“眼镜蛇”机动分析

水寿松

    在1989年的法国巴黎航展上，前苏联的功勋试飞员Л·普加乔夫驾驶他的388号座机表演了令人瞠目结舌的“普加乔夫眼镜蛇”机动，轰动了整个航展，同时也成为航空界当年的头条新闻。
　　
一.“眼镜蛇”动作过程剖析
　　
飞行员在进入“眼镜蛇”动作前，先将飞机调整到进入速度（单座型约400km/h，双座型430km/h），从平飞状态先带一点杆，待飞机形成小的上升角后以便以极快的动作拉杆到底，并保持这一杆位。发动机的转速调至略超过平飞的需要。
　　
苏-27的上仰跟随性非常好，几乎在杆向后移动的同时就迅速开始上仰转动，极短的时间便形成了很大的上仰转动角速度，产生略大于4g的载荷，此时前缘襟翼自动打开到最大。
　　
约0.15秒时，上仰转动角速度达到最大值，轨迹开始向上弯曲；
　　
0.2秒时，飞机仰角约38°；
　　
0.4秒时，飞机仰角达到62°左右，全机焦点前移，飞机继续快速上仰，而平尾的相对迎角从负转到正，对全机的力矩贡献也由上仰转为俯冲，对上仰转动起到阻尼作用。飞行员开始加大推力，轨迹继续向上弯曲，飞机的气动力减小，并在阻力方向的投影分量开始增加，飞机迅速减速。
　　
0.6秒时，飞机仰角达到约73°，机翼已进入深失速，平尾也失速，气动阻力明显加大，不仅使飞机继续减速，对上仰转动的阻尼也明显加大，转动角速度明显减小，但飞机继续上升。
　　
1秒时，飞机继续保持上仰转动和减速，约在2.5～3秒之间飞机仰角达到110～120°最大值，气动力合力已转到后下方，飞机轨迹开始向下弯曲，飞机从上仰转为下俯。
　　
接近5秒时，飞机迎角已恢复到30°左右，并开始增速。
接近5.5秒时，飞机恢复到进入迎角，
6秒时开始明显下降高度，几秒后飞行员已控制住飞机，进入下一个动作。

水寿松

二.“眼镜蛇”机动的主要特点
　　
从分析可以看出，飞机进入“眼镜蛇”动作后的0.1～0.2秒，上仰转动的角速度就达到了峰值200°/s。虽然绝大多数现代作战飞机的上仰转动角速度在理论上都在200°/s以上，但在实际飞行中很难达到，要受到飞机操纵律的限制，大表速时要防止飞机的过载荷超过允许值，小表速时要避免飞机进入失速。苏-27是充分利用放宽静稳定度（-4～±2%）实施“眼镜蛇”机动的。作动作时，飞行员取静稳定度为正值，并关闭电传操纵系统的迎角限制通道，再加上非正常减重和减油，使翼载荷降至270kg/m2以下，使上仰转动角速度迅速达到最大值，迎角大大超过正常值。
　　
飞行员在进入“眼镜蛇”动作的第1秒内就将杆迅速拉到底，并保持住这一杆位，平尾也保持在最大下偏位置，既保证了飞机不会向后仰翻，并可靠地使飞机迅速自动恢复低头。这也表明，在“眼镜蛇”的整个动作中，飞行员唯一所作的动作就是拉杆到底和调整发动机推力，飞机的恢复是完全自动实施的，飞行员不能控制。因此，“眼镜蛇”动作仅仅是一种被动式“上仰—恢复”的摆动过程。
　　
说到这儿，就不能不提到苏-27在飞行试验中的一段逸事：当时苏-27的首席试飞员普加乔夫在作大迎角飞行试验时，为了测试飞机的大迎角飞行能力，有意关闭了飞机的迎角限制器，他发现当拉杆使飞机迎角达到60～70°，飞机仍能稳定飞行。惊讶之余他仍然拉住驾驶杆不放，飞机的迎角居然达到了115°并随后自动恢复，在5秒内空速由400km/h降到了150km/h。由于该动作酷似眼镜蛇高高地抬起蛇头窥敌待击的动作，而且是由普加乔夫首创，故称其为“普加乔夫眼镜蛇”机动。

