在第十二屆中國航展上，殲10B推力矢量驗(yàn)證機(jī)在萬眾矚目下“C位”出世，完美展現(xiàn)了“眼鏡蛇”“落葉飄”等過失速機(jī)動動作，點(diǎn)燃全場，令國人熱血沸騰。從此以后，這些不可思議的動作不再是國外戰(zhàn)機(jī)的專利，作為一名航空人，即使沒有親臨現(xiàn)場，仍會熱淚盈眶、感動不已。臺前幕后，有精益求精、攻堅(jiān)克難的飛機(jī)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和保障團(tuán)隊(duì)，有英勇無畏、一次次“將腦袋拴在褲腰帶上”亮劍蒼穹的試飛團(tuán)隊(duì)，更有眾多無名英雄數(shù)十年如一日地默默堅(jiān)守。

機(jī)動飛行是指速度、高度和飛行方向等狀態(tài)隨時間變化的飛行，機(jī)動飛行時飛機(jī)所受的氣動力不僅與飛行狀態(tài)有關(guān)，還與時間歷程相關(guān)，即存在所謂的“非定?！爆F(xiàn)象。實(shí)現(xiàn)過失速機(jī)動飛行，除了矢量發(fā)動機(jī)以外，飛機(jī)本身也要具有優(yōu)良的大迎角氣動性能。整場飛行表演中，空軍試飛員駕駛殲10B推力矢量驗(yàn)證機(jī)多次進(jìn)入非常危險(xiǎn)的大迎角區(qū)域，此時飛機(jī)背部會出現(xiàn)強(qiáng)烈的非對稱流動分離和渦破裂，氣動力的非線性嚴(yán)重，縱向和橫航向的氣動力高度耦合，飛機(jī)穩(wěn)定性嚴(yán)重惡化，舵面控制能力急劇下降甚至失效，同時可能出現(xiàn)自激滾轉(zhuǎn)和偏離運(yùn)動，極易出現(xiàn)飛行事故。在大迎角區(qū)域，現(xiàn)有的理論分析和計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算無法全面可靠地進(jìn)行評估，而飛行試驗(yàn)又屬于高危險(xiǎn)科目，且只能在飛機(jī)設(shè)計(jì)基本完成后開展，無法在前期設(shè)計(jì)階段提供數(shù)據(jù)支持。為了降低風(fēng)險(xiǎn)，需要提前進(jìn)行大量的非定常風(fēng)洞試驗(yàn)，像奧特曼打小怪獸一樣，把潛在問題一個個消滅掉。

飛行安全風(fēng)洞助

飛行器的研制是一個漫長的過程，更是一個龐大的系統(tǒng)工程，而風(fēng)洞試驗(yàn)一直是連接理論設(shè)計(jì)與實(shí)際飛行的橋梁。在戰(zhàn)斗機(jī)的發(fā)展歷程中，如何占據(jù)空中優(yōu)勢一直是不變的主題，對于現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)來說，加速度和爬升性能相差并不大，“飛得更高”已經(jīng)不再是空中優(yōu)勢的唯一體現(xiàn)，高機(jī)動性，過失速機(jī)動能力已經(jīng)成為占據(jù)主動的一種“捷徑”，飛機(jī)的飛行包線已經(jīng)擴(kuò)大到大迎角、高速率、大振幅區(qū)域，精確地獲知非線性、非定常氣動力載荷對于氣動特性、飛行力學(xué)特性和飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)極其重要。采用非定常風(fēng)洞試驗(yàn)技術(shù)模擬飛機(jī)各種運(yùn)動模態(tài)和機(jī)動飛行時間歷程并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)是研究非定常氣動力問題、預(yù)測非定常氣動力特性的主要手段。非定常風(fēng)洞試驗(yàn)是一類涉及不同種類、不同功能試驗(yàn)的全稱，包括大迎角、動導(dǎo)數(shù)、旋轉(zhuǎn)天平、大幅振蕩、自由振蕩、旋轉(zhuǎn)流場下振蕩、抖振、顫振等多種試驗(yàn)。這里主要介紹低速大迎角、動導(dǎo)數(shù)和旋轉(zhuǎn)天平三類試驗(yàn)。

大迎角試驗(yàn)主要突出一個“大”字，當(dāng)迎角增大到一定程度以后，流動開始分離，氣動力和力矩的非線性變化導(dǎo)致小迎角情況下采用的線性處理手段不再適用，舵面控制能力急劇下降甚至出現(xiàn)反效現(xiàn)象，通過風(fēng)洞試驗(yàn)可以得到大迎角狀態(tài)下較為真實(shí)的飛機(jī)氣動特性。

