主動控制技術
主動控制技術(Active Control Technology),是由美國率先提出的一種飛機設計和控制技術。從飛機設計的角度來說,主動控制技術就是在飛機設計的初始階段就考慮到電傳飛行控制系統(tǒng)對總體設計的影響,充分發(fā)揮飛行控制系統(tǒng)潛力的一種飛行控制技術。F-16是世界上第一架采用主動控制思想設計的飛機。
采用主動控制技術的設計方法和常規(guī)設計方法有什么不同呢?我們就從常規(guī)的飛機設計方法談起。常規(guī)的飛機設計方法的過程是這樣的:根據任務要求,考慮氣動力、結構強度和發(fā)動機三大因素,并在它們之間進行折衷以滿足任務要求,這樣為獲得某一方面的性能就必須在其他方面作出讓步或犧牲,例如為實現更好的氣動穩(wěn)定性就必須在尾翼的重量和阻力方面付出代價。折衷之后就確定了飛機的構形,再經過風洞吹風后,對飛機的各分系統(tǒng)(其中包括飛行控制系統(tǒng))提出設計要求。這里飛行控制系統(tǒng)和其他分系統(tǒng)一樣,處于被動地位,其基本功能是輔助駕駛員進行姿態(tài)航跡控制。
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常規(guī)設計方法的設計步驟 |
而采用主動控制技術的設計方法則打破了這一格局,把飛行控制系統(tǒng)提高到和上述三大因素同等重要的地位,成為選型必須考慮的四大因素之一,并起積極作用。在飛機的初步設計階段就考慮全時間、全權限的電傳飛行控制系統(tǒng)的作用,綜合選形,選形后再對飛行控制系統(tǒng)以外的其他分系統(tǒng)提出設計要求。這樣就可以放寬對氣動、結構和發(fā)動機方面的限制,依靠控制系統(tǒng)主動提供人工補償,于是飛行控制由原來的被動地位變?yōu)橹鲃拥匚�,充分發(fā)揮了飛行控制的主動性和潛力,因而稱這種技術為主動控制技術。
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采用主動控制技術的設計方法的設計步驟 |
正是由于采用主動控制技術的設計方法在選形和布局的過程中,都將控制系統(tǒng)作為一個主要因素來考慮,所以這種技術又被稱作隨控布局技術(Control Configured Vehicle)。
主動控制思想的出現是由兩個因素促成的,一個是美國空軍戰(zhàn)略思想的改變,從要導彈不要飛機變成發(fā)展機動性好的空中優(yōu)勢戰(zhàn)斗機,正是提高飛機機動性的努力使主動控制技術走向航空科技的前緣;第二個是現代自動飛行控制技術和電子計算機的迅速發(fā)展,為主動控制技術的實現奠定了物質基礎。從控制的角度來說,主動控制技術實際上是自動控制系統(tǒng)的反饋原理的應用和發(fā)展。飛機上最早的應用就是自動駕駛儀,但早期的自動駕駛儀主要是為減輕駕駛員保持姿態(tài)、航向的工作負擔,在飛行個可以接通或斷開,因此它對飛機設計本身不產生直接影響。隨著超音速飛機的出現,產生了高空飛行氣動阻尼不足的問題。其中最突出的是航向穩(wěn)定問題,為此采用了增穩(wěn)系統(tǒng)造成人工阻尼來解決,由于增穩(wěn)系統(tǒng)所阻尼的是頻率較高的短周期振動,這是駕駛員來不及反應并進行手操縱的,因此增穩(wěn)系統(tǒng)的功能是駕駛員無法取代的。增穩(wěn)系統(tǒng)的采用,減輕了飛機本身的設計任務,因此它的采用對飛機設計產生了直接影響。這些增穩(wěn)系統(tǒng)仍然采用機械系統(tǒng)來進行控制,然而在越南戰(zhàn)爭中,美軍被擊落的飛機中有30%是被地面炮火擊中機械操縱系統(tǒng)而導致墜毀的,因此提出了電傳操縱系統(tǒng)的概念。正是電傳操縱系統(tǒng)的運用,成為了主動控制技術的物質載體。
采用主動控制技術的飛機可以具有以下一些功能:
1.放寬靜穩(wěn)定度
2.實現直接力控制
3.控制機動載荷
4.控制突風載荷
5.控制機體顫振
6.采用綜合火控/飛行/推力控制系統(tǒng)
采用主動控制技術之后,對飛機的性能有很大提高,主要表現在:
1.減小飛機尺寸,減輕結構重量,降低巡航阻力,增大航程;
2.提高戰(zhàn)斗機的機動性和完成作戰(zhàn)任務的效率;
3.減少結構疲勞損壞,延長使用壽命,改善乘座品質和著陸性能,減輕駕駛員工作負擔;
4.降低制造成本和維護費用;
國外的第三代戰(zhàn)斗機都廣泛采用了主動控制技術,例如F-16,F-18,Su-27,Mig-29等等。民航機也有采用主動控制技術的,例如波音777,空中客車A320等等。
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