變穩(wěn)飛機：“空中魔術(shù)師”

在現(xiàn)實世界、網(wǎng)絡游戲或影視作品中，或許你見過殲擊機、轟炸機、運輸機，并對它們多少有所了解。但是，有一種飛機，你很可能聞所未聞。

它“養(yǎng)在深閨”很少露面，它的外形與其他飛機相近，即使邂逅你也可能對它熟視無睹。

它，就是變穩(wěn)飛機。讓我們今天一睹它的“廬山真面目”。

空中試驗和訓練平臺

變穩(wěn)飛機：“空中魔術(shù)師”

■郭良民 謝 安

法國隼20變穩(wěn)飛機。資料圖片

空中飛行模擬器應運而生

變穩(wěn)飛機在航空界有“空中魔術(shù)師”的美譽。它的“魔法”在于它可以“以一當十”，模仿多種飛機的飛行特征。

為什么要去模仿其他飛機的飛行特征？原因并不復雜，主要是為了給“打造”新一代戰(zhàn)機或新一代試飛員、飛行員提供評估環(huán)境與參考。

“打造”新一代戰(zhàn)機或新一代試飛員、飛行員的“活兒”，可不是只有變穩(wěn)飛機能干。在變穩(wěn)飛機出現(xiàn)以前，地面飛行模擬器早就在從事這項工作，而且“表現(xiàn)出色”。

最早的地面飛行模擬器由美國人林克制造，它的改進型在二戰(zhàn)中為美國培訓了大量飛行員。二戰(zhàn)后，電子技術(shù)和計算機技術(shù)迅猛發(fā)展，地面飛行模擬器的性能也“水漲船高”。同時，這也催生了新的需求——建造并運用空中飛行模擬器。

人們在長期使用地面飛行模擬器過程中發(fā)現(xiàn)，在真實空中環(huán)境“缺位”的情況下進行測試與訓練，有時得出的結(jié)果與實際飛行狀況存在較大偏差，有的甚至非常致命。在進行地面飛行模擬訓練，參訓人員無法獲得空中飛行時的真實心理變化體驗，心理素質(zhì)無法得到有效鍛煉。

既然一些問題需要在空中解決，那么就打造一種試驗性飛機?？墒?，要培養(yǎng)的試飛員、飛行員所駕駛機型各不相同，要測試、評估的新飛機情況千差萬別，不可能執(zhí)行一次任務就打造一款新試驗性飛機。于是，可用同一架飛機來滿足不同新機類似需求的變穩(wěn)飛機應運而生。

美國Learjet變穩(wěn)飛機。

變穩(wěn)飛機的核心硬件平臺

變穩(wěn)飛機實現(xiàn)變穩(wěn)有一個大的前提，那就是電傳操縱系統(tǒng)的出現(xiàn)與應用。

以前，飛機運用的是機械操縱傳動系統(tǒng)，舵面操縱的“一舉一動”，往往要靠飛行員腳蹬手拉來完成。電傳操縱系統(tǒng)的出現(xiàn)，就像是給飛行員配了一個“秘書”——變穩(wěn)飛控計算機。飛行員操縱飛機時，只需將要達成的目的作為“命令”下達給“秘書”，“秘書”就會自行完成具體任務的分配，并將指令發(fā)送給控制各個舵面的作動器等。

變穩(wěn)飛控計算機的這種能力，為向其加載其他飛機控制模型數(shù)據(jù)、實現(xiàn)空中飛行模擬提供了可能。

如果說擁有電傳操縱系統(tǒng)只是具備了變穩(wěn)的平臺條件的話，那么變穩(wěn)飛機的主要“本領”——模擬特定飛機的飛行品質(zhì)，其核心硬件平臺則是變穩(wěn)飛機擁有一個變穩(wěn)系統(tǒng)艙。

變穩(wěn)系統(tǒng)艙內(nèi)有一套變穩(wěn)系統(tǒng)，主要由變穩(wěn)飛控計算機、模擬座艙儀表的多功能顯示器、有可變特性的操縱駕駛桿、為飛控計算機發(fā)送指令的構(gòu)型控制器、飛機特征數(shù)據(jù)等組成。

在實際飛行操作中，駕駛員從變穩(wěn)飛控計算機中調(diào)用模擬對象機的數(shù)據(jù)模型，屏幕上就會顯示出這一型號飛機的座艙儀表圖案，駕駛桿操縱、飛行狀態(tài)也會相應地體現(xiàn)出該型飛機的特征。

選擇不同模擬對象機的數(shù)據(jù)模型，變穩(wěn)飛機就會呈現(xiàn)出不同模擬對象機的飛行特征。對同一個對象機，通過調(diào)整相關(guān)參數(shù)，其飛行品質(zhì)會呈現(xiàn)出不同變化。

如此，變穩(wěn)飛機就有了作為空中試驗和訓練平臺來模擬其他飛機飛行特征和飛行品質(zhì)的能力。

法國幻影ⅢB變穩(wěn)飛機。

變穩(wěn)飛機施展“魔法”有風險

既然只是模擬其他飛機的飛行品質(zhì)，那變穩(wěn)飛機是不是相當于“帶著地面飛行模擬器在空中飛一遭”？事情并不是這么簡單。

變穩(wěn)飛機施展“魔法”的主場在空中，主要目的之一是在真實飛行環(huán)境中尋求航空飛行技術(shù)的突破與創(chuàng)新。這種突破與創(chuàng)新不僅包括對高性能新機的空中飛行模擬驗證，也包括對先進飛行控制技術(shù)的研究，還包括對試飛員的培訓等。這些工作的共同特點是——或多或少是“在走前人未走過的路”，而填充空白意味著要冒很大風險。

