也谈第三代战斗机（下）

来源:用户上传      作者:

　　
　　操纵系统
　　
　　 飞行中飞机要实施机动，飞行员还必须通过操纵系统对飞机进行准确的操纵，因此，一套安全、有效、操纵和维护简单的操纵系统是必不可少的。
　　 第三代战斗机操纵系统是机械和电传并存的。在美国，比Ｆ－１６问世更早的战斗机，都采用了全液压无回力助力操纵系统，并设计了控制增稳回路，故这种操纵系统也称为控制增稳系统，如Ｆ－１５。
　　 由于采用了无回力助力装置，各个舵面上的空气动力形成的铰链力矩不能传到驾驶杆和脚蹬上来，飞行员没有力的感觉，使得飞行员不能根据操纵力的变化把握操纵量，准确操纵飞机也就变得非常困难。为了解决这个问题，在无回力助力系统中设计了载荷感觉机构，即杆力模拟装置，以为操纵者提供力的感觉。采用这一装置模拟杆力，使飞行员能够按照正常习惯对飞机实施操纵，杆力大小也适中，不会像老式机械操纵系统中大速度杆力过大、小速度杆力太小，让飞行员感到无所适从。
　　 这代战斗机大多采用了放宽静稳定度设计，亚音速飞行时飞机稳定性不足甚至不稳定，为满足飞行员对飞机稳定性和操纵品质的要求，设计了控制增稳系统来进行人工增稳。
　　 在控制增稳系统中，飞行员的操纵可分两路输出使舵面偏转：一路是通过不可逆助力操纵系统，即通过机械通道使舵面偏转；另一路由杆力传感器的输出信号经指令模型形成操纵特性所要求的信号，再通过放大器、舵机和助力器使舵面偏转。杆力传感器和指令模型所组成的反馈通道能增大系统传递系数，可选择较高的反馈增益，功能多于早期的人工增稳系统。在改善飞机操纵性、稳定性方面，增稳效果也比早期的有了显著提高，有利于提高飞机攻击时的跟踪和瞄准精度。
　　 从Ｆ－１６开始，美国设计的战斗机应用了电传操纵系统，其他国家的第三代战斗机绝大多数也采用了电传操纵系统。在电传操纵系统中，飞行员的操纵动作被转化为电信号，由机载计算机根据飞机当时的迎角、飞行Ｍ数等进行相应的处理后，通过电缆传到舵机，由舵机带动各个舵面偏转。使用电传操纵系统，去掉了传统的连杆、摇臂，操纵系统的重量大大减轻，座舱布局和电缆的分布也相当灵活，并能轻松实现余度技术。
　　
　　 所谓余度技术，就是用几套可靠性不够高的系统执行同一指令、完成同一工作任务，构成多重系统，也称余度系统。在该系统中，各个部分都具有故障监控和信号表决能力，一旦系统或系统中的一部分出现故障，系统本身具有故障隔离功能，有自动切除故障信号的能力。当系统中出现一个或数个故障，系统具有重新组织余下完好部分执行指令、完成任务的能力。目前第三代战斗机的电传操纵系统大多采用具有双故障工作能力的四余度系统。
　　 美国的Ｆ－１６战斗机和俄罗斯的苏－２７战斗机，采用的是四余度模拟式电传操纵系统。该系统具有以下特点：在飞机的纵向放宽了静稳定度，提高了飞机的机动性；在飞机的三轴方向上同时实施控制增稳，提供了精确控制和极好的操纵品质；具有双故障 ／ 工作的故障等级，安全性和完成任务的成功概率高；能自动限制迎角、过载，飞行员可以“无顾忌”地发挥飞机最大能力，而不必担心因疏忽或操纵失误造成失速；机内具有自检能力，可大大缩短为保证操纵系统处于良好飞行准备状态所必需的停飞维护时间。操纵系统与大气数据计算机、机载雷达、导航系统、军械控制系统均有交联。
　　 由于Ｆ－１６采用了电传操纵系统，设计高过载座舱就很容易，驾驶杆被安排在飞行员坐位右侧，实现了侧杆操纵，座椅后仰了３０度，从而提高了飞行员抗过载的能力，可保证飞机进行过载高达９ｇ的机动飞行。
