變穩(wěn)飛機(jī)：“空中魔術(shù)師”

在現(xiàn)實(shí)世界、網(wǎng)絡(luò)游戲或影視作品中，或許你見(jiàn)過(guò)殲擊機(jī)、轟炸機(jī)、運(yùn)輸機(jī)，并對(duì)它們多少有所了解。但是，有一種飛機(jī)，你很可能聞所未聞。

它“養(yǎng)在深閨”很少露面，它的外形與其他飛機(jī)相近，即使邂逅你也可能對(duì)它熟視無(wú)睹。

它，就是變穩(wěn)飛機(jī)。讓我們今天一睹它的“廬山真面目”。

空中試驗(yàn)和訓(xùn)練平臺(tái)

變穩(wěn)飛機(jī)：“空中魔術(shù)師”

■郭良民 謝 安

法國(guó)隼20變穩(wěn)飛機(jī)。資料圖片

空中飛行模擬器應(yīng)運(yùn)而生

變穩(wěn)飛機(jī)在航空界有“空中魔術(shù)師”的美譽(yù)。它的“魔法”在于它可以“以一當(dāng)十”，模仿多種飛機(jī)的飛行特征。

為什么要去模仿其他飛機(jī)的飛行特征？原因并不復(fù)雜，主要是為了給“打造”新一代戰(zhàn)機(jī)或新一代試飛員、飛行員提供評(píng)估環(huán)境與參考。

“打造”新一代戰(zhàn)機(jī)或新一代試飛員、飛行員的“活兒”，可不是只有變穩(wěn)飛機(jī)能干。在變穩(wěn)飛機(jī)出現(xiàn)以前，地面飛行模擬器早就在從事這項(xiàng)工作，而且“表現(xiàn)出色”。

最早的地面飛行模擬器由美國(guó)人林克制造，它的改進(jìn)型在二戰(zhàn)中為美國(guó)培訓(xùn)了大量飛行員。二戰(zhàn)后，電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)迅猛發(fā)展，地面飛行模擬器的性能也“水漲船高”。同時(shí)，這也催生了新的需求——建造并運(yùn)用空中飛行模擬器。

人們?cè)陂L(zhǎng)期使用地面飛行模擬器過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在真實(shí)空中環(huán)境“缺位”的情況下進(jìn)行測(cè)試與訓(xùn)練，有時(shí)得出的結(jié)果與實(shí)際飛行狀況存在較大偏差，有的甚至非常致命。在進(jìn)行地面飛行模擬訓(xùn)練，參訓(xùn)人員無(wú)法獲得空中飛行時(shí)的真實(shí)心理變化體驗(yàn)，心理素質(zhì)無(wú)法得到有效鍛煉。

既然一些問(wèn)題需要在空中解決，那么就打造一種試驗(yàn)性飛機(jī)?？墒?，要培養(yǎng)的試飛員、飛行員所駕駛機(jī)型各不相同，要測(cè)試、評(píng)估的新飛機(jī)情況千差萬(wàn)別，不可能執(zhí)行一次任務(wù)就打造一款新試驗(yàn)性飛機(jī)。于是，可用同一架飛機(jī)來(lái)滿(mǎn)足不同新機(jī)類(lèi)似需求的變穩(wěn)飛機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。

美國(guó)Learjet變穩(wěn)飛機(jī)。

變穩(wěn)飛機(jī)的核心硬件平臺(tái)

變穩(wěn)飛機(jī)實(shí)現(xiàn)變穩(wěn)有一個(gè)大的前提，那就是電傳操縱系統(tǒng)的出現(xiàn)與應(yīng)用。

以前，飛機(jī)運(yùn)用的是機(jī)械操縱傳動(dòng)系統(tǒng)，舵面操縱的“一舉一動(dòng)”，往往要靠飛行員腳蹬手拉來(lái)完成。電傳操縱系統(tǒng)的出現(xiàn)，就像是給飛行員配了一個(gè)“秘書(shū)”——變穩(wěn)飛控計(jì)算機(jī)。飛行員操縱飛機(jī)時(shí)，只需將要達(dá)成的目的作為“命令”下達(dá)給“秘書(shū)”，“秘書(shū)”就會(huì)自行完成具體任務(wù)的分配，并將指令發(fā)送給控制各個(gè)舵面的作動(dòng)器等。

變穩(wěn)飛控計(jì)算機(jī)的這種能力，為向其加載其他飛機(jī)控制模型數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)空中飛行模擬提供了可能。