在這種情況下，把飛機操作權(quán)限交給變穩(wěn)系統(tǒng)艙，每一次的“試錯”或者“填補空白”都可能成為事故的開端。為此，變穩(wěn)飛機不得不采取一整套方案來確保安全。

一是采用了相對統(tǒng)一的構(gòu)型——除變穩(wěn)系統(tǒng)艙外，還設置有正常操作系統(tǒng)艙，由安全飛行員操控。一旦變穩(wěn)系統(tǒng)艙飛行員或試飛員控制飛機時出現(xiàn)意外情況，安全飛行員就會立即全權(quán)限介入，以確保變穩(wěn)飛機和機上人員的安全。

二是盡量用成熟的機型來改裝變穩(wěn)飛機。如Learjet變穩(wěn)飛機來自里爾噴氣機，而里爾噴氣機最初設計來源于瑞士的P-16攻擊機。發(fā)動機動力強勁、安全性好、飛行速度快，是里爾噴氣機當選的重要原因。

俄羅斯用圖-154客機改裝變穩(wěn)飛機也是同樣的原因。盡管圖-154客機因墜機問題遭到不少非議，但客觀地講，該型客機是主流客機中唯一沒有因為設計問題而出現(xiàn)過重大事故的機型。

三是推進變穩(wěn)飛機的更新?lián)Q代。出于對更加先進的飛行控制技術(shù)的探索，對設計更加前衛(wèi)的新機的模擬驗證，以及訓練高級試飛員等方面的需求，變穩(wěn)飛機的研制也不可能“一勞永逸”，也需要更新?lián)Q代。

20世紀40年代末，美國研制出世界上第一架變穩(wěn)飛機F-4U之后，俄羅斯、英國、法國等國家也相繼成功研制了變穩(wěn)飛機。時至今日，世界上的航空發(fā)達國家已普遍實現(xiàn)了變穩(wěn)飛機的更新?lián)Q代，競相研制出幾乎能模擬所有類型飛機的變穩(wěn)飛機，同時形成了一套完整的空中飛行模擬實驗體系。

這種努力，不僅使變穩(wěn)飛機的平臺功能、模擬性能、模擬精度、模擬范圍以及應用領域不斷提高和拓展，而且使“空中魔術(shù)師”能更加安全、順利、高效地開展各種試驗。

英國Besset變穩(wěn)飛機。

“空中魔術(shù)師”發(fā)展前景廣闊

從一定意義上來講，變穩(wěn)飛機就是為研制新機和不斷尋求航空飛行技術(shù)突破而生。對圖紙上的設計參數(shù)“預先研判”及可對新機飛行特征進行模擬的特點，使它幾乎在絕大多數(shù)新戰(zhàn)機研制中不可或缺。

現(xiàn)代先進戰(zhàn)機的研發(fā)，日益注重應用高新技術(shù)，尤其是跨代戰(zhàn)機，其往往會大量采用具有開創(chuàng)性的理念與技術(shù)，這些技術(shù)要融入新型戰(zhàn)機，必須降低其可能帶來的風險。借助變穩(wěn)飛機來進行驗證，就成為一條捷徑。

而且，為盡力縮短新戰(zhàn)機從研發(fā)到列裝使用的時間，最大程度地占據(jù)先發(fā)優(yōu)勢，也需要變穩(wěn)飛機“伸出援手”。

隨著全球航空界對無人機需求的不斷增長，當下變穩(wěn)飛機的應用在逐步向無人機領域拓展，這將使變穩(wěn)飛機的地位作用變得更加重要。

未來需求強勁，而眼下其發(fā)展態(tài)勢同樣昭示著廣闊的應用前景。可模擬的飛機機型變多，對目標機的飛行特征體現(xiàn)得更加明顯，模擬成效明顯，各國對變穩(wěn)飛機的信任度提升……不少國家甚至規(guī)定，新型飛機在服役之前必須由變穩(wěn)飛機為其“把脈”；在新研制的戰(zhàn)機首飛前，飛行員必須經(jīng)過變穩(wěn)飛機的訓練，以確保飛行安全。

上圖為美國X-22變穩(wěn)飛機。供圖：陽明

不僅如此，變穩(wěn)飛機的其他用途也使其“前程遠大”，如可用來講解或教授飛行控制系統(tǒng)的設計，演示不同系統(tǒng)參數(shù)對飛機穩(wěn)定性、機動性等方面的影響，開展人機工效、綜合電子系統(tǒng)研究等。

變穩(wěn)飛機發(fā)展前景廣闊的原因，還來自其驕人的效費比。以試飛員訓練為例，在變穩(wěn)飛機上，他們可以在短時間內(nèi)體驗多種特情，這些特情在實際飛行中則需要很多次起落才可能遇到。即使按照“同等條件、同等效能下低成本取勝”的觀點，具備更多本領的變穩(wěn)飛機顯然也有其繼續(xù)“走紅”的理由。