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主動控制技術(Active Control Technology),是由美國首先研發出的一種飛機設計和控制技術。以飛機設計的角度來說,主動控制技術就是在飛機設計的構想階段,就必須考慮到線傳飛行控制系統對整體設計的影響,充分發揮飛行控制系統潛力的一種飛行控制技術。而洛馬(Lockheed Martin)F-16是全球首架採用主動控制概念設計的飛機。
而採用主動控制技術的設計方法與傳統設計方法有什麽不同呢?我們就從傳統的飛機設計方式來談起。傳統的飛機設計方式的過程是這樣的:根據任務要求,考慮氣動力、結構強度及發動機推力三大因素,並在它們之間進行折衷以滿足任務要求,故必須為獲得某一方面的性能,就必須在其它方面作出讓步或犧牲,如為獲得更好的氣動力穩定性就必須在尾翼重量及阻力方面付出代價。折衷之後就確定了飛機構型,再經過數百至千餘小時的風洞測試其氣動力構型後,對飛機的各項次系統(其中包括飛行控制系統)提出設計需求備忘錄。而飛行控制系統與其它次系統相同,是屬於被動地位,其基本功能是輔助飛行員進行飛行姿態控制。
而採用主動控制技術的設計方法則打破了此固定模式,把飛行控制系統提高到和上述三大因素同等重要的地位,成為在選擇構型時必須考慮的四大因素之一,並有著明顯主導作用。在飛機初步設計階段就考慮全時間、全權限的線傳飛行控制系統的作用,綜合選擇構型,選擇構型後再對飛行控制系統以外的其它次系統提出設計需求備忘錄。如此就可放寬對氣動力、結構及發動機推力方面的限制,依靠控制系統主動提供人工補償,於是飛行控制由原來的被動地位變為主動地位,充分發揮了飛行控制的主動性及潛力,故稱此種技術為主動控制技術。
正是由於採用主動控制技術的設計方式在選擇構型及造型的過程中,都將控制系統作為一個主要因素來考慮,故此種技術又稱為控制造型載具(Control Configured Vehicle)技術。
主動控制構想的出現是由兩個因素促成的,一是美國空軍戰略構想的改變,從要飛彈不要戰機演變為發展機動性好的空中優勢戰機,正是提昇戰機機動性的努力使主動控制技術走向航空科技的前提﹔二是現代自動飛行控制技術和電腦的迅速發展,為主動控制技術的研發奠定了基礎。從控制的角度來說,主動控制技術實際上是自動控制系統反饋原理的應用及發展。飛機上最早的使用自動控制系統就是自動駕駛儀,但早期的自動駕駛儀主要是為減輕飛行員保持飛機飛行姿態、航向的工作負荷,在飛行時可開啟或關閉,因此它對飛機設計本身不會產生直接影響。
隨著超音速戰機的出現,產生了高空飛行氣動力阻尼不足的問題。其中最突出的是航向穩定問題,為此採用了增益穩定系統產生人工阻尼來解決,由於增益穩定系統所產生的阻尼是頻率較高的短周期振動,這是飛行員來不及反應並進行手動操縱的,因此增益穩定系統的功能是飛行員無法取而代之的。增益穩定系統的採用,減輕了飛機本身的任務設計需求,因此它的採用對飛機設計產生了直接影響。這些增益穩定系統仍用機械系統來進行控制,然而在越戰時期,美軍被擊落的戰機中有30%是被地面炮火擊中機械操縱系統而導致失控墜毀的,因此提出了線傳飛行控制系統的概念。而線傳飛行控制系統的運用,成為主動控制技術的重要操作系統。採用主動控制技術的航空器具有以下一些功能:
1.放寬靜態穩定性
2.縱向、橫向穩定性的主動控制及保持
3.控制機體振盪頻率
4.採用綜合射控/飛行/推力控制系統
採用主動控制技術之後,對航空器性能有大幅度提高,主要表現在:
1.縮小航空器尺寸,減輕結構重量,降低飛行阻力,擴大航程距離。
2.提高戰機機動性及完成作戰任務的效率。
3.降低機體結構因振盪頻率導致金屬疲勞而損壞的因素,並延長航空器的操作壽命,改善飛行品質及落地性能,減輕飛行員工作負荷。
4.降低製造成本及維修費用。
