战斗机是一种飞行器,对于飞行性能的认识,设计师也经过了很漫长的过程,最早的设计师仅仅考虑气动性能,飞机具备最大升力,最小阻力,并配备最大功率的发动机,这就是所有,这种设计在亚音速飞行时期问题并不大,但是到了超音速时代,则遇到了很多的麻烦,随着竞争的越发激烈,战斗机不仅仅要增加最大速度,而且要增加机动性,增加机动性就要提升飞机攻角,攻角增大后,就容易带来非线性非定常的流动问题,非常棘手,表现在操纵上就是力度和角度忽大忽小,这就给设计师带来了巨大困难。
传统飞机观众仅仅看得出飞得好:比如起降快,爬升猛等等,但是飞行员却有独特的角度:这就是好飞,好飞包括了很多内容,包括跟随性好,人动飞机也动,人停飞机也停,而且反应尽量延迟小,不拖泥带水,而且还包括了另外一个含义:飞行员操纵区间尽量平滑线性,飞行员动多大杆飞机多大动作,不多不少,最重要,还必须有安全保障功能,让飞行员不突破包线边缘,在安全区内安全飞行,这就需要采用电传操纵系统!
猎鹰教练机可以模拟歼-20战斗机培训,靠的主要是电传操纵系统
电传操纵系统分为软件和硬件2个方面,软件高度保密,所以我们就简单解释一下猎鹰的4裕度电传操纵系统硬件,主要包含传感器组(各种陀螺、加速度计等惯性测量器件和迎角传感器等大气测量器件)、输入设备、飞行控制计算机、舵机和电气传输线路组成。
让我们先看看传感器组合:猎鹰教练机传感器主要包括了一套激光陀螺捷联惯导系统,4套动静压传感器,左右两个攻角传感器,涡电流阻尼器,加速度计,角速率陀螺组件等,输入设备主要是飞行的油门杆,驾驶杆,脚蹬,剩下就是飞控计算机以及控制和显示装置。
猎鹰教练机采用了前缘襟翼分块设计,为此降低了舵机操纵功率
舵机包含前缘襟翼舵机,后缘襟翼舵机,副翼舵机,平尾舵机,方向舵舵机,其中最有特色的是前缘襟翼舵机,包含左右机翼的外侧和内侧前缘襟翼作动器,一共4个,为此,猎鹰教练机采用了前缘襟翼分两半的设计,这种设计最大的好处在于,降低舵机的操纵功率,可以采用更小功率的作动器,而且舵面故障后,仅仅丧失一半的功能,使得飞机安全性更高。
心细的朋友就发现,这个飞控系统是4裕度的,但是传感器和舵机好像没有那么多裕度,舵机大家都知道,每个舵机本身都带备份,但是大家最关心的攻角传感器,只有2个,和波音737飞机一样,坏了一个如何能继续飞行?
猎鹰教练机采用了先进的电传操纵系统
这其中有双重原理,包括了传感器自检容错和飞控系统自检容错,传感器自检出错上报后,系统自动排除出错传感器自动切换另外一套传感器,假如自检没有发现出错,但是两个攻角传感器之间出现较大读数偏差,最终会采用另外的策略。
电传操纵使用攻角传感器首先使用一个通道,假如比差过程中出现问题,会警告飞行员,飞行员可以继续使用第一通道,或许手动切换到另外一个通道,在此过程中飞行员可能会启动故障校检消除警告信息,波音公司737MAX飞机经过2次坠机后,采用的方法是不停比较2个攻角传感器数据差,超过5度则判断出错,自动停止MCAS系统。
简单来说就是,这就是传感器本身故障,和传感器提供的数据出现问题两种,电传操纵系统本身只能感知后者,正常飞行使用其中一个设备,突发攻角传感数据,两个差值很大,然后换用另外一个设备,左右两个攻角传感器同时出错的概率很小,所以采用2个攻角传感器还是足够用的。