　　 美国的Ｆ－１８、英国的“美洲虎”、瑞典的ＪＡＳ－３９“鹰狮”等战斗机，采用的是数字式电传操纵系统。和模拟式的操纵系统相比，具有更高的灵活性，容易实现多种逻辑运算和电子综合化，尤其是容易与自动驾驶仪、火控系统、导航系统、推力控制等交联，便于实现更为复杂的控制，从而使飞机的飞行性能和攻击精度获得明显提高。
　　 下一代战斗机的电传操纵系统均采用的是数字式电传操纵系统。
　　
　　武器火控系统
　　
　　 在第三代战斗机上，“一机多用”的设计思想得到了充分体现，这些战斗机同时具有空中拦截、格斗、突防和对地（水）面目标实施攻击的能力。空战中先敌发现、超视距攻击已经成为对这些战斗机最基本的要求，因此，它们装备有功能完善、性能出众的武器火控系统。概括起来，这些火控系统具有设备先进、火控原理新颖、综合化、多功能的特点。
　　 从“设备先进”来看，系统在攻击显示、火控计算、目标探测、参数测量等方面大量地采用了先进技术和设备。第三代战斗机的攻击显示普遍采用了平视显示仪、安装了数字式火控计算机、多功能火控雷达及组合化的光电探测装置。
　　
　　 平视显示仪（简称平显）采用小口径、高亮度的阴极射线管，运用数字计算机处理大量的飞行、攻击数据，完美地解决了显示大量复杂信息的任务。它不仅能显示比上一代战斗机的瞄准具更详尽的火控信息，还能以数字及符号的形式显示起飞、导航、地形跟踪、着陆参数、飞行速度及高度、航向、姿态、升降速度等信息。诸多信息显示在飞行员前方的半透明显示屏上，使飞行员在攻击时不用转移视线，就可以同时了解攻击信息和飞机的飞行状态，有效地避免了贻误战机和危及飞行安全。但这代战斗机的平显还存在一些问题，主要是视场小，不能完全满足高机动飞行对显示器的要求。
　　 机载数字式火控计算机，具有精度高、实用性强、成本低的优点，已经成为这代战斗机机载火控系统的心脏。一台数字火控计算机可以取代上一代战斗机中多台机电模拟计算机或电子模拟计算机。在数字火控计算机中，不同攻击方式的火控计算和武器发射，可分别由不同的程序软件来实现。第三代战斗机数字火控计算机的功能是：空战时计算机炮、火箭的正确发射方向，计算导弹的允许发射距离及发射范围；对地攻击时计算机炮、火箭的正确发射方向，炸弹的投放位置及命中点；根据不同目标，对外挂武器作出最佳选择；按照选定的攻击方式，将飞行和作战数据提供给平显；对雷达及其他传感器的信号进行处理，按实际需要显示给飞行员；对系统进行故障检测。
　　 第三代战斗机的多功能火控雷达，采用了几种雷达体制并存的模式。以前单脉冲体制雷达在低空作战时，受地物干扰相当严重，而且探测距离越远就越明显，地物杂波甚至能淹没目标回波。后来的脉冲多普勒体制雷达，利用目标回波和地物杂波的频率差将运动目标和地物干扰分开，解决了它的不足，增强了雷达的下视能力，但它的探测距离短。因此，设计第三代战斗机时如果采用单一体制的雷达，就不能满足战斗机“一机多能”的要求，顺理成章，就采用了几种雷达体制并存的模式，同时使它们并存于一部雷达中，而成为一种多功能火控雷达。这样，在对付高空目标时，就可用单脉冲体制以增大探测距离；在对付低空目标时，就可用脉冲多普勒体制克服地面、海面杂波；需要对引导由雷达制导的导弹时，则用连续波体制来提高命中率。在多功能火控雷达的数字式计算机中，又采用了许多先进技术，使雷达具有边跟踪边扫描的能力，不但可以同时跟踪多个目标、自动评估优先级别，还能同时对多个目标实施攻击，如“幻影”２０００可同时攻击４个目标，苏－３５可同时攻击６个目标。
　　
