超机动与矢量推力技术
美俄航空发动机大比拼
美俄航空发动机⼤⽐拼许多⼈听到美国F-22和F-35装配了F-119/135发动机，就以为美国的军⽤航空发动机⼀路领先俄罗斯了。
事实上俄罗斯的军⽤航空发动机技术领先美国10年以上。
下⾯不仿从⼏个主要技术性能参数作个⽐较。
综上所述，俄罗斯战机发动机在推⼒、推⽐、安全可靠性能、⽮量推⼒技术都在美国之上。
因此，中国的航空发动机应该以俄为师。
争取最后超过俄国。
J-10之所以被某些⼈认为相当于F-16的早期型号，就是因为发动机。
按他们的逻辑，如果J-10换装AL-31FU，岂不是F-16变成了J-10的早期型号？?⼀、推⼒和推⽐。
军⽤航空发动机推⼒越⼤，对原材料质量和制造⼯艺的要求也就越⾼，推⽐越⾼，科技含量也就越⾼，发动机性能就越先进，稍有点军事常识的对这些应该不陌⽣。
据报道和资料称，F-22的发动机F-119单台最⼤加推⼒156千⽜，推⽐接近10。
F-35的发动机F-135加推⼒176千⽜，推⽐11。
⽽⽶格-1.44的发动机AL－41F发动机，单台加推⼒196千⽜，总推⼒392千⽜，全机推重⽐达12.5，⽆论推⼒还是推⽐都要⽐F-119/135的⾼出许多。
你最好别说AL-41发动机没有成孰。
它1983年开始设计（设计代号1.42)，1989年开始⾸架飞机组装（⼯程代号1.44），2000年2⽉29⽇⾸飞，到2009年终⽌计划。
仅⼀架样机就飞⾏了⼏百⼩时，并成功达到空载最⾼时速4120千⽶/⼩时(3.4M)的极⾳速世界纪绿。
不开加⼒可达到2.35M的超⾳速巡航速度。
飞⾏中发动机没出过故障。
没装配T-50是因为推⼒过剩，且⽣产制造成本过⾼,单价超过2亿美元，⽐F-22还昂贵。
⽬前俄罗斯正在将它的推⼒改⼩到170千⽜的⽔平，装T-50还是⽐F-22的动⼒⼤得多。
⽽F-119发动机飞出的最⾼速度2M，不开加⼒超⾳速巡航速度1.6M。
其中两架F-22才飞⾏⼏⼗个⼩时就因发动机故障摔了，死亡2⼈。
能说明F-119⽐AL-41F成熟么？回过头来⽐较美俄三代战机的发动机技术⽔平。
四代战斗机
关于四代机的几个技术问题四代战斗机（美、俄称五代机）没有国际公认标准。
美国F-22最初提的战技要求，强调要有所谓4S能力——超音速巡航、超机动、隐身、维修性可靠性。
此外还有“先发现、先攻击、先摧毁”和一些性能数据，如什麽高度、过载等要求。
现在前三个S比较公认，但不能认为缺一个S就不是四代机.。
每个国家是根据自己的经济实力、技术实力和军方要求研制新一代飞机。
这些要求有的互相有矛盾，强调了这个，别的就要有点损失。
所以这些要求的排序很重要，比如把隐身排第一，其它就要相对“让位”。
所以讨论此问题每个国家观点不一样，飞机研制是综合平衡的问题。
最早YF-22和YF-23竞标时，YF-23的隐身性能好于YF-22，但美国空军最终还是选择了YF-22。
本文重点讲前三个S的难点和矛盾以及一些有关四代机的话题。
超音速巡航先谈超音速巡航（超巡），即要求发动机不开加力飞超音速。
超巡最重要的是发动机和飞机阻力的问题。
一般要讨论飞机阻力都用阻力系数。
阻力等于4个参数乘在一起——大气密度，速度的平方，机翼面积，阻力系数。
而且为考虑别的方面，还要再乘以二分之一，因为二分之一乘以密度和速度的平方，称为“动压”，加二分之一就方便一点。
发动机推力要克服阻力，所以在设计新飞机有这个矛盾，考虑将难点压在哪一方面。
如果飞机已经尽一切办法将阻力减到最少，想达到超巡那就要看发动机。
