升力越大，控制越难？eSTOL飞机为何绕不开飞行控制这道坎

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所有使用推进系统显著增加机翼升力的飞机都面临着相关的飞行控制挑战。这些问题包括纵向稳定性差、襟翼偏转和推力水平变化时俯仰配平变化大，以及对油门指令的反应迟缓。此外，许多飞机普遍存在强烈的螺旋不稳定性、低偏航和横滚阻尼，以及在高吹风条件下强烈的反向偏航。用于缓解这些挑战的确切策略取决于整机设计的细节，但预计这些挑战也可能是eSTOL飞机必须解决的挑战。

着陆点分散

着陆点的分散源于进场时风速的变化，以及整机位置估计、控制系统设计和油门响应动态的不确定性。着陆点分散的明确量化及其作为控制系统设计的明确目标的使用始于AWJSRA计划和自动着陆系统的开发，以实现可重复的高精度进近。文献中的离散度通常被引用为基于2σ（小于2.5%的发生概率）和“极不可能”（小于10^-6%）风力水平的标称着陆点周围的预期值，通常由监管机构禁止的湍流RMS值量化。对于AWJSRA，预期的2σ触地散布在280-500ft之间，具体取决于所使用的控制策略。AWJSRA上使用的自动控制系统针对QSRA进行了进一步的开发和改进，QSRA的分散度小于264英尺。通过添加HUD和使用无拉平着陆技术，QSRA实现了足够小的触地散布，适用于未经校准的航母作战（<50英尺），尽管这些数字与之前给出的数字没有直接可比性，因为没有足够的数据来计算2σ值，并且可以控制航母上的风向和风力大小。值得注意的是，根据拉平控制法的设计，使用拉平会使分散度增加2-4x。进近角也很重要；在浅进近时，有漂浮在地面效应中并增加着陆分散度的趋势。在所有情况下，都需要飞行员辅助系统来实现这些低分散着陆水平。

横向控制

以往动力增升升降飞机的横向控制策略在很大程度上取决于飞行器设计的细节和升力增强的方法。例如，Hunting H.126使用喷气喷嘴进行俯仰、横滚和偏航控制，而QSRA使用BLC在副翼上吹气。eSTOL飞机最直接适用的控制策略是Bréguet 941上采用的控制策略，该策略结合了吹气副翼、外侧螺旋桨上的差动桨距和位于外侧襟翼前方的横滚扰流板。如下图所示。在着陆配置中，只有大约10%的横滚授权是由严重下垂的副翼提供的；大部分来自横滚扰流板和差动桨距。然而，事实证明，差距太敏感，无法在巡航中提供良好的操控品质，因此它仅在一定速度以下使用。通过这种控制装置，横向控制在飞行的所有阶段都令人满意。差动桨距指令与飞行员横滚和偏航输入相关联。以前没有一架动力升降飞机能够在不对横向空气动力学控制面进行某种动力增强的情况下实现合适的横向控制。

Bréguet 941上使用的横向控制策略

纵向控制策略

Bréguet 941还为eSTOL飞机可采用的纵向控制策略提供了相关参考。这架飞机的飞行员技术是使用升降舵来保持目标3°的攻角，同时调整所有四个电机的功率以跟踪目标下滑道。机翼的入射角与进近攻角相匹配，因此飞行员的观察点直接沿着飞行路径矢量。改变内侧和外侧发动机之间的功率分布也被发现是实现更陡进近的有效方法。当所有功率集中在内部两个螺旋桨上，外侧螺旋桨设置为零有效桨距时，实现了高达20°的进场飞行路径角。着陆时反转螺旋桨桨距也被证明可以显著缩短制动距离。还研究了襟翼调制对下滑道控制的影响，但未发现其有利。在起飞滑跑结束时（从35°到60°）“弹出”襟翼会缩短起飞距离。[54]为QSRA开发了一种不同的纵向控制策略，飞行员或自动着陆系统直接根据飞行路径参考设置目标C_L，根据空速参考设置目标C_ D，同时通过升降舵保持攻角。控制系统根据空速和预先计算的“配平图”插值所需的发动机转速、襟翼设置和扰流板设置，以实现目标C_L和C_D。所有控制装置均由控制系统同时调整，扰流板主要用于升力的高带宽变化，以部分抵消涡轮机的缓慢响应率。

控制解耦

使用某种人工稳定性或飞行员增强的概念在动力升降飞机中非常有价值。这些飞行器中飞行变量之间的强耦合使得很难单独控制任何一个。例如，速度、高度和飞行路径角度都会随着油门或操纵杆的输入而变化，这在需要精确控制时增加了飞行员的工作负荷。在飞行动力升力模拟中，发现将纵向控制值解耦，并通过人工稳定系统将每个值分配给单个驾驶舱控制，可以提高操纵品质。这种类型的系统没有在Bréguet 941上使用，原因是出于对电子元件可靠性的担忧而强调机械设计。

飞行控制设计

在动力增升飞机的飞行控制系统设计中，已经采取了多种方法。一方面是Bréguet 941，它的设计在飞行员输入和控制面之间有直接的机械连接。在这架飞机上，液压助力系统用于将飞行员操纵杆和方向舵输入转换为控制面运动，并由弹簧系统提供人工感觉。基于襟翼偏转的机械连杆提供了不同的螺旋桨桨距（因此，只有当襟翼偏转超过45°时，才能提供不同的桨距）。这提供了可接受的飞行品质，但飞行员需要对升降舵配平进行大幅更改，这大大增加了飞行员的工作量。

AWJSRA和QSRA采用了不同的方法，这两种方法都采用了复杂的电传操纵系统，将飞行员指令转化为控制面运动，以实现更精确、更省力的飞行器飞行路径控制。这些系统的设计采用了各种方法，但通常采用某种非线性控制器设计或配平图来补偿吹升动力学中的非线性。YC-14使用了类似的全电传操纵系统，主要是为了减少飞行员着陆时的工作量，并消除对“功率曲线背面区域”控制技术的需求。这种方法类似于上述控制解耦概念。

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