水寿松

三.苏-27的气动性能
　　
俄国人宣称：目前只有苏-27及其系列飞机才能作“眼睛蛇”机动。的确，目前西方国家的先进战斗机，包括F-22、F-16、阵风等高机动性飞机也未有此方面的报道。这是由苏-27独特的结构所决定的。
　　
“眼镜蛇”机动只能在小速度区进行，因而要求飞机有极好的升力特性。苏-27飞机采用了中等展弦比的大边条翼、中等后掠机翼布局，充分利用脱体涡的有利干扰，结合可变弯度、翼身融合技术及机身升力体技术，使全机具有失速迎角大，可用升力系数高、速度适用范围宽的突出性能，使其能在410km/h的小表速迅速拉出4g的载荷，而且最小速度只有125km/h，对于一架重达25吨的大型超音速战斗机是很不容易的。
　　
“眼镜蛇”动作既要求飞机在大迎角状态下应有很好的对称流场特性，同时也要求飞机在失速状态下对不对称流场反应较为迟钝。因为在失速状态下飞机处于一种高度的不稳定状态，对不对称流场的反应过于灵敏会导致飞机难以控制。苏-27的宽机身、中等后掠翼和大型双垂尾布局要比窄机身、大后掠翼、单垂尾布局的战斗机在这方面有更好的性能。如F-16、阵风这类战斗机要完成这样的动作，困难就较大。目前也没有这些飞机能完成该动作的报道。
　　
苏-27采用了翼下布置的直通式斜板调节二元超音速进气道，进气口成楔形，进气唇比较靠后，位于重心附近，进气喉下方装有百叶窗式辅助进气门。AL-31低涵道比涡扇发动机前级压比小，因而发动机能在M数0到2.5，迎角直至110°左右都能可靠的工作，即使飞机处于直立状态开满油门、尾喷口拖出黑烟时，工作仍很可靠。

水寿松

四.“眼镜蛇”机动究竟有没有战术意义呢？
　　
1、由于苏-27飞机在作“眼镜蛇”动作中，飞行员除了拉杆到底外，基本依靠飞机自身的特性完成全部动作，因而既不是常规机动或非常规机动，也不是过失速机动，只能算是迎角变化超常范围的大摆动。
　　
2.不能用于“突然减速”空战战术
　　
在一般的介绍中通常可以看到“该机动可以突然减速使得尾追的敌机减速不及而冲到前面去，使得空战形势逆转”。这种看法是片面的。如果把“眼镜蛇”机动用于这种战术，飞机就必须先将速度减至400～450km/h左右。这是现代空战的时间和紧迫性所难以接受的。其次，“眼镜蛇”动作虽然在俯仰方向和速度上变化激烈，但飞行轨迹平直，无论处于攻击或被攻击的状态都及为不利。最后，飞机在机动中垂直投影面积增加，相当于把自己宽大的背部暴露给了后面的对手，而且飞机此时正处于一种飞行员无法控制的状态，极易受到攻击。
　　
3、不能作机头指向机动
　　
“眼镜蛇”机动充其量只能作垂直方向的机头方向变化，停顿时间短，无法提供火控系统截获目标和发射导弹的时间。
　　
总之，一般认为“眼镜蛇”机动仅仅是一个演示飞机具有优异的低速、失速等综合气动性能的表演动作，在实战中有何意义值得怀疑。