相反如果发动机推力无法提高，就只能在气动上下死功夫，所以发动机和飞机设计单位往往有很多争论。
四代机以前的飞机要飞超音速，往往发动机要开加力，短时间推力很大、速度很快，但缺点是很耗油。
后来又想超音速，又想省油，就提出发动机不开加力长时间飞超音速，就是超音速巡航。
原来有的发动机开加力后的推力比不开加力要大50%甚至80%以上。
现在很多人谈发动机推重比要大，比如推重比10，但这是最大加力推力与发动机重量的推重比，要超巡还要重视发动机不开加力时的推重比要大。
计算飞机的阻力用的阻力系数分两部分，一个叫废阻力系数，就是和升力无关的那部分阻力。
航空器的特性详解
1. 飞机的飞行性能：在对飞机进行介绍时，我们常常会听到或看到诸如“活动半径” 、“爬升率”、“巡航速度”这 样的名词， 这些都是用来衡量飞机飞行性能的术语。
简单地说， 飞行性能主要是看飞机能飞 多快、能飞多高、能飞多远以及飞机做一些机动飞行（如筋斗、盘旋、战斗转弯等）和起飞 着陆的能力。
速度性能最大平飞速度： 是指飞机在一定的高度上作水平飞行时， 发动机以最大推力工作所能达到的 最大飞行速度，通常简称为最大速度。
这是衡量飞机性能的一个重要指标。
最小平飞速度： 是指飞机在一定的飞行高度上维持飞机定常水平飞行的最小速度。
飞机的最 小平飞速度越小，它的起飞、着陆和盘旋性能就越好。
巡航速度： 是指发动机在每公里消耗燃油最少的情况下飞机的飞行速度。
这个速度一般为飞 机最大平飞速度的 70%〜80% ,巡航速度状态的飞行最经济而且飞机的航程最大。
这是衡量远程轰炸机和运输机性能的一个重要指标。
当飞机以最大平飞速度飞行时， 此时发动机的油门开到最大， 若飞行时间太长就会导致 发动机的损坏， 而且消耗的燃油太多， 所以一般只是在战斗中使用， 而飞机作长途飞行时都 是使用巡航速度。
高度性能最大爬升率： 是指飞机在单位时间内所能上升的最大高度。
爬升率的大小主要取决与发动机 推力的大小。
当歼击机的最大爬升率较高时， 就可以在战斗中迅速提升到有利的高度， 对敌 机实施攻击，因此最大爬升率是衡量歼击机性能的重要指标之一。
理论升限： 是指飞机能进行平飞的最大飞行高度， 此时爬升率为零。
由于达到这一高度所需 的时间为无穷大，故称为理论升限。
实用升限：是指飞机在爬升率为 5m/s 时所对应的飞行高度。
升限对于轰炸机和侦察机来说 有相当重要的意义，飞得越高就越安全。
飞行距离航程：是指飞机在不加油的情况下所能达到的最远水平飞行距离， 机航程的主要因素。
在一定的装载条件下， 飞机的航程越大， 作战性能就更优越（对军用飞机） 。
飞行器姿态控制方法综述
飞行器姿态控制方法综述一.引言经过一个世纪的发展，各种飞行器如雨后春笋般出现，从飞机、导弹到火箭、卫星，从宇宙飞船、航天飞机、空间站到月球探测器、火星探测器。
这些飞行器能在空中按预定的轨迹运动总离不开它的姿态控制系统，飞行器在空间的运动是十分复杂的。
为使问题简单化，总是将一飞行器的空间运动分解为铅锤平面的纵向运动和水平面内的侧向运动，将飞行器在空间的角运动分解成俯仰、偏航和滚动三个角运动。
由于角运.动使飞行器的姿态发生变化，所以对角运动的控制就是对飞行器姿态的控制。
对于飞行器姿态的控制，不同的飞行器需要不同的策略，本文主要就飞行器姿态控制方法的应用与发展作一一论述。
二.姿态控制的数学模型要控制飞行器的姿态，就是要控制使飞行器三个姿态角发生变化的力矩大小。
