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垂直起降——FG中的鹞式飞机

2012-6-18 08:23| 发布者: flightgear| 查看: 5978| 评论: 0

摘要: 垂直起降理念 在喷气式战斗机历史中,很早就认识到喷气机的一个主要弱点是依赖于某个空军基地及一条跑道,以及战争中目标相对容易追踪或暂时无法使用,尤其是大部分战斗机飞行范围相当有限,基地必须离前线非常近。二 ...
垂直起降理念
      在喷气式战斗机历史中,很早就认识到喷气机的一个主要弱点是依赖于某个空军基地及一条跑道,以及战争中目标相对容易追踪或暂时无法使用,尤其是大部分战斗机飞行范围相当有限,基地必须离前线非常近。二十世纪50年代,垂直起降能力被作为克服这一弱点的解决方法启用,自此具备垂直起降能力的战斗机基本可以在任何地点操作。
      然而设计可以垂直起降的飞机所要面临的问题很明显 – 这种飞机需要推力重量比大于一才能从地面起飞,起飞时推力矢量向下,正常飞行时推力矢量向后。早期的设计包括靠飞机机尾着陆的飞机(比如Lockheed XFV-1或 Ryan X-13 Vertijet),但这些飞机很难操作。其它设计还实验了安装向下的辅助发动机,但发现安装这种发动机增加了额外的重量,不适用于喷气战斗机。很长一段时间以来,唯一真正成功的设计是鹞式家族飞机,这类飞机通过推力定向喷嘴实现垂直起降。预计Lockheed Martin F-35B将在下一个千年里继续延续垂直起降的理念。

      鹞式飞机上,喷气机排气通过4个环绕飞机重心的定向喷嘴排出。这些喷嘴可进行0度(向后)至98度(盘旋飞行减速时向下且稍向前)的角度调节。盘旋飞行时操控舵面上没有任何气流流过,因此该机型上装配有一个带有一组小推力装置的反应控制系统。
      总而言之,垂直起降能力伴随着一定的代价 – 发动机很难维修(需要拆掉机翼),这类飞机不好操纵,飞行员形容这类飞机“不可饶恕”,事故率曾经相对较高。但不管怎样,鹞式飞机被认为是成功的战斗机设计。
垂直起飞
      让我们在Flightgear中乘着鹞式飞机探探险去吧。对于任何垂直其降低设计,重量需要重点考虑,只有推力重量比大于一,飞机才能升空,因此载满燃油并装载了武器时,飞机会因过重无法升空,正因为这样,可行时,飞机实际采用短起飞着陆模式,在这种模式下只有部分向下的推力,升力一部分由气动升力提供,一部分由向下的推力提供。既然这样,我们来做个垂直起降式的起飞。飞机载满燃油和两个AIM-9L导弹,仍可从USS Carl Vinson甲板上起飞。
      进行了飞行前检查后,我将推力设为向下83度(鹞式飞机起落架着陆使其机头向上,因此如果我设置为90度向下的推力,飞机起飞时会向后,这样会很危险),松开停放刹车后,推力慢慢增加,修正推力矢量使飞机不移动 – 现在推力向下了,我增加推力直至飞机离开甲板(这种起飞负载情况下需要几乎满油门起飞),之后,离地几米后,推力稍向后加速。

      此时鹞式飞机有抬机头的趋势,因此我很小心的稍早压机头,由于飞机在加速,我将推力设置为逐步向后,并收起起落架,几秒内,飞机加速到100节以上,需要的向下推力也越来越少。大约240节时,我将推力定为完全向后,鹞式飞机的反应就像正常战斗喷气机一样了。

飞行中的鹞式飞机
      此时一定要记住减推力 – 鹞式飞机升空需要非常强大的发动机,但这种发动机很耗油,满推力平飞时,油箱耗完前飞机就哪都去不了了。
      一旦升空后,鹞式飞机作为相当典型的老一代喷气式战斗机,横滚率很大,转弯半径相当小,很快就能爬升到高高度。这种飞机没有加力燃烧室,不是超音速飞机(不过其发动机有多强大),而且,没有推力定向时,飞机不是很好操纵.

