早就知道6代机的气动与飞控很难,万万没想到这么难?(六代机官宣) 99xcs.com

熟悉航空史的人都知道,在1900年前后,莱特兄弟刚刚发明第一架有动力的飞机时,他们所使用的飞行控制系统简单却高效。那时,飞机的俯仰和转向操作完全依赖于钢丝和滑轮,通过人工控制垂直舵和机翼上的襟副翼,来实现升降和偏转。飞机的动力来源于一台小马力的汽油发动机,推动着螺旋桨维持飞行。当然,莱特兄弟的这架飞机实际上是带有鸭翼的,也可以说是双主翼加前后三个翼面,结合了鸭翼和水平尾翼的设计。后来,尽管飞机的设计不断发展,带鸭翼的飞机逐渐变少,取而代之的基本布局是前主翼、后水平尾翼和垂直尾翼的组合。这一设计思路延续到了冷战中期,即20世纪70年代。换句话说,在飞机广泛应用的前70年里,从小型的螺旋桨战斗机到中型的运输机,甚至到像B52这样的重型喷气式战略轰炸机,它们在气动设计和飞控系统上几乎都有一个共同点——采用静稳定设计。

那么,什么是静稳定设计呢?简而言之,就是这些飞机都具备一定的自滑翔能力。也就是说,一旦飞机在空中失去动力,飞行器并不会立刻像滚地雷一样急速坠落,而是会像纸飞机一样,借助自身的重力慢慢下滑。这一设计的好处是非常显而易见的——早期的飞机发动机并不总是可靠,尤其是遇到发动机故障或被敌人击中损坏时,飞机依然能在空中保持足够的时间,利用自身的初始速度和高度进行滑翔,寻找一个合适的迫降点,甚至在某些特殊情况下,飞行员还能依靠滑翔回到机场进行安全着陆。

直到今天,几乎所有大中型的载客飞机依然要求具备强大的无动力滑翔能力。专业的滑翔机,凭借自然上升气流,甚至能一次性滑翔上千公里以上。而地球上滑翔能力最强的,并不是这些专业的滑翔机,而是大洋深处的一种鸟类——信天翁。信天翁是一种几乎全年都在空中飞翔的鸟,它们能在洋面上不间断滑翔超过300天,连吃饭和睡觉都不需要停下来,只有在繁殖时才会短暂降落。无论是鸟类还是飞机,它们之所以能长时间滑翔,正是因为它们都采用了静稳定的气动设计。简而言之,就是飞机或鸟的重心点与气动升力点非常接近,重心往往位于升力中心的前方。这样一来,重力就自然变成了向前的飞行动力,再结合上升气流,就能够帮助它们滑翔得非常远。

静稳定的设计还有一个好处,就是如果飞机因为气流波动或者飞行员的操作不当进入了螺旋失速状态,那么具有良好静稳定性的飞行器,会迅速自然恢复正常的平飞状态。例如中国的初教6飞机,它的机翼形状类似海鸥翼,具有极强的静稳定性。当飞行员遇到强侧风或者因操作过猛导致飞机失速进入螺旋时,只需要放开操纵杆和脚舵,初教6就会立刻自行改出螺旋,恢复平飞。正是因为这种独特的机翼设计,初教6挽救了无数新手飞行员的生命。

然而,正如任何事物都有两面性,静稳定的设计也并非没有缺点。超强的静稳定性使得飞机在飞行中非常稳定,但也导致了操控上的迟缓。如果飞行员需要进行快速的转向或突然拉起,飞机就显得异常笨拙,反应总是慢了一拍。尤其是在战斗机需要灵活机动的作战中,这种过强的静稳定性反而成了飞机的弱点,使得飞机的操控变得极其笨重。这就是静稳定设计在快速机动要求下所面临的挑战。