飞行器的姿态模型可以认为是一类不确定MIMO 仿射非线性系统，如式(1)所示：()//()//()//(c o s s i n )/c o s c o s s i ns i n t a n c o s t a n x y z y x x x x x z x x x y y y x x y x y z z z x x x z x y z I I I M I I I I M I I I I M I ωωωωωωωωωψωθωθϕϕωθωθθωθϕωωθϕ=-+⎧⎪=-+⎪⎪=-+⎪⎨=-⎪⎪=+⎪=+-⎪⎩ （1） 式中，x 、y 、z 下标表示空间飞行器的三个主轴方向；I 表示相对于飞行器质心的惯量矩，设飞行器是主轴对称的，则惯量积可以忽略；ω表示飞行器相对于惯性空间的角速度;M 表示控制力矩；,,ψϕθ分别是飞行器的欧拉角。
控制了M 的大小，就可以控制飞行器按我们期望的轨迹运动。
M 由飞行器上的执行机构产生，常见的有空气舵、推力矢量发动机、反作用飞轮、喷气执行机构或由其它环境力执行机构。
三.飞行器姿态控制方法3.1空气动力控制根据运动的相对性原理和气体流动时的基本定律，当飞行器在大气中以一定的速度飞行时，飞行器都会受到空气动力的作用。
机动与超机动
当超视距攻击技术出现之后，对于飞机高机动性的质疑就不绝于耳。
回顾人类近百年战机技术的发展，机动性始终是飞机技术探索与进步的核心，三代机的出现将飞机的机动性提高到了前所未有的水平。
因为在传统的空战领域，机动性就意味着空战胜利。
上世纪80年代，随着F-117的出现，人类进入了隐身空战时代，其在沙漠风暴和科索沃战中的出色表现，引发了人们对未来战机技术发展的思考。
有了隐身技术和超视距攻击技术，飞机的机动性是否成了花拳绣腿？然而，四代机的出现结束了所有人的争论，无论是美国还是俄罗斯，军事大国不约而同地在下一代战机的技术研发中，采用了超机动飞控技术，即所谓的飞发一体化控制技术。
战机的机动性再次成为人们关注的焦点。
毫无疑问，战争需求是军事技术发展的最大动力，飞机机动性能的发展也是如此。
然而，飞机技术研发的困惑在于，人们对于技术的渴望与预期，并非总是与所获得的结果相一致。
飞机设计师与飞行员是两个相互关联同时有存在各自专业特点的行业，尽管飞机设计师努力按照飞行员的需求设计飞机，但最终的产品总是难以达到飞行员所需求的目标。
问题在于人们对于作战需求的机动性要求的理解，令人遗憾的是即使是今天，我们对于飞机机动性的认识依然停留在较低的水平，无论是设计师还是飞行员。
那么，飞机机动性的奥秘到底在哪里，飞行员如何才能发挥飞机的最佳机动性能，从而获得空战的胜利，飞机设计师如何才能在设计中综合考虑各种因素，设计出一种相对完美的战机呢？一、常规机动飞行的基本原理机动飞行的三个区间所谓常规机动是相对于超机动而言的。
常规的固定翼战斗机其运动可以分为三个区间：绕横轴运动的纵向区间，绕纵轴运动的滚转区间，绕立轴运动的偏航区间。
在常规机动中偏航机动通常是作为一种辅助机动，除非飞行试验的需要，实际飞行中很少做连续稳定的偏航机动，因此常规机动通常可分为纵向区间和滚转区间两个区间。
机动飞行中无论飞机的姿态、轨迹如何变化，都可将其运动分解为这两个区间的运动。
各式飞机特技及对飞机所要求的技术
一马赫即一倍音速,马赫的大约速度换算相当於340.3 m/s突破音速被称作突破“音障”；飞行速度提高到马赫数大于3之后，克服了高速带来的高热问题，被称为突破“热障”；如果成功的超越了失速迎角，也就突破了“失速障”。
