凌烟阁24功臣 无名功臣

　　编者按：在有关许多国家三代机试飞成功的报道中，总少不了变稳机(全称是随控布局验证机)试验的内容，比如美国、俄罗斯、英国，法国等。同样，在我们一衣带水的邻邦――东瀛日本，也研制了一款性能不错的变稳机，这就是T-2 CCV随控布局验证机。但是，由于在人们的印象中，日本二战后似乎没有研发过什么战斗机，所以这款变稳机就更是默默无闻了。其实，日本的变稳机在该国的航空史上发挥了极为重要的作用。
　　
　　谈起随控布局验证机，还得先从电传操纵系统及主动控制技术说起。20世纪70年代之前，几乎所有的飞机都采用机械操纵系统。随着飞机进一步向大型化、高速化和高机动化方向发展，传统的机械操纵系统越来越复杂、笨重。由于操纵链中的摩擦力和配合间隙的影响，不可避免地会产生操纵迟滞现象，无法解决现代高性能飞机操纵与稳定性中的诸多问题，为此，在上世纪70年代初出现了更为先进的电传操纵系统，较好地克服了传统机械操纵系统存在的一些缺点。电传操纵系统的最大特点，就是将传统操纵系统的机械部分完全取消，飞行员的指令完全通过电信号，利用控制增稳系统实现对飞机的操纵。
　　在使用传统机械操纵系统的飞机上，由于飞行员难以通过操纵系统对可能出现的姿态偏差进行预先修正，所以飞机必须设计为所谓的“静稳定”。从理论上来讲，在正常飞行时，即使飞行员不进行任何操纵，飞机也能克服一般的由风力等因素引起的俯仰或者偏航扰动，自动恢复稳定飞行的状态。这对于一般飞机提高飞行安全来说是很重要的，但是对于战斗机而言却有一个很大的弊端：这种稳定性阻碍了飞机机动性的提高。当减小静稳定性时，又会造成飞机操纵过于灵敏，普通飞行员难以掌握。例如米格-19／歼-6系列战斗机，就因为静稳定性偏小，导致飞行员需要浪费大量的精力来预防飞机失事，加上总体性能较为落后等其他原因，在原华约集团里很快就被米格-21等其他型号的战斗机所取代，
　　电传操纵系统给新型飞机的设计带来了革命性的改变――电传操纵系统可以通过各种传感器感知飞机的运动趋势，通过电脑迅速做出判断，并主动对飞机的姿态进行控制，这就是所谓的“主动控制技术”。通过主动控制技术的应用，可以使作用在飞机上的气动力按照需要变化，从而使飞机性能达到最佳状态，并降低飞机的生产成本和使用费用。
　　从上世纪70年代开始，鉴于电传操纵技术的优越性，其成为新一代飞机控制系统的趋势已经相当明显。世界各主要航空国家纷纷开展理论研究和项目实践，以期在新一代战斗机的研制中提前攻克这一重要技术难关。但是，由于电传操纵的新一代飞机通常都只具备较低的静稳定性(甚至根本不具备静稳定性)，其运动和控制规律难以通过地面模拟来进行总结，于是各国普遍采用了利用电传操纵系统验证机来进行仿真研究的途径。
　　
　　日本第一代可变稳定性实验机――P-2 VSA
　　
　　为了对新型的电传操纵系统进行研究，日本在原引进的美制P-2V-7“海王星”反潜巡逻机的基础上，发展电传操纵系统实验平台，推出了P-2 VSA可变稳定性实验机。该机于1977年12月23日进行首飞，其通过安装电传操纵系统，主要验证了直接升力控制、直接横(侧)力控制等主动控制技术。一般飞机改变飞行姿态时，都是通过转动控制舵面形成操纵力矩，进而改变机头的指向(也就是改变速度矢量的方向)。直接力控制则是通过合理配置的对称控制面(或矢量喷管)，在不改变机头指向的情况下改变飞机的运动轨迹。
　　
　　首次研制P-2VSA即获成功，树立了日本科研人员对于发展新型飞控技术信心。但是，P-2V-7只是一种老古董的螺旋浆和喷气混合推进的低速反潜巡逻机，虽然从控制的难度和改装的成本来看是一种合适的初期验证机，但其主要性能参数与战斗机相去甚远。要发展用于新一代战斗机的电传操纵系统，还必须选定新一代的试验平台。