動導(dǎo)數(shù)又稱動穩(wěn)定性導(dǎo)數(shù)，是飛機(jī)本體穩(wěn)定性評估的重要參數(shù)。相信許多人都聽說過升力和阻力，然而在飛行器設(shè)計(jì)的過程中，不僅僅追求升力、阻力的量值，還需要對飛機(jī)的自身穩(wěn)定性進(jìn)行預(yù)估。動導(dǎo)數(shù)風(fēng)洞試驗(yàn)是利用振蕩設(shè)備模擬飛行器的剛體運(yùn)動模態(tài)，從而獲取動穩(wěn)定性導(dǎo)數(shù)。隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展，飛行品質(zhì)和動穩(wěn)定性問題越來越受到重視，使動導(dǎo)數(shù)試驗(yàn)變得越來越重要。

尾旋是飛機(jī)最復(fù)雜的飛行狀態(tài)之一，良好的尾旋特性是過失速飛機(jī)必須具備的基本特性之一。通俗來講，飛機(jī)進(jìn)入尾旋以后，“飛機(jī)像擰麻花一樣急速翻轉(zhuǎn)下墜”，嚴(yán)重危及飛行安全，常被稱為“死亡陷阱”。對于軍機(jī)駕駛員來說，最關(guān)心的是飛機(jī)會在什么情況下可能進(jìn)入尾旋，進(jìn)入尾旋后如何改出?；厮輾v史，自1910年第一起尾旋事故發(fā)生，到六七十年代尾旋事故成災(zāi)，直到今天，人類對尾旋問題的研究從未停止，預(yù)測研究飛機(jī)尾旋是一項(xiàng)非常關(guān)鍵和深奧的技術(shù)。在風(fēng)洞中進(jìn)行旋轉(zhuǎn)天平試驗(yàn)，可以獲取飛行器繞速度矢量軸穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)時的氣動特性，是分析預(yù)測飛機(jī)尾旋及尾旋改出特性的主要數(shù)據(jù)源。

前赴后繼勇攀峰

我國的非定常風(fēng)洞試驗(yàn)技術(shù)研究始于上世紀(jì)80年代，為滿足飛行器大迎角、動穩(wěn)定特性和尾旋特性預(yù)測研究需要，先后研制了多套試驗(yàn)裝置。進(jìn)入21世紀(jì)后，以先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)過失速機(jī)動特性研究為背景，3～4米量級低速風(fēng)洞多自由度動態(tài)試驗(yàn)技術(shù)得到迅速發(fā)展，先后成功研制了雙自由度大幅振蕩試驗(yàn)系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)/振蕩耦合試驗(yàn)系統(tǒng)、六自由度運(yùn)動平臺等試驗(yàn)設(shè)備，開發(fā)了相應(yīng)的試驗(yàn)技術(shù)并獲得了初步驗(yàn)證。同期高速風(fēng)洞動導(dǎo)數(shù)等試驗(yàn)技術(shù)在1.2米量級高速風(fēng)洞也相繼形成試驗(yàn)?zāi)芰?。?jīng)過近30年的發(fā)展，我國非定常風(fēng)洞試驗(yàn)設(shè)備配套和技術(shù)水平已逐漸進(jìn)入國際先列。特別在“十二五”以來，國內(nèi)陸續(xù)建成了大批高/低速搭配、尺寸配套的風(fēng)洞設(shè)備，正在逐漸形成非定常空氣動力試驗(yàn)研究技術(shù)體系，不斷支撐著我國先進(jìn)航空航天飛行器的研制。

“雄關(guān)漫道真如鐵，而今邁步從頭越”，非定常空氣動力學(xué)的發(fā)展和創(chuàng)新離不開我國廣大科研工作者的共同努力和集智攻關(guān)。此時此刻，主力遍及祖國東北、華北、東南和西南等地的非定常空氣動力學(xué)研究領(lǐng)域的“國家隊(duì)”仍在潛心鉆研、踏實(shí)創(chuàng)新，期待他們未來在非定常氣動力研究領(lǐng)域不斷取得創(chuàng)新成果，為我國航空工業(yè)的跨越式發(fā)展和國防建設(shè)做出更大貢獻(xiàn)。