青出于藍(lán) 殲10B的蛇舞玄機

傅前哨

2018年珠海航展上，殲10B推力矢量技術(shù)驗證機的過失速機動表演技驚四座。

“眼鏡蛇機動”的意義

時鐘撥回到1989年。在這一年的6月，蘇聯(lián)研制的蘇-27“側(cè)衛(wèi)”戰(zhàn)斗機首次飛赴西歐，參加巴黎航展，并在法國的天空上進行了公開的飛行表演，結(jié)果一鳴驚人。這架先進的重型戰(zhàn)斗機以其新奇的“吊鐘”式機動和獨門絕技“普加喬夫眼鏡蛇機動”驚呆了記者和觀眾，令軍界和航空界人士為之嘆服，從而一舉奠定了它在第三代戰(zhàn)斗機中領(lǐng)跑的地位。

推力矢量版殲10B在第十二屆珠海航展上表演“眼鏡蛇機動”與蘇.27首次公開這一動作相隔了近30年的時間。那么，能否就此認(rèn)為，我們用了如此長的時間才最終追上了蘇-27的水平，在自主研發(fā)的國產(chǎn)戰(zhàn)機上再現(xiàn)了這一特殊的過失速機動動作呢？我個人認(rèn)為，情況并非如此。

需要強調(diào)指出：殲10B推力矢量驗證機向觀眾展演的是真正的“眼鏡蛇機動”，而蘇-27所完成的僅僅是“眼鏡蛇擺動”?！皺C動”與“擺動”一字之差，表明二者間存在著非常明確的區(qū)隔。它們的操縱方式、控制方法、依托的技術(shù)基礎(chǔ)以及拓展的余地均不盡相同。從旁觀者的角度看，“眼鏡蛇機動”與“眼鏡蛇擺動”的運動變化過程似乎沒什么兩樣，但實際上前者是對后者的重大超越，意義非凡。

“眼鏡蛇擺動”的過程

眾所周知，蘇-27戰(zhàn)斗機成名于“眼鏡蛇機動”（實為擺動）這一過人的能力和驕人的特技。其實，此項表演動作（或性能）不是由航空工程師們設(shè)計出來的，而是由蘇-27的試飛員進行性能包線邊界試飛和電氣操縱系統(tǒng)測試時無意間發(fā)現(xiàn)并摸索完善的。它并非一個操縱時全程可控的動作，而是拉桿后自行完成的一個連續(xù)擺動的動作。實施過程中必須遵守特定的程序，努力保持平衡，不能逾越相關(guān)的限制條件，不得進行人為的干預(yù)（尤其要禁止橫航向操縱），以免使飛機進入失速尾旋狀態(tài)。

在做“眼鏡蛇擺動”動作前，飛行員先駕駛蘇-27飛機以320～425千米/小時左右的速度水平進入，且發(fā)動機需保持85%的轉(zhuǎn)速。接著，關(guān)閉飛機的迎角限制器，斷開機載電傳操縱系統(tǒng)，改用常規(guī)的、平時用于備份的應(yīng)急電氣操縱系統(tǒng)。完成切換工作后，飛行員開始拉桿（此時，飛機接近于中立穩(wěn)定狀態(tài)）。當(dāng)機頭抬起20度時，再猛地將駕駛桿拉到底（抱在飛行員的懷里）使飛機在2～3秒鐘的時間內(nèi)猛然上仰至115度左右，形成短暫的機頭在后，而機尾在前的“直立”平飛姿態(tài)。伴隨著這一過程，機體會產(chǎn)生劇烈的抖動和側(cè)向的晃動，但達到115度迎角后，抖動和晃動便自動消失，進入極短暫的靜止?fàn)顟B(tài)。此時，飛機的姿勢類似于機頭向上的尾沖狀態(tài)。隨后，蘇-27自動低頭、改出，在約2秒的時間內(nèi)下俯120～140度（不是人為推桿操縱，而是由飛機自動完成）。當(dāng)迎角減小至20～30度時，接通電傳操縱系統(tǒng)和迎角限制器，轉(zhuǎn)入正常駕駛方式。飛行員操縱駕駛桿，使飛機恢復(fù)到水平的狀態(tài)。整個擺動的過程，也就歷時5～6秒，機動過載約為3.5～4g，其飛行高度變化不大，但飛行速度則急減至150千米/小時左右。

