[科普中國(guó)]-過(guò)失速機(jī)動(dòng)

過(guò)失速機(jī)動(dòng)就是飛機(jī)在超過(guò)失速迎角之后，仍然有能力完成可操縱的戰(zhàn)術(shù)機(jī)動(dòng)。它主要用在為占據(jù)有利位置的機(jī)動(dòng)飛行中。 失速迎角：失速過(guò)程與飛機(jī)的飛行姿態(tài)和迎角有線(xiàn)性關(guān)系，所以通常也用飛機(jī)失速時(shí)的臨界迎角表示該飛機(jī)的機(jī)動(dòng)能力，這就是失速迎角。

實(shí)際運(yùn)用現(xiàn)代空戰(zhàn)中,制導(dǎo)武器大量使用，但制導(dǎo)武器是依賴(lài)前期的雷達(dá)鎖定信息的，機(jī)載雷達(dá)的照射視線(xiàn)是有方向性的，而且制導(dǎo)武器本身的制導(dǎo)裝置也是有方向性的。因此，將對(duì)方盡快納入你的雷達(dá)視野或盡快逃出對(duì)方雷達(dá)或制導(dǎo)武器的視野是攻防的要素。如果飛機(jī)總在速限以上飛行，則無(wú)論轉(zhuǎn)彎還是爬升，其動(dòng)作都會(huì)很大，時(shí)間也較長(zhǎng)，不利于鎖定和反鎖定。過(guò)失速機(jī)動(dòng)就是要求飛機(jī)在超過(guò)自身失速迎角的大迎角狀態(tài)下，對(duì)飛機(jī)的姿態(tài)做出調(diào)整，從而達(dá)到瞬間改變敵我態(tài)勢(shì)的目的的一種機(jī)動(dòng)形式。

戰(zhàn)機(jī)在進(jìn)入目視格斗狀態(tài)之后，攻擊機(jī)要使目標(biāo)機(jī)盡快進(jìn)入自己允許的發(fā)射區(qū)，目標(biāo)機(jī)則要擺脫攻擊機(jī)并伺機(jī)反擊。這種情況下，飛機(jī)最重要的性能是最大瞬時(shí)盤(pán)旋角速度。一般說(shuō)來(lái)飛機(jī)的最大瞬時(shí)盤(pán)旋角速度在馬赫數(shù)0.4-0.6之間最大，所以要在格斗中爭(zhēng)取角度優(yōu)勢(shì)，就要求飛機(jī)能從最大馬赫數(shù)盡快地減速至中、低速度。飛機(jī)在進(jìn)行過(guò)失速機(jī)動(dòng)時(shí)，由于大迎角下自身受到的氣動(dòng)阻力較大，飛機(jī)的速度可以迅速降低，有利于偏轉(zhuǎn)機(jī)頭實(shí)施快速對(duì)敵指向，或在轉(zhuǎn)彎中盡快減速和改變方向使敵機(jī)沖過(guò)目標(biāo)，這在近距格斗中具有很高的空戰(zhàn)效能。

然而，在傳統(tǒng)的飛行理論中，飛機(jī)的迎角是不能夠超過(guò)失速迎角的，否則就會(huì)失速，進(jìn)入尾旋甚至墜毀。隨著現(xiàn)代航空科技的發(fā)展，通過(guò)采用推力矢量技術(shù)等方法，已經(jīng)使飛機(jī)有可能超過(guò)失速迎角飛行了。

