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勇者归来-分析歼-11BS的空中险情  

2012-03-14 20:53:37|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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勇者归来-分析歼-11BS的空中险情 - 小飞猪 - 小飞猪的博客
国产歼-11BS双座多功能作战飞机

 3月12日,CCTV报道了沈阳军区空军两名飞行员驾驶某新型战机训练时,遭遇空中险情。机身突然上下摆动,失去控制。飞机急降至离地面,只有三百八十米,幸好两人及时抓紧时机,稳住驾驶杆,才安全返航。

从相关新闻报道来看,注意到该机的黑色带防雷条的雷达罩和衍射平显,因此可以确定这架飞机应该是国产最新的歼-11BS双座多功能作战飞机。

 

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上次两名飞行员都是资深飞行员,显现歼-11BS也执行作战任务 

歼-11BS是我国沈阳飞机公司在国产歼-11B的基础上研制的双座多功能作战飞机,它主要替代已经接近寿命的苏-27UBK双座歼击/教练机,执行飞行员的改装任务,不过由于三代双座歼击机由于战术技术性能较好,因此也担负一定的作战任务,此前我国采购的苏-27UBK已经升级到苏-27UBM1的水平,具备发射R-77E主动雷达制导空空导弹和KH-59空地导弹以及投放精确制导炸弹的能力,根据海外资,从此次歼-11BS两名飞行员来看,分别是副旅长和大队长,显然已经是资深飞行员,并不是新飞行员改装,所以我们可以推测歼-11BS主要还是执行作战任务,特别是可能用于对地攻击,根据海外资料;歼-11BS配备了国产机载雷达,具备较大的天线孔径,探测距离远,并且具备合成孔径绘图等多种模式,可以制导多枚霹雳-12主动雷达制导空空导弹攻击目标,同时完善的空地模式还可以为空地导弹、投放激光制导炸弹提高高精度的数据支持,具备较强的多用途能力,座舱采用了一平多下的现代化“玻璃化座舱”,配备有战术输入控制面板和HOTAS系统,大大提高了飞机的人机界面,另外在动力系统采用了国产涡扇-10发动机,操纵系统采用了国产三轴四余度电传操纵系统,具备较好的飞行性能和机动性能。有消息说歼-11BS是国产歼-11系列第一种采用全数字化电传操纵系统的作战飞机。

 

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歼-11BS采用了国产新型航空电子系统 

我们知道为了提高作战飞机的机动性能,从第三代作战飞机起,开始运用放宽静稳度等新技术,它的优点就是可以让飞机的机动性能得到提高,还可以让飞机平尾用于平衡所需的面积可以大大减小,因此平尾的重量可以减轻,阻力可以减小,另外对于静不稳定的飞机,尾翼的升力和翼身组合体升力方向一致,这样飞机的总升力也得到了提高,飞机的稳定度变得很小甚至不稳定,飞行中主要靠主动控制系统(即自动增稳系统)主动控制相应舵面,保证飞机的稳定性。这时为保持平衡只需要较小的甚至向上的平尾升力去平衡翼身组合体的正俯仰力矩(机头向上的力矩)。所以传统飞机操纵系统已经不能适应要求,各国开始研制主动控制技术和电传操纵系统,我国从上世纪70年代开始研制电传操纵系统,一开始就将电传操纵系统和主动控制系统结合在一起,研制新型飞机控制及操纵系统,80年代沈阳飞机公司在歼-8的基础上改装成功歼-8ACT型验证机,以歼八作为验证机,开发了纵轴数字电传/主动控制系统。该系统采用基本四余度结构方案,飞行安全关键部件均具有故障容限;伺服作动器采用了完善的通道内自监控(ILM)技术。该系统于1990年完成了全部开发和飞行验证计划,是国内第一个实现对静不稳定飞机全时间、全权限电传操纵飞行的系统。在歼-8ACT成功的基础上,90年代沈飞及相关厂所开始了第二代系统的研制,这就是歼-8-2ACT验证机,该机主要是在歼8-2为的基础上,加装前翼和三轴四条度电传操纵系统研制而成。

