第七百九十九章 課堂之能量機動三

第七百九十九章 課堂之能量機動三

對5g過載線圖，圖的作法沒什麼兩樣，但由於誘導阻力的存在，使得飛機機動飛行的SEP表現各異，下面是同一戰鬥機在ny=5時SEP的高度-速度包線圖。

從圖中我們可以看到：

1，該戰鬥機受發動機推力限制的、能進行ny≥5的持續機動(如穩定盤旋)包線，即圖中Ps=O米／秒曲線包括的範圍。曲線本身表示恰好可以保持5g的穩定盤旋(不減速，不掉高度)，而在曲線內部，該戰鬥機能在進行5g盤旋時加速或爬升，或者能用更大的過載進行穩定盤旋。

從圖中可以看到，該機在25000英尺的亞、跨音速範圍能進行不小於5g的穩定盤旋，在15000英尺以下一定的亞音速範圍內還能同時保持SEP≥100米／秒。把這張圖和其他戰鬥機同樣的圖對比，就能知道它們各自機動佔優勢的區域。

這裡的機動包線只考慮了發動機的推力限制，實際上它還要綜合考慮翼載荷、相應高度-速度下的最大可用升力係數(越大越好)和結構強度的限制。不過通常發動機推力限制的機動包線範圍越大，戰鬥機的實際機動包線也越大，也就越容易在空戰格鬥中佔據優勢。

2，該機在中低空速度太低、或高空時不能進行5g持續機動。

該戰鬥機5g、1g過載線圖最大的區別是5g線圖在中低空低速和高空時出現的情況，原因是在這種狀態下做5g機動動作時，阻力已遠遠大於發動機的可用推力。也就是說，在這種狀態下進行5g機動時必然會減，(減速到一定程度後還會掉高度的現象。

所以在圖中SEP為0米／秒的區域，5g盤旋不能持續，只能是減速盤旋(瞬時盤旋)，但從圖中我們只能看到在一定高度-速度下，該機要做5g持續盤旋所欠缺的SEP，並不能確定在這個高度—速度該機能不能進行ny=5的減速盤旋，這要由它的翼載荷、相應高度-速度下的最大可用升力係數和結構強度共同決定。

因此，SEP線圖不能用來分析戰鬥機的瞬時盤旋效能，這是它的一個侷限。

3，減小誘導阻力能有效提高戰鬥機的能量特性。

誘導阻力在總阻力中所佔的比例和飛行速度有關，如果飛機平飛，那麼速度比較小時誘導阻力是主要的，但這個比例隨著速度的增大而減小，在跨、超音速範圍比例可能下降到5％以下。

但是在機動飛行時情況就不一樣了，因為誘導阻力和ny的平方成正比，也就是說，在同樣的高度-速度下，當ny=5時，誘導阻力將增加到1g時的25倍。

所以，在大過載機動時誘導阻力是最主要的，如果能儘量減小它，就能很有效地改善戰鬥機的SEP特性，通常要完成同樣的機動動作，如果能把誘導阻力降低7％，就能把對發動機可用推力的要求降低約5％。

誘導阻力對能量的影響在一定程度上可以用來分析我們的F-11和F-12模擬格鬥對抗的結果：F-11的推重比明顯不如F-12，但它採用了能根據飛行狀態自動連續調節的變後掠翼佈局，在格鬥機動時能明顯減小誘導阻力，所以它與F-12在SEP上差距不會有想像的那麼大，尤其是在低速和格鬥機動時。

這樣，空戰格鬥中其他影響因素就更加容易體現出來了，模擬的結果是F-11勝20次，負1次，雙方平手4次。

除了以上兩種線圖，根據能量機動理論還可以繪製出縱向過載(nx)的能量機動圖，這是反映飛機在各高度-速度下的加速效能、能量機動效率圖，這是反映飛機在各高度-速度下消耗單位燃油量可以獲得的能量增量等，把這些圖綜合起來，就能在很大的程度上準確評判一架戰鬥機各個方面的機動效能。