空戰(zhàn)中最頻繁發(fā)生的是低空和超低空近距空戰(zhàn)。近距空戰(zhàn)中最重要的作戰(zhàn)品質(zhì)就是迅速瞄準(zhǔn)敵機(jī)的能力，即在攻擊中不僅能快速地改變自身的速度矢量，還能使自己始終處于對(duì)手轉(zhuǎn)彎半徑的內(nèi)側(cè)，這樣就能使自己更快速地進(jìn)入攻擊位置，先敵開(kāi)火。過(guò)去的空戰(zhàn)由于作戰(zhàn)飛機(jī)的剩余功率較小，因而十分強(qiáng)調(diào)搶占高度的機(jī)動(dòng)能力，以達(dá)到以高度獲取速度的目的。現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)在中等速度下剩余功率都很大，加速性都很好，爬升率都很高，速度上已經(jīng)沒(méi)有多大的差距，因此通過(guò)過(guò)失速機(jī)動(dòng)獲取更有力的角度優(yōu)勢(shì)，就成為了捷徑。

技術(shù)內(nèi)涵飛機(jī)的過(guò)失速機(jī)動(dòng)是一種非常規(guī)機(jī)動(dòng)動(dòng)作，也稱(chēng)為"超機(jī)動(dòng)"。它是指當(dāng)飛機(jī)實(shí)際迎角超過(guò)失速迎角、在飛行速度很小的狀態(tài)下，飛機(jī)還能處于受控狀態(tài)，仍能按照有關(guān)操縱指令，迅速改變飛行速度矢量和機(jī)頭指向的一種戰(zhàn)術(shù)機(jī)動(dòng)。這種過(guò)失速機(jī)動(dòng)不需要很大的機(jī)動(dòng)過(guò)載，有利于快速發(fā)射和回避格斗導(dǎo)彈，有效攻擊敵機(jī)和保護(hù)自己。過(guò)失速機(jī)動(dòng)的內(nèi)涵是：駕駛員拉桿使飛機(jī)由常規(guī)飛行狀態(tài)以高俯仰速率作大角度躍升，使其迎角迅速達(dá)到30°～40°左右的失速迎角，并在減速過(guò)程中使迎角增大到70°左右，此時(shí)駕駛儀還能正常操縱飛機(jī)繞速度矢量軸滾轉(zhuǎn)或偏航，以便獲得快速機(jī)頭轉(zhuǎn)向或快速機(jī)身瞄準(zhǔn)能力，隨后推桿減小迎角退出失速，轉(zhuǎn)為俯沖增速恢復(fù)到常規(guī)飛行狀態(tài)。飛機(jī)的常規(guī)機(jī)動(dòng)一般是靠控制過(guò)載來(lái)實(shí)現(xiàn)。第三代戰(zhàn)斗機(jī)的最大過(guò)載已經(jīng)達(dá)到9g，受到人的生理限制，其過(guò)載已經(jīng)不可能再增大。而直接力控制等非常規(guī)機(jī)動(dòng)的機(jī)動(dòng)能力一般偏小，只適用于作精確瞄準(zhǔn)和軌跡修正。因此，在對(duì)第四代戰(zhàn)斗機(jī)研制過(guò)程中，提出了過(guò)失速機(jī)動(dòng)概念，并將其作為第四代戰(zhàn)斗機(jī)的特征之一。實(shí)際上早在20世紀(jì)70年代中期，德國(guó)MBB公司就開(kāi)始研究傳統(tǒng)上認(rèn)為無(wú)用的飛行區(qū)域、過(guò)失速區(qū)及在過(guò)失速區(qū)機(jī)動(dòng)的空戰(zhàn)效能。通過(guò)理論分析、數(shù)字仿真、空戰(zhàn)模擬臺(tái)試飛發(fā)現(xiàn)，過(guò)失速機(jī)動(dòng)可以顯著改善近距格斗能力和減小飛行員對(duì)超機(jī)動(dòng)的疑慮，近距格斗中期望的最大失速迎角為70°，并且認(rèn)為過(guò)失速機(jī)動(dòng)必須依賴(lài)于推力矢量控制和數(shù)字式電傳控制。在20世紀(jì)80年代初，德國(guó)赫伯斯特（W．B．Herbst）博士首先提出"過(guò)失速機(jī)動(dòng)"概念，并對(duì)此作了大量研究，得出一些重要研究成果，推薦了一些超機(jī)動(dòng)動(dòng)作、失速機(jī)動(dòng)的速度與高度范圍及獲得失速機(jī)動(dòng)必須的飛機(jī)推重比和操縱效率。赫伯斯特博士所給出的結(jié)論對(duì)于失速機(jī)動(dòng)技術(shù)的研究和推力矢量控制技術(shù)的應(yīng)用具有重要指導(dǎo)意義。