 

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歼-8-2ACT的验证,标志着我国已经掌握了第三代作战飞机的电传操纵系统技术 

     歼-8ACT验证机采用了典型的三轴四余度数字电传飞控系统结构。全时、全权限控制增稳系统和放宽静稳定性控制回路具有完整的四余度配置,应急备份是双一双余度模拟式电传系统.满足飞行安全关键性系统所需的安全可靠性和FO/FO/FS故障容限要求。直接力控制回路和自动驾驶仪均为非安全关键性系统,直接力控制指令装置为二余度配置,系统功能包括:全时全权限三轴控制增稳、垂直平面直接力控制、放宽静稳定性控制、自动驾驶仪、三轴飞行边界限制、电备份应急控制、中性速度稳定性等。控制律模态包括:主控制模态、自动驾驶仪模态、直接力模态、应急备份模态等。歼八-2ACT验证机三轴数字电传/主动控制系统于1996年成功地进行了首飞,至1999年全面完成了预定三种构型(静趁定、中立称定和静不租定构型)的飞行演示脸证计划,通过对试飞数据的分析表明,电传系统的各项功能均能正确实现。它所体现的突出优点是机械操纵飞机无法比拟的。在验证包线范围内,飞机的飞行品质有了质的提高,真正表现出“静则稳,动则灵”的设计思路,这极大地减轻了飞行员的工作负担,提高了抗干扰、精确操纵、编队及各种机动的能力。飞机的边界限制(迎角/过载,滚转速率)功能,使得飞行员敢于放心作动作,而不必顾及超出限制,从而可以挖掘飞机潜力,提高飞机机动能力。飞机在起降阶段,增稳效果明显,不安定构形和安定构形飞机的操纵方法和响应特点很接近,容易控制姿态,飞机限随性好,操纵特点符合飞行员习惯。歼-8-2ACTT验证机数字电传飞行控制系统在系统功能、主系统结构、飞控计算机和主作动器等方面达到或者接近F-16C/D战斗机的数字式电传操纵系统,在许多方面与JAS-39的飞控/操纵系统相近。与此同时,我国其他单位也研制了K-8变稳控制飞机,通过这一系列系统的研制推进了我国飞行控制技术的发展。标志着我国已经具备自行开发第三代战斗机飞行控制系统的能力。

 

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 新闻画面截屏,显现电传系统出现故障

从此次新闻报道来看,飞机提示电传系统故障,可以确定飞机的故障就是出在电传操纵系统上面,前面说过现代作战飞机采用了放宽静稳度设计,质心位于飞机的后部,全靠电传操纵系统来控制飞机,所以一旦电传操纵系统出现故障,飞机不可避免的要上仰,不过现代电传操纵系统具备较高的可靠性,虽然不能做到绝对安全可靠,在某些情况下可能造成系统的损坏如战斗损伤、电磁干扰、电子元器件失效、雷击等,都有可能造成相关部件系统的失灵,但是现代电传系统采用了多余度控制技术来提高系统的可靠性,也就是说一个功能由多套相同的分系统来完成,也就是说工作信号由各分系统的产生的信号共同产生,然后由信号选择器进行选择,现代飞行控制系统通过采用两种方法;一种是中值选取,一种平均值选择,也就是是,当输入为四个信号的时候,选次大值和次小值的平均值,当输入为三个信号的时候,取中值信号,输入为两个信号的时候,选择两个信号的平均值,因此当部分通道或者分系统出现故障的时候,系统能够迅速将故障隔离,保证其他系统正常工作,所以电传操纵系统硬件出问题的可能实际上很小,从后来飞机频繁俯仰来看,电传系统的边界控制系统也在动用,试图控制飞机,至少可以证明电传系统的部分功能还在发挥作用,至于软件方面也采用了容错技术,另外在交付使用前也要进行严格的测试和确认,但是也有可能未能全部清除程序BUG,也就是说在某些极限情况下,会造成飞行姿态的激烈变化。

