转贴《机动与超机动》 作者徐勇凌

机动与超机动

2011年5月4日

    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。

    升力与速度——飞机机动性能之源

    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，从而是飞机完成任意矢量方向的曲线运动。

    我们知道空间所有自由曲线运动所产生的根源在于向心力，在现代飞机上，升力对于曲线运动的向心力贡献最大。在垂直机动中，升力与其他外力的合力在在飞机即时运动方向的垂直分量，就是曲线运动的向心力。在水平运动中升力的水平分量和其他外力水平分量的合力，是曲线运动的向心力。

    当然，飞机获得曲线机动的能力不是由向心力的绝对值确定的，而是向心力与重力的相对比值确定的，我们可以称之为相对升力，这由曲线运动向心加速度的公式可知。在航空技术发展的过程中，人类对飞机机动性能追求的所有努力，都是为了获得更大的相对升力。

    从飞机气动外形设计的角度看，要获得最佳的升力效果有两个途径，一是优化飞机翼型设计，以获得更加完美的升力效果，即提高机翼的升力系数，另一个方面是降低机翼的翼载荷，获得更大的总体升力。为此，在早期的飞机上采用多翼面的设计，而近代则采用低翼载荷翼面设计。

    从飞行技术的角度分析，要获得最佳的升力效果就要尽可能的增加飞机的迎角，以获得更大的升力，但这种需求也不是无限制的，因为飞机迎角增加到一定程度，会发生气流分离，从而破坏了飞机的升力特性，甚至出现失速螺旋等意外情况。

    人类在早期的飞机技术探索中发现，为达到提高飞机机动性的效果，采用提高飞机升力的方法具有局限性，因为飞机速度对于升力的贡献同样重要，人们开始寻求提高飞机飞行速度的方法。在喷气技术出现之前，人们只能在活塞式发动机的马力和自身重量上做文章。由于战争的需求，人们在这一领域技术发展很快，到二战结束时，活塞式发动机战机的飞行速度已经达到了惊人的水平。但技术的局限依然难以逾越，音障成为阻碍航空技术的技术瓶颈，人们开始寻求新的动力形式，喷气发动机由此应运而生。当然，本文探讨的是飞行学领域的问题，关于飞机工程学的探讨并非笔者的专业特长。

    能量机动

    能量机动的概念是二战以后提出来的。随着飞机性能和飞行员空战技能的提高，特别是喷气战机出现以后，空战中一招制敌的可能性越来越小。人们在总结空战经验时发现，在持续的空战中一味地追求高机动，而忽视了飞机的速度、高度，会很快失去空战优势，成为敌人的靶子。能量空战理论告诉飞行员，在空战机动中，不仅要发挥飞机的最佳机动性能，还要始终保持飞机的能量，合理地运用和转化能量，这样才能在持续空战中始终保持战术优势，唯有如此，才能真正达到先求不败，而后求胜利的作战效果。能量空战理论说起来简单，做起来却很难，因为，一架飞机在完成各种机动时都有一个最佳的能量态势，而在机动过程中飞机的能量总是不断变化的，要控制能量首先要了解飞机的性能和脾气，还要根据空战中的各种态势，合理运用能量空战战术动作，这种人机合一的境界，需要飞行员对飞行有很好的领悟力，还需要经过长期训练、实战的磨练。

    机动飞行如此复杂，但其理论核心又是这么简单，懂得机动的各种区间，了解机动飞行产生的机理，懂得能量控制，你就能完成机动动作，但真正要发挥飞机的机动性能，尤其是要在实战中根据空中态势灵活运用机动动作，就不是仅仅靠理论能够解释清楚的，下面，我试图用通俗的语言，尽可能向大家展示机动飞行的技术奥秘。

    二、机动飞行驾驶技术

    机动飞行的安全性

    所谓机动飞行的安全性，其实就是指在完成机动飞行时，你的各种指标离危险边界有多远。对于机动飞行而言，主要有四个危险边界，高度边界、速度边界、迎角边界和强度边界。在训练和作战过程中，机动飞行中各类事故层出不穷，其原因往往不是因为飞行的大胆，而是由于飞行员的无知。对于一般水平的飞行员而言，其实际机动飞行包线大致只有极限边界的80%左右，导致危险发生的原因是飞行员对于机动飞行中的某些“拐角处”的危险毫无察觉，在自认很安全的情况下，不由自主地进入了危险境地。有时是飞行员受到外部因素的影响，忽视了飞机的状态和数据，导致操纵质量的急剧恶化，最终酿成悲剧。

    例如，一名飞行员在三代机垂直向下机动过程中，认为飞机的垂直机动半径足够，盲目地半扣进入倒转机动，但由于其速度控制并非最佳机动半径速度，加之初始过载形成过缓，导致高度急剧损失，当发现大地扑面而来的时候，惊慌失措操纵迟疑，最终尽管拉杆到底超过了极限，飞机依然没能在安全高度退出俯冲，导致飞机直接坠地。

    一名新飞行员在进行高空超音速飞行时，不了解马赫数与高度的关系，利用俯冲增速的方法飞大马赫数科目，结果导致高度下降表速急剧增加超过了飞机强度极限，导致飞机机体严重破损，没有发生飞机解体纯属侥幸。

    许多飞行员对于垂直机动过程中的失速心有余悸，但他不了解失速是由于迎角过大引起的，而非速度减小造成的，在飞机到达垂直机动定点附近时，看见速度小于预期，害怕速度进一步减小，企图通过拉杆迅速通过定点，结果导致迎角急剧增加，最终使飞机进入失速。