具有過(guò)失速機(jī)動(dòng)能力的飛機(jī)應(yīng)具備兩個(gè)基本特點(diǎn)：過(guò)失速飛機(jī)的實(shí)際迎角遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其失速迎角；在過(guò)失速狀態(tài)下，飛機(jī)具有繞其三個(gè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的能力。同時(shí)具備這兩個(gè)基本特點(diǎn)的飛機(jī)才是真正具有過(guò)失速機(jī)動(dòng)的飛機(jī)。依據(jù)以上兩條，對(duì)著名的"眼鏡蛇"機(jī)動(dòng)進(jìn)行一下分析：當(dāng)飛機(jī)處于大失速迎角下，即飛機(jī)在過(guò)失速狀態(tài)下，"眼鏡蛇"機(jī)動(dòng)只具有繞機(jī)體橫軸轉(zhuǎn)動(dòng)的能力，即控制俯仰姿態(tài)的能力，而并不具備繞立軸的偏轉(zhuǎn)和繞縱軸的滾轉(zhuǎn)能力，即飛機(jī)還不能隨意機(jī)動(dòng)。因此"眼鏡蛇"機(jī)動(dòng)只是跨進(jìn)了過(guò)失速領(lǐng)域，達(dá)到了過(guò)失速狀態(tài)，還不能算是真正意義上的超機(jī)動(dòng)。

根據(jù)赫伯斯特博士的研究，要進(jìn)行超機(jī)動(dòng)的飛機(jī)必須要滿(mǎn)足一系列條件，即其判斷準(zhǔn)則是：

飛機(jī)在俯仰、偏航和滾轉(zhuǎn)三個(gè)通道應(yīng)具有足夠的操縱能力，在馬赫數(shù)低到0．1、迎角達(dá)到70°時(shí)仍能保持較高的操縱效率，為此需要采用推力矢量控制技術(shù)，并且應(yīng)選用推重比大于1．2的高性能發(fā)動(dòng)機(jī)；

飛機(jī)需要采用閉環(huán)控制和先進(jìn)的氣動(dòng)布局以便具有的低速、大迎角穩(wěn)定性；

飛機(jī)應(yīng)能轉(zhuǎn)得快、加減速快，即具有在很短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生很大的瞬時(shí)角速度的能力。

1985年6月，美、德合作研制了X－29A、X－31A和 F－18HARV系列驗(yàn)證機(jī)，來(lái)驗(yàn)證飛機(jī)的超機(jī)動(dòng)能力。除X－29A外，其他兩型均采用推力矢量控制。這三架飛機(jī)都已飛入過(guò)失速區(qū)，其機(jī)動(dòng)性、敏捷性都有很大的提高。X－29A最大迎角達(dá)68°，X－31A和 F－18HARV已飛至70°迎角，并完成了一些機(jī)動(dòng)動(dòng)作。1993年5月，X－31A驗(yàn)證機(jī)首次完成了難度最大的赫伯斯特機(jī)動(dòng)（即180°急轉(zhuǎn)彎）。1995年巴黎航展中，該驗(yàn)證機(jī)又成功進(jìn)行了4種動(dòng)作的過(guò)失速機(jī)動(dòng)表演，令世人矚目，認(rèn)為過(guò)失速障礙已被突破。俄羅斯對(duì)該技術(shù)極為重視，并且已取得許多重大成果。1989年第38屆巴黎國(guó)際航展，前蘇聯(lián)的蘇－27戰(zhàn)斗機(jī)首次表演了"眼鏡蛇"機(jī)動(dòng)，令在場(chǎng)觀(guān)眾嘆為觀(guān)止。此后該機(jī)在其他航展和各種飛行表演時(shí)，又多次完成該動(dòng)作。其他國(guó)家如以色列也利用遙控模型飛機(jī)完成了正向和反向的"眼鏡蛇"機(jī)動(dòng)等許多超機(jī)動(dòng)動(dòng)作。通過(guò)對(duì)飛機(jī)過(guò)失速機(jī)動(dòng)20多年的深入研究，其已經(jīng)取得了很多研究成果，并在工程上得到一定應(yīng)用。美國(guó)的第四代戰(zhàn)機(jī)F－22、法國(guó)的"陣風(fēng)"、俄羅斯的蘇－35等新式戰(zhàn)斗機(jī)在設(shè)計(jì)之初就非常重視過(guò)失速機(jī)動(dòng)設(shè)計(jì)，并擁有較強(qiáng)超機(jī)動(dòng)能力，其中典型戰(zhàn)機(jī)F－22已經(jīng)達(dá)到迎角60°以上的超機(jī)動(dòng)實(shí)戰(zhàn)能力。1

