[2010.12.09] 射流控制飞机的升降

技术观察

射流控制飞机的升降

航空:无需副翼控制的飞机重量更轻，隐身性更好，也更易于维护保养

2010年12月9日 打印版

空中翻滚的新方式

如果您乘坐的一架航班的座位正好位于客舱中段的靠窗位置，抬头向外观望，您就可以清楚地看到，机翼是由许多可以运动的部件所组成。虽然机翼的外形提供了飞机的升力，但驾驶员还需要通过调节掠过机翼的气流来操纵飞机。莱特兄弟通过使用一种叫做机翼变形控制（Wing Warping）的系统解决了这个难题，这个系统靠滑轮和绳索使机翼改变成不同的形状。然而这种方法很快就被副翼的使用取而代之。副翼是一种铰链连接的可动部件，能减少结构应力并提高飞机控制的灵敏度，深得人们的青睐。

但副翼使机翼的结构趋于复杂并增加了机翼的重量。副翼还增大了飞机的雷达反射面，而隐形飞机的设计师们希望能够消除这种雷达反射。寻找一种不靠副翼来控制飞机的方案想法很好，但同时也要避免改变整个机翼形状的麻烦。英国的一组研究人员认为他们自有锦囊妙计。

英国宇航系统公司（BAE）是一家防务承包商。由BAE系统公司与克兰菲尔德大学和九所其它英国大学共同设立了一个“无襟翼飞行器综合工业研究项目”（FLAVIIR）。该项目研究小组的开创性成果是一架被称为“恶魔”（Demon）的遥控无人机，该机采用三角型机翼，翼展2.7米，由一台小型喷气发动机驱动。这些丝毫没有什么离奇之处。但除了常见的副翼外，该机的机翼上安装了该项目的工程师们称之为“射流控制”的装置。

飞机一般都是通过改变机翼表面形状来改变掠过机翼的气流方向，但射流控制装置将压缩空气从狭槽中喷出，以此改变机翼表面的气流方向。“恶魔”无人机三角翼上的每一边都在后缘上部装有一排这种狭槽，在后缘下部也装了一排。当一侧机翼上的一排狭槽喷出的空气压力大于另一排，就导致了掠过机翼后缘的气流偏向上方或偏向下方，与副翼起到的作用完全相同，飞机随之上升或下降。而副翼在这架飞机上是作为备用装置，以防射流控制装置没有如设想那样工作而启用，结果成了多余之物。
  

FLAVIIR项目的研究人员为射流控制技术而开发了一系列新的设计。菲利普•约翰（Philip John）是该项目的技术负责人，他说“恶魔”无人机是将压缩空气导入机翼后缘的一个气腔内。气腔内装有一个气缸，这个气缸颇为有点不寻常，它可以通过旋转改变上、下气腔的容积，使两者产生容积差。在“恶魔”无人机上，空气来自一个单独驱动的压缩机，但在正式生产的机型上，空气可以由发动机导出。

一旦通过“恶魔”无人机的试验收集到足够的数据，可能要么是制造一架更大的试验飞机，要么就是改装一架现有的飞机，并在这架飞机上进行射流控制系统的试验。飞行物在无约束的状态下有升降、俯仰和转向这三维运动状态。 “恶魔”无人机上的控制系统成功地控制了飞机的升降，这引起了工程师们的设想，是否可以将水平尾翼上控制俯仰的升降舵和垂直尾翼上的转向舵同样地分别用喷射控制系统来取代。工程师们希望通过使用喷射控制系统能够减轻飞机的重量，使飞机更易于维护。此外，采用该系统还可以隐身，使敌人难以觉察。