在非常高的攻角下提供增強(qiáng)的飛行機(jī)動(dòng)性

無尾飛行的前奏?展示推力矢量的使用 - 結(jié)合先進(jìn)的飛行控制 - 在非常高的攻角下提供增強(qiáng)的飛行機(jī)動(dòng)性。完成任務(wù)：飛行測試產(chǎn)生幾乎10：1的殺傷率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過模擬預(yù)測的樂觀3：1比率。速度越慢，飛機(jī)的轉(zhuǎn)彎半徑越小。正如任何戰(zhàn)斗機(jī)飛行員所知，更嚴(yán)格的轉(zhuǎn)彎意味著更早的武器發(fā)射。遺憾的是，傳統(tǒng)飛機(jī)在低速時(shí)提供有限的控制，并且它們在失速速度下失控 - 恰好在達(dá)到最小轉(zhuǎn)彎半徑時(shí)。

加利福尼亞州愛德華茲空軍基地的X-31項(xiàng)目演示了如何在超出失速極限的情況下進(jìn)行機(jī)動(dòng) - 允許非常高的攻角 - 提高了戰(zhàn)斗機(jī)贏得近戰(zhàn)斗狗的機(jī)會(huì)。兩個(gè)設(shè)計(jì)組件為該項(xiàng)目的成功做出了貢獻(xiàn)：空氣動(dòng)力學(xué)優(yōu)化了后失速機(jī)動(dòng)和多軸推力矢量能力。

人工智能長期以來一直是開發(fā)人員從事高性能計(jì)算和基于云的系統(tǒng)的工具。人工智能改變了網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控方式，電子郵件掃描方式，甚至是我們與手機(jī)和設(shè)備交互的方式。雖然AI和機(jī)器學(xué)習(xí)總是感覺像是一個(gè)生活在實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)之外的遙遠(yuǎn)工具，但機(jī)器學(xué)習(xí)正在基于微控制器的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，事實(shí)上，它已經(jīng)存在!

X-31基于歐洲戰(zhàn)斗機(jī)，由羅克韋爾國際和德國航空航天公司(前身為Messerschmitt-Bolkow-Blohm GmbH)開發(fā)，經(jīng)過改進(jìn)，采用三角形/鴨式配置。它的重心位于升降機(jī)亞音速中心的后方，使得布局在亞音速下不穩(wěn)定。結(jié)合三角翼的大表面積和高前緣掃描，該設(shè)計(jì)提供了卓越的超音速性能。

與“短耦合”配置相比，距離機(jī)翼更遠(yuǎn)的“長耦合”鴨翼也具有與傳統(tǒng)鴨翼不同的功能。它們設(shè)計(jì)用于俯仰控制和縱傾而不是升力，它們以越來越大的迎角進(jìn)入風(fēng)中，在整個(gè)失速后機(jī)動(dòng)過程中保持控制效率。如果推力矢量系統(tǒng)失效，鴨翼有助于空氣動(dòng)力學(xué)恢復(fù)。

固定后部和鼻梁完成空氣動(dòng)力學(xué)套件。后部橫梁從非常高的迎角提供額外的俯仰俯仰控制權(quán)，而小鼻梁有助于控制側(cè)滑。

推力矢量控制。通用電氣公司的F-18，F(xiàn)-117，X-29和F-20的404發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力裝置提供了超級(jí)機(jī)動(dòng)性所需的推力重量比。它還能抵抗由大迎角，大偏航率和大側(cè)滑角引起的流動(dòng)扭曲。結(jié)合腹部進(jìn)氣，即使在極端迎角下，該發(fā)動(dòng)機(jī)也可實(shí)現(xiàn)全功率運(yùn)轉(zhuǎn)。

在程序開始時(shí)，推力矢量提出了一個(gè)問題，因?yàn)闆]有多軸噴嘴可用。X-31的解決方案：三個(gè)復(fù)合葉片相隔120度排列。機(jī)身安裝在帶有nimonic合金配件的后機(jī)身上，葉片偏轉(zhuǎn)到排氣裝置中，可在任何橫向方向上產(chǎn)生高達(dá)17%的發(fā)動(dòng)機(jī)推力。由重量輕，耐熱的碳 - 碳材料構(gòu)成，葉片可以長時(shí)間維持高達(dá)1,500攝氏度的溫度。當(dāng)不用于機(jī)動(dòng)時(shí)，葉片落在排氣羽流外面，

由于葉片，執(zhí)行器和支撐結(jié)構(gòu)從一開始就被設(shè)計(jì)到飛機(jī)中，因此對重量的總體影響仍然很小。此外，不需要增加飛機(jī)壓載物。事實(shí)上，Rockwell的X-31總工程師Harvey Schellenger說，葉片系統(tǒng)的凈重總計(jì)與整體噴嘴的重量增加相同。“不需要鎮(zhèn)流器，”他指出，“X-31推力矢量系統(tǒng)比F-18 HARV(外部鋼葉片加鎮(zhèn)流器)或F-16 MATV(整體式噴嘴加上)輕了幾百磅。鎮(zhèn)流器)。