戰(zhàn)術(shù)優(yōu)勢(shì)飛行包線(xiàn)得到擴(kuò)展隨著戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境日趨惡化，未來(lái)戰(zhàn)斗機(jī)應(yīng)具有超視距、視距內(nèi)和近距空戰(zhàn)能力，因此對(duì)戰(zhàn)斗機(jī)的作戰(zhàn)區(qū)域提出了更廣泛要求。具有過(guò)失速機(jī)動(dòng)能力的戰(zhàn)斗機(jī)可憑借其高推重比發(fā)動(dòng)機(jī)迅速進(jìn)入超聲速區(qū)域，進(jìn)行超視距空戰(zhàn)；利用推力反向技術(shù)迅速減速至亞聲速區(qū)，實(shí)施視距內(nèi)空戰(zhàn)；通過(guò)超機(jī)動(dòng)，使空戰(zhàn)速度迅速減小至過(guò)失速范圍（100km/h左右），在飛行包線(xiàn)以外的區(qū)域?qū)嵤┰诘退贄l件下的近距格斗。由此可見(jiàn)空戰(zhàn)范圍將會(huì)向高度和速度的兩極發(fā)展，其飛行包線(xiàn)會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展。

能力效率得到提高近距格斗攻擊能力及空戰(zhàn)效率進(jìn)一步提高

在近距格斗時(shí)，戰(zhàn)斗機(jī)瞬時(shí)角速度越高，及早發(fā)射格斗導(dǎo)彈機(jī)會(huì)越大，取得戰(zhàn)場(chǎng)主動(dòng)權(quán)的幾率越大。而超機(jī)動(dòng)能使瞬時(shí)角速度得到較大提高，達(dá)到40°～50°/s，因而在格斗中能迅速抓住戰(zhàn)機(jī)，提高近距格斗空戰(zhàn)能力。以近距格斗時(shí)實(shí)施"眼鏡蛇"機(jī)動(dòng)為例（如圖1所示），當(dāng)具備"眼鏡蛇"機(jī)動(dòng)能力的A機(jī)和不具備"眼鏡蛇"機(jī)動(dòng)能力的B機(jī)在盤(pán)旋格斗時(shí)，A機(jī)實(shí)施"眼鏡蛇"機(jī)動(dòng)構(gòu)成開(kāi)火機(jī)會(huì)。當(dāng)常規(guī)戰(zhàn)斗機(jī)B與能作"眼鏡蛇"機(jī)動(dòng)的戰(zhàn)斗機(jī) A在位置1處于盤(pán)旋均勢(shì)情況下，A機(jī)實(shí)施"眼鏡蛇"機(jī)動(dòng)，就可能在位置3將機(jī)頭指向B機(jī)，使B機(jī)落入A機(jī)格斗導(dǎo)彈離軸角范圍內(nèi)，從而構(gòu)成開(kāi)火條件。在圖2中B機(jī)與A機(jī)處于同一方向飛行的均勢(shì)條件，當(dāng)B機(jī)作躍升，A機(jī)作"眼鏡蛇"機(jī)動(dòng)時(shí)，在位置3、4處，A 機(jī)就有開(kāi)火的機(jī)會(huì)。如果能作理想的超機(jī)動(dòng)，其"指向－發(fā)射"能力比"眼鏡蛇"機(jī)動(dòng)更強(qiáng)，攻擊對(duì)方的機(jī)會(huì)也就更多了。