由于該動作結(jié)束之后的飛行速度小于蘇-27的最小機動速度，飛行員必須在穩(wěn)桿的同時，加大油門，迅猛增速，在脫離危險區(qū)間的同時積累能量。

“眼鏡蛇擺動”的原理

蘇-27飛機不依靠推力矢量噴管而能完成“眼鏡蛇擺動”動作，的確很了不起。那它是怎么做到的呢？這與該機的氣動特性和飛行品質(zhì)有關(guān)。

“側(cè)衛(wèi)”采用了當(dāng)時比較先進的邊條翼技術(shù)，能夠充分利用邊條產(chǎn)生的強勁脫體渦流給機翼增升，從而改善其大迎角機動性能。然而，旋渦在翼面上的生成、發(fā)展、破裂、飄移，對全機的升力、俯仰力矩以及縱向、航向、橫向的安定性、操縱性影響很大，往往使飛行品質(zhì)變差，人們不得不用復(fù)雜的電傳操縱系統(tǒng)去適應(yīng)它?？梢哉f，離開了電傳操縱系統(tǒng)的輔佐，飛行員很難在某些區(qū)間內(nèi)駕馭這款戰(zhàn)斗機。

蘇-27的相關(guān)教程和大綱中規(guī)定，一旦電傳操縱系統(tǒng)發(fā)生故障，飛行員可切換到電氣操縱系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)駕機返航。但此時對飛機的操控必須謹(jǐn)慎小心，桿量、舵量的幅度不能大，要柔和地將迎角控制在4度以下。

通過對上述操控情況的分析，不難得出以下結(jié)論：

首先，采用模擬式電傳操縱系統(tǒng)的蘇-27盡管已經(jīng)放寬了靜安定余度，但飛機仍被設(shè)計成靜穩(wěn)定的，只不過其縱向安定度比較?。ㄔ摍C的焦點位于全機重心之后，與重心的距離大約為平均氣動弦長的1.5%左右）。否則，它不可能用一套與機械操縱系統(tǒng)類似的電氣操縱系統(tǒng)作為備份。假如蘇-27在亞聲速狀態(tài)下是靜不安定的，那么，機械與電氣操縱系統(tǒng)均無法適應(yīng)這種情況，不可能用它們進行正常、安全的駕駛。

雖然名為“普加喬夫眼鏡蛇”，但蘇聯(lián)第一個完成這個動作的是試飛員伊戈爾·沃克。沃克1956年加入蘇聯(lián)空軍，1965年成為格羅奠夫試飛院的試飛員。作為飛行員。沃克擁有超過7000個飛行小時的經(jīng)驗。駕駛過80個不同的機型。1977年，沃克被選為蘇聯(lián)宇航員.并參加了聯(lián)盟T-12任務(wù)。

其次，受邊條脫體渦強弱、飄移、破裂等動態(tài)變化的影響，蘇-27的縱向力矩曲線呈現(xiàn)出比較明顯的非線性化特點，迎角在5度左右時，其曲線便會出現(xiàn)波折。到了大迎角區(qū)，該機縱向力矩曲線的非線性化更為嚴(yán)重，幾乎完全上揚，處于發(fā)散的狀態(tài)。其表現(xiàn)形式就是若沒有電傳操縱系統(tǒng)進行主動控制，使之恢復(fù)穩(wěn)定，飛機將自動抬頭、后仰，且難以收斂。即使飛行員已經(jīng)判別清楚情況，使用推桿的方式，仍然難以讓飛機依據(jù)操縱意圖下俯，恢復(fù)正常。在某些情況下，由于飛機的狀態(tài)已超出了電傳操縱系統(tǒng)的適用范圍，也會出現(xiàn)無法控制的現(xiàn)象。

再次，為保證良好的飛行品質(zhì)和飛行安全，正常使用時，不允許蘇-27的迎角超過某一特定值，其駕駛艙內(nèi)裝有迎角限制器（同樣采用邊條翼技術(shù)的F-16戰(zhàn)斗機的限制迎角與之相當(dāng)，在25度迎角左右）。這一裝置并不是專門針對飛機的失速迎角而設(shè)的（邊條翼飛機的失速迎角一般可達30～40度），主要是根據(jù)其方向安定性和橫側(cè)安定性邊界確定的。其影響因素往往與邊條脫體渦的上下左右飄移對各氣動面如垂直尾翼）的誘導(dǎo)效應(yīng)有關(guān)。當(dāng)然，機身、機翼、襟翼對平尾和垂尾等控制舵面的遮蔽干擾，也不能忽略。