      现在Flightgear鹞式飞机驾驶舱能清晰的使用关注功能,具备相对基础的结构,并非所有仪表都能使用,但总的来说,其布景具备基本真实视景元素。
      在飞行计划中,一定要记住垂直着陆与常规着陆不同,垂直着陆使用满推力的时间更长,因此着陆时(特别是使用垂直起降方式进近的情况下),必须有20%至25%总燃油量的燃油可用。
不是直升机
      鹞式飞机与直升机飞行有相似之处,但要记住,鹞式飞机不是直升机,其反应有不同之处。首先,主旋翼所产生的扭矩对于直升机来说是个大问题,需要进行补偿,但喷气式发动机没有扭矩,鹞式飞机离地升空时自身不会产生偏转趋势。
      然而,盘旋飞行中,横滚能力却有很大不同。可以把直升机看成是机体悬挂在上升的旋翼上的组合体,因此,当直升机机体开始横滚,有在旋翼下方象钟摆一样摆动的趋势,但横滚不会自己增加。相反,鹞式飞机通过升力推力轴进行平衡,因此,横滚趋势不会导致钟摆式移动,但其横滚会增大,如果不进行修正会导致出现不稳定状态。
      鹞式飞机出现不稳定状态比直升机出现不稳定状态更为危险,因为直升机飞行员有更多选择 – 直升机飞行员能使用驾驶杆调整旋翼向一侧移动,也能使之向前后移动(所以能使直升机侧飞或向后飞),而鹞式飞机只能将推力向后或向下定向,不能向侧面定向,也就是说要操纵鹞式飞机侧飞很难,其对于不稳定状态的操纵有限。
      最后,更乏味的是,鹞式飞机向下的视景比许多直升机驾驶舱内的视镜更差,因此,用稍向前的速度(接地后速度会很快减小)着陆比不用任何向前的速度接地更安全。
垂直着陆
      我飞行时采用常规进近至距离航母10海里,然后,我减速到250节,并开始放襟翼。我将油门放慢车并将喷嘴定向为90度,飞机因阻力减速,大约达到200节时,气动升力明显减少,我通过加油门对此进行补偿。速度小于150节后,我放出起落架,由于距离航母太近,我想减速到50节左右 – 航母以约15节的速度前进,这一速度足以保持稳定进近,我将推力从90度位置处稍向前或向后定向,借此调整空速并监控油门以便控制下降率。

      到50节空速时,气动升力变得很小,因此飞机可以以几乎满推力盘旋,慢慢飞向航母,这时监控空速和该点的下降率很重要 – 如果空速降得过快,小剩余升力分量减少意味着我下降过快,会落在飞行甲板后方。此外,这一进近阶段可以感觉到很大的阵风,如果飞机没有足够向前的动量,整个进近就全毁了。

      尽管在该点时仍有约20节的相对动量,与驾驶F-14b在航母上着陆相比,感觉上鹞式飞机是以厘米为单位向甲板进近。我保持鹞式飞机机头水平,到达飞行甲板上空时使机头上仰8度 – 这样可有效的向前定向推力,并抵消剩余空速,从而减少升力,稍微减小油门,我带着小于10节的向前的动量接地,我快速推油门到慢车位,使用刹车消除了向前的动量,从而使飞机紧实接地,避免了被突如其来的阵风抛出。

      从这幅图可以看到,鹞式飞机以稍微异常的配置即机头向上的姿态停下。
      大家都知道,鹞式飞机不是Fightgear中最详细的飞机,但它仍能提供良好可靠地操作借以领悟垂直起降理念的优点和问题。Flightgear UK hangar中能找到鹞式飞机的其它版本。上文的抓屏是在Flightgear更新版本中使用光场着色法以及环境感光逐条水纹着色程序抓取的。

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