同時(shí)，過(guò)失速機(jī)動(dòng)也使駕駛員節(jié)省了體力，提高空戰(zhàn)效率。在以往空戰(zhàn)中，傳統(tǒng)戰(zhàn)斗機(jī)一般需要作6～8g的急劇機(jī)動(dòng)來(lái)跟蹤或擺脫敵機(jī)，這會(huì)使飛行員體力消耗過(guò)大，空戰(zhàn)效率降低。采用超機(jī)動(dòng)技術(shù)戰(zhàn)斗機(jī)在擺脫敵機(jī)時(shí)，飛行速度會(huì)很小，過(guò)載一般為2g左右，駕駛員體力消耗較小，可有充沛體力進(jìn)行空戰(zhàn)。

機(jī)動(dòng)規(guī)避效果增強(qiáng)近距空戰(zhàn)的機(jī)動(dòng)規(guī)避效果進(jìn)一步增強(qiáng)

傳統(tǒng)格斗空戰(zhàn)時(shí)，處于被動(dòng)的一方通常采取急轉(zhuǎn)彎、急劇升降等動(dòng)作來(lái)破壞對(duì)方開(kāi)火條件（未進(jìn)入有效射程時(shí)）；或采取急劇減速，迫使敵方前沖，使己方轉(zhuǎn)被動(dòng)為主動(dòng)（在有效射程內(nèi)）。在未來(lái)近距格斗空戰(zhàn)中，這種戰(zhàn)術(shù)依然有效，但超機(jī)動(dòng)將使這種戰(zhàn)術(shù)的運(yùn)用效果得到極大提高。因?yàn)槌瑱C(jī)動(dòng)既可成倍增大瞬時(shí)角速度，將對(duì)方甩在轉(zhuǎn)彎外側(cè)，破壞其開(kāi)火條件，又能充分利用氣動(dòng)阻力進(jìn)行突然減速，速度減小到失速速度以下，與對(duì)方構(gòu)成極大的速度差，這樣規(guī)避戰(zhàn)術(shù)就能靈活運(yùn)用。

有效擺脫導(dǎo)彈追蹤擺脫空空導(dǎo)彈追蹤更加有效

空空導(dǎo)彈制導(dǎo)體制大致可分為雷達(dá)制導(dǎo)、紅外制導(dǎo)及復(fù)合制導(dǎo)等方式。對(duì)于雷達(dá)制導(dǎo)的空空導(dǎo)彈，因超機(jī)動(dòng)時(shí)飛機(jī)速度急劇減小，對(duì)方機(jī)載火控雷達(dá)會(huì)短時(shí)間丟失目標(biāo)，無(wú)法繼續(xù)對(duì)空空導(dǎo)彈進(jìn)行制導(dǎo)，造成導(dǎo)彈失的；對(duì)于紅外制導(dǎo)的導(dǎo)彈由于超機(jī)動(dòng)飛機(jī)突然收小油門(mén)和尾部沖前，可使導(dǎo)彈紅外導(dǎo)引頭接受的紅外輻射能量急劇降低而丟失目標(biāo)；此外飛機(jī)超機(jī)動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)彎角速度大，可使近距離跟蹤的導(dǎo)彈過(guò)載劇增，以致超載而丟失目標(biāo)。

