[科普中国]-变稳定性飞机

机型性能

变稳定性飞机variable stabilityairplane，一般用现有飞机改装而成，主要是加装参数可调飞行控制系统和附加操纵面。由于有较大的参数调整范围，它比用普通飞机试飞有更大的灵活性。

变稳定性飞机是可以任意改变稳定性的飞机，可模拟各种飞机的飞行品质，也叫做空中模拟机。前舱属于电传操纵系统，后舱保持原有的机械操纵系统。变稳定性飞机的飞行环境比地面模拟器的更加接近于真实。由于有较大的参数调整范围，它比用普通飞机试飞有更大的灵活性。

设计原理变稳定性飞机一般是在一种双座常规飞机的基础上，经过改装使之能复现被模拟飞机及系统的静、动态特性的试验机。它一般装有两套操作系统，一套是基本飞机的操纵系统，由安全驾驶员使用，另一套是具有电传操纵的变稳系统(包括气动变稳系统和可变人工感觉系统)。这套系统可借助飞行参数传感器、计算机以及各操纵面等伺服作动器，根据飞行参数变化来改变飞机的操纵响应和人工感觉系统的特性，供驾驶员试验和评定各相应状态的飞行品质。如果试验机出现故障或被模拟的飞机出现不可操纵特性，安全驾驶员可断开变稳系统而恢复成常规操纵飞机。1

变形又称形变。物体受载时，其形状和尺寸的改变。从物理学的角度来说，即物体中任何两个质点相对位置的变化。物体变形引起的尺寸变化量与原有尺寸之比值，称为“相对变形”或者应变。变形有拉伸、压缩、剪切、弯曲、扭转等多种形式，以及不同形式的组合。当物体受载变形，卸载后能恢复原来形状而无残余变形，此种变形称弹性变形。反之，卸载后，物体不能完全恢复到原来形状，残留不可恢复的变形，此时称物体产生了塑性变形。

历史发展

20世纪40年代末，美国最早在变稳定性飞机上系统地研究飞机飞行品质。60年代各航空先进国家都先后建造了变稳定性飞机并把它作为一种重要的研究工具。

20世纪70年代末，中国开始进行电传和主动控制技术的研究工作，以国产超音速歼击机歼教6为验证机进行了单轴仿真式数字式电传和主动控制技术的开发与飞行验证，该验证机称为BW-1。这架飞机是中国首架采用计算机控制的飞机，即不再用机械操纵杆，而采用纯数字式电传操纵系统，后来BW-1变稳机获得了1990年国家科技进步一等奖。

1988年11月，BW-1纵向变稳定性飞机首飞，它是中国第一架空中飞行仿真试验研究机，由歼教-6改装。

1989年9月28日歼教6变稳飞机顺利完成全部死循环试验试飞，开创了中国飞行品质、飞行控制技术研究的新领域。该机主要用于试验数字电传操纵系统。BW－l技术含量高，对后续飞机的意义非常大，相当于跨了一代。但这架飞机是单轴变稳机，只能实现纵向俯仰方向的电传操纵，其它方向上还是机械操纵。也就是说，这架飞机还是技术验证机，不能投入实用，许多真正的空中仿真它还难以承担。

结构配置机身采用电传操纵，但原操纵系统仍然保留，作为备用系统。参数可调飞行控制系统由两部分组成：

①模拟操纵感觉的系统，其中包括驾驶杆（脚蹬）力的传感器、计算机、电气液压随动机构等；

②空气动力飞行控制系统，其中包括飞机运动参数传感器(如迎角、过载传感器等)、计算机、舵机、操纵面（包括产生直接升力和侧力的附加操纵面）等。

飞行试验人员通过空气动力飞行控制系统可以模拟特定飞机6个自由度的运动情况。

操纵它一般装有两套操作系统，一套是基本飞机的操纵系统，由安全驾驶员使用；另一套是具有电传操纵的变稳系统（包括气动变稳系统和可变人工感觉系统）。这套系统可借助飞行参数传感器、计算机以及各操纵面等伺服作动器，根据飞行参数变化来改变飞机的操纵响应和人工感觉系统的特性，供驾驶员试验和评定各相应状态的飞行品质。如果试验机出现故障或被模拟的飞机出现不可操纵特性，安全驾驶员可断开变稳系统而恢复成常规操纵飞机。