未来空战仍将是远距空战与近距空战并存，对下一代战斗机来说，超视距空战能力和近距超机动能力同等重要。
飞行状态（速度、高度和飞行方向）随时间变化的飞行动作，又称机动。
单位时间内改变飞行状态的能力称机动性。
飞行状态改变的范围越大，改变状态所需的时间越短，飞机的机动性就越好。
这是评价军用飞机性能优劣的主要指标之一。
从飞机运动轨迹看，可分为在铅垂面内、水平面内和三维空间的机动飞行。
飞机作曲线机动飞行时需要有向心力。
若航迹弯曲向上或在水平面内弯曲向左或向右，升力应大于飞机重力。
通常把机动飞行时飞机升力与飞机重力的比值称为法向过载。
机动性能高的飞机能承受较大的过载。
航迹弯曲向下时，法向过载小于1。
铅垂面内的机动飞行典型的机动飞行动作有：平飞加（减）速、俯冲、跃升、筋斗。
平飞加（减）速反映飞机改变水平飞行速度的能力。
平飞时如果发动机推力大于飞机阻力，就使飞机加速；反之就使飞机减速。
为了缩短加速时间，必须加大油门或使用发动机加力装置（或使用火箭加速器）。
为了缩短减速时间常关小油门，并打开减速板，或采用反推力装置。
俯冲飞机将位能转化为动能、迅速降低高度、增大速度的机动飞行，作战飞机常借以提高轰炸和射击的准确度。
俯冲过程分为进入、直线和改出俯冲三个阶段（图1）。
在实际飞行中，为尽快进入俯冲，通常是飞机先绕纵轴滚转或边转弯边进入俯冲，进入段的高度损失不大。
在急剧俯冲时，为了防止速度增加过多和超过相应高度的最大允许速度，必须减小发动机推力，有时须放下减速板。
改出俯冲后的高度不应低于规定的安全高度。
为了减小高度损失，驾驶员可在不造成飞机抖振的条件下尽量后拉驾驶杆，增大向心力，即增大过载。
但过载不应超过驾驶员的生理忍耐能力和飞机结构的强度（驾驶员穿抗荷服或采用特殊的座椅设计可以提高承受过载的能力）。
飞行器姿态控制法综述
飞行器姿态控制方法综述一.引言经过一个世纪的发展，各种飞行器如雨后春笋般出现，从飞机、导弹到火箭、卫星，从宇宙飞船、航天飞机、空间站到月球探测器、火星探测器。
这些飞行器能在空中按预定的轨迹运动总离不开它的姿态控制系统，飞行器在空间的运动是十分复杂的。
为使问题简单化，总是将一飞行器的空间运动分解为铅锤平面的纵向运动和水平面内的侧向运动，将飞行器在空间的角运动分解成俯仰、偏航和滚动三个角运动。
由于角运.动使飞行器的姿态发生变化，所以对角运动的控制就是对飞行器姿态的控制。
对于飞行器姿态的控制，不同的飞行器需要不同的策略，本文主要就飞行器姿态控制方法的应用与发展作一一论述。
二.姿态控制的数学模型要控制飞行器的姿态，就是要控制使飞行器三个姿态角发生变化的力矩大小。
飞行器的姿态模型可以认为是一类不确定MIMO 仿射非线性系统，如式(1)所示：()//()//()//(cos sin )/cos cos sin sin tan cos tan x y z y x x x x x z x x x y y y x x y x y z z z x x x z x y z I I I M I I I I M I I I I M I ωωωωωωωωωψωθωθϕϕωθωθθωθϕωωθϕ=-+⎧⎪=-+⎪⎪=-+⎪⎨=-⎪⎪=+⎪=+-⎪⎩ （1） 式中，x 、y 、z 下标表示空间飞行器的三个主轴方向；I 表示相对于飞行器质心的惯量矩，设飞行器是主轴对称的，则惯量积可以忽略；ω表示飞行器相对于惯性空间的角速度;M 表示控制力矩；,,ψϕθ分别是飞行器的欧拉角。
