中國的射流飛控研究機實飛了
in 行業(yè)新聞 by cheng
2月10日南華早報報導，中國空氣動力研究院在1月19日的《航空學報》上發(fā)表報告，在西北某地成功地試飛了射流飛控的無尾飛翼。也就是說，不用常規(guī)的襟翼、副翼等氣動控制翼面控制飛行姿態(tài)，而是用射流。文章中披露的無人機與諾斯羅普X47B非常相像，但是在試飛中，所有可動翼面統(tǒng)統(tǒng)鎖定，用射流控制飛行姿態(tài)采用射流飛控所謂萊特兄弟發(fā)明飛機，實際上是他們發(fā)明了可靠的飛行控制方法。在萊特兄弟之前，李連達爾已經(jīng)實現(xiàn)了可控的飛行，但對橫滾姿態(tài)的補償是通過移動身體來補償?shù)?，這當然只可能用于輕小的滑翔機，沒有大規(guī)模實用前景。萊特兄弟發(fā)明了將機翼卷起以產(chǎn)生不對稱升力的方法，用于控制橫滾。萊特兄弟發(fā)明的機翼結(jié)構(gòu)也因此是彈性的，同樣只適用于輕型飛機?？艿偎拱l(fā)明了副翼。在機翼后緣增加可動翼面，以產(chǎn)生不對稱升力。同樣的思路以后延伸到襟翼，用于在低速飛行時產(chǎn)生額外升力。這個方法一直用到今天，大到波音747，小到塞斯納172，快到F-22、殲-20，慢到安-2，都是這樣。但可動翼面和必須的作動機構(gòu)鼓包增加機械復雜性，縫隙影響氣動表面的平整，形成阻力，還是隱身的大敵。射流控制用流體力學的方法改變氣流流動方向，不需要可動翼面，氣動上更加高效，隱身也更好。氣動院不是隨便弄一架飛機驗證射流控制，而是用最強調(diào)隱身的無尾飛翼，不是偶然的。不過射流控制不是中國發(fā)明的，英國BAe在幾年前已經(jīng)在測試射流控制了，這就是MAGMA研究機。BAe的MAGMA研究機MAGMA有V形尾，但那是備用飛控，主要目的還是用于研究不用尾翼的射流控制技術(shù)MAGMA已經(jīng)飛起來了BAe的方法是在“海貍尾”的位置讓發(fā)動機噴流流過一個向下的弧面，弧面上有一個側(cè)向的射流控制噴嘴。在噴嘴不噴氣的時候，噴流按照康達效應，吸附在弧面上流動，形成向下的噴流轉(zhuǎn)向，形成抬尾的力；在噴嘴少許噴氣的時候，康達效應減弱，噴流轉(zhuǎn)向角度降低，形成水平向后的推離，這是平飛狀態(tài)；在噴嘴最大噴氣的時候，康達效應消失，噴流轉(zhuǎn)向向上，形成壓尾的力。MAGMA還有吹氣襟翼，用于增升。流體控制也可以用于推力轉(zhuǎn)向BAe的方法是發(fā)動機噴流的外流動轉(zhuǎn)向，射流方法也可以用于發(fā)動機噴流的內(nèi)流動轉(zhuǎn)向控制。既可以沿切向注入高速流動，把噴流向壁面吸引（c）；也可以用更加簡單粗暴的沿軸向注入高壓氣流，把主噴流向既定的方向推轉(zhuǎn)（d）。（a）為無偏轉(zhuǎn)噴流，(b）為用導管偏轉(zhuǎn)形成的推力轉(zhuǎn)向，這是當前的主流方法，差別只是如何形成導管的偏轉(zhuǎn)。氣動院的射流控制方法沒有更加詳細的說明，可能和BAe的方向相似，肯定會有人指責：又是抄襲。氣動院的突破在于技術(shù)成熟度。這是完全取消尾翼的設(shè)計，首先說明了氣動院對無尾飛翼的設(shè)計功力。這也沒有什么，諾斯羅普X-47B在2011年2月就首飛了。但氣動院將射流控制、無尾飛翼相結(jié)合而且推進到很高的技術(shù)成熟度，體現(xiàn)在射流飛控的高壓氣流引自發(fā)動機壓氣機，而不是單純?yōu)榱思夹g(shù)驗證而采取的高壓氣瓶、單獨的電動壓縮機等實驗室級的臨時辦法。從發(fā)動機壓氣機引出射流氣源才是用于實用級全程飛控的，而不僅僅是射流飛控的技術(shù)驗證。這也有關(guān)鍵技術(shù)問題。壓氣機將空氣高度壓縮，高壓壓氣機里空氣的最后溫度可達700-800C。說來好玩，這空氣是渦輪的冷卻氣流。所謂渦輪葉片的氣膜冷卻，氣源就是這里。對于1800C的渦輪來說，700-800C的氣流確實是冷卻氣流了。但對于射流控制來說，溫度還是太高了。文章提到高溫氣流的問題，但沒有提到如何冷卻的問題。這樣的工程實施關(guān)鍵是需要保密的。惡魔在于細節(jié)，惡魔就在這里，非禮勿視哦。另一個問題是引氣管理。從壓氣機引流是要損失推力的。在起飛、爬升階段，飛控動作頻繁，但不能過度損失推力。這是另一個惡魔，需要按回瓶子里。還有一個問題是偏航控制。取代襟副翼的射流控制可以控制俯仰和橫滾，但對于偏航還是用不上勁，除非是大幅度的轉(zhuǎn)彎，那是通過橫滾加拉起實現(xiàn)的。但如前所述，對發(fā)動機噴口的內(nèi)射流控制可以控制偏航。氣動院的文章沒有提及是否這樣做了，示意圖里也沒有提及。氣動院在文章里提到，射流飛控的響應時間在0.02秒之內(nèi)，完全達到飛控要求。在試飛中，所有可動翼面全部鎖住，從起飛到著陸全程用射流控制。結(jié)合前面提到的只有實用級才需要考慮的問題，氣動院的成果達到很高的技術(shù)成熟度了。這不僅是出論文的成果，還是接近實際型號的成果。當然，實際型號什么時候出來，別心急，該知道的時候就知道了。