应用领域现代飞机飞行速度和高度范围不断扩大，先进的飞行控制系统日益复杂，要求飞机能完成的飞行任务又多种多样，如何保证新机在大多数飞行状态下都能具有可接受的飞行品质，是新机研制者必须解决的问题。变稳定性飞机就是研究解决这个问题的良好工具。1

变稳定性飞机一般是在一种双座常规飞机的基础上，经过改装使之能复现被模拟飞机及系统的静、动态特性的试验机。变稳定性飞机适用于：

①研究有人驾驶飞机的飞行品质，为制定飞行品质规范提供依据；

②在设计中模拟飞机设计方案的飞行品质，从中发现问题，以便及时改进设计；

③研究新的飞行控制系统；

④在新机制造出来之前模拟其特性以训练新机驾驶员；

⑤校核地面模拟器的试验结果。

试飞资料军机试飞：主要包括型号试飞和科研试飞。型号试飞又分为调整试飞和定型试飞，科研试飞又包括预研试飞和演示验证试飞。

试飞员：飞行试验的直接执行者和监控者，也是试飞结果和结论最重要的裁决者。从某种意义上说，试飞的成败在很大程度上取决于试飞员。

变稳飞机：全称为变稳定性研究飞机，是可以任意改变稳定性的飞机。

电传系统：由具备综合航空电子系统的计算机控制飞机，能够让飞行员实现无忧虑操纵，使飞行员把更多的注意力集中在作战上。

失速尾旋：飞机在正常状态飞行中，因为气流的干扰或其他原因突然上仰，而且超过了临界迎角，飞机便会突然失去速度，造成缺少足够的升力，无法保持正常的飞行状态,形成可怕的难以控制的自转。此时，飞机又会在重力的作用下，一边自转，一边不自由地沿小半径的螺旋线下降，这种危险的飞行状态就是失速尾旋。世界航空史上战机的大迎角失事，约90%都是进入失速尾旋造成的。

眼镜蛇机动：飞机超级机动动作。在苏－27飞行试验中，首席试飞员普加乔夫在做大迎角飞行试验时,有意关闭了飞机的迎角限制器，使他惊奇的是，当他拉杆使飞机迎角达到60°至70°时，飞机仍能稳定飞行。惊讶之余，他拉住驾驶杆不放，飞机的迎角居然达到了115°并随后自动恢复,在5秒内空速由400km/h降到了150km/h。由于这一动作酷似眼镜蛇窥敌待击并由普加乔夫首创，故称为“普加乔夫眼镜蛇机动”。

低空大表速试飞：是在1000米左右的低空，用飞机的最大速度进行飞行，检验飞机的结构强度和颤震特性与设计指标的符合性。该项试飞极其危险，李中华曾创造了我国战机最大飞行表速纪录。

型号举例F6F地狱猫战斗机第一架变稳定性飞机是螺旋桨驱动的F6F。F6F地狱猫战斗机，是第二次世界大战服役于美国海军的舰载机。F6F在内部结构与装备上，比起旧式F4F野猫(Wildcat)更为先进，但外观上除了机体更大以外，却所差无几，故此也被戏称为“野猫的大哥”（Wildcat's big brother）。F6F总共生产了12275架，而当中的11000架是在两年之间建造的。而最后一架F6F则于1945年11月交付。直到今日仍有不少F6F存放于世界各地博物馆，部分更能够飞行。2

BW-1BW-1是中国第一架电传操纵变稳型空中试验机，实际上就是电传系统的试验机，由歼6改装而成，试飞基地编号：008。它使我国的战机从机械操纵向电子操纵转化有了可靠的空中试验手段。

BW-1变稳飞机是我国第一架完全靠自己力量研制的纵向飞行模拟器，它是由歼教6飞机改装而成，外形与歼教6若别不大。BW-1变稳飞在机身下部加了一个机腹设备舱。飞机上加装了数字式全权限可变增强型电传操纵系统、电液伺服人感系统、目标跟踪和显示系统和机载测控保安系统设备。3