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用气动产生推力矢量的效果——浅析部分非推力矢量战机的“J转弯”能力

发布时间:2018-04-25  原作者:李炳乾 邱海峰   点击数:

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气动舵面差动

  第二种措施来自于气动舵面。这里需要科普一个经常被误解的结论:很多人认为偏航靠方向舵,而横滚靠副翼差动。在低攻角没错,但是在高攻角则刚好反过来:副翼差动的偏航效应增强(被称作逆向偏航效应,adverse yaw effect),横滚效应减弱;而方向舵的偏航效应减弱,横滚效应增强?;痪浠八?,J转弯的转向力矩主要来自于副翼的差动,其次是平尾的差动,而方向舵(垂尾)基本就是打酱油的,负责维持稳定不失控就好。从这个角度上说,外倾双垂尾比单垂尾强。

  如果能增加副翼差动的效果,就有可能做出J转弯。但是以大多数飞机差动副翼的效果,其高攻角偏航效应不足,响应不快,不足以构成机动。某些强调超常规机动能力的飞机,比如图12B的苏-26运动飞机,副翼整体都可差动(红色部分)。而图12A的常规舵面构型飞机,内外侧襟副翼分开,内侧只能同向偏转,外侧能差动偏转的就只剩一小部分。苏-26能轻松做出各种特技动作,整体襟翼设计功不可没。整体襟副翼在战斗机上的应用刚刚起步,相信以后会逐渐普及。

图12 副翼可差动部分(涂红)。A图飞机的内外侧襟副翼分开,只有外侧可以差动,内侧只能同向偏转;B图飞机的整体襟副翼可以整体差动/同向偏转
图12 副翼可差动部分(涂红)。A图飞机的内外侧襟副翼分开,只有外侧可以差动,内侧只能同向偏转;B图飞机的整体襟副翼可以整体差动/同向偏转

  另外考虑到平尾差动也对高攻角偏航力矩有较大贡献,增强这部分力矩对J转弯一定是有好处的。某些平尾后缘显著位于尾喷口之后的飞机(如米格-29,F/A-18,F-35,F-22等),平尾可受到喷流的有利影响,增强舵效。根据F-22的测试结果,提升幅度在10%左右。F-35的平尾面积较大,效果会更好。

其他

  这里需要讨论下另一类操纵面-鸭翼。遗憾的是,由于目前的鸭式布局飞机普遍受到鸭翼负荷较高、过早失速的影响,鸭面在高攻角几乎丧失了产生有利干扰涡流和控制力矩的能力,无论同向转动还是差动都是如此。目前尚未有任何鸭式布局的飞机在不用推力矢量的情况下,展示出35度以上攻角的偏航/横滚机动能力。历史上仅有EAP验证机能够以35度攻角勉强维持平飞,但平飞和机动毕竟是两个概念,而且35度攻角距离J转弯的要求还有相当距离。

  J转弯对飞机的结构也有额外要求?;砭×慷?,让质量集中,减小转动惯量,有助于做出更敏捷的偏航转向。

结束语

  综上所述,关于J转弯有如下结论:

  1) J转弯具有高角速度,在近距空战中有相当优势。

  2) J转弯强调能量的收支平衡,与持续机动契合。

  3) 在无推力矢量的喷气式飞机中,F/A-18E/F具有J转弯能力,相应的飞行员训练也已经普及。F-35初步展现该能力,即使是试飞员也未能普遍掌握,有待进一步测试。

  4) 该能力对气动提出苛刻要求。主要转向力矩来自高攻角的副翼差动和前机身不对称涡流。尖拱或窄长边条、机头侧棱、大面积可差动整体襟副翼、后置平尾、短机身和外倾双垂尾都有助于实现该机动。

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