    多年以来，我们对于机动飞行的认识存在许多理论误区，尤其是对垂直机动顶点速度的认识性错误，是酿成机动飞行事故的重要原因。例如，我们许多飞行员以为垂直向上机动中，速度必须足够大，否则顶点速度小就会导致飞机失速。在这种理论的指导下，我们的飞行规程和理论教材中对垂直机动底边速度的要求高到了离奇的地步，喷气飞机垂直向上机动要求速度800甚至900km/h，远远高于所需速度。其实垂直机动的底边速度只要能够使飞机在正常操纵下顺利通过定点即可。对于国产战机而言，中低空条件下底边速度只要超过600km/h就足够了，较小的速度机动半径小机动时间短，损失速度并不多，而通过定点时只要有足够的速度（100km/h以上），就可以顺利通过定点，飞行员所要做的就是控制迎角和轨迹，根本无需粗猛拉杆。

    如何获得最佳机动性能

    我们所说的最佳机动性能通常有三个衡量指标，最小机动半径、最短机动时间、最大机动过载。对于某一特定飞行速度下的机动，以最大过载机动一般就能获得最小机动半径和最短机动时间。但对于实际飞行中，如何获得这些最佳性能却大有学问。从圆周运动的公式我们很容易推导出获得各种最佳性能的条件和方法，但实际飞行中飞行员不可能在空中进行计算，因此飞行员要对这些性能有很好的理解，并在头脑中建立概念。一般而言，获得最小机动半径的速度大致在500km/h或更小，而获得最大机动过载的速度在700km/h左右，而获得最短机动时间的速度则介于这两个速度之间。

    当然，在实际飞行中要获得最佳机动性能还有许多窍门。首先控制好进入条件是做好机动动作的前提，这要求飞行员选择合适的高度和速度，采用尽可能大的发动机状态。其次，尽快建立初始机动非常关键，以垂直向下机动为例，从飞行员开始拉杆到过载形成最短大约需要3-5秒钟，电传飞机这个过程可能有6秒钟，这是最佳状态，如果飞行员初始进入动作迟缓犹豫，建立过载的时间会延长到8-10秒，这将使垂直机动的高度损失增加200米以上。看似不经意的细节可能导致巨大的性能差距。第三，始终保持最佳参数，以水平机动为例，最小半径盘旋时，要始终保持最佳迎角（16-20度，飞机不同此值稍有不同）；持续最大过载盘旋时，要始终保持过载值；垂直机动时在大速度时保持过载，当迎角达到允许最大值时保持迎角。

    能量机动操纵要领

    能量机动的原理尽管很简单，但具体到操纵时却需要对飞机的性能有充分的了解，并合理使用操纵技术。

    其一，要尽可能保持发动机处于较高的能量。在格斗过程中敌我双方都会使用尽可能大的过载，这时能量的消耗巨大，发动机状态的减小将使能量瞬间损失，而当敌我战机性能相当时这种损失是不可弥补的。

    其二，控制合理的能量速度。无论是在训练还是交战中，大过载机动中的速度变化是不可避免的，飞行员对所驾驶战机的速度性能应有充分的了解。从飞机的加速曲线中我们可以发现，在小速度范围加速度较小增速很慢，而过了某一速度后加速度明显增加，在加速度时间历程上这一点是一个拐点。拐点对应的速度对于飞行员来说意义重大，水平机动飞行中除非绝对必须，不应将速度减小到拐点速度以下，否则后果将是致命的。

    其三，懂得合理地转换能量，在垂直机动飞行中速度交替变化，这种变化过程也是能量转换的过程。机动飞行中飞行员对于飞机所具备的能量要有一个清晰的了解，在格斗中可以合理利用垂直机动进行能量转换，以置换高度或速度，懂得这种综合机动方法的飞行员，将会在格斗空战中获得很大的优势。

    其四，除非在跟踪瞄准过程中，对手进入第二速度范围，否则绝对避免将飞机速度减小到这一范围。飞机进入第二速度范围后，将丧失机动性，从而成为敌人的靶子，而从第二速度范围中脱离出来需要相对较长的时间，此时仅靠水平增速是很难迅速奏效的，必须迅速转入垂直向下机动，以重新获得速度。

    过失速机动驾驶技术

    过失速机动是一种大于失速迎角条件下，可预期的非控制机动。首先我们要了解过失速机动的原理，战斗机在迎角大于失速迎角后，并非一定会迅速进入偏离状态，而当飞机速度一旦消失，在重力作用下很快会进入坠落状态，在这种状态下飞机的安定性将起到决定性作用，机头会迅速下俯从而转入向下的俯冲状态。在这样的机动过程中，飞机的下俯并非是操纵控制的，而是安定力矩作用的结果。过失速机动作为战术机动基本没有什么价值，但作为表演动作惊险刺激。飞行员通过过失速机动的飞行可以了解飞机大迎角飞行特点，有助于提高飞行员对飞机的控制力。过失速机动要做得标准，下俯的方向性非常重要，而一般情况下在下俯安定力矩作用下，机头下俯的轨迹是随机的，有可能向左也有可能向右，而要达到表演所需的正面向下俯冲的效果，需要飞行员合理的控制方向舵，利用方向操纵力把握好飞机方向，这种操控需要飞行员对飞机动态极为敏感，一旦飞机偏转趋势产生，其惯量很大，此时再用舵来修正就为时已晚了。

