[科普中国]-机动性

机动性评定

在飞机设计中，一般常用过载来评定飞机的机动性。飞机的过载（或过载系数）是指飞机所受除重力之外的外力总和与飞机重量之比。除特殊情况外，一般只考虑垂直方向上的过载。垂直方向上的过载可以表示为飞机升力Y与飞机重量G的比值，即

飞机机动性设计要求越高，过载ny就要求越大。髙机动性要求的飞机，过载可高达9左右，因此要求飞机结构应能够承受相应的载荷。

为了提高飞机的机动性，就必须在最短的时间内改变飞机的运动状态，为此就要给飞机尽量大的气动力以造成尽量大的加速度。因此可以说，飞机所能承受的过载越大，机动性就越好。

为了实现更大的机动性，人们通过不懈的努力，通过使用推力矢量技术等途径，已经能够克服失速迎角的限制，进行过失速机动。例如眼镜蛇机动、钟摆机动、钩子机动、榔头机动、赫布斯特机动。2

机动性分类速度机动性飞机在每次飞行时，都必须经历加速和减速的飞行过程。例如，飞机起飞阶段的加速滑跑和中断起飞时的加速停止过程；起飞爬升第三段平飞加速段；航路爬升结束后由爬升速度加速到巡航速度的过程，以及空中交通管制中常用的让飞机做加、减速平飞来调整间隔等,都属于飞机速度机动性的研究范畴。通常情况下，飞机的加、减速过程，需要经过一定的距离和时间，也需要消耗一定量的燃油。3

平飞加速和减速性能反映飞机改变飞行速度的能力。平飞时增加或减小一定的速度所需的时间越短，则速度机动性能越好。对于亚音速飞机，一般采用从0.7Vmax加速到0.97Vmax的时间作为加速性能指标；把从减速到0.7Vmax的时间作为减速性能指标。3

提高飞机的加速能力可通过减小飞机重量，增大发动机的推力，提高飞机的升阻比等途径来实现。此外，对于喷气式发动机而言，由于压气机及涡轮等部件的转动惯量较大，发动机由小转速加速到大转速大约需要8s左右的时间，如果可以设法减小这—增加转速的所需时间，亦可改善飞机的加速性能。3

在飞机需要快速灭速时，为改机的减速性能，应尽量收小油门，减小发动机推力，同时可打开减速板或扰流板。

高度机动性高度机动性反映的是飞机改变一定飞行高度的能力。通常把高度机动性与速度机动性结合在一起，统称为飞机在铅垂面内的机动飞行性能。

需要说明的是，飞机在正常的航路爬升和下降的飞行过程中，飞行高度虽然也随着飞行时间的变化而变化，但此时，飞行速度变化率和飞行航迹角变化率相对较小，因而被归入“准定常”飞行范畴。3

方向机动性飞机的方向机动性实质上是研究这样一种运动，即飞机连续改变飞行方向而高度保持不变的一种曲线运动，通常称为盘旋。盘旋运动是发生在水平面内的一种运动，它是最常见的机动飞行动作之一。当航向改变较小于360°时，常称其为“转弯”。3

机动动作飞机为在短时间内尽快改变运动状态所实施的飞行动作称为飞机的机动动作。飞机的机动动作包括盘旋、筋斗、俯冲、跃升、战斗转弯等。为获得尽量大的升力，飞机在机动过程中应该尽量增加迎角。然而正常飞机的极限迎角是有限的，飞机不能超过极限迎角飞行，否则就会失速。1

（1）盘旋

飞机在水平面内作等速圆周飞行，叫做盘旋飞行，如图5.3所示。通常坡度(坡度即指飞机倾斜的程度）小于45°时，叫做小坡度盘旋;大于45°时，叫做大坡度盘旋。盘旋和转弯的操纵动作完全相同，只是转弯的角度不到360°而已。1

