從最基本的觀點來看,伯伊德的這個理論主要是回答這麽一個問題:飛機在一個給定的高度、速度和過載下.究竟能夠多快地獲得能量,或者能夠多快地失去能量?
而且,這個答案必須能夠應用到所有的飛機上去.這樣就能比較空戰中雙方的飛機,在各種條件下,到底誰能夠更快地獲得能量,或是能夠更快地失去能量?這個能量必須和飛機的重量無關才有意義。
因而伯伊德認為,這裏所說的能量實際上是單位能量,即飛機的總能量除以飛機的重量。
伯伊德和克裏斯蒂通過艱苦的努力,終於發現飛機增加或是減少單位能量的速率可以用這個公式來表示,sep=(t-d)·v/w
其中t是發動機的推力,d是飛機的阻力,w是飛機的重量,v是飛機的速率。
這個公式的量綱是速率,而其物理意義表達的是能量改變的速率。
能量改變的速率是功率,在空戰中有意義的是有用的單位能量,因而這個公式計算的結果就被稱為單位剩餘功率,通常記為sep,或是ps,這就是能量機動理論的核心。
知道這個公式之後,我們可以運用能量空戰的觀點進一步將空戰戰術分為兩大類:角度戰術和能量戰術。
角度戰術就是用最快的速度取得對敵機位置的絕對優勢,一般指機頭指向敵機尾部,為了達到這一點,通常都要損失能量,在適合采用角度戰術的情況下,往往是能夠更快減少自己能量的一方先獲得位置優勢,因此角度戰術也可以稱為負能量戰術,利用上麵的公式,我們可以設計出一些盡快減速的機動動作。
而能量戰術則不同,這種戰術強調首先建立相對敵機的能量優勢,然後再把這種能量優勢轉化為位置優勢,上期所講的滾轉剪刀就是一種常用的將能量優勢轉化為位置優勢的戰術。
在你擁有足夠的能量優勢後,強迫敵機進入滾轉剪刀,通常一兩次滾轉後你就能獲得射擊機會,這裏的關鍵是在進入滾轉剪刀之前要獲得相對敵機的能量優勢。
一種常用的做法是誘使敵人使用更高的過載,從而更快地損失能量,當然在這時你不能讓敵人有太多的位置優勢,可以想像的是.如果你的飛機有著比敵機更高的sep,事情就好辦得多。
究竟采用哪種戰術,需要戰時的隨機應變及平時的良好訓練,在實戰中這兩種戰術通常是交替使用的。
能量機動理論可以說是一種全新的飛行理論,不過在此之前.人們其實早就在用能量的方法研究飛行了。最簡單的例子是所謂的最速降線,如下圖所示--
飛機從從a點飛到b點最快的路線並不是連接兩點的直線,而是類似圖中所畫的曲線,這是因為一開始用較陡的斜率下降可以使飛機更快地達到大速度,即使飛行路線長一些,也可以用更短的時間飛完。
1954年愛德華茲空軍基地的魯托斯基曾用能量的方法發展了一種最優化理論,可以求出最快到達指定高度的飛行路線,該路線被稱為魯托斯基曲線。
類似的研究最優飛行路線的數學論文還有幾篇,伯伊德和克裏斯蒂借鑒了這些工作,但是從一個完全不同的出發點將它們進一步發展到包括大過載機動飛行的領域,從而可以為空戰戰術和戰鬥機設計提供理論基礎。
整個工作的最後一步是試飛驗證,伯伊德和克裏斯蒂利用埃格林空軍基地的f-100,f-105和f-4作了一係列的試飛,試飛的結果完全驗證了能量機動理論的正確。
現在伯伊德可以放心地用能量機動理論分析飛機的性能了,由上所述,角度戰術可以用合適的機動來完成,而sep值高的飛機則在能量戰術上明顯占優。
事實上,飛機的加速、爬升和穩定盤旋等性能和sep直接相關,因而在某個給定高度、速度和過載的點,sep越高,說明飛機在此點的機動性能越好。
伯伊德一開始的動機是給每一種美國戰鬥機都繪出完整的sep包線圖,後來被稱為e-m圖,以便完整地理解美國戰鬥機在整個飛行包線上的性能,不過他很快意識到還可以給蘇聯的戰鬥機做同樣的工作,這樣就可以詳細比較美蘇戰鬥機性能的優劣了。