    与一般看到的尾冲不同，跃升倒转机动中，飞机的俯冲轨迹正好与进入轨迹相反，其控制原理其实与尾冲大相径庭，不同的是在飞机即将转入俯冲时，有意识地使用杆舵令飞机产生坡度（大约60度），此时，飞机的倒转俯冲就会回转，形成与进入方向反向的俯冲。

    眼镜蛇机动尽管看上去惊险异常，但其操纵机理与尾冲没有质的区别，但这种机动需要飞机的安定性和操纵性满足某些要求。苏-27系列飞机之所以能完成眼镜蛇机动，是因为在迎角达到120左右时，其俯仰阻尼减小到几乎为0，而其平尾操纵性依然足以使飞机产生下俯力矩，当飞机回复到90度以下迎角时，在安定力矩作用下自动下俯，由于苏-27飞机具有很好的横侧安定性，下俯时飞机基本呈平拍状态，而当下俯过程中迅速加大发动机推力，飞机在即将进入俯冲时因速度增加而转入水平飞行。可以看出，由于二代机和其他某些三代机并不满足以上条件，因此很难完成眼镜蛇机动。

    灵活性——机动飞行之魂

    在人们的印象中，德意志民族坚韧、专注甚至有点古板，然而，两次世界大战中德国王牌飞行员的空战记录，将其对手远远地摔在了后面，而德国飞行员的制胜法宝不是什么高深的智慧，而是空战中顺机而动的灵活性。1915年，德国人殷麦曼突发奇想，创造了惊世骇俗的殷麦曼机动，这一现在看来简单得不能再简单的机动动作，在当时是不可想象的，一个向上机动经过180的滚转，居然达到了意想不到的战术效果。

    1916年到1918年间，一战中最伟大的王牌里希特霍芬，驾驶着福克双翼机和三翼机，创造了难以企及的空战神话。尤其是他驾驶的福克Dr.1三翼机，在速度性能上远远不及其对手英国的骆驼飞机，但三翼机更小的翼展和优越的升力性能，被里希特霍芬发挥得淋漓尽致，他制胜的法宝就是灵活性。

    所谓灵活性就是飞机迅即改变升力方向的能力，关于灵活性的飞行技术我将在“区间变向”中具体描述。早期的空战是一种近乎肉搏的格斗，在空战双方勇气的驱使下，谁也不会在遭遇时选择逃逸，此时，谁更灵活谁就将获得有利的战术态势。

    在飞机技术高度发展的今天，空战中的灵活性依然是制胜的法宝，灵活性在空战中的运用并没有一定之规，重要的是飞行员要根据空中的态势灵活选择机动方向和机动强度，而滚转性能对于飞机的灵活性至关重要。

    “区间变向”与任意机动

    我将“区间变向”技术放在机动飞行驾驶技术的最后一节来介绍，是因为“区间变向”理论是我独创的。这一颇具灵感的驾驶理论其实来源于我与科沃丘尔的一次飞行。在飞行表演这个行当里，科沃丘尔算得上是个大师。大师永远都不会是天生的，在俄罗斯试飞员学校的天顶上，我亲眼看见科沃丘尔驾驶着涂着红白蓝条纹的苏－27，为了那年的范保罗航展他和僚机一起一遍一遍地练习着编排的动作，眩目的动作令人兴奋。1994年4月，我第一次和科沃丘尔飞行的科目就是机动飞行，他30度坡度将飞机迅速拉起，我以为他要完成一个小半径的斜筋斗，可是当飞机仰角70度左右的时候，他突然压杆，飞机翻转了180度又迅速向下机动从机场反向通场。和俄罗斯教官飞多了，开始那些有点懵的动作，我渐渐看出了门道，我发现在作任意机动时俄罗斯人的滚转用得特别多，一个简单的垂直机动，他们飞出了许多不同的轨迹，机动飞行看似没有一定之规，但只要你细心揣摩，你会发现眼花缭乱的动作，其实都是由“区间变向”演变而来的。

    所谓区间变向就是把飞机机动轨迹的俯仰运动和滚转运动大致分为8个区间，常规机动中总是要在完成一套垂直动作后再滚转变向，或者在完成360度滚转后在作垂直机动，而区间变向时则可以在垂直机动的任意角度进行滚转，然后变向机动。由于战斗机的滚转机动性能优越，机动中不断地结合滚转，运动的轨迹就会复杂多变，这样既可以利用飞机的机动性能将对手甩掉，也可以利用滚转的突然性使对手失去跟踪态势，从而在空战中赢取主动。只要掌握了区间变向的原理和操作要领，任意机动就不会做成拘谨的套路，这也许就是机动飞行的魅力所在吧。

    区间变向从原理上说虽然简单，但实际用运中还是需要掌握要领，一是掌握向上机动和向下机动的条件，向下机动需要高度空间，向上机动则需要有足够的能量，否则，机动中失去了能量持续机动性能就会大大降低，而失去了高度对飞行员是不可原谅的错误；滚转的关键是要减小迎角，采用“零过载”甚至“负过载”滚转，否则，滚转速度慢不说，还会损失能量，甚至使飞机进入意想不到的状态。

    我们发现，区间变向在飞行表演中的运用非常普遍，尤其是滚转机动的使用既可以实现升力指向的改变，从而迅速改变飞机运动轨迹，达到出神入化的表演效果，而且滚转的频繁使用，在低空表演时可以获得意想不到的效果，我发现国内的表演飞行中，滚转机动运用的较少，通场阶段的平直飞行给人的观赏效果是缺少变化，这一点还需要我们的飞行员好好体会。

