飛行器機動性概述

飛行器的機動性是指對其飛行軌跡、速度和高度進行綜合控制的能力。通過機動動作采取規(guī)避或進攻的能力，機動性可以直接影響飛行器的戰(zhàn)斗力。飛行器的敏捷性是用來評判其執(zhí)行機動動作快慢的指標。飛行器敏捷性程度的高低通常是由飛行器的性能和操縱品質特性共同決定的。

常規(guī)認識中，飛行器的推重比、控制系統(tǒng)帶寬、飛行器的操縱功效和飛行包線等可以用來表明飛行器的敏捷性即進行機動的速率。機動性和敏捷性的提高，可有效地提升飛行器的作戰(zhàn)能力和任務效能。尤其無人直升機或多旋翼飛行器，其可借助自身小范圍的靈活機動性、懸停能力、垂直機動能力等進行“隱身/隱聲”突防、“隱身/隱聲”攻擊等，因此在設計和驗證階段對于飛行器的機動性和敏捷性的考量和考核越來越重視。

機動性和敏捷性相關設計參數(shù)

無論是有人機還是無人機，固定翼或者直升機，從原理和氣動受力角度而言，基本是一致的，因此對其機動性和敏捷性的評估和設計可以使用相同或者類似的參數(shù)進行指導。機動性和敏捷性經(jīng)常與下述幾個參數(shù)相關，分別是單位剩余功率、持續(xù)/瞬態(tài)轉彎性能、加減速性能，下文對這幾個常見的設計參數(shù)分別進行簡述。

單位剩余功率

單位剩余功率是指可用功率和需用功率的差與飛行器重量的比值，該參數(shù)表明了飛行器的性能狀態(tài)。剩余功率可以提供飛行器爬升和轉彎的動力，當然剩余功率也可以轉換為有效載重，比如油量或者武器，可進一步提升飛行器的任務效能和戰(zhàn)斗力。單位剩余功率通過剝離了重量的影響，可以用來統(tǒng)一描述不同噸位飛行器的特性。其與空速的關系能夠很好地反映飛行器整體能力。無論是固定翼還是旋翼飛行器，剩余功率都是設計機動性時最重要的考慮因素。關于旋翼飛行器設計和優(yōu)化的研究表明，更大的發(fā)動機輸出功率是增加剩余功率最有效的方法，和重量效率最高的方法。對于固定翼或者旋翼飛行器而言，進行機動的必要前提是調(diào)整升力面的升力分布。敏捷性則可以轉述為飛行器調(diào)整升力的速度和精度。有人/無人直升機直接將剩余功率轉化為更大的升力以提高轉彎或爬升性能。固定翼飛行器剩余功率的轉化是通過加速達到最佳轉彎速度或爬升速度，進而產(chǎn)生最大升力。復合構型旋翼飛行器、傾轉旋翼機和傾轉機翼設計使用這兩種方式的組合來實現(xiàn)所需的性能。

飛行器的轉彎

飛行器的轉彎可分為持續(xù)轉彎或瞬時轉彎。持續(xù)轉彎是指在轉彎過程中總體勢能保持不變。即高度既不增加也不減少。持續(xù)轉彎性能對于沿地形飛行時十分重要，飛行器的生存能力取決于是否能盡可能地貼近地形和植被，同時保證飛行安全。飛行器升力面最大升力系數(shù)和剩余功率是衡量轉彎性能非常重要的參數(shù)，剩余功率取決于發(fā)動機額定功率、安裝損失、廢阻功率以及其他系統(tǒng)需用的功率。對于飛行器設計而言，升力面最大升力系數(shù)和剩余功率的組合決定了最大持續(xù)轉彎性能。

瞬時轉彎能力是指在飛行器結構極限或抖振邊界內(nèi)發(fā)生，通常會導致飛行器的勢能狀態(tài)降低。瞬時轉彎性能對于防御性機動非常重要，因為它可以通過閃避機動打破敵方鎖定，并使飛行器位置和行進趨勢在戰(zhàn)斗中保持不可預測性。飛行器結構極限或抖振邊界限制確定了瞬時轉彎性能，可以使用由最大升力系數(shù)確定的最大載荷系數(shù)和結構載荷限制來確定瞬時轉彎性能，對旋翼飛行器而言，瞬時限制由最大瞬態(tài)槳葉載荷確定。

加速能力

加速能力即改變空速的能力，對飛行器的生存能力和任務效率至關重要。在有人/無人直升機飛行時，加速度是通過傾斜槳盤平面，產(chǎn)生前向分力來實現(xiàn)的。固定翼飛行器則是通過發(fā)動機的推力進行加速的，因此加速能力受到可用剩余推力和發(fā)動機響應速度的限制。旋翼飛行器的限制因素是加速時的俯仰姿態(tài)。通過增加縱向推力能夠提升飛行器加速能力。旋翼飛行器在設計時可以通過槳轂前傾來降低前飛加速時對俯仰姿態(tài)的限制要求。對于復合構型旋翼飛行器和固定翼飛行器，都可以通過提高推力與重量比和提升發(fā)動機響應速度來增加加速能力，也可以通過流線型機身和掛載內(nèi)置來減少阻力以達到這一目的。但是這些變化與下文所述的減速能力有一定的沖突，需要綜合考慮。

