间非常短。

(3) 实际近距空战中,当我机在蛇形转弯或盘旋等机动过程中发现后方距离较近的敌机时,适时使用“普加乔夫眼镜蛇”机动快速减速,可使敌机“冲到”前方,使我机处于有利的攻击位置。

(4) 在使用全方位导弹的空战中,利用过失速机动动作可在更大范围内攻击敌机,与常规机动相比,可为飞行员提供更多的发射导弹的机会。

(5) 当我机受到敌机导弹攻击时,使用过失速机动动作可迅速地改变姿态,减小遭受攻击的可能性。

4 结束语

Su-27 飞机的“普加乔夫眼镜蛇”机动不是由技术人员设计和预先计算出来的,最初总设计师也不知道飞机有能力完成这个动作。在进行了大迎角特性试飞后,试飞员 ИП.沃尔科和试飞工程师在共同分析飞机的大迎角特性时,发现大迎角条件下飞机具有很大的俯仰角速度和良好的操纵性、稳定性,于是提出要进一步试飞。首先在失速/尾旋模拟器上逐渐深入摸索开发出这一动作,之后于 1987 年 9 月由 ИП.沃尔科在飞行试验中完成。这一动作的产生,从一个侧面显示了飞行试验的重要性,也反映了试飞员参与设计、分析、开发的重要性和在科研试飞中的作用。只有充分挖掘飞机潜力,充分发挥飞机的战术性能,才能促进作战手段的提高,才能在现代战场上扬长避短、克敌制胜。


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