存在問(wèn)題首先，戰(zhàn)機(jī)超機(jī)動(dòng)能力的實(shí)現(xiàn)，除了氣動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)、推力矢量等技術(shù)外，還需要相適應(yīng)的先進(jìn)飛控系統(tǒng)及顯示系統(tǒng)。因?yàn)槌^(guò)失速迎角、進(jìn)入失速禁區(qū)后，涉及大范圍非線(xiàn)性、非定常氣動(dòng)力及強(qiáng)耦合等問(wèn)題，飛機(jī)空氣動(dòng)力特性非常復(fù)雜。這種超機(jī)動(dòng)控制技術(shù)與常規(guī)飛控系統(tǒng)有很大不同，此時(shí)飛控系統(tǒng)必須發(fā)展成為綜合推進(jìn)一體化系統(tǒng)。同時(shí)橫向壓桿時(shí)產(chǎn)生繞速度矢量軸滾轉(zhuǎn)與大迎角時(shí)主要繞機(jī)體立軸偏航，可能使飛行員產(chǎn)生混淆，不清楚飛機(jī)在作什么機(jī)動(dòng)，因此必須采用專(zhuān)門(mén)的顯示裝置。需要與導(dǎo)彈的超機(jī)動(dòng)能力相配合，飛機(jī)的超機(jī)動(dòng)能力只有與導(dǎo)彈的過(guò)失速能力相配合才能充分發(fā)揮其空戰(zhàn)優(yōu)勢(shì)。

其次，對(duì)駕駛員的駕駛技術(shù)、戰(zhàn)場(chǎng)戰(zhàn)機(jī)的捕捉提出較高要求。駕駛員需要具備高超的駕駛技術(shù)，并且對(duì)交戰(zhàn)雙方態(tài)勢(shì)作出迅速準(zhǔn)確的判斷，否則戰(zhàn)機(jī)將稍縱即逝！同時(shí)由于只能在較近距離格斗時(shí)才能運(yùn)用超機(jī)動(dòng)，使己方飛機(jī)也暴露于敵機(jī)火力范圍內(nèi)，遭到敵機(jī)攻擊的危險(xiǎn)性增大。

最后，在超機(jī)動(dòng)時(shí)，飛機(jī)短時(shí)間呈現(xiàn)一種“懸掛”和“滯止”狀態(tài)，在多機(jī)空戰(zhàn)中容易受到其他敵機(jī)的攻擊，因此超機(jī)動(dòng)最適宜一對(duì)一的空戰(zhàn)，而不適宜于多機(jī)作戰(zhàn)。同時(shí)超機(jī)動(dòng)雖然在快速偏轉(zhuǎn)機(jī)頭實(shí)施對(duì)敵指向、或在轉(zhuǎn)彎過(guò)程中盡快減速和改變飛行方向，引誘敵機(jī)沖過(guò)目標(biāo)等方面非常有用，但大迎角狀態(tài)下的超機(jī)動(dòng)不利于飛機(jī)的航跡機(jī)動(dòng)。2

具體實(shí)例美國(guó)和德國(guó)聯(lián)合研制的X-31，就是用于進(jìn)行過(guò)失速機(jī)動(dòng)技術(shù)驗(yàn)證的驗(yàn)證機(jī)。它已經(jīng)完成過(guò)飛行迎角達(dá)74度的赫布斯特（Herbst）機(jī)動(dòng)。

最著名的過(guò)失速機(jī)動(dòng)則應(yīng)該是俄羅斯的蘇-27飛出的眼鏡蛇機(jī)動(dòng)，它曾經(jīng)讓全世界的人震驚。

突破音速被稱(chēng)作突破“音障”；飛行速度提高到馬赫數(shù)大于3之后，克服了高速帶來(lái)的高熱問(wèn)題，被稱(chēng)為突破“熱障”；如果成功的超越了失速迎角，也就突破了“失速障”。1

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

張靜 - 副教授 - 西南大學(xué)