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 电传操纵系统的极限控制系统开始动作

另外飞机报告极限仰角、极限过载和极限速度,然后飞机迅速低头,飞行员反应就是负载荷,这是电传操纵系统一个重要的功能就是,就是边界控制系统,我们知道电传操纵系统的目标就是提供较好的飞行品质,也就是说飞行员说的飞机要“有效、安全、好飞”,特别是为了实现飞行员在全部飞行包线的无忧操作,这就需要边界控制系统,也就是说在根据飞机的性能,在系统参数中设定一些极限值,当飞机接近这些极限值的时候,飞机就会提出报告,并且采取一定的技术措施,限制飞机的状态进一步发展,它的好处就是明确了飞机的使用边界,飞机可以可靠的、自动的遵守这些使用边界,飞行员可以迅速达到这些边界,这样可以大大提高飞机的机动性能,提高了飞机的机动性能,同时大大降低了飞行员的负担,特别是现代空战中,战场态势瞬息万变,边界控制系统可以让飞行员大胆的操纵飞机而不担心飞机失去控制。最为重要的两个限制就是迎角限制和过载限制,目前比较常见的是就是迎角限制器,当飞机达到限制迎角的时候,电传系统的控制律由过载指令限制改变为迎接指令限制,如非线性反馈迎角限制器,也就是在操纵杆增加一个非线性控制器,当迎角超过一定的角度的时候,控制器给出一个反馈的信号,从而减少杆力输入信号,这样就可以把迎角限制在替代范围之内,特别该系统不但限制了迎角,还限制了一定杆力能达到的过载,即迎角达到一定的数据值后,同样的杆力受到的实际过载也受到了限制,因此也被称为迎角/过载限制器。新闻中飞行员说过“操纵杆脱手,打在身上”可能就是仰角增大,边界控制系统给了一个较大的反馈来抵消,造成操纵杆脱手。

 

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 YF-22等作战飞机曾经因为电传系统故障而遇险

实际上考虑到飞机在大迎角条件下的气动控制面效率下降,所以边界控制系统并不是从极限参数时才启动,而是在距离极限参数有一定的距离的保护参数时就开始启动,例如极限迎角是30度的时候,边界控制系统可能在25度的时候就会介入,这个时候控制律就从过载指令转变到迎角控制指令,同时限制操纵杆指令,把操纵杆的传递系数线性的头减少,至到归零,当飞机状态恢复正常后,控制律再交给过载指令。因此笔者推测歼-11BS这次空中遇险可能是某种原因造成电传系统故障,飞机迅速的向上仰,在达到或者超过安全角度的时候,边界控制系统介入,将飞机拉平,但是姿态恢复后,飞机再次上仰,然后再次被拉平,这样飞行员就感觉飞机几次俯仰,这样飞机状态的激烈变化是非常危险的,时间过长就会严重损坏飞机结构,当年哥伦比亚号航天飞机就是由于机翼受损变形,飞机姿态变化,发生偏航,导航系统发现会,开始纠偏,然后飞机再次偏航、再次收偏,最后导致飞机空中解体,庆幸的是空军飞行员及时抓住了飞机操纵杆,稳定住了飞机。从而避免了飞机空中解体。 

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歼-11BS是目前我国空军主力作战飞机 

歼-11BS是我国空军目前主力作战飞机,而飞控及操作系统是飞机的关键系统之一,因此当务之急就是空军和沈飞应该尽快找出飞机的相关系统存在的问题,避免对空军作战能力造成更大的不利影响。

 

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注:

参考资料:

1、飞机电传操纵与主动控制技术

2、我国数字电传飞行控制技术的发展

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