要計算sep值,需要得到飛機的重量、推力、升力係數和升力極曲線,這是飛機在不同迎角下由升力係數和阻力係數繪成的曲線,因而通過升力係數和升力極曲線可以求出各種迎角下的阻力係數的準確數據。
這些數據是高度機密的資料,都保存在萊特-帕特空軍基地的飛行力學實驗室裏,這回伯伊德得到了埃格林基地一位將軍的幫助,他給伯伊德取得這些機密資料出示了證明,伯伊德駕駛著一架t-33徑直來到了萊特-帕特空軍基地。
這個以萊特兄弟命名的空軍基地有著美國空軍從事基礎研究的兩個實驗室——推進實驗室和飛行力學實驗室,基地裏不少人都是有著各種博士、碩士頭銜的科學家或是工程師。
他們對一個戰鬥機飛行員跑來要這麽學術性的資料覺得很好笑.不過還是把數據給他了,伯伊德把數據拿回埃格林後立即開始計算,很快他就發現結果有點問題,萊特-帕特那幫家夥沒有把正確的數據給他。
伯伊德這回是真的憤怒了,他跑到那個幫助他的將軍那兒告了一大狀,將軍也覺得很奇怪,畢竟萊特-帕特和埃格林屬於同一個空軍。
他看著憤怒的伯伊德,似乎明白了什麽,說:“約翰,你該注意一下外交辭令。”不過他還是安慰伯伊德,他將解決這個問題,伯伊德從來不懂外交辭令,不過他最終還是拿到了正確的數據。
令人驚訝的結果出來了,伯伊德的計算表明,當時美製戰鬥機在大多數區域的機動性能都比蘇製戰鬥機差。
伯伊德看著這些e-m圖,意識到可以利用能量機動理論來改進戰鬥機的設計,從而得到機動性能優異的戰鬥機,隻要把設計稍微修改一下,然後比較修改前後的sep值。
如果sep值提高了.就保留這個修改,如果降低了就拋棄,然後重複這個過程——永遠保持提高的修改,拋棄降低的修改——直到最後再也不能提高為止。
這是一個不斷試錯的過程,伯伊德將其稱為trade-off分析。
因此,trade-off分析使得能量機動理論不僅可以用來優化空戰戰術,也可以用來優化戰鬥機的設計。
而且,這個答案必須能夠應用到所有的飛機上去.這樣就能比較空戰中雙方的飛機,在各種條件下,到底誰能夠更快地獲得能量,或是能夠更快地失去能量?這個能量必須和飛機的重量無關才有意義。
因而伯伊德認為,這裏所說的能量實際上是單位能量,即飛機的總能量除以飛機的重量。
伯伊德和克裏斯蒂通過艱苦的努力,終於發現飛機增加或是減少單位能量的速率可以用這個公式來表示,sep=(t-d)·v/w
其中t是發動機的推力,d是飛機的阻力,w是飛機的重量,v是飛機的速率。
這個公式的量綱是速率,而其物理意義表達的是能量改變的速率。
能量改變的速率是功率,在空戰中有意義的是有用的單位能量,因而這個公式計算的結果就被稱為單位剩餘功率,通常記為sep,或是ps,這就是能量機動理論的核心。
知道這個公式之後,我們可以運用能量空戰的觀點進一步將空戰戰術分為兩大類:角度戰術和能量戰術。
角度戰術就是用最快的速度取得對敵機位置的絕對優勢,一般指機頭指向敵機尾部,為了達到這一點,通常都要損失能量,在適合采用角度戰術的情況下,往往是能夠更快減少自己能量的一方先獲得位置優勢,因此角度戰術也可以稱為負能量戰術,利用上麵的公式,我們可以設計出一些盡快減速的機動動作。
而能量戰術則不同,這種戰術強調首先建立相對敵機的能量優勢,然後再把這種能量優勢轉化為位置優勢,上期所講的滾轉剪刀就是一種常用的將能量優勢轉化為位置優勢的戰術。
在你擁有足夠的能量優勢後,強迫敵機進入滾轉剪刀,通常一兩次滾轉後你就能獲得射擊機會,這裏的關鍵是在進入滾轉剪刀之前要獲得相對敵機的能量優勢。
一種常用的做法是誘使敵人使用更高的過載,從而更快地損失能量,當然在這時你不能讓敵人有太多的位置優勢,可以想像的是.如果你的飛機有著比敵機更高的sep,事情就好辦得多。