　　 尽管多功能火控雷达的性能好、功能多，但与一般雷达一样，也容易受到敌方的干扰。为提高飞机的抗干扰能力，第三代战斗机除了安装雷达以外，还配备了前视红外装置、激光测距仪、激光照射装置和微光电视装置等，通过使光电探测装置多样化和组合化，不仅提高了抗干扰能力，而且也增强了夜战能力。
　　 从“火控原理新颖”来看，第三代战斗机的火控系统安装了适用于航炮的“示迹线”瞄准具，建立了空对空导弹的离轴发射技术。
　　 “示迹线”瞄准具的原理是机载数字式火控计算机根据本机飞行姿态、飞行参数及炮弹初速度，算出每一时刻所发射炮弹的弹道及发射后任何时刻这些炮弹相对于本机的位置，并显示在显示器上。对于连续发射，则在显示器上显示出一系列炮弹与本机的相对位置，在飞行员看来，是一条连续的曲线。在攻击过程中，飞行员操纵飞机跟踪目标，使“示迹线”上对应当时距离的那一点压上目标，只要在光点压上目标前适当时间射击，则“示迹线”上布满了真实炮弹，当光点压上目标的时候，至少有一发炮弹命中目标，如果是连续发射，则会大大提高命中率。这种瞄准具克服了以前光学陀螺瞄准具的误差大、攻击区域有限以及光环套上目标后需要一定的时间“稳环”，造成的攻击命中率低和贻误战机的不足。
　　 有了空对空导弹离轴发射技术，本机的轴线指向目标后方某一点，当目标作机动转弯时，本机进入发射包线的机会大大增加，增强了对高机动性目标实施攻击的成功率。
　　 第三代战斗机的火控系统综合了光学、电子、红外和激光等多种技术，显示器也不仅仅显示火控信息，还显示飞行状态、设备状态等传统航空仪表显示的信息，使火控系统实现了综合化。另外，在不改变设备结构和增加设备数量的情况下，通过给数字式火控计算机提供不同的软件，火控系统可同时适用于多种武器（如航炮、火箭、导弹等）和多种攻击方式（如空战、拦截、对地攻击等），实现了火控系统的多功能化。
　　
　　无线电电子设备和导航设备
　　
　　 第三代战斗机要求飞机具有全天候、全高度、全方向的“三全”攻击能力，能实施远距离的诸如格斗、拦截、突防、预警、电子对抗、对地攻击等多种任务，并保障自己的生存，同时又要实现“一机多用”，因此必须有一系列不可缺少的电子设备，诸如远距离密码通信、导航和盲降设备、自适应电子对抗设备等。
　　 在通讯设备方面，第三代战斗机采用的设备仍然是超短波电台。但它们采用的电台和上一代战斗机相比，融入了许多新技术：
　　 １、广泛采用频率合成技术。利用几个高稳定度的晶体振荡器作为频率标准，运用混频、分频、倍频、锁相、选频等技术，合成出适合某一频率范围的大离散频率。采用频率合成技术克服了电感和电容组成的可变频率振荡器的准确性、稳定性差的不足，也解决了单个晶体振荡器频率覆盖范围窄的问题。
　　 ２、缩小波道间隔，增加可用波道数。采用这种技术后，在电台遭到敌方干扰时，有更多的波道可供选择。波道间隔逐渐缩小到了１００Ｈｚ，在３～３０ＭＨｚ的频段内，可用波道数达２７万之多。
　　 ３、设立预置波道，实现自动调谐。第三代战斗机的超短波电台，最多可达２０个电子自动调谐式预置波道，使用时，飞行员只需按下转换波道的按钮或转动旋钮，电子自动调谐电路就会在很短的时间内完成转换波道的全部调谐工作。
　　 ４、采用跳频和频谱扩展等新技术。采用了跳频技术，在通信过程中电台频率不断变化，可以有效地逃避敌方的侦察和干扰。用了频谱扩展技术，可将所传输信号的频谱扩展上千倍，并使信息能量低于噪声能量，将信息淹没于噪声之中，在接收端再用调解装置将信号分离出来，使敌方很难窃听。
　　 ５、采用固态电路，减小重量和体积，提高设备的可靠性。多数第三代战斗机的电台体积仅有１～２立方分米，重量４～６公斤，平均故障间隔时间高达１０００小时。