　　当时日本国产T-2超音速教练机刚投入装备不久，该机不仅极大鼓舞了日本航空业界科研人员的信心，而且在此之前，美国已经利用F4战斗机研制了F-4CCV随控布局验证机。与此同时，德国MBB公司也在F-104战斗机的基础上研制F-104G CCV随控布局验证机。虽然这两种战斗机都已经在日本引进、自行生产，不过对于风险很高的飞控验证机来说，显然完全国产的T-2教练机是稳妥起见的最好选择。由此，便产生了G2CCV随控布局验证机(见题图)。
　　
　　T-2CCV的基本构造
　　
　　1978年，日本防卫厅技术研究本部选中了Y-2超音速教练机作为新型试验机的改装原型。与原型T-2教练机相比，T-2CCV的主要变化有：安装三余度数字式电传操纵系统(和许多国家的变稳机一样，保留了原有的机械式操纵系统)；增加飞行控制系统舵机、机动襟翼、水平前翼和垂直前翼；后两者采用碳纤维复合材料制造。后座舱改为安装飞行试验测试仪器，为此增大了飞机空调系统的制冷能力，以满足试验设备对温度的需求。
　　为了实现放宽静稳定控制，T-2CCV将水平前翼安装在靠近机翼的进气道上侧位置，该位置容易产生气动力干扰效应，有助于形成大迎角特性良好的气动外形，实现直接侧力控制的垂直前翼则比较靠近机体重心。T-2的襟翼原来只限于起飞和着陆使用，T-2 CCV的前缘襟翼则用于机动载荷控制，后缘襟翼用于直接升力控制和机动载荷控制，同时也用于电传操纵系统的横侧操纵。T-2的后缘襟翼原来只是单纯的开缝襟翼，而T-2CCV上的后缘襟翼能向上偏转，除了能作为普通襟翼使用外，还可以在高速飞行条件下作为机动襟翼使用。为了避免与垂直前翼发生气动力干扰，拆掉了G2机身下原有的腹鳍。
　　放宽静稳定性是第三代战斗机的一个代表性的技术特征，静稳定性越小，飞机对于操纵的反应灵敏度就越高，就越容易完成机动飞行的动作(放宽的极端就是静稳定性为负值，也就是静不稳定)。但是，当静稳定性放宽时，飞机娄态变化的速度往往会超出飞行员的操纵反应能力，所以，必须要用有主动控制能力的电传操纵系统来操纵飞机。
　　值得注意的是，T-2CCV电传与机械操纵系统之间的转换设置。在飞行中飞行员可以把电传操纵转换为机械操纵，或者相反。而当电传操纵系统失灵时，飞机也能自动转换到机械操纵系统进行操纵。
　　另外，由于机械操纵系统不能控制静不稳定的飞机，所以在使用机械备份操纵系统时，水平前翼将处于自由飘浮状态，以恢复飞机的纵向静稳定性。与之相比，德国MBB公司研制的F－104GCCV采用把水平前翼抛弃的方法来恢复静安定性，显然T-2 CCV采用的自由飘浮方法较为先进。当时其他国家都还没有把翼面置于由飘浮状态下进行飞行的先例，可见自由悬浮水平前翼的思设计想是很独到的。 　　
　　效果显著的控制功能
　　
　　G2CCV主要研究5种随控布局的功能，分别是：控制增稳、放宽静稳定性、机动载荷控制、直接升力控制和直接侧力控制。直接升力控制由水平前翼和机动襟翼提供；直接侧力控制则由垂直前翼和垂直尾翼提供。T-2CCV的飞行控制系统控制功能多、余度少，而一般来讲，在同等技术水平下，飞行控制系统的余度越少，表明飞控系统的可靠性越高。
　　T-2CCV综合了4种主动控制功能：
　　控制增稳功能
　　这是一种不受飞行速度和高度限制、易于实现驾驶员操纵愿望的控制功能，主要用于提高飞机的稳定性和操纵性，并能解决它们之间的矛盾，也有助于提高机动性和武器的投放精度。实际上，控制增稳操纵系统是一种引入了初步电脑辅助控制的操纵系统，与原先的机械式操纵系统相比，能够对飞行姿态的突然变化做出一定规律的限制，从而保证飞行安全。