    关于区间变向我只能大致介绍这些，作为原创理论我必须保持其必要的神秘性，除非是对一个想要掌握这种技术的飞行员。

    三、超机动

    如果你看过米格-29-OVT的表演，即使你是一个老飞行员，你也会对那眼花缭乱的机动感到费解。有矢量推力的OVT在机动飞行中似乎无所不能。然而，任何复杂的事物令人感到玄奥的原因，还是你不了解其原理，真正弄懂矢量推力、飞发一体化控制的原理，超机动也就不神秘了。

    发动机对飞机机动飞行的贡献

    为了解释超机动的玄奥机理，首先还是给大家介绍发动机与机动飞行的关系。一般人对于常规飞机的认识，总认为发动机只是动力源，对操作不会产生任何影响，这种认识其实是表面的、不正确的。即使是传统常规布局的飞机，发动机对机动飞行的影响也是明显的，之所以不被人们认识是因为我们对它的研究不够。

    首先，发动机本身对飞机的机动存在巨大的影响。在大推力条件下，飞机的速度维持能力较好，飞机就表现出较好的机动性能，而当推力不足时，你就会感觉飞机不抗拉，飞机的姿态变化迅速，而速度迅速消失，迎角也很快增加，很快就失去了机动能力。

    其二、发动机对于飞机大迎角区域的机动飞行影响是关键性的。对于螺旋桨飞机，发动机前置，拉力处于重心之前，在这种飞机上如果推重比大于1，理论上讲飞机是不怕进入失速的，因为一旦飞机进入失速只需加大发动机推力，飞机的速度迅速增加迎角就会减小到失速迎角之下，这就是为什么运动飞机可以在空中任意机动，即使进入落叶飘状态也会很快恢复的原因。

    其三，发动机进动对飞机的方向操控影响不可忽视。一般情况下喷气飞机飞行员感觉不到发动机进动的影响，是因为这种影响在大速度、中等推力下并不显著，不会对飞机运动轨迹产生较大影响，飞行员感觉不到进动的存在。一旦飞机速度较小而发动机推力较大时，进动就会使垂直机动中的飞机发生方向偏转。有时飞行员完成一套垂直机动后发现航向发生较大偏差，就会以为是没有控制好侧滑，或把原因归结为飞机气动不平衡，其实很多情况机动中的方向偏转是由于发动机进动造成的。为了克服发动机进动，在做垂直向上机动时，要有意识的抵舵消除进动对方向影响，抵舵的方向与进动方向相反，而机动方向可以用右手法则，根据发动机旋转矢量和飞机运动矢量来确定。

传统的飞机不能完成超机动，是因为发动机推力基本是与飞机纵轴平行或重叠的，在俯仰和方向上不会产生操纵力矩。

    超机动的基本原理

    我们在前面介绍过，常规机动是空气动力机动，即在飞机具有一定速度的情况下，由于迎角的改变产生附加升力，形成向心力，使飞机产生曲线运动。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。

    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。

    俄罗斯人在矢量推力技术的研发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。

    超机动的基本运动模式和操控

    首先我们要了解，超机动并非任何条件下都可以运用，由于飞机机头指向的直接迅速变化，将使迎角和侧滑角发生急剧变化，在速度较大的情况下，这种变化将会引起升力和侧力的急剧增加，对飞机的机体和人的生理将形成巨大的破坏，因此超机动只能在速度小于400km/h以下的情况下运用。另外，超机动中的运动模式通常不是由飞行员选择的，只要矢量推力系统通道接通，在控制飞机操纵界面时，飞机将由飞控系统根据当时的条件，自动选择舵面还是矢量喷口操纵模式，如在速度较大时，飞行员蹬舵将驱动方向舵做缓慢偏航运动，而当速度较小时，则选择矢量推力使飞机机头指向发生变化，形成一个小半径无坡度转弯。

    水平机动 水平机动时根据飞行条件和飞行员的操控指令，通过方向舵和矢量喷口偏转，使飞机机头偏航，同时飞控系统根据传感器获得的飞机运动反馈指令，操控舵面控制飞机的俯仰和坡度平衡。

    垂直机动 垂直机动时根据飞行员的俯仰操纵指令，通过平尾和矢量喷口的偏转，使飞机产生绕横轴的运动，同时控制系统根据运动反馈，操控舵面控制飞机的坡度平衡。

    滚转和方向组合运动在机头向上的落叶飘状态下，根据飞行员的指令控制矢量喷口和副翼、方向舵，使飞机通过适当的滚转和偏航瞬间改变机头指向，使飞机运动轨迹形成任意角度的变化。同时根据飞机的运动反馈，控制飞机的三轴平衡。

    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。将上述三种基本机动任意组合，飞机的机动动作将变化无穷。

    超机动的战术意义

    在人们以为隐身空战时代已经到来的时候，世界各国在四代机的研发中不约而同地选择了矢量推力，可见人们对于超机动重视。那么在隐身超视距攻击时代，超机动到底有什么作用呢？

    首先，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。

    其次，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，从而达到死里逃生的目的。

    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！

    补遗：机动飞行中的过载与向心力

    许多飞行员对于过载的认识，总是与飞机曲线运动的向心力联系在一起，其实过载和向心力并非一会事。

    在完整的垂直机动过程中，如果始终保持5个过载进行机动，在底边进入时，飞机的等效向心力是4，而在垂直向上和向下时，等效向心力为5，而在定点飞机倒扣状态下，等效向心力为6，因此如果飞机做等过载垂直机动，其转弯半径是变化的，底边时半径最大，顶点时半径最小，这是需要特别说明之处。




http://blog.sina.com.cn/s/blog_4b76f5770100rihh.html机动与超机动

2011年5月4日

    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。

    升力与速度——飞机机动性能之源

    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，从而是飞机完成任意矢量方向的曲线运动。

    我们知道空间所有自由曲线运动所产生的根源在于向心力，在现代飞机上，升力对于曲线运动的向心力贡献最大。在垂直机动中，升力与其他外力的合力在在飞机即时运动方向的垂直分量，就是曲线运动的向心力。在水平运动中升力的水平分量和其他外力水平分量的合力，是曲线运动的向心力。

