回顧人類近百年戰機技術的發展,機動性始終是飛機技術探索與進步的核心,三代機的出現將飛機的機動性提高到了前所未有的水平。
80年代,隨著美國f-117的出現,人類進入了隱身空戰時代,有了隱身技術和超視距攻擊技術,飛機的機動性是否成了花拳繡腿?然而,四代機的出現結束了所有人的爭論,隨著飛發一體化控製技術的應用,現代戰機實現了所謂超機動能力。
毫無疑問,戰爭需求是軍事技術發展的最大動力,飛機機動性能的發展也是如此,問題在於人們對於作戰需求的機動性要求的理解,令人遺憾的是即使是今天,我們對於飛機機動性的認識依然停留在較低的水平。
飛機機動性的奧秘到底在哪裏,飛行員如何才能發揮飛機的最佳機動性能,從而獲得空戰的勝利,飛機設計師如何才能在設計中綜合考慮各種因素,設計出機動性能完美的戰機呢?
一、常規機動飛行的基本原理
所謂常規機動是相對於超機動而言的,我們可以將常規固定翼戰鬥機的機動飛行分為三個區間:繞橫軸運動的縱向區間,繞縱軸運動的滾轉區間,繞立軸運動的偏航區間。
由於在實際飛行中很少做連續穩定的偏航機動,因此常規機動主要可分為縱向區間和滾轉區間兩個區間,機動飛行中無論飛機的姿態、軌跡如何變化,都可將其運動分解為這兩個區間的運動。
要解釋飛機機動性產生的機理,就首先要區分傳統飛機與現代戰機,在四代機出現之前,飛機的機動運動是空氣動力作用的結果,飛機的機動能量主要來源於升力,四代機出現以後,由於矢量推力的應用,產生了由直接力控製的超機動,它與傳統的空氣動力機動的機理是截然不同。
然而,我們許多人對於常規機動的機理存在錯誤認識,有些人認為飛機的機動運動是由操作舵麵直接驅動的,其實,舵麵運動隻是改變了飛機的姿態,而由姿態變化引起的升力變化,才是驅使飛機完成機動的真正動力,飛行中除了升力變化而產生縱向運動外,還可通過滾轉機動,通過改變飛機的升力方向,實現改變飛機的縱向機動方向的目的。
從飛行技術的角度分析,要獲得更佳的機動性,就要盡可能增加飛機的迎角,以獲得更大的升力係數,但這種需求也不是無限製的,因為飛機迎角增加到一定程度,會發生氣流分離,從而破壞了飛機的升力特性,甚至出現失速螺旋等意外情況。
人們開始尋求提高升力的另一種方法——提高飛行速度,也就是在動力係統上做文章,人類進入噴氣時代以後,發動機推力大大增加。
能量機動的概念是二戰以後提出來的,人們在總結空戰經驗時發現,在持續的空戰中一味地追求高機動,而忽視了飛機的速度、高度,會很快失去空戰優勢,成為敵人的靶子。
能量空戰理論告訴飛行員,在空戰機動中,不僅要發揮飛機的最佳機動性能,還要飛機能量維持在一個合適的水平上,並合理地運用和轉化能量,這樣才能在持續空戰中始終保持戰術優勢。
機動飛行如此複雜,但其理論核心又是這麽簡單,懂得機動飛行的各種區間,了解飛機產生機動的機理,懂得能量控製,你就能完成機動動作。但真正要發揮飛機的機動性能,尤其是要在實戰中根據空中態勢靈活運用機動動作,還需要掌握機動飛行的駕駛技術。
二、機動飛行駕駛技術
對於機動飛行而言,主要有四個危險邊界:高度邊界、速度邊界、迎角邊界和強度邊界。
在訓練和作戰過程中,機動飛行中各類事故層出不窮,其原因往往不是因為飛行的大膽,而是由於飛行員對各種邊界的不了解。
一般水平的飛行員,其實際機動飛行包線大致隻有極限邊界的80%左右,導致危險發生的原因是,一些飛行員對於機動飛行邊界某些拐角處的危險毫無察覺,在自認很安全的情況下,不由自主地進入了危險境地。
一名新飛行員在進行高空超音速飛行時,不了解馬赫數與高度的關係,利用俯衝增速的方法飛大馬赫數科目,結果高度下降到中空,表速急劇增加超過了飛機強度極限,導致飛機機體嚴重破損。
多年以來,我們對於機動飛行的認識存在許多理論誤區。例如,我們的飛行規程和理論教材中,對噴氣飛機垂直向上機動的底邊速度要求達到800甚至900公裏/小時,遠遠高於所需速度,而對頂點速度的要求更加苛刻,要求大於350公裏/小時,導致飛行員一看速度小就粗猛拉杆,這是導致垂直機動中發生失速螺旋的主要原因。
