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近来,阿道夫二世和liumin70两位的贴子里根据中美两国飞机在“飞行员诱发震荡”这一问题上的不同飞行姿态,对两国飞机的线传系统设计进行评论,并以此推断孰优孰劣。本贴从控制论的角度也对此进行一下探讨,并希望更熟悉飞机线传系统设计的大虾指正。
首先要说明的一点是当飞机发生“飞行员诱发震荡”时,飞机所可能产生的飞行姿态是随机和无法预测的,并且此时的线传系统已经失效,无法正常控制飞机的飞行姿态,因而以此时的飞行姿态为根据去评论飞机线传系统的设计水平是毫无意义的。
飞机线传系统的设计原理简单的讲就是一个闭环负反馈控制系统,通俗地将就是在飞机上安装多个传感器用以检测飞机的飞行姿态,这些传感器把采集到的飞行姿态数据适时传输到飞机上的飞行控制电脑,电脑给这些数据一个负增益(就是乘以一个负数)并加入到飞机操控系统给出的控制数据中去,以产生一个最终的控制信号。熟悉控制理论的人都知道负反馈控制系统是稳定的控制系统,举一个简单的例子,当飞机由于气流或其他原因产生非正常侧滑时,传感器就会检测到并产生侧滑数据,飞控电脑为纠正这一侧滑,就会根据侧滑数据产生一个反向侧滑的控制信号,使飞机进行反向侧滑,以抵消现有非正常的侧滑。反向侧滑的控制信号的产生实际就是给侧滑数据乘以一个负数。但这个负数的取值(通常称为负增益)是非常重要的。本文后面会做详细解释。
线传系统的稳定性和可靠性完全依赖于在飞行包线内线传系统是否始终处于稳定的负反馈控制状态中并且反馈控制信号是否始终保持在控制系统规定的取值范围内(通常称为阙值)。然而由于飞机是飞行员和和飞控电脑同时控制飞机的飞行姿态,当飞机传感器和飞行员同时察觉到飞行姿态的问题时很有可能飞控电脑和飞行员同时产生相同的控制信号,两者叠加,就会使控制信号过强,使飞机产生过大的姿态调整动作,这有可能迫使飞控电脑和飞行员同时产生更强的反向控制信号进行调整,但这只会使飞机再次作出更剧烈的姿态调整动作,如此下去,只能使飞机控制信号不断增强,直至超出线传系统的阙值,使线传系统彻底失效,此时飞机处于完全失控状态。这就是“飞行员诱发震荡”产生机理的简单
解释(希望哪位大虾能给出更详细和全面的解释,不胜感激!)
由此可以看出当产生“飞行员诱发震荡”时飞机的线传系统是处于失效状态,因此不管再优秀的线传系统此时都无法控制飞机的飞行姿态的。所以以此时的飞机姿态来评价线传系统设计的优劣无异于根据汽车掉下悬崖时翻滚的次数来判断汽车方向盘设计的优劣一样是毫无道理的。
那么在产生“飞行员诱发震荡”时飞机姿态是否是完全不可预测的呢?也不尽然。因为此时的飞机姿态与飞机的初始飞行状态,气流的流场状况,线传系统失效前的控制信号等等一系列因素有密切关系的因而是可以根据飞机的飞行姿态来推断出一些当时的飞行条件甚至“飞行员诱发震荡”的部分原因的。例如阿道夫二世提到的YF-22平拍在地面上的那个例子,可以说明,YF-22当时飞行速度较低,受侧风影响较小,同时飞行高度不高,诱发震荡的控制信号完全来自于纵向控制信号等等。
至于F/A-22的例子因无详细说明,无法进行判断,如果确实是线传系统导致的坠机,从其为生产型这一点上来看,只能说明F/A-22线传系统的这一问题在试飞定型阶段并没有被发现,在设计上是有缺陷的。试飞过程中没有发现,也说明试飞过程的设计与安排上也是有疏漏的。但无论如何,也决不会是象阿道夫二世所说的那样,是"美国人在如此情况下还是敢于部署F-22A",因为无论哪一个国家都不可能让带有隐患的飞机投入生产,否则就是有人刻意在掩盖隐患(这要是被发现,即便是在美国也是要把牢底坐穿滴)。鉴于飞机线传系统的复杂性,全新设计的飞机在初期线传系统设计不完善是可以理解的。一个系统的成熟本来就是在出现问题的基础上加以改进的嘛。如果硬要进行比较,则应拿F/A-22和歼-10的生产型进行比较,看谁在使用初期发生的事故少。从目前情形来看,歼-10在使用过程中尚未发生任何问题,这也可能是发生了但并未报道,但并未发生的可能性更大,并且在试飞过程中都未出现摔机事件,这说明歼-10的线传系统设计是成熟可靠的,并且对线传系统的测试和检验也是成熟可靠的。至少在可靠性要好于早期的F/A-22。
回过头来再看一看阿道夫二世提到的中国的情形,首先歼八某改型应可以确定为歼八ACT。这是用歼八改的线传系统验证机。李中华的例子中的K-8V是新型三轴变稳飞机,也叫空中模拟飞行试验机,也就是利用K-8V的线传系统,向其输入不同飞机的参数,来模拟这些飞机的飞行特性。比如输入了SU-27的参数,那么K-8V飞出来的空中特性就象SU-27。看来liumin70所说的“从此飞机变稳机”是完全不理解"变稳飞机"的含义。不管怎么说,这两种飞机都是验证机,是用来验证线传系统设计,并发行设计缺陷的。因而出现问题是正常而且必要的,否则要它们干什么。
歼八ACT出的问题是出现在着陆接地阶段,而且机身开始偏转时,飞机是在接地状态中,因而机身偏转的原因更可能是由于两个主着陆轮产生不同摩擦力引起的,但无论如何不可能是由线传系统引起的,因为飞机在三次弹跳过程中并未产生偏转。当飞机可控时,主着陆轮接地产生不同摩擦力所带来的影响是可以通过飞行员的控制加以消除的。但此时的歼八ACT处于失控状态,因而产生机身偏转,倒扣就不希奇了。大家可以回想一下飞机迫降过程中,出现机身偏转甚至倒扣是家常便饭的事。飞行员最后一刻弹出,只能说明飞行员为保护飞机已经尽了最大努力,勇敢精神值得钦佩。再看YF-22的情形,是在离地10多米的高度出现问题的,直至摔机前,飞机并未接地,因而飞机受外界影响小,不易产生较大的偏转力矩,因而平拍在地面也是正常的,这是典型的低空失速。(同时,相信YF-22的起落架并未放下,否则其下场不会比歼八ACT好多少。)
而K-8V的情形则有所不同,首先是飞行高度较高,为500米左右。其次是出现问题时"飞机在机场远距导航台附近三转弯过程中",这说明此时飞机的姿态并不是歼八ACT或YF-22的简单平飞状态,而是更为复杂的飞行状态,其本身就正在做侧滑或偏转的动作,因而在出现诱发振荡后,飞机出现剧烈侧偏,滚转,进入"倒扣"状态,也就不足为奇了。
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