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战斗机飞控到底是什么,中国飞控技术对比美俄落后吗?
实际上,飞控就是帮助飞行员操作飞机的操作系统,相当于飞机的windows或OS。汽车的操控是要靠方向盘来控制车轮朝向,而飞机的操控则是要飞行员通过操纵杆和踏板来控制各舵面来产生偏转控制力。连接这个飞行员和舵面的,早期是通过一系列连杆或钢索。这就是最原始的机械传控,机械传控现在依然在民航客机、运输机上有安装,作为安全备份。而米格-29是战斗机领域最后一个以机械传控为主的战斗机,这也是米格-29的两大槽点之一。
机械传控有两大问题,一是重量太重、结构复杂,而且维修和保养很麻烦。二是想要实现精准操控很难,战机在不同速度和飞行高度情况下,空气对舵面的压力反馈是不一样的,飞行员这一脚下去得到的结果也不一样,相当的吃经验和感觉。于是在F-16的时候,开始应用新的操控系统,电传操控系统,将飞行员对操纵杆和踏板的操作信号转化成电信号,用电线代替连杆将信号传输给舵面控制装置进行操控。
线传操控和静不稳定,是F-16两大开创性成就
而飞控系统就是作为“解码器”,将飞行员的操作意图,转化为相应的操作信号。早期电传操控比较简单,是属于模拟信号阶段,用电流强弱和电压高低来代表信号的意义,所以那时候飞控也比较简单。而到上世纪80年代末,开始进入数字信号时代,飞控的难度开始几何级的攀升,但相应的重要性也愈发显现,数字飞控也是目前主要讨论的飞控形式。
其中最核心的提升就是数字飞控可以对信号进行处理,由于将飞行员对飞机的操作动作“转化”成数字信号,这就意味着机载计算机可以通过某种程序对数据加以处理和计算。机载计算机只要理解了飞行员的操作意图,就可以自行分配信息给各个气动舵面,飞行员只需要像我想怎么飞,不需要考虑各舵面怎么控制。这极大的简化了飞机的操控,提升飞机操控灵活度,比如当飞机左右挂载不平衡时,自动进行配平;飞行员想要进行滚转时,命令水平尾翼、襟翼等一起差动,提供更多的偏转力臂。你只管想要怎么飞,我来控制飞机各个系统配合你,这就是飞机的飞控系统。
像B-2轰炸机,13个气动舵面全是水平舵面,要完成转向就是靠飞控统一协调各飞控面进行差动,以及发动机推力来进行。
当飞控系统进一步发展时,则要开始兼管其他重要子系统的工作。先是发动机,本身发动机也是飞机一大控制来源,当发动机完成全权数字化控制(FADEC)之后,飞控系统经过升级后,就可以接管其运行,配合飞行员的操作意图进行增加或减少推力。而当发动机进一步升级,安装TVC矢量控制后,则更需要飞控系统进行管理。接着是火控系统,将传感器等结合进来,让飞机各系统配合飞行员的攻击意图发起“大迂回攻击”等作战意图。这就是现在主流的飞(控)火(控)推(力控制)一体化,歼-10C是我国第一款完成飞火推一体化的战斗机。而飞控系统的下一步发展,则应该是第六代战斗机的,AI人工智能了。
但需要注意的是,飞控系统不仅仅是计算机编程水平,他是跟飞机的气动研究,结构强度深度融合在一起的。飞控程序对飞机的管理方式,必须遵循气动研究得出的飞机能力,以及飞机结构所能承受的极限。飞控程序编写不仅仅是要计算机编程水平,更需要的是气动研究和飞机结构设计水平。
至于我国的飞控方面,整体上比较不错,有一个大神,可以吹一下,那就是成飞(611所),可以说不亚于任何一个国外机构,但西安飞控院(618所)和沈飞(601所)则要被成为吐槽对象。我国在这方面起步是在上世纪80年代,当时是跟欧洲合作,成飞是找了法国达索,沈飞是先后找了德国MBB(梅塞施密特-伯尔科-布洛姆)和英国马可尼。在被制裁后,沈飞是找了俄罗斯茹科夫斯基中央流体力学研究院,而成飞则是通过美国退回的两架歼-8和平珍珠以及以色列,开始研究起美系风格和ADA语言。所以叫这两个一个成洛马(成都·洛克希德·马丁)一个沈霍伊(沈阳·苏霍伊)也没啥错。通过一系列学习、攻坚,在上世纪90年代,我国先后成功进行了歼-8IIACT验证机和K-8V多轴变稳机,完成了对先进数字电传试验性摸索。
