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让英雄的血不白流科学理性的分析歼11BS与歼15的突发大迎角事故

发布时间:2019-06-03 12:07 来源:未知 编辑:admin

  上一篇文章引起网上热议,国内J11系,J15系出现飞机姿态突发过仰事故已经有很多起了,有些事故没有严重的人机损失,没有报道,也没有引起重视,有几次事故严重到引发飞机空中解体或坠毁,才慢慢被外界关注到。

  一说起苏27,大多数人都会把它和普加乔夫眼镜蛇这个招牌动作联系起来,J11和J15都继承苏27的气动布局,具有相同的特点和能力,也能很完美的完成眼镜蛇动作的表演,我们要说的这几次事故,和眼镜蛇机动有千丝万缕的联系。

  普加乔夫眼镜蛇机动的飞行员操作过程:先将飞机飞行速度控制在400KM/H速压,然后保持直线飞行,观察大气计算机有无侧风或者不平稳气流,当大气条件平静时,断开迎角限制器,将发动机推力调至中等推力,然后快速拉杆到底,然后保持,飞机自动会在约6秒的时间里从0一下仰至110度仰角,然后迅速低头恢复到平飞的姿态,这个时候推杆恢复中立,飞机速度从400km/h降低到约180km/h接近飞机失速的极限,必须加油门迅速加速改出。

  上诉操作条件缺一不可,可以看出,普加乔夫眼镜蛇对于飞行员来说,是一个固定的动作,飞机上仰到恢复,整个动作是不可控的,在空气动力学上来说,这个动作叫做气动上仰发散,属于有害现象,苏27巧妙地利用这个现象获得巨大的名声。好,一个有趣的问题出现了,既然这套动作要求这么严格,那么在这些条件以外出现这样的现象会怎么样?苏联教科书的答案是:严重事故,可导致坠机。

  从气动布局来看,苏27的超长机头带来狭长的边条,和后掠角42度的小展弦比后掠翼构成其主要的升力系统,正常布局的平尾提供俯仰控制,作为大边条后掠翼,中央流体的教父级专家比施根斯在“超音速飞机空气动力学”中,根据风洞实验,明确谈到大边条后掠翼的组合,时常会诱发高速率的俯仰动作。

  其空气动力学机理是,在飞行的正常迎角范围内,0~12度时,边条涡对机翼的影响都是较小的,但是,在涡从零开始生成到向机翼后部延伸的过程,飞机的静稳定度会受到涡升力的影响出现正弦波震荡的曲线规律,有两个突发的峰值在于涡作用于根弦前1/2之处时,和涡尾迹流经平尾上方时。

  由于飞机静不稳定,飞机俯仰轴的控制规律一直是有波动的,为了平抑这种波动,一方面平尾需要根据规律和G力读数进行微调,另一方面计算机会对波动的规律进行时间轴上的累加,让微小的向上的波峰和向下的波峰自行抵消,苏27的累加时周期大概在10-16毫秒,人正常神经反应速度为20毫秒,再加上飞机舵机和舵面的响应速度,实际响应的能力应该是秒级。也就是说电传系统让飞行指令的下达是有一点点时差的,刚开始飞苏27的飞行员都会感觉到电传操纵系统的指令响应是有点迟钝的,类似于手排挡车和自排挡车那样的驾驶感觉差。

  苏27的高收益布局,也带来了高风险,为此飞控系统做了一定的限制,让飞机显得有点笨

  当飞机飞行到某一个时刻时,电传系统的稳定指令正在纠偏控制率中负方向时,或者大气中突然有突发气流产生负的控制姿态信号时,而飞机其实处于正的迎角比如8度(这时低空低速度下常用的迎角),已经在涡流开始产生快要转强的临界点上,这时飞行员突然拉杆,或者某个突风,或者某个电传的容错以后方向相反的信号,多种信号耦合到一起,产生了一个大的比较突然的平尾信号。

  这时,大边条后掠翼布局的特征突然发作,飞机在很短的时间上仰速率超过100度/秒,在飞机和下一个电传的姿态修正动作实施以前,飞控和舵机需要0.5秒来反应和动作,但是这个速率足以在0.2秒以内就让飞机突破飞机可控的迎角范围就进入了类似于眼镜蛇这样的不可控制的上仰动作中去了,这个时候电传测知动作错了,飞行员也感觉到飞机失控,再同时给出负方向控制信号,于是飞机就诱发出剧烈的俯仰震动,上仰完了就是急剧的下俯。

