2月10日南华早报报导,中国空气动力研究院在1月19日的《航空学报》上发表报告,在西北某地成功地试飞了射流飞控的无尾飞翼。也就是说,不用常规的襟翼、副翼等气动控制翼面控制飞行姿态,而是用射流。
文章中披露的无人机与诺斯罗普X47B非常相像,但是在试飞中,所有可动翼面统统锁定,用射流控制飞行姿态
采用射流飞控
(资料图片)
所谓莱特兄弟发明飞机,实际上是他们发明了可靠的飞行控制方法。在莱特兄弟之前,李连达尔已经实现了可控的飞行,但对横滚姿态的补偿是通过移动身体来补偿的,这当然只可能用于轻小的滑翔机,没有大规模实用前景。莱特兄弟发明了将机翼卷起以产生不对称升力的方法,用于控制横滚。莱特兄弟发明的机翼结构也因此是弹性的,同样只适用于轻型飞机。
寇蒂斯发明了副翼。在机翼后缘增加可动翼面,以产生不对称升力。同样的思路以后延伸到襟翼,用于在低速飞行时产生额外升力。这个方法一直用到今天,大到波音747,小到塞斯纳172,快到F-22、歼-20,慢到安-2,都是这样。
但可动翼面和必须的作动机构鼓包增加机械复杂性,缝隙影响气动表面的平整,形成阻力,还是隐身的大敌。
射流控制用流体力学的方法改变气流流动方向,不需要可动翼面,气动上更加高效,隐身也更好。气动院不是随便弄一架飞机验证射流控制,而是用最强调隐身的无尾飞翼,不是偶然的。
不过射流控制不是中国发明的,英国BAe在几年前已经在测试射流控制了,这就是MAGMA研究机。
BAe的MAGMA研究机
MAGMA有V形尾,但那是备用飞控,主要目的还是用于研究不用尾翼的射流控制技术
MAGMA已经飞起来了
BAe的方法是在“海狸尾”的位置让发动机喷流流过一个向下的弧面,弧面上有一个侧向的射流控制喷嘴。在喷嘴不喷气的时候,喷流按照康达效应,吸附在弧面上流动,形成向下的喷流转向,形成抬尾的力;在喷嘴少许喷气的时候,康达效应减弱,喷流转向角度降低,形成水平向后的推离,这是平飞状态;在喷嘴最大喷气的时候,康达效应消失,喷流转向向上,形成压尾的力。MAGMA还有吹气襟翼,用于增升。
流体控制也可以用于推力转向
BAe的方法是发动机喷流的外流动转向,射流方法也可以用于发动机喷流的内流动转向控制。既可以沿切向注入高速流动,把喷流向壁面吸引(c);也可以用更加简单粗暴的沿轴向注入高压气流,把主喷流向既定的方向推转(d)。(a)为无偏转喷流,(b)为用导管偏转形成的推力转向,这是当前的主流方法,差别只是如何形成导管的偏转。
气动院的射流控制方法没有更加详细的说明,可能和BAe的方向相似,肯定会有人指责:又是抄袭。
气动院的突破在于技术成熟度。这是完全取消尾翼的设计,首先说明了气动院对无尾飞翼的设计功力。这也没有什么,诺斯罗普X-47B在2011年2月就首飞了。但气动院将射流控制、无尾飞翼相结合而且推进到很高的技术成熟度,体现在射流飞控的高压气流引自发动机压气机,而不是单纯为了技术验证而采取的高压气瓶、单独的电动压缩机等实验室级的临时办法。
从发动机压气机引出射流气源才是用于实用级全程飞控的,而不仅仅是射流飞控的技术验证。这也有关键技术问题。压气机将空气高度压缩,高压压气机里空气的最后温度可达700-800C。说来好玩,这空气是涡轮的冷却气流。所谓涡轮叶片的气膜冷却,气源就是这里。对于1800C的涡轮来说,700-800C的气流确实是冷却气流了。但对于射流控制来说,温度还是太高了。
文章提到高温气流的问题,但没有提到如何冷却的问题。这样的工程实施关键是需要保密的。恶魔在于细节,恶魔就在这里,非礼勿视哦。
另一个问题是引气管理。从压气机引流是要损失推力的。在起飞、爬升阶段,飞控动作频繁,但不能过度损失推力。这是另一个恶魔,需要按回瓶子里。
还有一个问题是偏航控制。取代襟副翼的射流控制可以控制俯仰和横滚,但对于偏航还是用不上劲,除非是大幅度的转弯,那是通过横滚加拉起实现的。但如前所述,对发动机喷口的内射流控制可以控制偏航。气动院的文章没有提及是否这样做了,示意图里也没有提及。
气动院在文章里提到,射流飞控的响应时间在0.02秒之内,完全达到飞控要求。在试飞中,所有可动翼面全部锁住,从起飞到着陆全程用射流控制。结合前面提到的只有实用级才需要考虑的问题,气动院的成果达到很高的技术成熟度了。这不仅是出论文的成果,还是接近实际型号的成果。当然,实际型号什么时候出来,别心急,该知道的时候就知道了。
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