飛行器的減速能力和加速能力同等重要，任何速度下的快速減速可以最大限度地利用掩體和隱蔽物，從而提高生存能力。旋翼飛行器的減速通過調(diào)整旋翼平面向后傾斜來實現(xiàn)，同時降低功率。固定翼飛行器減速時，可通過減少動力、速度制動和調(diào)整俯仰姿態(tài)實現(xiàn)。高俯仰姿態(tài)有利于所有類型飛行器的快速減速，水平姿態(tài)減速能夠保證武器的戰(zhàn)斗視線范圍處于最佳戰(zhàn)斗狀態(tài)。

機動性和敏捷性的設計和考核標準

飛行器設計和試飛考核階段的機動性和敏捷性則由相應的飛行品質規(guī)范進行約束，旋翼飛行器和固定翼飛行器分別有相應的飛行品質規(guī)范來約束其機動性和敏捷性，對于無人直升機而言，大部分是通過剪裁飛行品質規(guī)范來評估和考核其機動性和敏捷性。

參照GJB902-90版本的飛行品質規(guī)范對直升機的分類，可以將無人直升機分為輕、小型無人直升機、低、中等程度機動性的中等重量無人直升機、高機動性無人直升機。

高機動性無人直升機指的是反坦克武裝無人直升機、反潛、反艦攻擊機、戰(zhàn)術偵察、搜索和救援機等。

對于飛行階段進行分類（A戰(zhàn)斗、B航行、C起落），同樣的飛行品質等級也參照標準進行相應的要求。對于不同的任務階段，設置不同的考核要求。

以無人直升機的設計為例，在GJB902-90版本的飛行品質規(guī)范中，對直升機的飛行品質考核要求就包含了穩(wěn)定性、操縱性和機動性，同時對武裝直升機在惡劣環(huán)境下的使用要求、目標跟蹤、貼地飛行及高機動能力提出要求。同時大量資料表明，駕駛員對于飛行器的操縱性和機動性評估還與飛行任務相關，對于不同的任務，達到相同的評定等級需要直升機具備不同的阻尼和操縱靈敏度。

很顯然，將GJB902-90的指標直接應用于無人機的設計是不合理的，無人機沒有駕駛員但是有操作手，因此需要對規(guī)范進行剪裁來滿足無人直升機的設計需求。參考GJB902-90制定的要求，結合不同使用需求的無人直升機，按照其應用需求可以剪裁其機動性考量。同時由于沒有駕駛員，可以參考有人直升機飛行品質等級的評定中需要駕駛員的操縱負荷進行評估的方法（即HQR評定），對無人直升機操作手的操縱負荷開展相應的評估。

以GJB902-90部分定量條款為例，對于不同的任務階段，具有不同的考核要求，如以“GJB902-90第4.2.1.5.1 操縱功效”要求為例，依照任務劃分不同的飛行階段，考核時對操縱功效有不同的標準，可以基于此以及客戶對無人直升機的機動性的需求進行相應的指標調(diào)整。

參考國外，美軍標ADS-33E相對于其上一版本的飛行品質規(guī)范，不僅有對長期、短期響應特性詳細要求，對各類旋翼機及其任務所期望的響應類型及可用感示環(huán)境要求，有對故障及故障響應的要求，既有定量預估要求（準則），又有定性任務要求（MTE），定性任務用于準則未涉及的抽查范圍，相關要求如表2和表3所示。

ADS-33E中對于敏捷性的要求分了有限敏捷（L）、中等敏捷（M）、迅猛敏捷（A）、目標捕獲和跟蹤（T）四類，對于飛行器類型分為攻擊型、偵察型、通用型、運輸型。針對不同敏捷性要求的MTE，不同直升機類型有不同的考核要求。同樣，部分定量預估要求（準則）對不同的敏捷性要求提出了不同指標。以機動科目為例。機動科目旨在將任務需要的使用剖面分解成為多個簡單的利與考核的動作，基于對這些動作的定量考核和飛行員負荷評估（HQR評定），綜合認定直升機的飛行品質等級。值得注意的是，雖然MTE和HQR評估方法最早是由有人機提出的，近幾年隨著無人機的應用和發(fā)展，針對無人機也提出了類似適用的MTE和HQR評估方法，使得對于無人機的飛行品質考核方法和方式日趨完善。

結束語

機動性和敏捷性作為飛行器的飛行品質非常重要的考核評估項，貫穿飛行器的設計、試飛及考核，當前已經(jīng)形成了覆蓋有人/無人飛行器的不同飛行階段和使用任務的飛行品質考核規(guī)范體系，未來隨著復合構型的飛行器的發(fā)展，對其的機動性和敏捷性考核也將與時俱進。