    当然，飞机获得曲线机动的能力不是由向心力的绝对值确定的，而是向心力与重力的相对比值确定的，我们可以称之为相对升力，这由曲线运动向心加速度的公式可知。在航空技术发展的过程中，人类对飞机机动性能追求的所有努力，都是为了获得更大的相对升力。

    从飞机气动外形设计的角度看，要获得最佳的升力效果有两个途径，一是优化飞机翼型设计，以获得更加完美的升力效果，即提高机翼的升力系数，另一个方面是降低机翼的翼载荷，获得更大的总体升力。为此，在早期的飞机上采用多翼面的设计，而近代则采用低翼载荷翼面设计。

    从飞行技术的角度分析，要获得最佳的升力效果就要尽可能的增加飞机的迎角，以获得更大的升力，但这种需求也不是无限制的，因为飞机迎角增加到一定程度，会发生气流分离，从而破坏了飞机的升力特性，甚至出现失速螺旋等意外情况。

    人类在早期的飞机技术探索中发现，为达到提高飞机机动性的效果，采用提高飞机升力的方法具有局限性，因为飞机速度对于升力的贡献同样重要，人们开始寻求提高飞机飞行速度的方法。在喷气技术出现之前，人们只能在活塞式发动机的马力和自身重量上做文章。由于战争的需求，人们在这一领域技术发展很快，到二战结束时，活塞式发动机战机的飞行速度已经达到了惊人的水平。但技术的局限依然难以逾越，音障成为阻碍航空技术的技术瓶颈，人们开始寻求新的动力形式，喷气发动机由此应运而生。当然，本文探讨的是飞行学领域的问题，关于飞机工程学的探讨并非笔者的专业特长。

    能量机动

    能量机动的概念是二战以后提出来的。随着飞机性能和飞行员空战技能的提高，特别是喷气战机出现以后，空战中一招制敌的可能性越来越小。人们在总结空战经验时发现，在持续的空战中一味地追求高机动，而忽视了飞机的速度、高度，会很快失去空战优势，成为敌人的靶子。能量空战理论告诉飞行员，在空战机动中，不仅要发挥飞机的最佳机动性能，还要始终保持飞机的能量，合理地运用和转化能量，这样才能在持续空战中始终保持战术优势，唯有如此，才能真正达到先求不败，而后求胜利的作战效果。能量空战理论说起来简单，做起来却很难，因为，一架飞机在完成各种机动时都有一个最佳的能量态势，而在机动过程中飞机的能量总是不断变化的，要控制能量首先要了解飞机的性能和脾气，还要根据空战中的各种态势，合理运用能量空战战术动作，这种人机合一的境界，需要飞行员对飞行有很好的领悟力，还需要经过长期训练、实战的磨练。

    机动飞行如此复杂，但其理论核心又是这么简单，懂得机动的各种区间，了解机动飞行产生的机理，懂得能量控制，你就能完成机动动作，但真正要发挥飞机的机动性能，尤其是要在实战中根据空中态势灵活运用机动动作，就不是仅仅靠理论能够解释清楚的，下面，我试图用通俗的语言，尽可能向大家展示机动飞行的技术奥秘。

    二、机动飞行驾驶技术

    机动飞行的安全性

    所谓机动飞行的安全性，其实就是指在完成机动飞行时，你的各种指标离危险边界有多远。对于机动飞行而言，主要有四个危险边界，高度边界、速度边界、迎角边界和强度边界。在训练和作战过程中，机动飞行中各类事故层出不穷，其原因往往不是因为飞行的大胆，而是由于飞行员的无知。对于一般水平的飞行员而言，其实际机动飞行包线大致只有极限边界的80%左右，导致危险发生的原因是飞行员对于机动飞行中的某些“拐角处”的危险毫无察觉，在自认很安全的情况下，不由自主地进入了危险境地。有时是飞行员受到外部因素的影响，忽视了飞机的状态和数据，导致操纵质量的急剧恶化，最终酿成悲剧。

    例如，一名飞行员在三代机垂直向下机动过程中，认为飞机的垂直机动半径足够，盲目地半扣进入倒转机动，但由于其速度控制并非最佳机动半径速度，加之初始过载形成过缓，导致高度急剧损失，当发现大地扑面而来的时候，惊慌失措操纵迟疑，最终尽管拉杆到底超过了极限，飞机依然没能在安全高度退出俯冲，导致飞机直接坠地。

    一名新飞行员在进行高空超音速飞行时，不了解马赫数与高度的关系，利用俯冲增速的方法飞大马赫数科目，结果导致高度下降表速急剧增加超过了飞机强度极限，导致飞机机体严重破损，没有发生飞机解体纯属侥幸。

    许多飞行员对于垂直机动过程中的失速心有余悸，但他不了解失速是由于迎角过大引起的，而非速度减小造成的，在飞机到达垂直机动定点附近时，看见速度小于预期，害怕速度进一步减小，企图通过拉杆迅速通过定点，结果导致迎角急剧增加，最终使飞机进入失速。