控制了M 的大小，就可以控制飞行器按我们期望的轨迹运动。
M 由飞行器上的执行机构产生，常见的有空气舵、推力矢量发动机、反作用飞轮、喷气执行机构或由其它环境力执行机构。
三.飞行器姿态控制方法3.1空气动力控制根据运动的相对性原理和气体流动时的基本定律，当飞行器在大气中以一定的速度飞行时，飞行器都会受到空气动力的作用。
中国矢量发动机原理
中国矢量发动机原理矢量发动机原理：众所周知。
战斗机的迭代更新。
其根本的标志就是发动机的升级换代。
四代和五代战机的标志。
就是逐渐用上了矢量发动机。
一款好的发动机能够极大幅度地提高战机的飞行速度和机动能力。
相反。
一款战机应用到的航电系统科技性能再先进。
制造工艺再精细。
发动机若OUT 了。
那么它的整体综合性能也是不能完全发挥出来的。
矢量发动机的多种喷口状态那么什么是矢量发动机呢？先看看三代机以前的普通发动机。
其喷嘴是轴向向后不能够变换方向的。
如果战斗机需要做出一些高难度动作。
必须要结合垂直尾翼和机翼的调整才能完成。
矢量发动机简单的理解就是推力转向技术。
即发动机的喷口可以径向全角度转向。
摆脱了飞机的机动和操控主要由气动布局提供的局限。
矢量发动机可以让战斗机轻而易举地完成短距起降。
翻滚。
横滚等动作。
如果把发动机的喷口缓缓地向下倾斜改变。
矢量发动机的推力就会分解成两个力。
一个是向后的推力。
一个是向上的升力。
这两个力的矢量和就是矢量发动机喷口的功率大小。
这就是矢量发动机推力作用的原理。
1970年代中期。
美国率先在F15战机上做了推力矢量试验。
发现其降落距离可以由原来的2260米降低到420米。
充分显示了矢量技术在起降时的优势。
一般的三代机它的迎角不会超过30度。
超过了将会进入一种失速的状态。
在失速状态下。
飞机的控制极其困难。
装备了矢量发动机的战斗机。
由于具有了过失速机动能力。
在失速状态下即使在迎角达到60度甚至更大。
飞机仍然有控制的能力。
由于有了这种推力矢量技术。
从而拥有极高的空中优势。
矢量发动机技术又分为多少类呢？多元推力矢量发动机多元推力矢量发动机就是轴对称技术。
此技术应用最典型的就是俄罗斯的“苏”系列战机。
多元推力矢量发动机最大的特点是发动机尾喷口和发动机是球形铰链接。
喷管可在径向360度全范围偏转。
能给飞机带来非常好的机动性。
多元推力矢量发动机机动性能十分强悍。
可以最大限度地利用发动机的功率。
二元矢量发动机二元矢量发动机喷口由圆形改为四方形。
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• 印度苏 30MKI装 备的AL31FP矢 量推力发
动机
在具备超机动能力的飞机上，我们发现除了发动机矢量推力对飞机 运动的贡献外，方向舵不再是可有可无的东西，传统飞机的方向舵 是用来消除侧滑的，一般不单独使用，而超机动飞机的方向舵则可 以直接实现方向操控，这种模式已经彻底打破了传统操纵理念，没 有空气动力就不能机动的概念已经不存在了，可以说，对于具备超 机动能力的飞机，只要你想得到，任何机动都可以完成。
超机动与矢量推力技术
• 上世纪80年代，随 着F-117的出现，人 类进入了隐身空战 时代，其在沙漠风 暴和科索沃战中的 出色表现，引发了 人们对未来战机技 术发展的思考。有 了隐身技术和超视 距攻击技术，飞机 的机动性是否成了 花拳绣腿？ • 然而，四代机的出 现结束了所有人的 争论，无论是美国 还是俄罗斯，军事 大国不约而同地在 下一代战机的技术 研发中，采用了超 机动飞控技术，即 所谓的飞发一体化 控制技术。战机的 机动性再次成为人 们关注的焦点。