我們所說的最佳機動性能通常有三個衡量指標,最小機動半徑、最短機動時間、最大機動過載。
實際飛行中,如何獲得這些最佳性能大有學問。
首先,飛行員要熟練掌握所駕駛戰機的機動性和影響因素,並在頭腦中建立明確的概念,一般而言,獲得最小機動半徑的速度大致在500公裏/小時或更小,獲得最大機動過載的速度在700公裏/小時左右,而獲得最短機動時間的速度則介於這兩個速度之間。
首先,進入機動動作時,飛行員選擇合適的高度和速度,采用盡可能大的發動機狀態。
其次,盡快建立初始過載,以垂直向下機動為例,從飛行員開始拉杆到過載形成最短大約需要3-6秒鍾,如果動作遲緩,建立過載的時間會延長到8-10秒,將使垂直機動的高度損失增加200米以上。
第三,始終保持最佳參數,包括合適的過載和迎角。
能量機動的原理盡管很簡單,但具體到操縱時,飛行員要對飛機的性能有充分的了解,並合理使用操縱技術。
其一,要盡可能保持發動機處於較高的能量,在格鬥空戰中雙方都使用大過載,此時能量的消耗巨大,發動機狀態的減小將使能量瞬間損失,而能量一旦損失將不可彌補。
其二,控製合理的能量速度。從飛機的平飛加速曲線中我們發現,小速度範圍加速度較小增速很慢,而過了某一速度後加速度明顯增加,在加速度時間曆程上這是一個拐點。
拐點對應的速度大致在500-600公裏/小,水平機動飛行中除非絕對必須,不應將速度減小到拐點速度以下,否則後果將是致命的。
其三,懂得合理地轉換能量,在垂直機動飛行中速度、高度交替變化,這是能量轉換的過程,飛行員要對飛機所具備的能量做到心中有數,格鬥中可以合理利用垂直機動進行能量轉換,以置換高度或速度,這種技術在格鬥空戰非常有效。
其四,除非在跟蹤瞄準過程中,對手進入第二速度範圍,否則絕對禁止將飛機速度減小到這一範圍,飛機進入第二速度範圍後,將喪失機動性成為敵人的靶子,從第二速度範圍中脫離出來需要相對較長的時間,可采用迅速轉入垂直向下機動,以重新獲得速度。
過失速機動是一種大於失速迎角條件下,可預期的非控製機動,戰鬥機在迎角大於失速迎角後,並非一定會迅速進入偏離狀態,此時飛行速度減小到一定值時,在重力作用下飛機很快會進入墜落狀態,在飛機安定性的作用下,機頭會迅速下俯從而轉入向下的俯衝狀態,過失速機動作為戰術機動價值不大,但作為表演動作驚險刺激。
在人們的印象中,德意誌民族堅韌、專注甚至有點古板,但在兩次世界大戰中,德國王牌飛行員的空戰記錄遠遠超過了他的對手。
德國飛行員的所謂空戰寶典不是什麽高深的智慧,而是空戰中順機而動的靈活性。
1915年,德國人殷麥曼突發奇想,創造了驚世駭俗的殷麥曼機動,即半滾倒轉,這一現在看來簡單得不能再簡單的機動動作,在當時是不可想象的,其戰術效果得到了實戰的檢驗。
1916年到1918年間,一戰中最偉大的王牌裏希特霍芬,他駕駛的福克dr.1三翼機,在速度性能上遠遠不及其對手英國的駱駝飛機,但他發揮了三翼機優越的升力性能和靈活性,創造了難以企及的空戰神話。
所謂靈活性就是飛機迅即改變升力方向的能力,這一點我將在區間變向技術中具體描述,在飛機技術高度發展的今天,空戰中的靈活性依然是製勝的法寶,靈活性在空戰中的運用並沒有一定之規,重要的是飛行員要根據空中的態勢,靈活選擇機動方向和機動強度,而飛機滾轉性能對於飛機的靈活性至關重要。
我將區間變向技術放在機動飛行駕駛技術的最後一節來介紹,是因為區間變向理論是我獨創的。
80年代,隨著美國f-117的出現,人類進入了隱身空戰時代,有了隱身技術和超視距攻擊技術,飛機的機動性是否成了花拳繡腿?然而,四代機的出現結束了所有人的爭論,隨著飛發一體化控製技術的應用,現代戰機實現了所謂超機動能力。
毫無疑問,戰爭需求是軍事技術發展的最大動力,飛機機動性能的發展也是如此,問題在於人們對於作戰需求的機動性要求的理解,令人遺憾的是即使是今天,我們對於飛機機動性的認識依然停留在較低的水平。
飛機機動性的奧秘到底在哪裏,飛行員如何才能發揮飛機的最佳機動性能,從而獲得空戰的勝利,飛機設計師如何才能在設計中綜合考慮各種因素,設計出機動性能完美的戰機呢?