目前服役中的第三代戰機都廣泛採用了主動控制技術,如漢翔F-CK-1、洛馬F-16、波音(Boeing)F-18、達梭(Dassault)幻象二千(Mirage 2000)及蘇霍(Sukhoi)Su-27。民航機中也有採用主動控制技術的,如波音777-300及空中巴士(Airbus)A320-200。
而採用主動控制技術的設計方法與傳統設計方法有什麽不同呢?我們就從傳統的飛機設計方式來談起。傳統的飛機設計方式的過程是這樣的:根據任務要求,考慮氣動力、結構強度及發動機推力三大因素,並在它們之間進行折衷以滿足任務要求,故必須為獲得某一方面的性能,就必須在其它方面作出讓步或犧牲,如為獲得更好的氣動力穩定性就必須在尾翼重量及阻力方面付出代價。折衷之後就確定了飛機構型,再經過數百至千餘小時的風洞測試其氣動力構型後,對飛機的各項次系統(其中包括飛行控制系統)提出設計需求備忘錄。而飛行控制系統與其它次系統相同,是屬於被動地位,其基本功能是輔助飛行員進行飛行姿態控制。
而採用主動控制技術的設計方法則打破了此固定模式,把飛行控制系統提高到和上述三大因素同等重要的地位,成為在選擇構型時必須考慮的四大因素之一,並有著明顯主導作用。在飛機初步設計階段就考慮全時間、全權限的線傳飛行控制系統的作用,綜合選擇構型,選擇構型後再對飛行控制系統以外的其它次系統提出設計需求備忘錄。如此就可放寬對氣動力、結構及發動機推力方面的限制,依靠控制系統主動提供人工補償,於是飛行控制由原來的被動地位變為主動地位,充分發揮了飛行控制的主動性及潛力,故稱此種技術為主動控制技術。
正是由於採用主動控制技術的設計方式在選擇構型及造型的過程中,都將控制系統作為一個主要因素來考慮,故此種技術又稱為控制造型載具(Control Configured Vehicle)技術。
主動控制構想的出現是由兩個因素促成的,一是美國空軍戰略構想的改變,從要飛彈不要戰機演變為發展機動性好的空中優勢戰機,正是提昇戰機機動性的努力使主動控制技術走向航空科技的前提﹔二是現代自動飛行控制技術和電腦的迅速發展,為主動控制技術的研發奠定了基礎。從控制的角度來說,主動控制技術實際上是自動控制系統反饋原理的應用及發展。飛機上最早的使用自動控制系統就是自動駕駛儀,但早期的自動駕駛儀主要是為減輕飛行員保持飛機飛行姿態、航向的工作負荷,在飛行時可開啟或關閉,因此它對飛機設計本身不會產生直接影響。
隨著超音速戰機的出現,產生了高空飛行氣動力阻尼不足的問題。其中最突出的是航向穩定問題,為此採用了增益穩定系統產生人工阻尼來解決,由於增益穩定系統所產生的阻尼是頻率較高的短周期振動,這是飛行員來不及反應並進行手動操縱的,因此增益穩定系統的功能是飛行員無法取而代之的。增益穩定系統的採用,減輕了飛機本身的任務設計需求,因此它的採用對飛機設計產生了直接影響。這些增益穩定系統仍用機械系統來進行控制,然而在越戰時期,美軍被擊落的戰機中有30%是被地面炮火擊中機械操縱系統而導致失控墜毀的,因此提出了線傳飛行控制系統的概念。而線傳飛行控制系統的運用,成為主動控制技術的重要操作系統。採用主動控制技術的航空器具有以下一些功能:
1.放寬靜態穩定性
2.縱向、橫向穩定性的主動控制及保持
3.控制機體振盪頻率
4.採用綜合射控/飛行/推力控制系統
採用主動控制技術之後,對航空器性能有大幅度提高,主要表現在:
1.縮小航空器尺寸,減輕結構重量,降低飛行阻力,擴大航程距離。
2.提高戰機機動性及完成作戰任務的效率。
3.降低機體結構因振盪頻率導致金屬疲勞而損壞的因素,並延長航空器的操作壽命,改善飛行品質及落地性能,減輕飛行員工作負荷。
4.降低製造成本及維修費用。
目前服役中的第三代戰機都廣泛採用了主動控制技術,如漢翔F-CK-1、洛馬F-16、波音(Boeing)F-18、達梭(Dassault)幻象二千(Mirage 2000)及蘇霍(Sukhoi)Su-27。民航機中也有採用主動控制技術的,如波音777-300及空中巴士(Airbus)A320-200。
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