“眼鏡蛇擺動”的實現(xiàn)雖與飛機的動力系統(tǒng)有些關(guān)聯(lián)，但和推力矢量技術(shù)無關(guān)，它基本上屬于一個純氣動的問題。蘇-27所完成的“眼鏡蛇擺動”雖然很驚人，但如果仔細(xì)推敲，便會發(fā)現(xiàn)，它沒有按套路出牌：雖然該機也利用了其氣動特性上的優(yōu)點（比如渦升力大、失速迎角大、升力線斜率高等），但主要還是利用甚至發(fā)展了某些氣動上的缺點（比如縱向力矩曲線的非線性化），并且在實施時敢于冒險，突破制約，最終達成了化害為利的目的。從某種角度講，正是將蘇-27的氣動限制放開，將缺點放大，才創(chuàng)造出了神奇的“眼鏡蛇擺動”動作，將不可能轉(zhuǎn)變?yōu)榭赡堋?h3>推力矢量版殲10B的特點

殲10B推力矢量技術(shù)驗證機采用鴨式氣動布局、“蚌”式腹部進氣道、4余度數(shù)字式電傳操縱系統(tǒng)以及國產(chǎn)的三元推力矢量噴口，就綜合技術(shù)水平而言，要比蘇一27高一籌。該機放寬了靜安定余度，且是同代戰(zhàn)斗機中放寬靜安定余度最大的機型之一。在亞聲速飛行階段，飛機基本上都是處于縱向不安定的狀態(tài)，完全要靠電傳操縱系統(tǒng)自動調(diào)控舵面，使之趨于平衡。這一點是與蘇-27存在差別的。因此，它沒有設(shè)置普通的電氣操縱系統(tǒng)，而是用一套模擬式電傳操縱系統(tǒng)作為備份。實驗和試飛表明，靜安定余度放得越寬，飛機性能的提升就有可能更大。當(dāng)然，無限制地放寬也不行，往往會帶來一些負(fù)面的影響，這需要設(shè)計師們對放寬的幅度進行綜合權(quán)衡。

新版殲10B驗證機利用推力矢量噴管的偏轉(zhuǎn)完成“眼鏡蛇機動”，無疑要比蘇-27依靠氣動特性（縱向力矩的非線性化）改變迎角的方式要容易得多，也自由得多。與F-22的只能用于俯仰控制的二元推力矢量噴管相較，可全向轉(zhuǎn)動的三元推力矢量噴管在操控方面當(dāng)然也有優(yōu)勢。它能大大擴展飛柵性能包線左下角的邊界，在中低空、中低速機動狀態(tài)，飛行員幾乎可以隨心所欲地駕駛戰(zhàn)機，而不怕進入失速螺旋等非穩(wěn)態(tài)的狀況。也就說，它在實施“眼鏡蛇機動”時，沒有太多的限制條件，中途可以進行三軸（橫向、航向以及縱向）操縱，從而變換出其他的高機動或過失速機動動作。即使在此過程中，出現(xiàn)失穩(wěn)等危險情況，通過偏轉(zhuǎn)矢量噴管，也很容易改出。

由于多了一套推力矢量裝置，因此新版殲10B驗證機的操控系統(tǒng)更復(fù)雜，軟硬件都需重新設(shè)計。殲10B是將火控/飛控/發(fā)動機控制系統(tǒng)綜合為一體的，自動化水平相當(dāng)高。增設(shè)推力矢量噴管后，需要把新的矢量控制融入該系統(tǒng)，實驗、測試和軟件編寫的工作量相當(dāng)大。其重點之一是讓飛機的各個氣動操控翼面的偏轉(zhuǎn)與矢量噴管的轉(zhuǎn)動協(xié)調(diào)運行，二者分工合作，以保證在不同速度、不同迎角、不同側(cè)滑角和滾轉(zhuǎn)角等狀態(tài)下，均能對指令做出快速的反應(yīng)，對飛機實施有效的操控。

1989年，普加喬夫駕駛388號蘇-27戰(zhàn)斗機在巴黎航展上完成了眼鏡蛇機動，“普加喬夫眼鏡蛇”由此得名。

殲10B推力矢量技術(shù)驗證機在準(zhǔn)備做“眼鏡蛇機動”之前，也要先斷開迎角限制器，但不會將數(shù)字式電傳操縱系統(tǒng)切換為模擬式電傳操縱系統(tǒng)，因為無此必要。不過，要保證推力矢量噴管及其控制系統(tǒng)與飛控系統(tǒng)接通、交聯(lián)，處于可用狀態(tài)。