SEP圖的解讀大致就是這麼一回事，並不複雜，是不是希望能對諸位理解能量機動理論有所幫助。

我們的飛機設計特點是這樣的，由於黎明發動機公司的介入以及用能量機動理論作設計指導，使得F-12有了正確的設計方向，也為後來優良的機動性打下堅實的基礎，為了進一步瞭解F-12B的設計特點，這裡對能量機動性和相應飛機設計引數之間的關係作一簡單介紹。

盤旋能力是戰鬥機的一個重要機動性指標，那麼擁有什麼樣的盤旋能力才能在空戰中佔據優勢呢?

能量機動理論對此的描述是，在假定其他影響因素(包括飛機穩定性、操縱品質、武器、飛行員技術等)相同的情況下，兩架以同樣速度飛行的飛機通常以進行最小半徑盤旋時不損失高度的一方具有優勢，或者說，在不損失高度和速度(亦即能量)的前提下，盤旋半徑小的一方通常具有優勢。

在穩定盤旋中，機翼所提供的升力不僅要平衡飛機自身的重力，還需要提供盤旋所需的向心力，需要特別指出的是，這裡的平衡不僅包括大小，還包括方向。

升力與飛機自身重力之比，就是我們所謂的過載，以重力加速度g表示，和我們通常想像的不同，在穩定盤旋條件下，過載唯一決定於飛機的坡度。

例如，當飛機坡度為60°和78．5°時，對應的過載分別是2g和5g，而根據物理知識，在給定了過載以後飛機的盤旋半徑和速度平方成正比，換句話說，在過載一定的前提下，兩架不同的飛機同速飛行時具有相同的盤旋半徑。

當然，這個說法不完全正確，因為過載和盤旋半徑還要受到機翼最大可用升力係數和平飛時翼載的限制，在給定的高度和速度條件下，機翼最大可用升力係數決定了盤旋中所能產生的最大升力，翼載則決定了最大升力中用於提供向心力的比例有多大，正是因為如此，不同飛機的盤旋能力也是千差萬別的。

此外，還有兩個引數也限制了飛機的盤旋能力。

首先，在給定的高度和速度條件下，飛機阻力隨機翼升力係數的增大而迅速增大(其增大速度和幅度取決於機翼設計和馬赫數)，因此即使機翼產生的升力足夠，而發動機可用推力不足以平衡由此產生的巨大阻力的話，飛機就會掉高度，這在空戰中是相當不利的。

因此要進行大過載穩定盤旋，發動機推力必須足夠大。

此外，還有一個往往被忽略的因素就是飛機的配平能力，機翼的高升力會產生巨大的俯仰力矩，如果縱向配平能力不足，飛機就會失控。

以上這些被約翰-伯伊德等人以理論形式描述出來，這就是能量機動性。

其中有一個關鍵性引數，即單位重量剩餘功率(SEP)。

其計算公式為：(飛機推力-阻力)x速度／飛機重量，其絕對值恰好等於相應高度的飛機爬升率。

從飛機的飛行力學關係可知，飛機加速效能和爬升效能都與SEP成正比，飛機的其他效能引數，如穩定盤旋效能、升限等也都與SEP有關，只有瞬時盤旋效能與最大可用升力係數及翼載荷有關，與SEP無關。

瞭解了這些，就不難明白F-12B低翼載、高推重比的由來以及這種設計所產生的作用。

也許有人已經注意到，上面所提到的基本上都和穩定盤旋效能相關，而瞬時機動性卻幾乎隻字不提，這是因為在F-12設計的年代，由於武器射擊條件的限制，飛機設計強調的是穩定機動能力，而瞬時機動性成為飛機設計重點以及相關的角度空戰戰術的提出，則是20世紀80年代以後的事了，未來的重點也在這裡。