  苏27飞机就像海水,外接气流和操纵信号就像海风,稍不注意就波涛汹涌,难于控制

  400KM/H时眼镜蛇动作最大过载大约6个G,如果超过这个速度,比如800KM/H,飞机瞬间可达13个G,苏27结构设计是8G承载12G破坏的架构,当即就会飞机解体。而低于400以下的速度其实还有机会恢复,条件是高度大于3000米,有足够的高度俯冲改出,但是悲剧的是,一般低速都在起降时,高度往往只有几百米,结果是不堪设想的。

  理论分析完了,有个疑问,为啥老苏27很少出现这种问题?这个问题很有趣,其实苏27到部队后也曾经出现过几次这样的事故,但是苏霍伊设计局在模拟飞控的环路中加强了对快速俯仰的检测和信号过滤,简单的说就是直接加个过滤器把所有上仰速率超过某个速度比如50度/秒的,统统都过滤掉,不发给舵机指令,由于模拟飞控不会有特别清晰的编程和编程说明,这些限制都是通过固化在芯片中的固定计算比例和阙值门限实现的。

  俄罗斯海军在库兹涅佐夫号上也曾经出现一次类似事故,发生在飞机降落时,飞行员没有挂上拦阻索,复飞时速度偏低,拉杆动作又过猛,飞机冲出甲板后迎角就达到60度以上,塔台要求飞行员跳伞,但是飞行员感觉飞机姿态稳定,还有可以挽救的机会,于是,飞机高度从甲板的20多米坠落到发动机都快碰到甲板时,飞机终于开始爬升姿态慢慢恢复到可控迎角范围。

  我军的J11BS和J15都是从苏27,苏33原型中导出模拟飞控数据进行数字化的,这个过程中缺乏象J10这样真正彻底的摸清飞机气动规律和电传控制规律,601所本身在飞控方面较弱,本身也忽视这方面的发展建设,飞控承包给下级研究所618,615,但是次级单位对气动方面的掌握就远远不是飞机所这个水平了,必须有具体的编译蓝本参照,很容易忽略掉一些看起来没用的关键性逻辑,所以电传系统南生为橘北生为积。

  在态度上,不知道601所是否真的清楚这些事故的真正机理和改进方向,但是每一次事故的判研结果上,责任总会有一些莫名其妙的单位承担,有时候甚至推到飞行员身上,要知道即便是飞行员诱发的飞行震荡,本身还是飞机的飞控有问题。正视问题,纠正错误,这就这么难么?第三代飞机在美国服役的过程中,有100多架飞机因为各种新出现的气动现象或者电传现象坠毁,美国分析问题,打补丁,再出事再分析打补丁,到今天才有一支高效的巨大的航空兵力。

  F16战斗机,采用了先进的边条设计,收益很大风险更大,最初飞控系统也出现很多问题

  本文并不希望成为一篇引发攻击的地域缴书,事实上601所在J11B,J15上也做了大量的工作,飞机减重就比原苏27系列取得巨大成果,J11B据悉通过复合材料机翼,调整部分电子设备和布局,改善部分结构,获得了600KG以上的减重效益,飞机空重又可能小于17吨,是苏27体系里面机动性能最强的一种,同样J15也是如此,针对原苏33的大量不成熟,不适宜的设计进行改进,飞机重量比原形机轻了一吨多,航电系统也大幅度提升到超过苏30MKK2的水平,远远超过俄罗斯原型机。

  最后总结一下,上仰发散是大边条后掠翼布局固有的特征之一,要解决好这个问题,需要电传系统和飞机总体设计两方面共同努力,甚至飞行员在面对这种状况时的操作方法和对策都应有专门的研究,希望飞机科研部门彻底解决这个威胁到飞行员生命,威胁到军队战斗力的巨大隐患。

  团结就是力量,希望分系统所和总体所紧密结合,认真改进,吸取教训,尽快给人民一个满意的答复

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