“眼鏡蛇機動”有沒有用？

盡管二三十年來，在航空界在軍界一直在討論蘇-27創(chuàng)造的“眼鏡蛇機動”（如前所述，實為“擺動”）的戰(zhàn)術(shù)價值。許多專家認(rèn)為，“眼鏡蛇機動”可以稱為“動力制動”。其戰(zhàn)術(shù)意義在于：一旦被敵機咬尾，通過該動作進行“急剎車”，讓對手瞬間前沖，從而變被動為主動。這一說法似乎有些道理。而另一種觀點認(rèn)為，做“眼鏡蛇機動”時，飛機會猛然抬頭，后仰，從而可以讓戰(zhàn)斗機向上發(fā)射導(dǎo)彈，攻擊其上方的目標(biāo)。這類設(shè)想看上去不錯，其實毫無道理和根據(jù)。用空空導(dǎo)彈攔截敵方目標(biāo)的前提是：發(fā)現(xiàn)目標(biāo)、跟蹤目標(biāo)、鎖定目標(biāo)，構(gòu)成發(fā)射條件后，導(dǎo)彈才能實施攻擊。而這是需要時間的，在短短幾秒鐘的擺動時間內(nèi)，如何能讓機載雷達、光電探測系統(tǒng)或人眼快速捕捉目標(biāo)，并穩(wěn)定地跟蹤目標(biāo)？剛看到點影子，機頭就晃過去了。那么停下來瞄準(zhǔn)行嗎？當(dāng)然不行，“眼鏡蛇擺動”就像蕩秋千，只能往復(fù)搖擺，不可能隨心所欲地駐止在某個位置上。

其實，根本不必爭論。蘇-27的“眼鏡蛇擺動”對空戰(zhàn)而言沒有用。原因很簡單：這個動作在航空兵部隊中“不能用”、“不準(zhǔn)用”！

試飛員可以嘗試著玩花活，而蘇-27飛行員則不允許越雷池一步。因為，要做“眼鏡蛇擺動”動作前，需要關(guān)閉飛機上的迎角限制器和電傳操縱系統(tǒng)，改用機載電氣操縱系統(tǒng)，否則，飛機不可能完成上仰120度的擺動動作。不過，蘇-27一旦突破了25度左右的迎角限制，便有可能立馬陷入縱、橫、航向靜不穩(wěn)的怪圈，遭遇意想不到的險境。

而更要命的是，飛機轉(zhuǎn)用電氣操縱系統(tǒng)時，受縱向力矩嚴(yán)重非線性化和全機安定度太小等因素的影響，要想保證安全，其實際使用迎角不得超過4、5度。即使如此，駕駛起來仍需小心翼翼，操縱動作不能太大。在這樣的情況下，實施一個普通的機動都很難，何況要讓飛行員完成“眼鏡蛇擺動”這樣的超級動作？從保證飛行安全的角度講，不允許飛行員擅自關(guān)閉飛機上的迎角限制器、轉(zhuǎn)換操縱系統(tǒng)是有道理的。

那么，采用推力矢量噴管的殲10B在進行超機動飛行時，是否也會受到諸多限制？當(dāng)然會有，但不多。因為它更可控，更安全，操控的空間更大，機動的余地更大、機動的能力更強。我們不妨設(shè)想一下，在國產(chǎn)推力矢量戰(zhàn)機進行“眼鏡蛇機動”時，突然壓桿、蹬舵，進行橫航向操縱，會出現(xiàn)什么情況？可快速變換方向和姿態(tài)。例如，當(dāng)上仰角達到120度時，突然滾轉(zhuǎn)180度，戰(zhàn)斗機的機頭便瞬間指向后方了。

由此可見，對殲10B驗證機來說，“眼鏡蛇機動”真的有用。那么，航空兵部隊的飛行員能用嗎？當(dāng)然可以，推力矢量噴管就是為實現(xiàn)此類超級機動準(zhǔn)備的。

F-22的二元矢量噴管.之所以稱之為“二元”并不是因為其只能上下偏轉(zhuǎn)，而是因為該噴管橫截面為矩形。同理，因為殲10B配備的矢量發(fā)動機噴管橫截面為圓形，且能夠360度旋轉(zhuǎn)，所以稱為全向三元推力矢量噴管。

有了推力矢量技術(shù)，許多過失速機動動作航空兵部隊的飛行員都可以完成。他們做出的高機動、超機動動作便具有了不同的戰(zhàn)術(shù)意義?？罩凶鲬?zhàn)，先敵發(fā)現(xiàn)，先敵攻擊是戰(zhàn)勝對手的先決條件。因此，近距格斗時，特別強調(diào)機頭的快速指向能力，推力矢量技術(shù)正是幫助戰(zhàn)斗機達成高機敏性、高機動性和超機動性的先進手段。

青出于藍(lán)而勝于藍(lán)