歼-8IIACT,我国首次完成三轴四度余数字飞控系统
然后接下来沈霍伊和成洛马在实际应用中反差极大,成洛马的歼-10和JF-17枭龙战斗机上的飞控相当成功,歼-10在试飞过程中没有发生一次坠毁事故,在服役后飞控系统也没有出现严重事故实践,可以说是相当的成功(歼-10服役主要坠毁事故是起降过程中撞鸟导致,单发战斗机遇到撞鸟是神仙也没辙)。值得一提的是,歼-10和枭龙的飞控负责人就是现在歼-20的总设计师杨伟。
而沈霍伊则是在歼-11BS和歼-15身上连续跌了大跟头,发生了多起严重飞控故障,甚至被央视公开“处刑”过。当然,苏-27本身有相当多的气动缺陷和结构性问题,在没有掌握第一手试飞和结构资料情况下,直接硬改很难,无法吃准飞机所承受的极限在哪里。比如说歼-11BS和歼-15飞控事故中经常出现的突然上仰问题跟苏-27低空俯仰力臂过大这一气动缺陷密不可分,苏-35是用TVC矢量发动机来进行克服。但整体上讲,在飞控领域沈霍伊的跌跌撞撞,与成洛马的一骑绝尘形成鲜明对比。
央视对歼-11BS飞控问题的“公开处刑”
歼-20是目前战斗机领域飞控最复杂的战斗机,不说别的,他的四波系涡流控制,要比F-22的二波系涡流强出相当多。成飞能够吃到这一步相当了不起,有时候天才的作用的确很明显,可以强行提升一个级别。
歼-20的进气口边缘、鸭翼、边条翼和机翼可以拉出4对涡流,对于涡升力利用极为彻底
飞控正式的名称叫“飞行操纵系统”,也叫飞机操纵系统,是用来传递操纵信号指令,驱动飞机舵面运动,改变飞机飞行状态和飞行轨迹的所有部件和装置的总称。战斗机飞控,就是安装在战斗机上的飞行操纵系统。
现在,世界上战斗机使用的的主流飞行操纵系统为三轴四余度数字电传操纵系统。
三轴,指的是纵轴、横滚轴和偏航轴。
四余度,是指三条数字信道与一条备用仿真式信道。四余度的优点是:拥有四套独立的电传操纵系统,实行“少数服从多数”原则。一旦出现故障,有一套不工作,另外三套还可操纵飞机正常飞源行。如果一套“乱来”,出现错误,另外三套可以把它纠正过来。
电传操纵系统,是把驾驶员的操纵指令转变为电信号来控制飞机飞行的飞行操纵系统。
数字电传操纵系统,是指使用数字信号的电传操纵系统,主要组成部分包括运动传感器、中央计算机、作动器和电源。
三轴四余度数字电传操纵系统的主要优点是:具有高度的灵活性,容易实现多种逻辑运算和电子综合化,实施复杂控制律和修改控制律都很方便,尤其容易与自动驾驶仪、火力控制系统、导航和推力控制系统交连,从而使飞机的性能和攻击精度均发生质的变化。
至于说,我国战斗机飞控技术与美俄相比如何?
我国现役的主力战斗机歼-10、歼-11B、歼-15、歼-16、歼-20等使用的都是三轴四余度数字电传操纵系统。而美国主要战斗机F-16、F-15、F-18、F-22、F-35等用的也都是三轴四余度数字电传操纵系统。就性能来说,中美两国的数字电传操纵系统并没有质的差别。同时,两国的数字电传操纵系统都已经在本国现役战斗机中大规模使用,这说明两国的三轴四余度数字电传操纵系统在技术上已非常成熟,运行使用稳定且可靠。
再说俄罗斯,三轴四余度数字电传操纵系统对于俄罗斯来说,不是做不了、而是做不好。由于当初点错了技能树,所以造成了如今俄罗斯在微电子工业方面的落后。体现到飞控方面,就是从模拟式电传一直到数字式电传,飞控故障就没有消停过。不但苏-27、苏-30、苏-35等深受困扰,就连苏-57也曾因飞机电传操纵系统出现故障,导致战机坠毁。
总体来看,我国目前的飞控技术与美国是不相上下,比俄罗斯略胜一筹。
就到这里,各位对此,是否还有其他高见?或者你们还有哪些补充,一起来探讨。
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