什么是稳定飞机?

IFSTA(综合飞行试验模拟飞机)意为“综合飞行试验模拟飞机”,又称多轴稳定器。由K8教练机改装而成,这种改装可以模拟复杂的飞行状态,代号K-8V,具有高级教练机的一些特点。K-8V可以模拟各种战斗机在空中的飞行特性。甚至在下一代战斗机研制出来之前,就可以将图纸上的设计参数输入到它的模拟设备中进行模拟飞行,从而达到验证、评估、优化和训练的目的。目前该设备可以加载8组参数,模拟8种飞机的特性。洪都集团在研发K-8V时,寻求与美国卡尔斯班公司等西方集团合作。然而,一方面不允许西方公司向中国出口先进的航空技术,另一方面要价太高。美国国家实验学校已经表示愿意合作,但只是在培训方面。洪都最终主要靠自己的力量完成了K-8V的研制。根据洪都设计师与英国宇航公司的沟通,发现双方虽然从未在多轴稳定领域合作过,但走的是同一条路,甚至用的几乎是同一款软件。与歼6改进的BW -1单轴稳定器相比,K-8V采用了具有余度和机械保障的电传飞控系统,实现了三轴稳定,是一种实用的变稳试验机型。未来K-8V将发展为五轴稳定,配备光纤传输飞行控制系统,实现发动机的数字化全权限控制。

IFSTA飞行模拟试验机由中国飞行试验研究院负责,中国航空附件研究所、航空计算技术研究所、南昌飞机公司参与。空中飞行模拟器又称变稳飞机,其特点是通过专门的自动控制系统改变系统或飞机的稳定性,从而模拟其他飞机特性,甚至模拟新设计的飞机在空中的飞行特性。试验机于1991年底研制,1997年6月首飞成功,1998年9月完成验收试飞并投入应用研究。

IFSTA研制的最终目标是实现具有五个自由度(三轴旋转特性、升力特性和推/阻特性)的机载飞行模拟器,配备可变的人感特性、可编程的多功能显示系统和完善的机载测试系统。可以满足除直升机以外的大部分军用和民用飞机的相关技术验证和机载模拟要求。由于新型号研制的迫切需要和资金原因,IFSTA试验机在工程实现上采用了两步走的方案,即第一步完成三自由度(三个转轴)的变稳定控制,然后加入直接升力和推力/阻力的自动控制,从而提供了一个完美的姿态和轨迹响应模拟。试验机主要用于:飞行动力学和飞行品质研究;飞行控制新技术和新方案的研究和验证;试飞研究,如新飞机/系统的试飞方法、参数辨识方法、评估方法等;新飞机飞行模拟试验的鉴定和首飞飞行员的训练:研究人机界面,特别是人机回路对飞行品质的影响;地面模拟器验证及地面模拟与飞行试验相关性研究:试飞员培训。

IFSTA以南长飞机公司研制的K8喷气式教练机为原型,前座舱改为飞行员座舱进行试验评估。电传系统工作时,前舱飞行员控制飞机,完成测试评估任务。作为安全/教员座舱,后舱保留了原机完整的操纵系统和飞行仪表系统。当变稳系统未连接(即断开)时,安全飞行员可以使用原机的机械控制系统控制飞机,安全/教员飞行员控制飞机/系统的工作模式(状态)和测试参数的选择。变稳系统的操纵舵机通过离合器与原机的机械操纵系统并联。变稳系统工作时,离合器闭合,前舱飞行员通过变稳系统控制飞机。当变稳系统失效或正常断开时,飞机可以由后舱飞行员控制。

增加的系统包括:变稳系统:数字双余度可编程电传飞控系统,可全时工作,有全权;系统可预装八组系统/飞机参数或模型;配备标准航电总线接口、地面测试专用接口和飞行测试接口;系统具有良好的用户开发界面;采用BIT检测,完善安全保障措施;当系统失效或飞机反应超过极限时,可以选择人工/自动切断稳定电传系统。可编程多功能显示系统:数字和计算机成像:可以模拟对目标的跟踪和攻击;研究开发各种显示格式(抬头显示和低头显示);可以完成空中进近着陆等虚拟任务的仿真显示。自动配平系统:变稳电传操纵系统工作后,自动将升降舵的稳定铰链力矩限制在8n·m(相当于2 kg的杠杆力)。机载测试系统:可记录飞机、系统和飞行员的语音参数,具有遥测传输能力。可变人感系统:能满足军用和民用飞机操纵特性的模拟;提供力/位移四个冗余指令;提供两自由度边条控制指令,中心和边条可随时更换。飞机/系统进行了改装:电源系统、液压系统、控制系统、仪表系统、导航系统、飞机结构、照明系统、起落架。

IFSTA投入使用后,已完成了多种型号仿真和专项验证研究,如新机首席试飞员的群训、PIO(飞行员诱发振荡)研究、新机飞行控制系统控制律验证和品质评估、某型导弹地形识别系统验证试飞、新机颤振激励系统(FES)验证试飞以及大量试飞员培训和教学试飞等。此外,试验机研制成功后,与国外试飞员学校、试飞研究单位、空军及相关研究机构就试飞员培训、稳定器设计及应用技术等进行了广泛交流,并得到了高度评价。

1998期间,我国自行研制的某新型战机首飞队电传飞控系统,进行了K-8V稳定器电传飞控飞行特性训练和飞行品质评估演示。经过训练和演示,试飞员的评价表明,新战机的进近和着陆更加逼真,特别是人的感觉系统和飞机的姿态角响应逼真;纵横向逼真,略带航向阻尼感;飞行员在空中可以明显体验到不同参数变化时飞行品质的变化,是一种很好的教学训练手段。可用于这种新型战斗机和其他电传操纵飞机的试飞员训练。