殲10B驗證機仿“眼鏡蛇擺動”而成就出的“眼鏡蛇機動”，可稱得上是青出于藍(lán)而勝于藍(lán)。單就此動作而言，目前世界上能與之比肩的僅蘇-35等少數(shù)機型而已。

希望中國的飛機設(shè)計師和飛行員能夠繼承我軍的光榮傳統(tǒng)，發(fā)揚創(chuàng)新精神，在已取得成就的基礎(chǔ)上進一步挖掘殲10B推力矢量技術(shù)驗證機和其它國產(chǎn)先進戰(zhàn)機的潛力，創(chuàng)造出獨具中國特色的更多、更新、更好的超機動動作。

朝鮮戰(zhàn)爭期間，中國人民志愿軍空軍飛行員在戰(zhàn)爭實踐中邊學(xué)、邊打、邊練、邊創(chuàng)，發(fā)明出了許多非常實用的空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)和技術(shù)。志愿軍飛行員根據(jù)米格-15噴氣式戰(zhàn)斗機的性能特點和操穩(wěn)特性創(chuàng)造的，用于盡快奪取占位優(yōu)勢的“向上綜合機動”、“向下綜合機動”等機動動作，充分發(fā)揮了人和武器的作用，在空戰(zhàn)中非常實用。與敵機纏斗時，我軍飛行員通過“綜合機動”，往往能夠在雙方的初始態(tài)勢對等的條件下，迅速占據(jù)處于敵機尾后的位置，搶得開火的先機。許多美軍的戰(zhàn)斗機，就是被志愿軍飛行員用此種方法打下來的。

Tips

二元噴管和三元噴管

殲10B技術(shù)驗證機所采用的三元推力矢量噴管，皺一些專家解讀為可以在三個維廑上偏轉(zhuǎn)（全向偏轉(zhuǎn)）的尾噴口。因此它能夠?qū)崿F(xiàn)俯仰、方向、橫側(cè)控制。而美國的F-22所配裝的二元推力矢量噴管只能做上下偏轉(zhuǎn)，實施俯仰控制。這種說法只講對了一半，兩教飛機矢量噴管的推力偏轉(zhuǎn)維度確實不同，但對二元推力矢量噴管、三元推力矢量噴管的理解射是完全錯誤的。

所謂二元、三元并非形容噴管的偏轉(zhuǎn)維度，否則空氣動力學(xué)中的“二元機翼”、“三元機翼”又作何解釋？對發(fā)動機噴管而言，這里的二元、三元是特指噴管的截面形狀：二元噴管的截面是矩形的（大寬高比的長方形）。其內(nèi)管流（發(fā)動機噴流）近似于二元流;三元噴管的截面是圓形的，其內(nèi)管流為三元流。舉例說明：B-2隨身轟炸機、F-117A隱身攻擊機采用的是大長寬比的二元噴管。F-22戰(zhàn)斗機配裝的墨二元推力矢量噴管。蘇-27、殲10戰(zhàn)斗機使用的是三元噴管。蘇-35和新版殲10B驗證機選配的是三元推力矢量噴管。講全一點，后兩者的尾噴管可稱為“能夠三維偏轉(zhuǎn)（或全向轉(zhuǎn)動）的三元推力矢量噴管”。

蘇-35的三元矢置噴口

殲10B在做“眼鏡蛇機動”前也要先斷開迎角限制器，但無需將數(shù)字電傳操縱切換到模擬電傳操縱。

有趣的是，這些戰(zhàn)術(shù)動作由志愿軍空軍創(chuàng)造，事后卻由美國空軍將其重新命名，并成為了其飛行員訓(xùn)練的教范（美軍將“向上綜合機動”動作，定義為高速。搖-搖”，把“向下綜合機動”動作命名為低速“搖-搖”）。

從基本理念上講，現(xiàn)代戰(zhàn)斗機那些強調(diào)“角點機動”，快速調(diào)頭的超機動動作（如“赫布斯特機動”等），實際上與“向上綜合機動”等有著一定的傳承關(guān)系。只不過新一代戰(zhàn)機依托更先進的技術(shù)，將飛機的機動能力推升到了一個更高的境界。

我們相信在不遠(yuǎn)的將來，經(jīng)過不斷的技術(shù)創(chuàng)新（包括航空技術(shù)和飛行技術(shù)創(chuàng)新），定會出現(xiàn)一批像“普加喬夫眼鏡蛇機動”、“赫布斯特機動”那樣的，以中國航空設(shè)計師陽飛行員的名字命名的超級機動動作。

責(zé)任編輯：王鑫邦