一、常規機動飛行的基本原理
所謂常規機動是相對於超機動而言的,我們可以將常規固定翼戰鬥機的機動飛行分為三個區間:繞橫軸運動的縱向區間,繞縱軸運動的滾轉區間,繞立軸運動的偏航區間。
由於在實際飛行中很少做連續穩定的偏航機動,因此常規機動主要可分為縱向區間和滾轉區間兩個區間,機動飛行中無論飛機的姿態、軌跡如何變化,都可將其運動分解為這兩個區間的運動。
要解釋飛機機動性產生的機理,就首先要區分傳統飛機與現代戰機,在四代機出現之前,飛機的機動運動是空氣動力作用的結果,飛機的機動能量主要來源於升力,四代機出現以後,由於矢量推力的應用,產生了由直接力控製的超機動,它與傳統的空氣動力機動的機理是截然不同。
然而,我們許多人對於常規機動的機理存在錯誤認識,有些人認為飛機的機動運動是由操作舵麵直接驅動的,其實,舵麵運動隻是改變了飛機的姿態,而由姿態變化引起的升力變化,才是驅使飛機完成機動的真正動力,飛行中除了升力變化而產生縱向運動外,還可通過滾轉機動,通過改變飛機的升力方向,實現改變飛機的縱向機動方向的目的。
從飛行技術的角度分析,要獲得更佳的機動性,就要盡可能增加飛機的迎角,以獲得更大的升力係數,但這種需求也不是無限製的,因為飛機迎角增加到一定程度,會發生氣流分離,從而破壞了飛機的升力特性,甚至出現失速螺旋等意外情況。
人們開始尋求提高升力的另一種方法——提高飛行速度,也就是在動力係統上做文章,人類進入噴氣時代以後,發動機推力大大增加。
能量機動的概念是二戰以後提出來的,人們在總結空戰經驗時發現,在持續的空戰中一味地追求高機動,而忽視了飛機的速度、高度,會很快失去空戰優勢,成為敵人的靶子。
能量空戰理論告訴飛行員,在空戰機動中,不僅要發揮飛機的最佳機動性能,還要飛機能量維持在一個合適的水平上,並合理地運用和轉化能量,這樣才能在持續空戰中始終保持戰術優勢。
機動飛行如此複雜,但其理論核心又是這麽簡單,懂得機動飛行的各種區間,了解飛機產生機動的機理,懂得能量控製,你就能完成機動動作。但真正要發揮飛機的機動性能,尤其是要在實戰中根據空中態勢靈活運用機動動作,還需要掌握機動飛行的駕駛技術。
二、機動飛行駕駛技術
對於機動飛行而言,主要有四個危險邊界:高度邊界、速度邊界、迎角邊界和強度邊界。
在訓練和作戰過程中,機動飛行中各類事故層出不窮,其原因往往不是因為飛行的大膽,而是由於飛行員對各種邊界的不了解。
一般水平的飛行員,其實際機動飛行包線大致隻有極限邊界的80%左右,導致危險發生的原因是,一些飛行員對於機動飛行邊界某些拐角處的危險毫無察覺,在自認很安全的情況下,不由自主地進入了危險境地。
一名新飛行員在進行高空超音速飛行時,不了解馬赫數與高度的關係,利用俯衝增速的方法飛大馬赫數科目,結果高度下降到中空,表速急劇增加超過了飛機強度極限,導致飛機機體嚴重破損。
多年以來,我們對於機動飛行的認識存在許多理論誤區。例如,我們的飛行規程和理論教材中,對噴氣飛機垂直向上機動的底邊速度要求達到800甚至900公裏/小時,遠遠高於所需速度,而對頂點速度的要求更加苛刻,要求大於350公裏/小時,導致飛行員一看速度小就粗猛拉杆,這是導致垂直機動中發生失速螺旋的主要原因。
我們所說的最佳機動性能通常有三個衡量指標,最小機動半徑、最短機動時間、最大機動過載。
