推力矢量核心技术实在太难 俄战机曾走的弯路却让印度买单

歼-10B推力矢量验证机在珠海航展上“走红”,上图为其工作状态。推力矢量技术的好处显而易见,大幅提高战机飞行性能,但是技术难度却不容低估。其主要有两大技术难点,一是对矢量推力的控制以及和飞控系统的交联问题,二是全向矢量尾喷管的结构设计和材料应用问题。

首先是推力矢量技术给飞行控制带来的巨大挑战。对于我们所熟知的一般中学物理问题来说,大多数问题是“正向”的,即告知输入力或力矩,求解物体的位置或姿态。但是,现代数字化电传飞控战斗机的飞行控制确是“逆向”的,即知道当前的飞行速度、高度和姿态,反过来求解输入值,即各个舵面偏转角。这是个“动态逆”问题,实时求解极为复杂的方程。

推力矢量飞机的受力示意图,比常规飞机多了一个俯仰力矩

在过失速的极端情形下,舵面的气动效果下降到几乎为零,那么此时刻方程相当于无解,飞行控制难度急剧增加。但是一旦引入推力矢量技术,即在各个舵面偏角之外增加尾喷管偏转角度和方向变量,相当于增加了求解的输入值。这一方面会增加求解的难度,但是另一方面却显著降低了无解的情况。直观地说,就是飞行控制律的解算过程会更加复杂,但是却极大地降低了飞机“失控”的可能性,大大拓展飞行包线。

苏35两台发动机配合偏转,用二元运动实现了三轴力矩

如果理解了上面这段话就可以看出,飞行控制律才是推力矢量技术的核心所在;解决不了控制问题,推力矢量技术就无法应用在飞机上。由于多出了尾喷管偏转方向变量,飞行员对发动机的控制不再是一根油门杆就能解决的问题,而是要与气动控制深度交联,实现“完美配合”。只有实现“飞-推”一体,才能充分发挥飞机本身气动设计和推力矢量这两个控制手段的各自最大效果,实现1+1>2;否则,推力矢量不仅增益有限,甚至可能对全机性能造成恶化。

典型的例子就是俄罗斯向印度出售的苏-30MKI战斗机,由于当时其推力矢量技术并不完善,俄制飞行控制系统无法与推力矢量控制系统深度交联。在与美军F-15C的空战对抗训练中,苏-30MKI的矢量喷管只能在少数飞行动作中派上用场,因而并没有给机动性和敏捷性带来实质性的提升;不恰当的过失速动作反而加剧了机动时的能量损耗,使苏-30MKI陷入被动。