盘旋一周所需的时间越短，盘旋半径越小，方向机动性就越好。在作战时，希望盘旋半径越小越好，这时就要尽量使飞机倾斜坡度加大，以增大使飞机作曲线运动的向心力。在盘旋中，为了保持在垂直方向上升力与重力的平衡，维持高度不变，当改变坡度时，需要相应地改变升力的大小，坡度越大，则所需的升力也就越大，因此飞机的过载也就越大。如表5.1所列，不同坡度盘旋时飞机对应了不同的过载系数。1

|| || 表5.1不同坡度盘旋时飞机所需的过载系数

从表中可以看出，当飞机以80°的坡度盘旋时，升力增大到飞机重力的5.76倍，此时飞机结构和飞行员所受的力也相应增大。由于载荷系数的限制，飞机速度越大，盘旋半径也将越大。比如，美国的SK-71侦察机，当飞行速度为3529km/h时，其盘旋半径可达193km。1

（2）筋斗

飞机在铅垂平面内作轨迹近似椭圆，航迹方向改变360°的机动飞行为筋斗飞行，如图5.4所示。筋斗飞行由爬升、倒飞、俯冲、平飞等动作组成，它是衡量飞机机动性能的指标之一。完成一个筋斗所需的时间越短，机动性越好。要实现筋斗飞行，飞行员应先加油门，增加速度，然后拉杆使飞机曲线上升；飞过顶点后，减小油门，继续保持拉杆位罝，飞机开始曲线下降,最后改为平飞。翻筋斗时，过载系数可达到6。1

（3）俯冲

俯冲是飞机将位能转化为动能、迅速降低高度、增大速度的机动飞行，作战飞机常借此来提高轰炸和射击的准确度。俯冲过程分为进入、直线和改出俯冲三个阶段，如图5.4所示。在急剧俯冲时，为了防止速度增加过多和超过相应高度的最大允许速度，必须减小发动机推力，有时需放下减速板。改出俯冲后的高度不应低于规定的安全髙度。从俯冲中改出时飞行员应柔和并有力地拉杆，增大迎角，使升力大于重力第一分力，构成向心力，迫使飞机向上作曲线运动。这时的过载系数ny甚至会达到9~10,对飞机结构和飞行员造成严重的过载。所以，俯冲速度不应过大，改出不应过猛，以免造成飞机结构损坏或飞行员晕厥的事故。使用中的ny一般不允许大于8。1

（4）跃升

跃升是将飞机的动能转变成势能，迅速取得高度优势的一种机动飞行。跃升性能的好坏由跃升增加的高度△H及所需的时间来衡量，如图5.4所示。飞机在作跃升机动后的高度可大大超过飞机的静升限。例如，某歼击机的实用升限为19500m，当在13500m高度上以Ma=2.05的速度进行跃升后，飞机可达到23000m的高度。通过跃升可达到的最大髙度为飞机的动升限。1

（5）战斗转弯

同时改变飞行方向和增加飞行高度的机动飞行称为战斗转弯，如图5.5所示。空战中为了夺取高度优势和占据有利方位，常用这种机动飞行动作。除了采用典型的操纵滚转角的方法外，为了缩短机动时间还可采用斜筋斗方法进行战斗转弯。战斗转弯时，过载系数可达3〜4。

机动性设计目前衡量飞机机动性一般从两个方面去分析，即常规机动性和能量机动性。但随着航空武器的发展，空中格斗的多样性和复杂性，要求飞机具有高转弯率、高加减速能力，即强调飞机的瞬时机动能力。所以飞机仅能作常规机动是远远不够的，必须具备非常规机动的能力。4

为了提高战斗机的非常规过失速机动能力，在飞机设计时，应注意这样几个方面：第一，飞机应具有足够的俯仰、偏航和滚转的操纵能力，能在机动过程中保持很高的操纵效率。为达到此要求，必须釆用先进的辅助控制系统，如推力矢量技术就是其中一种。笫二，飞机应具有极好的大迎角稳定性。这就必须釆用闭环控制和先进的气动布局来满足。第三，应选用高性能发动机，以保证在过失速机动中能正常工作。而且要求发动机的推重比高（至少大于7），耗油率低。第四，飞机应具有在很短时间内产生很大的瞬时角速度的能力，即应转弯快、加减速快。4