究竟采用哪種戰術,需要戰時的隨機應變及平時的良好訓練,在實戰中這兩種戰術通常是交替使用的。
能量機動理論可以說是一種全新的飛行理論,不過在此之前.人們其實早就在用能量的方法研究飛行了。最簡單的例子是所謂的最速降線,如下圖所示--
飛機從從a點飛到b點最快的路線並不是連接兩點的直線,而是類似圖中所畫的曲線,這是因為一開始用較陡的斜率下降可以使飛機更快地達到大速度,即使飛行路線長一些,也可以用更短的時間飛完。
1954年愛德華茲空軍基地的魯托斯基曾用能量的方法發展了一種最優化理論,可以求出最快到達指定高度的飛行路線,該路線被稱為魯托斯基曲線。
類似的研究最優飛行路線的數學論文還有幾篇,伯伊德和克裏斯蒂借鑒了這些工作,但是從一個完全不同的出發點將它們進一步發展到包括大過載機動飛行的領域,從而可以為空戰戰術和戰鬥機設計提供理論基礎。
整個工作的最後一步是試飛驗證,伯伊德和克裏斯蒂利用埃格林空軍基地的f-100,f-105和f-4作了一係列的試飛,試飛的結果完全驗證了能量機動理論的正確。
現在伯伊德可以放心地用能量機動理論分析飛機的性能了,由上所述,角度戰術可以用合適的機動來完成,而sep值高的飛機則在能量戰術上明顯占優。
事實上,飛機的加速、爬升和穩定盤旋等性能和sep直接相關,因而在某個給定高度、速度和過載的點,sep越高,說明飛機在此點的機動性能越好。
伯伊德一開始的動機是給每一種美國戰鬥機都繪出完整的sep包線圖,後來被稱為e-m圖,以便完整地理解美國戰鬥機在整個飛行包線上的性能,不過他很快意識到還可以給蘇聯的戰鬥機做同樣的工作,這樣就可以詳細比較美蘇戰鬥機性能的優劣了。
要計算sep值,需要得到飛機的重量、推力、升力係數和升力極曲線,這是飛機在不同迎角下由升力係數和阻力係數繪成的曲線,因而通過升力係數和升力極曲線可以求出各種迎角下的阻力係數的準確數據。
這些數據是高度機密的資料,都保存在萊特-帕特空軍基地的飛行力學實驗室裏,這回伯伊德得到了埃格林基地一位將軍的幫助,他給伯伊德取得這些機密資料出示了證明,伯伊德駕駛著一架t-33徑直來到了萊特-帕特空軍基地。
這個以萊特兄弟命名的空軍基地有著美國空軍從事基礎研究的兩個實驗室——推進實驗室和飛行力學實驗室,基地裏不少人都是有著各種博士、碩士頭銜的科學家或是工程師。
他們對一個戰鬥機飛行員跑來要這麽學術性的資料覺得很好笑.不過還是把數據給他了,伯伊德把數據拿回埃格林後立即開始計算,很快他就發現結果有點問題,萊特-帕特那幫家夥沒有把正確的數據給他。
伯伊德這回是真的憤怒了,他跑到那個幫助他的將軍那兒告了一大狀,將軍也覺得很奇怪,畢竟萊特-帕特和埃格林屬於同一個空軍。
他看著憤怒的伯伊德,似乎明白了什麽,說:“約翰,你該注意一下外交辭令。”不過他還是安慰伯伊德,他將解決這個問題,伯伊德從來不懂外交辭令,不過他最終還是拿到了正確的數據。
令人驚訝的結果出來了,伯伊德的計算表明,當時美製戰鬥機在大多數區域的機動性能都比蘇製戰鬥機差。
伯伊德看著這些e-m圖,意識到可以利用能量機動理論來改進戰鬥機的設計,從而得到機動性能優異的戰鬥機,隻要把設計稍微修改一下,然後比較修改前後的sep值。
如果sep值提高了.就保留這個修改,如果降低了就拋棄,然後重複這個過程——永遠保持提高的修改,拋棄降低的修改——直到最後再也不能提高為止。
這是一個不斷試錯的過程,伯伊德將其稱為trade-off分析。
因此,trade-off分析使得能量機動理論不僅可以用來優化空戰戰術,也可以用來優化戰鬥機的設計。