　　
　　 导航系统分为自备式导航系统和他备式导航系统，自备式导航系统不需要飞机以外的设备配合就可以工作，他备式导航系统则必须与地面的导航台、站，或导航卫星配合才能工作。
　　 第三代战斗机的自备式导航系统多为惯性导航系统，具有全天候、全球导航能力，工作不需要外界支持，也不向外界发射电磁波，隐蔽性能好。惯性导航系统输出导航参数多，除能够提供飞机位置、高度、姿态和航向外，还可提供飞机的航迹角、偏流角、偏航距离、应飞磁航向、目标点的待飞距离，以及风向、风速等参数。系统的输出精度较高，确定地速的相对误差为０．１％～０．２％，偏流角误差０．１°～０．１５°，计算航迹的误差为已飞距离的０．５％～１％。惯性导航系统也有不足，校正时间长是它的主要缺点，用陀螺罗盘测定法校正大约需要１０分钟，快速校正也要１～３分钟，但快速校正精度较低。
　　 在这一代战斗机的自备式导航设备中，还普遍采用了激光测距装置、红外导航系统、飞行参数记录仪，并装有高精度无线电高度表。
　　 激光测距装置用于测量距离、校正位置和指示目标，如“幻影”２０００战斗机安装的ＬＲＶ激光测距仪，其光束发散度不超过２．４°，测量距离最大可达２０公里，精度为４米。红外导航系统用于空中和地面目标的搜索、瞄准、跟踪，以及在机载显示器上显示定位所需的地形图像。红外导航系统与激光测距系统互相交联，如Ｆ－１６和Ｆ－１８战斗机的“宝石平头钉”就是这样的交联系统。
　　 飞行参数记录仪可以测定和记录飞行中飞机的参数，用于给飞行员提供信息，以及在飞机返场后对所监控的飞行状况进行研究。这一代战斗机所安装的飞行参数记录仪精度很高，用它测定的高度误差，低空为５～１０米，高空误差为０．２％；空速误差为±４公里 ／ 小时，飞行Ｍ数误差为０．００５～０．０１。
　　
　　 第三代战斗机的无线电高度表着重在高精度上下功夫。如美国的Ｆ－１６战斗机安装的ＣＡＲＡ雷达高度表，测量范围在０～１５０００米高度，法国的ＡＨＶ－１２数字式无线电高度表，可测量０～２１３５０米的高度范围，精度为０．３０５或±１％。
　　 第三代战斗机的机载他备式导航系统，主要有战术空中导航系统（塔康）和全球定位系统（ＧＰＳ）。这代战斗机上装备的塔康系统，可测定信标台的方位和距信标台的距离，在空中飞行时，测方位时误差在０．５°～１°，测距离误差６０～６００米；处于导向地面信标台工作状态时，可确定误差±３°的方位角；处于着陆工作状态时，可确定误差０．１°～０．２５°的方位角。
　　 全球定位系统（ＧＰＳ），由运行在空间轨道上的分为８组的２４颗卫星提供支持，用它测量地理坐标的误差不超过７米，高度误差不超过１０米，速度误差在０．２公里 ／ 小时以内，时间误差在１０微秒以内，空间坐标的原概率误差也不超过１６米 ／ 小时。
　　 作为第三代战斗机上的他备式导航系统，ＧＰＳ和塔康相比具有明显的优势。由于支持ＧＰＳ工作的卫星全都是美国的，虽然美国在向国外出售ＧＰＳ设备时免费提供卫星支持，但从军事斗争和安全方面考虑，这种支持只在美国及其盟国生产的第三代战斗机上适用。
　　 有了诸多先进技术和设备的支持，第三代战斗机各系统都具有比较优越的性能，在飞行、战斗中它们相互支持，满足了飞机对高机动、多用途的设计要求，在几次局部战争中对战争的胜负起到了不可低估的作用。（全文完）
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-9175118.htm