　　放宽静稳定性功能
　　其可以故意把飞机的静稳定性设置得比正常要求值小得多，甚至设置成静不稳定。这样的飞机在受到扰动或实施机动飞行时，是不够稳定甚至干脆就是不稳定的，这都取决于静稳定性放宽的程度。因此，为获得稳定的飞行，必须通过自动控制舵面的方法来获得静稳定性。放宽静稳定性包括纵向和横向两种类型。此模态能减小尾翼面积，而且具有利用尾翼产生的升力来减小阻力的作用。
　　T-2 CCV加装了水平前翼，使飞机升力中心向前位移，以造成不稳定状态，进行放宽静稳定性试验。
　　机动载荷控制功能
　　其利用自动控制方法，在进行机动飞行时，将襟翼等舵面偏转到最佳位置，合理分布机翼上的载荷，使其具有理想的分布特性，从而达到提高机动性的目的。T-2 CCV按照迎角和马赫数的函数将前后缘襟翼偏转到最佳位置，再通过升降舵消除俯仰力矩的变化。
　　直接升力控制和直接侧力控制模态其通过偏转气动力操纵面，使飞机重心在垂直方向和横侧方向作平移运动。直接升力控制模态通过协调偏转水平前翼、襟翼、扰流片、升降舵等操纵面，使飞机仅产生纯升力增量而不产生俯仰力矩，从而实现飞机的垂直平移运动。直接侧力控制模态通过协调偏转垂直前翼、方向舵等操纵面，使飞机仅产生纯侧力而不产生偏航和横滚力矩，从而实现飞机的无模滚、无偏航的横侧平移运动。
　　直接升力控制模态和直接侧力控制模态可以使飞行员对飞机的6个运动自由度进行完全单独的控制，从而排除运动自由度之间的耦合，对于改善飞机航迹控制和提高空中格斗性能十分重要。在空对地攻击、空战格斗、空中加油、编队飞行，精确着陆和常值风配平等情况下，要求对飞机的空间位置作精确定位，均需要该控制模态进行控制。
　　终成正果
　　T-2 CCV项目于1983年3月改装完工，并在8月9日进行首飞。三菱公司对T-2 CCV验证机一共进行了24次试飞，对直接升力控制和直接侧力控制功能及整个性能进行了试验研究。试验表明，改装达到了预定要求。从1984年5月到1986年3月，T-2 CCV在航空自卫队岐阜试验基地进行了138次飞行试验，取得了预期的研究成果。至此，T－2 CCV研制、试验和研究计划告一段落。
　　在T-2 CCV完成试飞后不久的1988年，日本代替F-1战斗机的下一代FS－X项目(即后来的F－2战斗机)开始进入研制阶段。该机作为日、美联合研制、以F－16 B・ock40为基础大量改进的项目，计划使用源自F－16的进口飞控系统。但是，当1995－1996年项目进行到关键时刻时，美国议会以贸易不平衡为由，不同意美国厂商转让飞控系统的源代码。日本人之前努力积累的项目经验和数据此时显示了其价值，虽然美国的这个决定让FS－X项目推迟了近两年时间，但日本人仍充分利用在P－2VSA和T-2 CCV上积累的技术成果，自主开发了F－2战斗机的三余度数字飞控系统。另外还有一套模拟式备份操作系统，其中加入了由T-2CCV发展出的在大迎角和低空高速状态下的控制能力。
　　T-2 CCV的出现则标志着日本已经研制成功数字式电传操纵系统的随控布局飞机，虽然在研制过程中遇到了各种各样的技术问题，但通过长期的飞行试验积累了许多宝贵的数据资料，从而在电传操纵技术和随控布局这样重要的航空新技术领域获得了重大的突破。由此，自主发展的关键技术再一次证明了它的价值。因为即使像日本这样能方便引入外来技术的工业强国，能够重视自身的技术储备积累，也相当于撑起了一把抵御技术、政治多种风险的保护伞。