【英国“恶魔”无人验证机及射流飞控技术】恶魔少爷免费观看

　　“恶魔”无人机最引人注目的特点，就是该机取消了传统的机械升降舵和襟翼，而代之以曼彻斯特大学和克兰菲尔德大学合作研制的全新“射流飞行控制系统”。 　　2010年9月17日，英国新型“恶魔”(Demon)无人技术验证机进行了试飞。该无人机仅仅依靠喷射气流、而不是传统的襟翼／副翼等部件完成了升降和转向控制。这次试飞也因此成为英国民航管理局(CAA)首次批准并且正式认定的飞行器“无襟翼飞行”(flapless flight)。此次试飞成功，对于射流控制技术尽早实现实用化具有重大意义。
　　“恶魔”无人验证机简况
　　“恶魔”无人验证机的研制和测试是在英国工业界和多所高校合作实施的“无襟翼飞行器综合工业研究”(FLAVIIR)项目下开展的。FLAVIIR项目于2005年6月启动，为期5年，英国BAE系统公司和英国工程物理科学研究委员会(EPSRC)联合投资(共620万欧元，约合985万美元)，由BAE系统公司和克兰菲尔德大学牵头、联合其他9所英国高校组成的团队合作实施。该项目旨在对未来无人机所涉及的结构、控制和集成等关键技术进行开发验证，以最终设计出一种能够避免传统飞行器性能缺陷的无控制面、低成本、易维护的新一代无人机。已经成功完成首飞的“恶魔”无人验证机就是FLAVIIR项目团队近期取得的成果，对其探讨多年的射流飞行控制技术进行了初步测试验证。
　　“恶魔”在英国BAE系统公司先前研制的“日蚀”(Eclipse)无人机基础上改进而成，该机采用了翼身融合体结构，下单翼布局，机翼为切尖三角翼，翼展约2.5米，重约91千克，动力装置为一台推力230牛的AMT“奥林匹斯”小型涡轮喷气发动机(今后可换装推力增大为390牛的“泰坦”涡轮喷气发动机)，飞行速度70～150节。
　　“恶魔”无人机最引人注目的特点，就是该机取消了传统的机械升降舵和襟翼，而代之以曼彻斯特大学和克兰菲尔德大学合作研制的全新“射流飞行控制系统”，并使用了莱斯特大学和帝国理工学院合作开发的“飞行控制算法”。出于慎重考虑，“恶魔”仍保留了副翼作为备份，准备在射流飞控系统的表现不佳时启用。试飞中，测试人员曾锁死了“恶魔”的副翼以便对射流飞控系统进行观测，该机成功完成了升降和转向控制，表现令人满意。若在此基础上进一步发展和推广，今后普通飞机机翼上的襟翼和副翼、水平尾翼上的升降舵和垂直尾翼上的方向舵均可用射流控制系统来取代。
　　“恶魔”无人机项目是一个技术演示验证项目，该机本身不会投入批量生产，但其所验证的多项先进技术有望在未来飞行器设计中得到广泛应用。按计划，“恶魔”无人机今后还将进行为期两年的验证试飞，以测试其整个飞行包线范围内的性能。在获得足够的地面和飞行测试数据信息后，项目团队今后有可能制造一架更大的验证机，或改装现有的常规飞机并以其为平台进行射流控制系统测试。
　　射流控制技术原理
　　现代飞机飞行控制原理
　　现代飞机为了保证良好的操纵性，通常在其机翼和尾翼上布置有多个活动操纵面，其中最主要的有3个，分别是位于机翼上的副翼(负责滚转操纵)、平尾上的升降舵(负责俯仰操纵)和垂尾上的方向舵(负责转向操纵)。同时，为了提高飞机的机动能力并改善起降性能，现代飞机的机翼上往往还布置有前后缘襟翼、缝翼、扰流片、减速板等活动部件。驾驶员通过控制这些活动部件的偏转可在一定范围内改变机翼表面的形状，影响机翼上下表面的气流方向，从而控制机翼升力或阻力分布以产生相应的控制力矩，最终达到改变飞机飞行姿态或改善飞机起降性能的目的。但在目前技术条件下，机翼上这些活动操纵面和部件均通过铰链连接，控制其偏转需要通过机械装置(主要为液压系统)来驱动。这会带来一系列弊端，主要会使整个机翼结构趋于复杂并增加重量。若能找到一种不依靠传统操纵面，也无需机械动作的手段来控制飞机，上述问题将会迎刃而解。目前，英国等国正在探讨的“射流控制”技术就是在这种思想指导下提出的一种全新飞行控制理念。
　　射流飞行控制技术原理
　　射流飞行控制技术摒弃了传统的飞行控制原理，它无需通过各种操纵面改变机翼的外形，而是通过“流动控制”(cc)和“射流推力矢量喷管”(FTV)等技术来控制飞机完成相应的飞行动作。其中，“流动控制”是在传统的飞机襟翼位置释放经过调节的压缩空气，利用喷射气流在机翼后部制造一个“空气刀锋”来改变流经机翼表面的空气流动方向，从而产生相应的控制力矩；“射流推力矢量喷管”则借助引入的两股喷射气流来影响发动机喷管主气流的状态，使其改变方向进而实现推力矢量控制，而无需像传统的机械推力矢量喷管那样需要喷管整体／部分偏转或加装调节挡板。
　　“恶魔”无人验证机的射流飞行控制系统
