在非常高的攻角下提供增强的飞行机动性

无尾飞行的前奏?展示推力矢量的使用 - 结合先进的飞行控制 - 在非常高的攻角下提供增强的飞行机动性。完成任务：飞行测试产生几乎10：1的杀伤率，远远超过模拟预测的乐观3：1比率。速度越慢，飞机的转弯半径越小。正如任何战斗机飞行员所知，更严格的转弯意味着更早的武器发射。遗憾的是，传统飞机在低速时提供有限的控制，并且它们在失速速度下失控 - 恰好在达到最小转弯半径时。

加利福尼亚州爱德华兹空军基地的X-31项目演示了如何在超出失速极限的情况下进行机动 - 允许非常高的攻角 - 提高了战斗机赢得近战斗狗的机会。两个设计组件为该项目的成功做出了贡献：空气动力学优化了后失速机动和多轴推力矢量能力。

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X-31基于欧洲战斗机，由罗克韦尔国际和德国航空航天公司(前身为Messerschmitt-Bolkow-Blohm GmbH)开发，经过改进，采用三角形/鸭式配置。它的重心位于升降机亚音速中心的后方，使得布局在亚音速下不稳定。结合三角翼的大表面积和高前缘扫描，该设计提供了卓越的超音速性能。

与“短耦合”配置相比，距离机翼更远的“长耦合”鸭翼也具有与传统鸭翼不同的功能。它们设计用于俯仰控制和纵倾而不是升力，它们以越来越大的迎角进入风中，在整个失速后机动过程中保持控制效率。如果推力矢量系统失效，鸭翼有助于空气动力学恢复。

固定后部和鼻梁完成空气动力学套件。后部横梁从非常高的迎角提供额外的俯仰俯仰控制权，而小鼻梁有助于控制侧滑。

推力矢量控制。通用电气公司的F-18，F-117，X-29和F-20的404发动机动力装置提供了超级机动性所需的推力重量比。它还能抵抗由大迎角，大偏航率和大侧滑角引起的流动扭曲。结合腹部进气，即使在极端迎角下，该发动机也可实现全功率运转。

在程序开始时，推力矢量提出了一个问题，因为没有多轴喷嘴可用。X-31的解决方案：三个复合叶片相隔120度排列。机身安装在带有nimonic合金配件的后机身上，叶片偏转到排气装置中，可在任何横向方向上产生高达17%的发动机推力。由重量轻，耐热的碳 - 碳材料构成，叶片可以长时间维持高达1,500摄氏度的温度。当不用于机动时，叶片落在排气羽流外面，

由于叶片，执行器和支撑结构从一开始就被设计到飞机中，因此对重量的总体影响仍然很小。此外，不需要增加飞机压载物。事实上，Rockwell的X-31总工程师Harvey Schellenger说，叶片系统的净重总计与整体喷嘴的重量增加相同。“不需要镇流器，”他指出，“X-31推力矢量系统比F-18 HARV(外部钢叶片加镇流器)或F-16 MATV(整体式喷嘴加上)轻了几百磅。镇流器)。

飞行控制。由霍尼韦尔国防航空电子系统公司设计的数字飞行控制系统硬件使用传统和推力矢量控制表面来保持飞机在整个飞行范围内的精确控制。基于导频输入和反馈信号，控制法则(由德意志航空公司开发)计算俯仰和偏航所需的推力偏差。飞行控制系统将该偏转命令转换为单叶片偏转。例如，如果需要向右偏航力矩，则左叶片移动到排气喷嘴中。上部叶片移动到羽流中足以补偿由左叶片产生的俯仰力矩。右叶片从羽流中移出。

通常，推力方向可以围绕中心线以大于15度的角度偏转。在系统发生故障的情况下，或者如果飞行员选择脱离推力矢量，飞行控制系统会自动将命令重新分配给传统的空气动力学表面。“即使其中一个叶片脱落，”德意志航空航天公司前设计部门主管Hannes Ross说，“它不会让飞行员陷入危险境地。”

没有无尾战斗机设计经过飞行测试，没有垂直无尾飞机超飞。然而，X-31的全数字有线飞行控制系统具有集成的推力矢量，很容易进行“准无尾”飞行试验。这些测试在飞行中测量了操纵和控制无尾飞机所需的要求。

准无尾模式使用飞机的空气动力学表面，主要是方向舵，来消除垂直尾翼的稳定效果。这对Schellenger解释说，它定向地破坏了飞机的稳定性，因此它的行为似乎已经移除了全部或部分垂直尾翼 - 而没有真正移除尾翼。

相反，推力矢量稳定了不稳定的飞机并执行偏航控制以进行机动协调。此外，可变的不稳定增益允许选择不同程度的尾部去除。如果发生不希望的飞机运动，或者飞行员脱离模式，则飞行控制系统迅速恢复到其正常操作模式。“这是准无尾功能的真正吸引力，”罗斯说。“许多不同的无尾设计都可以在完全安全的情况下进行积极的测试。”

准无尾控制模式的一个特点是可以选择使用方向舵来破坏稳定并模拟另一个偏航控制装置的效果。罗斯指出，这种非方向舵空气动力学控制可能是无人机设计的一部分。

历史性的飞行1994年3月17日，X-31爬升到爱德华兹空军基地沙漠地面以上37,000英尺处，加速到1.2马赫，并采用准无尾模式 - 这是航空史上的重要首发。尾部移除程度逐渐增加至完全尾部。进行机动，包括2g转弯，飞机反应良好。

亚音速巡航速度，低进近和着陆速度下的准无尾试验将是下一步。这些测试将允许调查在选定的飞行测试点所需的不稳定程度，机动攻击性和空气动力学偏航控制之间的关系。随后将采用新的控制法版本，其中包含了在整个X-31飞行舱内模拟无尾飞机的附加逻辑。新版本将增加发动机的推力控制到推力矢量控制，进一步增强了飞行器在准无尾模式下的响应。

在评估了所有准无尾飞行数据之后，X-31将继续进行后续程序的下一步：物理地减小当前垂直尾翼和方向舵的大小。能够控制飞机的推力矢量失败将决定尾翼和方向舵的新尺寸。这些测试将验证来自真正不稳定机身的飞行数据的准无尾结果。

最后，在安装可展开/可伸缩的稳定和控制装置(例如翻盖，全移动垂直翅片)之后，计划要求完全移除垂直尾翼。

这一切都在哪里引领?后失速表现已引起全球空军的注意。现在，用矢量推力能力取代飞机表面的可能性有望大幅降低飞机重量，气动阻力，燃料消耗和雷达特征。虽然后者对于军事人员很重要，但是减轻重量，阻力和燃料消耗对于商业航空业来说是非常重要的。

在军事上或商业上，如果结果证明它们看起来很好，那么X-31计划最终可能会增加全球航空航天工程师的就业率。