水寿松

最后，介绍一下苏-27的两位“胞弟”苏-35和苏-37以及它们所完成的“钩转”机动和“超级眼镜蛇”机动。
苏-35
　　
首次露面是在1994年的范保罗航展。它与苏-27的主要区别就是安装在机翼前部的全动鸭翼。另外它安装了更先进的“甲虫”(Zhurk)雷达系统，尾部整流罩中安装了后视雷达，并装有向后发射导弹的特殊装置。它在表演中完成了一种名为“钩转”的机动。该机动象“眼镜蛇”机动一样将仰角拉至90°左右后，虽然飞机的机翼和平尾都处于失速状态，但是利用其全动鸭翼的差动仍可获得控制力矩，使飞机绕其轴线旋转。当机头改平后飞机轴线与飞行方向就有了一个大于90度的角，相当于作了一个半径为0的盘旋。与“眼镜蛇”不同的是，该机动具有真正的战术意义，它能够在大迎角、深失速的情况下主动改变机头的指向，并能够非常迅速地转弯，在实战中具有重大意义。可以说，该机已经具有一定的过失速机动能力。
苏-37
　　
于1995年在法国的巴黎航展中首度曝光。它的主要特点就是除了具有同苏-35一样的全动式鸭翼，还安装了俄罗斯留里卡—土星公司的АД-31Ж——一种具有二元推力矢量喷口的发动机。该发动机的尾喷管能够作±15°的偏转，因而使得战斗机飞行员可以在飞机进入超常迎角区后仍然有主动控制飞机指向的能力，以截获目标和发射导弹。二元推力矢量的应用，使得战斗机的机动飞行真正进入了一个“自由王国”，可以依赖发动机喷口的转向来自由的控制，不再完全依靠机翼和舵面的升力来控制飞机。因此这样的飞机往往可以作出令人无法想象的特殊动作，如苏-37表演的“倒遮筋斗”（超级眼镜蛇）动作。

linyufeng

很不错的例子

小亚

哪位兄台帮我翻译一下，有关空气动力学的资料。谢过了！
  
   
   It is important to note from Eqs.(1.15)through(1.19)that the aerodynamic force and moment coefficients can be obtained by integrating the pressure and skin friction coefficients over the body.This is a common procedure in both theoretical and experimental aerodynamics.In addition,although our derivations have used a two-dimensional body,an analogous development can be presented for three-d imensional bodies-the geometry and equations only get more complex and involved-the principle is the same.
   Example 1.1.Consider the supersonic flow over a 5° half-angle wedge at aero angle of attack,as sketched in Fig.1.16a,The freestream Mach number ahead of the wedge is 2.0,and the freestream pressure and density are  N/ and 1.23kg/ ,respectively(this corresponds to standard sea level conditions).The pressures on the upper and lower surfaces of the wedge are constant with distances and equal to each other,namely, = = x N/ ,as shown in Fig.1.16b.The pressure exerted on the base of the wedge is equal to P∞ .As seen in Fig.1.16c,the shear stress varies over both the upper and lower serfaces as τw=431 .The chord length,c,of the wedge is 2m.Calculate the drag coefficient for the wedge.

elite

从方程1.15到1.19可知:通过对此物体上压力与表面摩擦系数积分可以得出气动力与矩系数.这是一个在理论与实验空气动力学上常见的步骤.另外,尽管我们的推出式中考虑的是二维物体,对于三维物体也可得到一个数字拓展---仅仅几何形状和方程会更复杂,但所含原理是相同的.
   如图1.16(a)所示,例1.1考虑通过一个半角为5度的焊口的超音速气流(at aero angle of attack),焊口前的自由流马赫数分别为2.0,压强和密度为N/和1.23kg/(对应标准海平面情况).焊口上下面之间距离为常数,并且上下面相等,==xN/,如图1.16b所示.焊口基座承受压强等于P∞ .如图1.16(c),τw=431 ,剪切应力在上下面的分布不同.焊口的chord长度c为2m.计算焊口的拖曳系数.[br][br][以下内容由 elite 在 2006年03月19日 04:35pm 时添加] [br]
我还是大二本科生,翻译不当处请谅解!

wangyunfeng

楼上的挺牛的，看来这位同学前途不可限量

jamylb1892

我也帮忙 顶一下

nty168

确实不错哦，支持一下哦

zhitsing175

真的很漂亮！模拟的真好！
英文翻译的也是可圈可点，如果把“焊口”改为“机翼”或者“楔形物”，那就更好了。

bfd

呵呵，科普文章不错嘛

nuaamh2005

提点意见：据我所知，Su-37的发动机装的是三维矢量喷管，不是二维，你可以查查，F22是二维。

bomber

不错，帮顶