飛行控制。由霍尼韋爾國防航空電子系統(tǒng)公司設(shè)計(jì)的數(shù)字飛行控制系統(tǒng)硬件使用傳統(tǒng)和推力矢量控制表面來保持飛機(jī)在整個(gè)飛行范圍內(nèi)的精確控制。基于導(dǎo)頻輸入和反饋信號(hào)，控制法則(由德意志航空公司開發(fā))計(jì)算俯仰和偏航所需的推力偏差。飛行控制系統(tǒng)將該偏轉(zhuǎn)命令轉(zhuǎn)換為單葉片偏轉(zhuǎn)。例如，如果需要向右偏航力矩，則左葉片移動(dòng)到排氣噴嘴中。上部葉片移動(dòng)到羽流中足以補(bǔ)償由左葉片產(chǎn)生的俯仰力矩。右葉片從羽流中移出。

通常，推力方向可以圍繞中心線以大于15度的角度偏轉(zhuǎn)。在系統(tǒng)發(fā)生故障的情況下，或者如果飛行員選擇脫離推力矢量，飛行控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將命令重新分配給傳統(tǒng)的空氣動(dòng)力學(xué)表面。“即使其中一個(gè)葉片脫落，”德意志航空航天公司前設(shè)計(jì)部門主管Hannes Ross說，“它不會(huì)讓飛行員陷入危險(xiǎn)境地。”

沒有無尾戰(zhàn)斗機(jī)設(shè)計(jì)經(jīng)過飛行測試，沒有垂直無尾飛機(jī)超飛。然而，X-31的全數(shù)字有線飛行控制系統(tǒng)具有集成的推力矢量，很容易進(jìn)行“準(zhǔn)無尾”飛行試驗(yàn)。這些測試在飛行中測量了操縱和控制無尾飛機(jī)所需的要求。

準(zhǔn)無尾模式使用飛機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)表面，主要是方向舵，來消除垂直尾翼的穩(wěn)定效果。這對Schellenger解釋說，它定向地破壞了飛機(jī)的穩(wěn)定性，因此它的行為似乎已經(jīng)移除了全部或部分垂直尾翼 - 而沒有真正移除尾翼。

相反，推力矢量穩(wěn)定了不穩(wěn)定的飛機(jī)并執(zhí)行偏航控制以進(jìn)行機(jī)動(dòng)協(xié)調(diào)。此外，可變的不穩(wěn)定增益允許選擇不同程度的尾部去除。如果發(fā)生不希望的飛機(jī)運(yùn)動(dòng)，或者飛行員脫離模式，則飛行控制系統(tǒng)迅速恢復(fù)到其正常操作模式。“這是準(zhǔn)無尾功能的真正吸引力，”羅斯說。“許多不同的無尾設(shè)計(jì)都可以在完全安全的情況下進(jìn)行積極的測試。”

準(zhǔn)無尾控制模式的一個(gè)特點(diǎn)是可以選擇使用方向舵來破壞穩(wěn)定并模擬另一個(gè)偏航控制裝置的效果。羅斯指出，這種非方向舵空氣動(dòng)力學(xué)控制可能是無人機(jī)設(shè)計(jì)的一部分。

歷史性的飛行1994年3月17日，X-31爬升到愛德華茲空軍基地沙漠地面以上37,000英尺處，加速到1.2馬赫，并采用準(zhǔn)無尾模式 - 這是航空史上的重要首發(fā)。尾部移除程度逐漸增加至完全尾部。進(jìn)行機(jī)動(dòng)，包括2g轉(zhuǎn)彎，飛機(jī)反應(yīng)良好。

亞音速巡航速度，低進(jìn)近和著陸速度下的準(zhǔn)無尾試驗(yàn)將是下一步。這些測試將允許調(diào)查在選定的飛行測試點(diǎn)所需的不穩(wěn)定程度，機(jī)動(dòng)攻擊性和空氣動(dòng)力學(xué)偏航控制之間的關(guān)系。隨后將采用新的控制法版本，其中包含了在整個(gè)X-31飛行艙內(nèi)模擬無尾飛機(jī)的附加邏輯。新版本將增加發(fā)動(dòng)機(jī)的推力控制到推力矢量控制，進(jìn)一步增強(qiáng)了飛行器在準(zhǔn)無尾模式下的響應(yīng)。

在評估了所有準(zhǔn)無尾飛行數(shù)據(jù)之后，X-31將繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)程序的下一步：物理地減小當(dāng)前垂直尾翼和方向舵的大小。能夠控制飛機(jī)的推力矢量失敗將決定尾翼和方向舵的新尺寸。這些測試將驗(yàn)證來自真正不穩(wěn)定機(jī)身的飛行數(shù)據(jù)的準(zhǔn)無尾結(jié)果。

最后，在安裝可展開/可伸縮的穩(wěn)定和控制裝置(例如翻蓋，全移動(dòng)垂直翅片)之后，計(jì)劃要求完全移除垂直尾翼。

這一切都在哪里引領(lǐng)?后失速表現(xiàn)已引起全球空軍的注意?，F(xiàn)在，用矢量推力能力取代飛機(jī)表面的可能性有望大幅降低飛機(jī)重量，氣動(dòng)阻力，燃料消耗和雷達(dá)特征。雖然后者對于軍事人員很重要，但是減輕重量，阻力和燃料消耗對于商業(yè)航空業(yè)來說是非常重要的。

在軍事上或商業(yè)上，如果結(jié)果證明它們看起來很好，那么X-31計(jì)劃最終可能會(huì)增加全球航空航天工程師的就業(yè)率。