    多年以来，我们对于机动飞行的认识存在许多理论误区，尤其是对垂直机动顶点速度的认识性错误，是酿成机动飞行事故的重要原因。例如，我们许多飞行员以为垂直向上机动中，速度必须足够大，否则顶点速度小就会导致飞机失速。在这种理论的指导下，我们的飞行规程和理论教材中对垂直机动底边速度的要求高到了离奇的地步，喷气飞机垂直向上机动要求速度800甚至900km/h，远远高于所需速度。其实垂直机动的底边速度只要能够使飞机在正常操纵下顺利通过定点即可。对于国产战机而言，中低空条件下底边速度只要超过600km/h就足够了，较小的速度机动半径小机动时间短，损失速度并不多，而通过定点时只要有足够的速度（100km/h以上），就可以顺利通过定点，飞行员所要做的就是控制迎角和轨迹，根本无需粗猛拉杆。

    如何获得最佳机动性能

    我们所说的最佳机动性能通常有三个衡量指标，最小机动半径、最短机动时间、最大机动过载。对于某一特定飞行速度下的机动，以最大过载机动一般就能获得最小机动半径和最短机动时间。但对于实际飞行中，如何获得这些最佳性能却大有学问。从圆周运动的公式我们很容易推导出获得各种最佳性能的条件和方法，但实际飞行中飞行员不可能在空中进行计算，因此飞行员要对这些性能有很好的理解，并在头脑中建立概念。一般而言，获得最小机动半径的速度大致在500km/h或更小，而获得最大机动过载的速度在700km/h左右，而获得最短机动时间的速度则介于这两个速度之间。

    当然，在实际飞行中要获得最佳机动性能还有许多窍门。首先控制好进入条件是做好机动动作的前提，这要求飞行员选择合适的高度和速度，采用尽可能大的发动机状态。其次，尽快建立初始机动非常关键，以垂直向下机动为例，从飞行员开始拉杆到过载形成最短大约需要3-5秒钟，电传飞机这个过程可能有6秒钟，这是最佳状态，如果飞行员初始进入动作迟缓犹豫，建立过载的时间会延长到8-10秒，这将使垂直机动的高度损失增加200米以上。看似不经意的细节可能导致巨大的性能差距。第三，始终保持最佳参数，以水平机动为例，最小半径盘旋时，要始终保持最佳迎角（16-20度，飞机不同此值稍有不同）；持续最大过载盘旋时，要始终保持过载值；垂直机动时在大速度时保持过载，当迎角达到允许最大值时保持迎角。

    能量机动操纵要领

    能量机动的原理尽管很简单，但具体到操纵时却需要对飞机的性能有充分的了解，并合理使用操纵技术。

    其一，要尽可能保持发动机处于较高的能量。在格斗过程中敌我双方都会使用尽可能大的过载，这时能量的消耗巨大，发动机状态的减小将使能量瞬间损失，而当敌我战机性能相当时这种损失是不可弥补的。

    其二，控制合理的能量速度。无论是在训练还是交战中，大过载机动中的速度变化是不可避免的，飞行员对所驾驶战机的速度性能应有充分的了解。从飞机的加速曲线中我们可以发现，在小速度范围加速度较小增速很慢，而过了某一速度后加速度明显增加，在加速度时间历程上这一点是一个拐点。拐点对应的速度对于飞行员来说意义重大，水平机动飞行中除非绝对必须，不应将速度减小到拐点速度以下，否则后果将是致命的。

    其三，懂得合理地转换能量，在垂直机动飞行中速度交替变化，这种变化过程也是能量转换的过程。机动飞行中飞行员对于飞机所具备的能量要有一个清晰的了解，在格斗中可以合理利用垂直机动进行能量转换，以置换高度或速度，懂得这种综合机动方法的飞行员，将会在格斗空战中获得很大的优势。

    其四，除非在跟踪瞄准过程中，对手进入第二速度范围，否则绝对避免将飞机速度减小到这一范围。飞机进入第二速度范围后，将丧失机动性，从而成为敌人的靶子，而从第二速度范围中脱离出来需要相对较长的时间，此时仅靠水平增速是很难迅速奏效的，必须迅速转入垂直向下机动，以重新获得速度。

    过失速机动驾驶技术

    过失速机动是一种大于失速迎角条件下，可预期的非控制机动。首先我们要了解过失速机动的原理，战斗机在迎角大于失速迎角后，并非一定会迅速进入偏离状态，而当飞机速度一旦消失，在重力作用下很快会进入坠落状态，在这种状态下飞机的安定性将起到决定性作用，机头会迅速下俯从而转入向下的俯冲状态。在这样的机动过程中，飞机的下俯并非是操纵控制的，而是安定力矩作用的结果。过失速机动作为战术机动基本没有什么价值，但作为表演动作惊险刺激。飞行员通过过失速机动的飞行可以了解飞机大迎角飞行特点，有助于提高飞行员对飞机的控制力。过失速机动要做得标准，下俯的方向性非常重要，而一般情况下在下俯安定力矩作用下，机头下俯的轨迹是随机的，有可能向左也有可能向右，而要达到表演所需的正面向下俯冲的效果，需要飞行员合理的控制方向舵，利用方向操纵力把握好飞机方向，这种操控需要飞行员对飞机动态极为敏感，一旦飞机偏转趋势产生，其惯量很大，此时再用舵来修正就为时已晚了。