超 机 动
有了矢量推力还不是完成超机动充分条件，作为可控的机动飞行， 控制飞机的平衡是必要条件。如果机头指向改变使飞机失去了平 衡，飞机的动态就会失去控制，而要实现超机动过程中飞机的平 衡，就必须具备“飞发一体化”控制技术。所谓“飞发一体化” 控制，是通过电传操纵系统，将飞控系统、反馈和发动机矢量喷 口实现有机的交联，这种一体化控制是以飞机运动轨迹的控制为 目标，通过控制率软件来实现的。由于发动机矢量喷口对飞机姿 态控制的权限很大，如何通过舵面的合理驱动来控制飞机的平衡， 其软件设计是极为复杂的。而且由于矢量推力不仅具有方向性， 还有推力值的变化，而不同推力值所产生的机头指向运动是不同 的，其平衡控制就更为复杂。
在近距格斗中超机动具有 绝对的优势
可以说面对四代机，传统飞机在格斗中没有任何取胜的 可能。因为在具备超机动能力后，加之配备有效攻击范 围 15km的近距导弹，一旦目标出现，即可利用超机动实 现“瞬即攻击”，在这样的空战中“几何空战”和“能 量空战”理论将失去任何意义。
• 在超视距攻击中，只要有目标信息，战机可以利用超机动迅速实现全向攻 击，这一过程短得可以用秒来计算。超机动在规避导弹攻击时也可发挥奇 效，对于预测目标前置位置的主动攻击弹而言，超机动所形成的运动速度 和矢量的瞬间变化，将使导弹瞬间处于“迷惑”状态，给解算带来巨大的 困难，从而达到死里逃生中处于世界领先地位， 从苏-37开始，俄罗斯人就开始矢量推力控制技术的探 索，到米格-29-OVT，该技术已日臻成熟。而美国人从 X-29开始矢量推力技术研究，但早期他们采用的是喷流 舵面技术，其矢量控制的效果明显比矢量喷口差，即使 美国最先进的F-22也只采用了俯仰矢量喷口。
常规机动飞行的基本原理
要解释飞机机动性产生的 机理，就首先要区分传 统飞机与现代战机。在 四代机出现之前，飞机 的机动运动是空气动力 作用的结果，飞机的机 动能量主要来源于升力， 这是飞行的基本原理， 只是到了四代机出现以 后，才出现了矢量推力 驱动的机动飞行，这种 机动是直接力运动，与 传统的空气动力机动是 截然不同的两种运动。 我们首先来讨论空气动力 机动。许多从事航空理论 和飞行技术研究的人，对 于这一简单道理的认识也 是模糊的，有些人认为飞 机的机动运动是由操作舵 面直接驱动的。其实，舵 面运动只是改变了飞机的 姿态，而由姿态变化引起 的升力变化，才是驱使飞 机完成机动的真正动力， 而飞机的滚转运动只是改 变升力的空间方向，从而 使飞机完成任意矢量方向 的曲线运动。
•
超机动除了技术优势外，还将形成巨大的战场心理优势。对于没有四代机 的一方，其技术弱势将对空战的结果产生压倒性的影响。这会给弱势一方 形成巨大的心理压力，而这种心理压力对于敌方将使致命的!
谢谢观看
超 机 动
• 超机动的原理与常规机动完全不同，尽管从本质上将矢量推力 也是空气动力，但它与常规机动的向心力不同，矢量推力是直 接力，通过直接改变机头指向实现改变轨迹的目的。因此，超 机动更加迅速也更加直接。以俯仰轨迹变化为例，矢量喷口下 偏，使飞机绕重心形成下俯运动，机头指向就直接发生变化了。 正是因为矢量喷口的这种特性，在速度较小的情况下甚至零速 度下，飞机可以做几乎无半径的机头指向运动。