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歼20极限下每平米压力高达十吨 飞行员如何拉动鸭翼
www.wforum.com | 2017-03-18 03:36:31  新浪 | 0条评论 | 查看/发表评论

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  按照一般规律,歼20这类高性能的战斗机,在以最大速度飞行的时候,飞机表面每平方米的压力可以达到9.5吨以上,靠人力是不可能拉动气动面偏转的

  飞行员要操纵飞机,就要通过拉动驾驶杆、踩踏脚蹬的方式,驱使飞机的气动面进行偏转。

  在最古老的飞机——以及现在的民用轻型和超轻型飞机上,驱使飞机气动面偏转的动力,就来自于飞行员手臂和腿部的发力。但是随着尺寸和重量的急剧加大、飞行速度(高空高速和低空高速又大有不同)的急剧提高、飞机机动性的大幅增强与稳定性的急剧下降,都会使飞机并不甘于听话。

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  图:最古老的飞机上,以及现在的轻型和超轻型飞机上;飞行控制系统的信号、动力,都来自于飞行员的手脚动作

  也许它会根本就无视飞行员的操纵,也许飞行员根本拉不动杆、蹬不动舵;也许飞行员下达的指令会形成完全无法预计、以至于刚好相反的结果;甚至飞机能以非常直接的形式报复飞行员——比如平尾等气动面,在气流的冲击作用下,反过来带动驾驶杆猛烈的反弹或者乱动,打伤、甚至打断飞行员的手。

  在一百多年的航空史上,这些看似让人难以接受的例子全都真实的发生过,很多航空先驱就此血洒长空。这些连绵不断的问题,促使飞机的飞行控制系统不断进化着,实际上这正是人类飞行史发展中极为重要的一根主线。

  我们正在用越来越复杂、越来越先进的技术和工程方案;使那些内心深处的真正性格变得越来越微妙而又狂暴不安的钢铁猛禽,变得就像小狗一样听话。最终的结果是,对于飞行员来说,飞行操纵本身确实变得越来越简单了。

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  图:飞机上的液压系统不仅要驱动气动面偏转,也为起落架、舱门等结构提供动力

  比如在驱动气动面偏转的动力来说,目前高性能飞机里,从二战末期开始应用的液压助力系统在现阶段真正占据着压倒性的统治地位。发动机带动主液压泵高速旋转形成巨大的压力,依靠液体不可压缩(严格的说是非常困难)的特性,借助液压油将动力在液压管道中传递向各个气动面伺服机构,驱动气动面的偏转。

  和早期就在飞机上投入运用的电动力相比,液压助力系统有着非常多的缺陷。由于存在着大量的高压液体管路、泵阀设备,液压系统结构复杂、可靠性比较差,而且设计制造、安装维护的难度也都要高的多。比如液压油的污染问题导致了一半以上的液压系统故障现象,但是加注油液时存在外来杂质、管路内部形成的金属碎屑等都是很难避免的问题。

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  图:二代机和早期三代机,液压系统压力多在21MPa

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  图:歼10飞控系统的电传部分,在技术、功能、性能上,对苏27是压倒性的代差优势;但是在液压部分,则要落后一代,仅有21MPa级别

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  图:在幻影2000之后,苏27也采用了28MPa级别液压,它的液压技术在被中国吸收消化以后,运用在了歼20和FC31上

  而在这个每平方厘米面积上充斥着高达210~350公斤巨大压力(21-35MPa)的管路系统中,各种振动沿着油液不断传递;如果设计上对于振动处理不慎,极易在某些部位形成共振,并导致快速的疲劳破损。而一旦液压油泄露的太多,飞机就会失去操纵能力;由此带来的飞机坠毁事故,无论是美国、欧洲、苏联还是中国都多次发生过。

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  图:超级大黄蜂的液压系统比F22、歼20、T50都更先进,采用21/35MPa两级设计,在计算机控制下自动调节

  但是在极长的时间内——包括可预见的未来,也只有液压系统才能在较小的体积、重量占用的情况下,提供极大的操纵功率和输出力矩,其它的一切缺陷都不足以掩饰这个优点。比如同样是现在最先进的液压伺服系统和机电伺服系统,在相同重量的情况下,前者的功率可以达到后者的10~30倍。(作者署名:候知健)

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