    与一般看到的尾冲不同，跃升倒转机动中，飞机的俯冲轨迹正好与进入轨迹相反，其控制原理其实与尾冲大相径庭，不同的是在飞机即将转入俯冲时，有意识地使用杆舵令飞机产生坡度（大约60度），此时，飞机的倒转俯冲就会回转，形成与进入方向反向的俯冲。

    眼镜蛇机动尽管看上去惊险异常，但其操纵机理与尾冲没有质的区别，但这种机动需要飞机的安定性和操纵性满足某些要求。苏-27系列飞机之所以能完成眼镜蛇机动，是因为在迎角达到120左右时，其俯仰阻尼减小到几乎为0，而其平尾操纵性依然足以使飞机产生下俯力矩，当飞机回复到90度以下迎角时，在安定力矩作用下自动下俯，由于苏-27飞机具有很好的横侧安定性，下俯时飞机基本呈平拍状态，而当下俯过程中迅速加大发动机推力，飞机在即将进入俯冲时因速度增加而转入水平飞行。可以看出，由于二代机和其他某些三代机并不满足以上条件，因此很难完成眼镜蛇机动。

    灵活性——机动飞行之魂

    在人们的印象中，德意志民族坚韧、专注甚至有点古板，然而，两次世界大战中德国王牌飞行员的空战记录，将其对手远远地摔在了后面，而德国飞行员的制胜法宝不是什么高深的智慧，而是空战中顺机而动的灵活性。1915年，德国人殷麦曼突发奇想，创造了惊世骇俗的殷麦曼机动，这一现在看来简单得不能再简单的机动动作，在当时是不可想象的，一个向上机动经过180的滚转，居然达到了意想不到的战术效果。

    1916年到1918年间，一战中最伟大的王牌里希特霍芬，驾驶着福克双翼机和三翼机，创造了难以企及的空战神话。尤其是他驾驶的福克Dr.1三翼机，在速度性能上远远不及其对手英国的骆驼飞机，但三翼机更小的翼展和优越的升力性能，被里希特霍芬发挥得淋漓尽致，他制胜的法宝就是灵活性。

    所谓灵活性就是飞机迅即改变升力方向的能力，关于灵活性的飞行技术我将在“区间变向”中具体描述。早期的空战是一种近乎肉搏的格斗，在空战双方勇气的驱使下，谁也不会在遭遇时选择逃逸，此时，谁更灵活谁就将获得有利的战术态势。

    在飞机技术高度发展的今天，空战中的灵活性依然是制胜的法宝，灵活性在空战中的运用并没有一定之规，重要的是飞行员要根据空中的态势灵活选择机动方向和机动强度，而滚转性能对于飞机的灵活性至关重要。

    “区间变向”与任意机动

    我将“区间变向”技术放在机动飞行驾驶技术的最后一节来介绍，是因为“区间变向”理论是我独创的。这一颇具灵感的驾驶理论其实来源于我与科沃丘尔的一次飞行。在飞行表演这个行当里，科沃丘尔算得上是个大师。大师永远都不会是天生的，在俄罗斯试飞员学校的天顶上，我亲眼看见科沃丘尔驾驶着涂着红白蓝条纹的苏－27，为了那年的范保罗航展他和僚机一起一遍一遍地练习着编排的动作，眩目的动作令人兴奋。1994年4月，我第一次和科沃丘尔飞行的科目就是机动飞行，他30度坡度将飞机迅速拉起，我以为他要完成一个小半径的斜筋斗，可是当飞机仰角70度左右的时候，他突然压杆，飞机翻转了180度又迅速向下机动从机场反向通场。和俄罗斯教官飞多了，开始那些有点懵的动作，我渐渐看出了门道，我发现在作任意机动时俄罗斯人的滚转用得特别多，一个简单的垂直机动，他们飞出了许多不同的轨迹，机动飞行看似没有一定之规，但只要你细心揣摩，你会发现眼花缭乱的动作，其实都是由“区间变向”演变而来的。

    所谓区间变向就是把飞机机动轨迹的俯仰运动和滚转运动大致分为8个区间，常规机动中总是要在完成一套垂直动作后再滚转变向，或者在完成360度滚转后在作垂直机动，而区间变向时则可以在垂直机动的任意角度进行滚转，然后变向机动。由于战斗机的滚转机动性能优越，机动中不断地结合滚转，运动的轨迹就会复杂多变，这样既可以利用飞机的机动性能将对手甩掉，也可以利用滚转的突然性使对手失去跟踪态势，从而在空战中赢取主动。只要掌握了区间变向的原理和操作要领，任意机动就不会做成拘谨的套路，这也许就是机动飞行的魅力所在吧。

    区间变向从原理上说虽然简单，但实际用运中还是需要掌握要领，一是掌握向上机动和向下机动的条件，向下机动需要高度空间，向上机动则需要有足够的能量，否则，机动中失去了能量持续机动性能就会大大降低，而失去了高度对飞行员是不可原谅的错误；滚转的关键是要减小迎角，采用“零过载”甚至“负过载”滚转，否则，滚转速度慢不说，还会损失能量，甚至使飞机进入意想不到的状态。

    我们发现，区间变向在飞行表演中的运用非常普遍，尤其是滚转机动的使用既可以实现升力指向的改变，从而迅速改变飞机运动轨迹，达到出神入化的表演效果，而且滚转的频繁使用，在低空表演时可以获得意想不到的效果，我发现国内的表演飞行中，滚转机动运用的较少，通场阶段的平直飞行给人的观赏效果是缺少变化，这一点还需要我们的飞行员好好体会。