實際飛行中,如何獲得這些最佳性能大有學問。
首先,飛行員要熟練掌握所駕駛戰機的機動性和影響因素,並在頭腦中建立明確的概念,一般而言,獲得最小機動半徑的速度大致在500公裏/小時或更小,獲得最大機動過載的速度在700公裏/小時左右,而獲得最短機動時間的速度則介於這兩個速度之間。
首先,進入機動動作時,飛行員選擇合適的高度和速度,采用盡可能大的發動機狀態。
其次,盡快建立初始過載,以垂直向下機動為例,從飛行員開始拉杆到過載形成最短大約需要3-6秒鍾,如果動作遲緩,建立過載的時間會延長到8-10秒,將使垂直機動的高度損失增加200米以上。
第三,始終保持最佳參數,包括合適的過載和迎角。
能量機動的原理盡管很簡單,但具體到操縱時,飛行員要對飛機的性能有充分的了解,並合理使用操縱技術。
其一,要盡可能保持發動機處於較高的能量,在格鬥空戰中雙方都使用大過載,此時能量的消耗巨大,發動機狀態的減小將使能量瞬間損失,而能量一旦損失將不可彌補。
其二,控製合理的能量速度。從飛機的平飛加速曲線中我們發現,小速度範圍加速度較小增速很慢,而過了某一速度後加速度明顯增加,在加速度時間曆程上這是一個拐點。
拐點對應的速度大致在500-600公裏/小,水平機動飛行中除非絕對必須,不應將速度減小到拐點速度以下,否則後果將是致命的。
其三,懂得合理地轉換能量,在垂直機動飛行中速度、高度交替變化,這是能量轉換的過程,飛行員要對飛機所具備的能量做到心中有數,格鬥中可以合理利用垂直機動進行能量轉換,以置換高度或速度,這種技術在格鬥空戰非常有效。
其四,除非在跟蹤瞄準過程中,對手進入第二速度範圍,否則絕對禁止將飛機速度減小到這一範圍,飛機進入第二速度範圍後,將喪失機動性成為敵人的靶子,從第二速度範圍中脫離出來需要相對較長的時間,可采用迅速轉入垂直向下機動,以重新獲得速度。
過失速機動是一種大於失速迎角條件下,可預期的非控製機動,戰鬥機在迎角大於失速迎角後,並非一定會迅速進入偏離狀態,此時飛行速度減小到一定值時,在重力作用下飛機很快會進入墜落狀態,在飛機安定性的作用下,機頭會迅速下俯從而轉入向下的俯衝狀態,過失速機動作為戰術機動價值不大,但作為表演動作驚險刺激。
在人們的印象中,德意誌民族堅韌、專注甚至有點古板,但在兩次世界大戰中,德國王牌飛行員的空戰記錄遠遠超過了他的對手。
德國飛行員的所謂空戰寶典不是什麽高深的智慧,而是空戰中順機而動的靈活性。
1915年,德國人殷麥曼突發奇想,創造了驚世駭俗的殷麥曼機動,即半滾倒轉,這一現在看來簡單得不能再簡單的機動動作,在當時是不可想象的,其戰術效果得到了實戰的檢驗。
1916年到1918年間,一戰中最偉大的王牌裏希特霍芬,他駕駛的福克dr.1三翼機,在速度性能上遠遠不及其對手英國的駱駝飛機,但他發揮了三翼機優越的升力性能和靈活性,創造了難以企及的空戰神話。
所謂靈活性就是飛機迅即改變升力方向的能力,這一點我將在區間變向技術中具體描述,在飛機技術高度發展的今天,空戰中的靈活性依然是製勝的法寶,靈活性在空戰中的運用並沒有一定之規,重要的是飛行員要根據空中的態勢,靈活選擇機動方向和機動強度,而飛機滾轉性能對於飛機的靈活性至關重要。
我將區間變向技術放在機動飛行駕駛技術的最後一節來介紹,是因為區間變向理論是我獨創的。