如果說(shuō)擁有電傳操縱系統(tǒng)只是具備了變穩(wěn)的平臺(tái)條件的話(huà)，那么變穩(wěn)飛機(jī)的主要“本領(lǐng)”——模擬特定飛機(jī)的飛行品質(zhì)，其核心硬件平臺(tái)則是變穩(wěn)飛機(jī)擁有一個(gè)變穩(wěn)系統(tǒng)艙。

變穩(wěn)系統(tǒng)艙內(nèi)有一套變穩(wěn)系統(tǒng)，主要由變穩(wěn)飛控計(jì)算機(jī)、模擬座艙儀表的多功能顯示器、有可變特性的操縱駕駛桿、為飛控計(jì)算機(jī)發(fā)送指令的構(gòu)型控制器、飛機(jī)特征數(shù)據(jù)等組成。

在實(shí)際飛行操作中，駕駛員從變穩(wěn)飛控計(jì)算機(jī)中調(diào)用模擬對(duì)象機(jī)的數(shù)據(jù)模型，屏幕上就會(huì)顯示出這一型號(hào)飛機(jī)的座艙儀表圖案，駕駛桿操縱、飛行狀態(tài)也會(huì)相應(yīng)地體現(xiàn)出該型飛機(jī)的特征。

選擇不同模擬對(duì)象機(jī)的數(shù)據(jù)模型，變穩(wěn)飛機(jī)就會(huì)呈現(xiàn)出不同模擬對(duì)象機(jī)的飛行特征。對(duì)同一個(gè)對(duì)象機(jī)，通過(guò)調(diào)整相關(guān)參數(shù)，其飛行品質(zhì)會(huì)呈現(xiàn)出不同變化。

如此，變穩(wěn)飛機(jī)就有了作為空中試驗(yàn)和訓(xùn)練平臺(tái)來(lái)模擬其他飛機(jī)飛行特征和飛行品質(zhì)的能力。

法國(guó)幻影ⅢB變穩(wěn)飛機(jī)。

變穩(wěn)飛機(jī)施展“魔法”有風(fēng)險(xiǎn)

既然只是模擬其他飛機(jī)的飛行品質(zhì)，那變穩(wěn)飛機(jī)是不是相當(dāng)于“帶著地面飛行模擬器在空中飛一遭”？事情并不是這么簡(jiǎn)單。

變穩(wěn)飛機(jī)施展“魔法”的主場(chǎng)在空中，主要目的之一是在真實(shí)飛行環(huán)境中尋求航空飛行技術(shù)的突破與創(chuàng)新。這種突破與創(chuàng)新不僅包括對(duì)高性能新機(jī)的空中飛行模擬驗(yàn)證，也包括對(duì)先進(jìn)飛行控制技術(shù)的研究，還包括對(duì)試飛員的培訓(xùn)等。這些工作的共同特點(diǎn)是——或多或少是“在走前人未走過(guò)的路”，而填充空白意味著要冒很大風(fēng)險(xiǎn)。

在這種情況下，把飛機(jī)操作權(quán)限交給變穩(wěn)系統(tǒng)艙，每一次的“試錯(cuò)”或者“填補(bǔ)空白”都可能成為事故的開(kāi)端。為此，變穩(wěn)飛機(jī)不得不采取一整套方案來(lái)確保安全。

一是采用了相對(duì)統(tǒng)一的構(gòu)型——除變穩(wěn)系統(tǒng)艙外，還設(shè)置有正常操作系統(tǒng)艙，由安全飛行員操控。一旦變穩(wěn)系統(tǒng)艙飛行員或試飛員控制飛機(jī)時(shí)出現(xiàn)意外情況，安全飛行員就會(huì)立即全權(quán)限介入，以確保變穩(wěn)飛機(jī)和機(jī)上人員的安全。

二是盡量用成熟的機(jī)型來(lái)改裝變穩(wěn)飛機(jī)。如Learjet變穩(wěn)飛機(jī)來(lái)自里爾噴氣機(jī)，而里爾噴氣機(jī)最初設(shè)計(jì)來(lái)源于瑞士的P-16攻擊機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力強(qiáng)勁、安全性好、飛行速度快，是里爾噴氣機(jī)當(dāng)選的重要原因。

俄羅斯用圖-154客機(jī)改裝變穩(wěn)飛機(jī)也是同樣的原因。盡管圖-154客機(jī)因墜機(jī)問(wèn)題遭到不少非議，但客觀(guān)地講，該型客機(jī)是主流客機(jī)中唯一沒(méi)有因?yàn)樵O(shè)計(jì)問(wèn)題而出現(xiàn)過(guò)重大事故的機(jī)型。