    关于区间变向我只能大致介绍这些，作为原创理论我必须保持其必要的神秘性，除非是对一个想要掌握这种技术的飞行员。

    三、超机动

    如果你看过米格-29-OVT的表演，即使你是一个老飞行员，你也会对那眼花缭乱的机动感到费解。有矢量推力的OVT在机动飞行中似乎无所不能。然而，任何复杂的事物令人感到玄奥的原因，还是你不了解其原理，真正弄懂矢量推力、飞发一体化控制的原理，超机动也就不神秘了。

    发动机对飞机机动飞行的贡献

    为了解释超机动的玄奥机理，首先还是给大家介绍发动机与机动飞行的关系。一般人对于常规飞机的认识，总认为发动机只是动力源，对操作不会产生任何影响，这种认识其实是表面的、不正确的。即使是传统常规布局的飞机，发动机对机动飞行的影响也是明显的，之所以不被人们认识是因为我们对它的研究不够。

    首先，发动机本身对飞机的机动存在巨大的影响。在大推力条件下，飞机的速度维持能力较好，飞机就表现出较好的机动性能，而当推力不足时，你就会感觉飞机不抗拉，飞机的姿态变化迅速，而速度迅速消失，迎角也很快增加，很快就失去了机动能力。

    其二、发动机对于飞机大迎角区域的机动飞行影响是关键性的。对于螺旋桨飞机，发动机前置，拉力处于重心之前，在这种飞机上如果推重比大于1，理论上讲飞机是不怕进入失速的，因为一旦飞机进入失速只需加大发动机推力，飞机的速度迅速增加迎角就会减小到失速迎角之下，这就是为什么运动飞机可以在空中任意机动，即使进入落叶飘状态也会很快恢复的原因。

    其三，发动机进动对飞机的方向操控影响不可忽视。一般情况下喷气飞机飞行员感觉不到发动机进动的影响，是因为这种影响在大速度、中等推力下并不显著，不会对飞机运动轨迹产生较大影响，飞行员感觉不到进动的存在。一旦飞机速度较小而发动机推力较大时，进动就会使垂直机动中的飞机发生方向偏转。有时飞行员完成一套垂直机动后发现航向发生较大偏差，就会以为是没有控制好侧滑，或把原因归结为飞机气动不平衡，其实很多情况机动中的方向偏转是由于发动机进动造成的。为了克服发动机进动，在做垂直向上机动时，要有意识的抵舵消除进动对方向影响，抵舵的方向与进动方向相反，而机动方向可以用右手法则，根据发动机旋转矢量和飞机运动矢量来确定。

传统的飞机不能完成超机动，是因为发动机推力基本是与飞机纵轴平行或重叠的，在俯仰和方向上不会产生操纵力矩。

    超机动的基本原理

    我们在前面介绍过，常规机动是空气动力机动，即在飞机具有一定速度的情况下，由于迎角的改变产生附加升力，形成向心力，使飞机产生曲线运动。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。

    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。

    俄罗斯人在矢量推力技术的研发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。

    超机动的基本运动模式和操控

    首先我们要了解，超机动并非任何条件下都可以运用，由于飞机机头指向的直接迅速变化，将使迎角和侧滑角发生急剧变化，在速度较大的情况下，这种变化将会引起升力和侧力的急剧增加，对飞机的机体和人的生理将形成巨大的破坏，因此超机动只能在速度小于400km/h以下的情况下运用。另外，超机动中的运动模式通常不是由飞行员选择的，只要矢量推力系统通道接通，在控制飞机操纵界面时，飞机将由飞控系统根据当时的条件，自动选择舵面还是矢量喷口操纵模式，如在速度较大时，飞行员蹬舵将驱动方向舵做缓慢偏航运动，而当速度较小时，则选择矢量推力使飞机机头指向发生变化，形成一个小半径无坡度转弯。

    水平机动 水平机动时根据飞行条件和飞行员的操控指令，通过方向舵和矢量喷口偏转，使飞机机头偏航，同时飞控系统根据传感器获得的飞机运动反馈指令，操控舵面控制飞机的俯仰和坡度平衡。

    垂直机动 垂直机动时根据飞行员的俯仰操纵指令，通过平尾和矢量喷口的偏转，使飞机产生绕横轴的运动，同时控制系统根据运动反馈，操控舵面控制飞机的坡度平衡。

    滚转和方向组合运动在机头向上的落叶飘状态下，根据飞行员的指令控制矢量喷口和副翼、方向舵，使飞机通过适当的滚转和偏航瞬间改变机头指向，使飞机运动轨迹形成任意角度的变化。同时根据飞机的运动反馈，控制飞机的三轴平衡。

    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。将上述三种基本机动任意组合，飞机的机动动作将变化无穷。

    超机动的战术意义

    在人们以为隐身空战时代已经到来的时候，世界各国在四代机的研发中不约而同地选择了矢量推力，可见人们对于超机动重视。那么在隐身超视距攻击时代，超机动到底有什么作用呢？

    首先，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。

    其次，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，从而达到死里逃生的目的。

    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！

    补遗：机动飞行中的过载与向心力

    许多飞行员对于过载的认识，总是与飞机曲线运动的向心力联系在一起，其实过载和向心力并非一会事。

    在完整的垂直机动过程中，如果始终保持5个过载进行机动，在底边进入时，飞机的等效向心力是4，而在垂直向上和向下时，等效向心力为5，而在定点飞机倒扣状态下，等效向心力为6，因此如果飞机做等过载垂直机动，其转弯半径是变化的，底边时半径最大，顶点时半径最小，这是需要特别说明之处。




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