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殲20氣動面那麼多、複雜,飛行員怎麼開這類戰鬥機?

從人機工程學的角度來說, 高效率的操縱設計來源於兩個方面:盡可能契合人類的本能習慣, 讓操縱動作在多次練習以後很容易就固化成熟練技能;而且它必須盡可能使人在同一時間內, 能兼顧完成各種基本操縱動作。 在歷經淘汰和優化以後, 今天絕大多數戰鬥機上都採用了兩杆一蹬的基礎操縱佈局, 即駕駛杆、油門杆、方向舵左右腳蹬, 分別交由右手、左手、雙腳。

圖:瑞典JAS-39戰鬥機座艙, 注意左側在陰影中不太顯眼的油門杆。 現代戰鬥機一般採用雙手不離杆設計, 即通過人機工程優化設計, 將常用的開關全部集中到駕駛杆和油門杆上。 這樣可以使飛行員在絕大多數情況下的操縱都可以不用鬆開駕駛杆、油門杆完成, 極大的提高了操縱靈活性和反應速度。

當飛行員把駕駛杆向後、向自己胸腹部拉動時, 拉杆的效果會讓機頭會開始翹起;而當他把駕駛杆向前方推動,

使其遠離自己時, 推杆的效果會讓機體變隨之下俯;就如同飛行員拉動的並非駕駛杆, 而是在直接拉動飛機頭部一般。 而將駕駛杆向左側、或者右側傾斜壓倒時, 壓杆的效果會使飛機順著駕駛杆的方向而傾斜、翻滾。 而腳蹬的作用則是調整飛機的偏航方向, 左蹬則偏左, 反之亦然。 而油門杆則控制著動力的強弱——或者說縱向的速度變化, 就像汽車油門和刹車那樣。

圖:飛機實現各種不同的飛行姿態和動作, 依靠的是氣動面的偏轉變化。 比如JAS-39戰鬥機的鴨翼, 在降落滑行時可以大幅度下偏以加大阻力儘快減速;而起飛時則可以上偏提供升力,

促使飛機抬頭起飛。 而飛行控制系統的作用, 就是將飛行員的操作動作轉化成這些氣動面的偏轉過程。

圖:X29驗證機

圖:注意F18的垂尾有個同時內偏的動作, 這種不同朝向偏轉的綜合化控制功能, 只有在數位化的電傳飛控飛機上才好設計安排

圖:F22的向量推力控制系統和飛控是一體化的,注意下面動圖中,F22在進行滾轉控制(兩邊機翼襟翼副翼和垂尾,一邊高一邊低)時候,向量推力不參與;它只負責參與俯仰控制。這種設計的意圖在於,簡化控制系統的設計難度,另外F22採用發動機窄間距佈置,兩個噴管太靠近中心軸線,也無法形成高效的滾轉控制力矩,做成差動也沒多大意思。

飛機上無論何種先進的氣動控制手段,最終都要靠與外界的空氣進行力學上的交互作用而實現,這些措施在本質上,全都是對於杆杠原理的應用。比如對於一架常規佈局的飛機來說,它的水準尾翼向下偏轉到極限;這時候飛機尾部的水準尾翼上形成了巨大的向下的負升力,而飛機中部的機翼仍然在持續產生向上的正升力,結果就是飛機出現猛烈的抬頭趨勢。就像蹺蹺板一樣,用力踩下一頭,另一頭必然就要翹起來。

其它控制皆同此理,飛行控制說到底就是一套非常複雜的蹺蹺板遊戲。飛行員不僅要保證在不斷有外界因素搗亂(空氣流向、流速、密度,飛機的重心、姿態、軌跡都始終在不斷變化)的情況下還能保證蹺蹺板兩頭不觸底(超過極限就意味著失控,極有可能陷入非常危險的情況甚至是絕境),始終維繫在一個可以平衡的範圍內,而且還要至少同時控制三條蹺蹺板——飛機的俯仰控制、滾轉控制、偏航控制。

在上世紀6、70年代以後,隨著各種電子電氣器件不斷對飛行員的駕駛起到輔助作用——特別電傳飛控系統興起以後;很多後期三代機,以及四代機——包括F22、殲20,都已經實現了程度極高的自動化控制和安全限制功能,飛控電腦會自動切斷和過濾掉飛行員給出的超出安全極限的操作動作,因此不管飛行員怎麼去做動作,正常情況下飛機都不會進入失控狀態。

圖:F22的向量推力控制系統和飛控是一體化的,注意下面動圖中,F22在進行滾轉控制(兩邊機翼襟翼副翼和垂尾,一邊高一邊低)時候,向量推力不參與;它只負責參與俯仰控制。這種設計的意圖在於,簡化控制系統的設計難度,另外F22採用發動機窄間距佈置,兩個噴管太靠近中心軸線,也無法形成高效的滾轉控制力矩,做成差動也沒多大意思。

飛機上無論何種先進的氣動控制手段,最終都要靠與外界的空氣進行力學上的交互作用而實現,這些措施在本質上,全都是對於杆杠原理的應用。比如對於一架常規佈局的飛機來說,它的水準尾翼向下偏轉到極限;這時候飛機尾部的水準尾翼上形成了巨大的向下的負升力,而飛機中部的機翼仍然在持續產生向上的正升力,結果就是飛機出現猛烈的抬頭趨勢。就像蹺蹺板一樣,用力踩下一頭,另一頭必然就要翹起來。

其它控制皆同此理,飛行控制說到底就是一套非常複雜的蹺蹺板遊戲。飛行員不僅要保證在不斷有外界因素搗亂(空氣流向、流速、密度,飛機的重心、姿態、軌跡都始終在不斷變化)的情況下還能保證蹺蹺板兩頭不觸底(超過極限就意味著失控,極有可能陷入非常危險的情況甚至是絕境),始終維繫在一個可以平衡的範圍內,而且還要至少同時控制三條蹺蹺板——飛機的俯仰控制、滾轉控制、偏航控制。

在上世紀6、70年代以後,隨著各種電子電氣器件不斷對飛行員的駕駛起到輔助作用——特別電傳飛控系統興起以後;很多後期三代機,以及四代機——包括F22、殲20,都已經實現了程度極高的自動化控制和安全限制功能,飛控電腦會自動切斷和過濾掉飛行員給出的超出安全極限的操作動作,因此不管飛行員怎麼去做動作,正常情況下飛機都不會進入失控狀態。

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