射流飛控技術正在逐漸展現部分替代飛機舵面的潛力

徐悅

射流飛控技術通過引入二次射流改變飛機局部或全局繞流，產生飛行控制所需的氣動力和氣動力矩，實現與機械式活動舵面作用類似的“虛擬舵面”效果。射流飛控技術本質上屬于空氣動力學中的流動控制范疇，但又有別于傳統流動控制技術。傳統流動控制通過引入相關控制措施來改變流動狀態，以實現飛行氣動性能的增強，而射流飛控是以實現飛機飛行姿態控制和機動飛行為目標，相對需要輸入的能量大得多，對控制效率、控制精/準度、系統穩定性和可靠性等方面的要求極高。

相對機械活動舵面，采用射流飛控技術可以消除飛機上大量的鼓包、縫隙、尖銳邊緣等雷達散射源，提升飛機隱身性能和氣動性能，明顯減少飛機的活動部件并降低結構重量（質量），使飛機的機械故障及維護工作量大幅下降，節省下的布局空間可裝載更多的燃料或其他載荷。可以預見，如能合理地綜合利用各類射流飛控技術，實現完全替代飛機上的全部活動舵面，將有可能發展出一種綜合效能跨越式提升的射流飛控飛機，實現飛行器設計技術的革命性飛躍。

世界范圍內的多家航空機構早已對射流飛控技術表現出濃厚興趣。英國BAE 系統公司（BAE System）最早開展了射流飛控技術集成演示驗證，至今已經發展出一系列小尺寸的專用技術概念驗證機，尤其在2010年和2017年先后發布了兩款相對成熟的射流飛控無人機DEMON和MAGMA，機上均集成了環量控制機翼和射流推力矢量兩類射流飛控技術進行協同控制。北約科技組織（STO）從2013年開始進行多種主動流動控制（active flow control，AFC）技術的評估，這其中包括邊界層分離控制、前緣吹氣渦流控制、等離子體控制、機翼后緣環量控制和射流推力矢量等。在其中遴選出相對高效的控制方式，并在指定的任務場景下進行詳細技術論證，初步結論認為所選的控制方式可用于飛行器在不低于馬赫數0.8的巡航速度下進入戰場。

中國航空研究院（CAE）聯合國內多家高校組成的CAE聯合研發團隊，針對射流飛控技術開展了系統性的研究。第一階段聚焦于機翼后緣射流環量控制技術的開發與驗證，自主設計的射流飛控技術驗證機α-31分別于2018年和2019年進行了兩次飛行演示驗證，研發團隊將繼續在α-31上集成并驗證射流推力矢量等其他可用的射流飛控技術。團隊研究成果獲得2019年中國航空學會科學技術獎和2019年中國通用航空創新創業大賽特等獎，充分證明了射流飛控技術已開始得到國內航空業界的高度關注和廣泛認可。

當前，射流飛控技術已取得了一些關鍵性突破，但是要想使其盡快進入工程實用階段，仍然存在巨大挑戰。例如，高速飛行時的超聲速吹氣控制與等比例控制，射流控制效率與發動機引氣動力損失的權衡，采用氣體作為操控介質的系統維護和失效安全等關鍵問題。此外，射流飛控技術在民用航空領域同樣具有很大的發展空間，但在產品推廣過程中需要面對民眾在安全性方面的顧慮，有必要充分開展從無人到有人、從小型到大型、從貨運到客運的多層次技術演示驗證，打消公眾疑慮。