　　以“恶魔”无人验证机为例，该机的“射流飞行控制系统”就是由上述“流动控制”和“射流推力矢量喷管”两部分组成，分别用于飞机的滚转和俯仰控制。其中，“射流推力矢量喷管”是一种二元推力矢量喷管，基本上采用了先前英国曼彻斯特大学工程学院的相关研究成果；而其全新开发的“流动控制”系统则被外界认为是“恶魔”无人机最具特色之处。
　　为了产生喷射气流，“恶魔”无人机上有专门贮存压缩空气的装置，其内的压缩空气通过一个由辅助动力装置驱动的专用压缩机引入，并在前机身下方设有单独的进气口(今后将可改进为直接从飞机发动机引入空气)。贮存装置内的压缩空气可导入机翼后缘的一个气腔，该气腔内有一个特殊设计的气缸，可以通过旋转改变上、下气腔的容积，使两者产生容积差。在机翼后缘(传统襟翼位置)的上、下部位分别设置有一排外形狭长的喷嘴，这两排喷嘴分别与上、下气腔相连，用以释放压缩空气从而产生喷射气流。当上、下气腔存在容积差时，从机翼后缘上、下两排喷嘴喷射出的气流压力也不相同，由此可以改变机翼后缘气流的方向，从而产生控制力矩。例如，当某侧机翼后缘的一排喷嘴喷出的空气压力大于另一排时，可导致掠过该机翼后缘的气流偏向上方或偏向下方，此时将起到与传统副翼完全相同的作用，足以完成飞机的滚转操纵。在“恶魔”的机翼上还布置有传感器，可随时监测机翼表面气流的动向，并通过“飞行控制算法”及时调节喷射气流的方向，从而使飞机按指令完成相应的飞行动作。
　　射流控制技术的应用前景
　　国外(目前主要是英国和美国)相关领域的研究表明，射流控制技术在军用及民用方面都有着广阔的应用前景。与传统的飞行控制系统相比，飞机采用射流控制技术后至少将在以下几方面有改进：减小机翼外形尺寸
　　采用射流控制系统的飞机取消了普通飞机机翼上的襟翼、副翼等控制面，其机翼的外形尺寸将明显减小(这对宽体客 机尤为重要)，飞机的结构重量也将随之减轻。
　　降低使用维护成本
　　采用射流控制系统后，飞机上的各种活动控制面及与其相关的控制子系统部件将大幅减少甚至完全取消，从而将减少全机零部件数量，提高系统可靠性。同时，还可避免像常规飞机的活动控制面那样需要进行频繁的检查维修，不仅有助于降低使用成本，还将提高飞机的使用效率。
　　降低飞机噪音
　　飞机上的襟翼、副翼等活动控制面是导致机上噪音的重要原因。用射流控制系统代替后，飞机噪音将大幅降低，这对提高民用飞机的乘坐舒适性尤为重要。
　　提高军用飞机的隐身性能
　　对军用飞机来说，襟翼、副翼等活动控制面以及这些部件而形成的一系列尖锐边缘、开口、凸出物和缝隙等是雷达反射源，会增大雷达反射面。采用射流控制系统后，这些反射源几乎全部消失，再加上机翼外形尺寸减小，可大幅提高飞机的隐身能力。此外，随着射流控制技术的发展，军用飞机将来还有可能完全取消垂尾，从而在保证高机动性的前提下从根本上消除这一传统飞机上最大的侧向雷达反射源，使飞机的隐身性能得到根本性提高。
　　提高军用飞机的机动性和敏捷性
　　根据研究，射流控制与推力矢量喷管等手段相配合，将会显著提高战斗机的机动性与敏捷性。例如，目前正在探讨论证中的美空军第6代战斗机和美海军“下一代空中优势战斗机”就计划采取该措施。
　　应用射流控制技术面临的主要困难
　　尽管射流控制技术有着上述诱人的应用前景，但从目前情况来看，要研制出实用的射流控制飞行器，在气动、控制、系统、材料、集成和制造等领域都还需要解决许多技术问题，突出表现在以下几方面：
　　飞机能耗增加
　　目前通过液压系统等驱动襟翼来控制飞机的机动，所需耗费的能量很少。但采用射流控制技术的飞机需要发动机额外提供较多能量，甚至配备一台专用的辅助动力装置来提供压缩空气和喷射气流(目前“恶魔”无人机即采取此种方式)，这将使飞机的能耗大大增加。
　　可靠性问题
　　完全采用射流控制的飞机若遇到发动机故障、燃油耗尽、机翼表面遭到破坏(例如飞鸟撞击)等情况，可能连方向也无法控制，因此通过射流控制完全代替翼面还需商榷。若同时为飞机加装襟翼、副翼、方向舵等作为备份，又将弱化射流控制技术带来的优势。
　　适用范围受限
　　目前射流控制技术还只能用于飞机机翼／尾翼后缘的襟翼、副翼、方向舵，代替普通飞机机翼前缘的前缘襟翼还有待进一步研究。因此，飞行器射流控制技术距离实用还有相当大的距离。但该技术的应用无疑将会大幅提高军／民用飞机的任务效能和效费比，并给新一代飞行器的设计思想带来革命性影响。可以预见，射流控制技术一旦成熟，将会大大扩展未来军／民用飞机概念设计的空间，有望使未来飞行器性能取得突破性进展。

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