三是推進(jìn)變穩(wěn)飛機(jī)的更新?lián)Q代。出于對(duì)更加先進(jìn)的飛行控制技術(shù)的探索，對(duì)設(shè)計(jì)更加前衛(wèi)的新機(jī)的模擬驗(yàn)證，以及訓(xùn)練高級(jí)試飛員等方面的需求，變穩(wěn)飛機(jī)的研制也不可能“一勞永逸”，也需要更新?lián)Q代。

20世紀(jì)40年代末，美國(guó)研制出世界上第一架變穩(wěn)飛機(jī)F-4U之后，俄羅斯、英國(guó)、法國(guó)等國(guó)家也相繼成功研制了變穩(wěn)飛機(jī)。時(shí)至今日，世界上的航空發(fā)達(dá)國(guó)家已普遍實(shí)現(xiàn)了變穩(wěn)飛機(jī)的更新?lián)Q代，競(jìng)相研制出幾乎能模擬所有類(lèi)型飛機(jī)的變穩(wěn)飛機(jī)，同時(shí)形成了一套完整的空中飛行模擬實(shí)驗(yàn)體系。

這種努力，不僅使變穩(wěn)飛機(jī)的平臺(tái)功能、模擬性能、模擬精度、模擬范圍以及應(yīng)用領(lǐng)域不斷提高和拓展，而且使“空中魔術(shù)師”能更加安全、順利、高效地開(kāi)展各種試驗(yàn)。

英國(guó)Besset變穩(wěn)飛機(jī)。

“空中魔術(shù)師”發(fā)展前景廣闊

從一定意義上來(lái)講，變穩(wěn)飛機(jī)就是為研制新機(jī)和不斷尋求航空飛行技術(shù)突破而生。對(duì)圖紙上的設(shè)計(jì)參數(shù)“預(yù)先研判”及可對(duì)新機(jī)飛行特征進(jìn)行模擬的特點(diǎn)，使它幾乎在絕大多數(shù)新戰(zhàn)機(jī)研制中不可或缺。

現(xiàn)代先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)的研發(fā)，日益注重應(yīng)用高新技術(shù)，尤其是跨代戰(zhàn)機(jī)，其往往會(huì)大量采用具有開(kāi)創(chuàng)性的理念與技術(shù)，這些技術(shù)要融入新型戰(zhàn)機(jī)，必須降低其可能帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。借助變穩(wěn)飛機(jī)來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證，就成為一條捷徑。

而且，為盡力縮短新戰(zhàn)機(jī)從研發(fā)到列裝使用的時(shí)間，最大程度地占據(jù)先發(fā)優(yōu)勢(shì)，也需要變穩(wěn)飛機(jī)“伸出援手”。

隨著全球航空界對(duì)無(wú)人機(jī)需求的不斷增長(zhǎng)，當(dāng)下變穩(wěn)飛機(jī)的應(yīng)用在逐步向無(wú)人機(jī)領(lǐng)域拓展，這將使變穩(wěn)飛機(jī)的地位作用變得更加重要。

未來(lái)需求強(qiáng)勁，而眼下其發(fā)展態(tài)勢(shì)同樣昭示著廣闊的應(yīng)用前景?？赡M的飛機(jī)機(jī)型變多，對(duì)目標(biāo)機(jī)的飛行特征體現(xiàn)得更加明顯，模擬成效明顯，各國(guó)對(duì)變穩(wěn)飛機(jī)的信任度提升……不少?lài)?guó)家甚至規(guī)定，新型飛機(jī)在服役之前必須由變穩(wěn)飛機(jī)為其“把脈”；在新研制的戰(zhàn)機(jī)首飛前，飛行員必須經(jīng)過(guò)變穩(wěn)飛機(jī)的訓(xùn)練，以確保飛行安全。

上圖為美國(guó)X-22變穩(wěn)飛機(jī)。供圖：陽(yáng)明

不僅如此，變穩(wěn)飛機(jī)的其他用途也使其“前程遠(yuǎn)大”，如可用來(lái)講解或教授飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，演示不同系統(tǒng)參數(shù)對(duì)飛機(jī)穩(wěn)定性、機(jī)動(dòng)性等方面的影響，開(kāi)展人機(jī)工效、綜合電子系統(tǒng)研究等。

變穩(wěn)飛機(jī)發(fā)展前景廣闊的原因，還來(lái)自其驕人的效費(fèi)比。以試飛員訓(xùn)練為例，在變穩(wěn)飛機(jī)上，他們可以在短時(shí)間內(nèi)體驗(yàn)多種特情，這些特情在實(shí)際飛行中則需要很多次起落才可能遇到。即使按照“同等條件、同等效能下低成本取勝”的觀(guān)點(diǎn)，具備更多本領(lǐng)的變穩(wěn)飛機(jī)顯然也有其繼續(xù)“走紅”的理由。