空气动力学方面
失速后的复杂分离流动导致飞机的稳定性恶化，舵面控制能力急剧下降甚至失效；气动力的非线性非常严重，纵向和横、航向的耦合也相当严重，加之过失速机动的大角速率特征，非定常问题也很突出，气动力的迟滞效应明显。在这种情况下，飞机要能可控飞行，首先必须精心设计气动布局，使飞机本体具有极好的低速大迎角特性，包括很强的上仰和下俯操纵能力、克服30°～60°迎角区间的不对称滚转和偏航力矩的气动舵面控制能力、只依赖气动舵面的尾旋改出能力等。
其次，需要发展一种能准确预测复杂流动下的非线性、非定常气动力的模型，用来支撑飞行控制律的设计和飞行使用。这种模型，要在结果的精准度和工程适用性之间进行巧妙的折中，既要考虑模型适用的参数范围和结果的不确定度是否可以被飞控系统接受，还要考虑建立模型所付出的代价，以及后续扩展的成本。
飞机在某些过失速机动飞行中要完成目标捕获、瞄准和发射的任务，这对任务系统和武器系统都极具挑战。其中，在气动力设计方面，武器安全分离的设计和研究需要考虑分离流场和强烈的运动耦合的影响。
动力系统方面
对于进行过失速机动飞行的飞机，推力矢量（或称推力转向）是其动力系统不可或缺的能力，这在过失速机动研究之初就一直被认可和强调。
美国、俄罗斯和西欧等航空发达国家投入了大量的人力和经费对推力矢量技术进行系列研究，发掘它现代飞机机动性的革命性价值，取得了突破性进展，已将其应用于现有三代飞机改型以及第四代战斗机。研究表明，推力矢量技术能在飞机气动舵面失效的飞行条件下（大迎角、极低速），提供对飞机姿态的控制力，从而可以使飞机进行短距起落、悬停、大迎角/过失速机动等飞行。除此之外，推力矢量也有助于常规机动能力的提升。飞行试验表明，采用推力矢量的YF-22的机动性要明显优于空中优势战斗机苏-27、米格-29/F-15和F-16等。推力矢量增强了在跟踪目标期间的操纵品质。使用推力矢量的YF-22飞机，直到迎角60°，对俯仰姿态和迎角能够保持0.5°以内的控制精度，并且没有诱发滚转振荡和摇滚。推力矢量还提高了超声速转弯能力，飞行员评价YF-22在马赫数1.5的转弯能力与F-16在马赫数0.8时一样干脆利落。推力矢量还有益于飞机的低可探测性设计和减阻/减重设计，其提供的控制能力，使得去掉或者减小部分气动舵面成为可能，由此减少了飞机的重量和阻力，并有利于隐身。因此，推力矢量技术能够显著提高飞机的作战能力和安全性，它连同综合的飞行/推进控制系统对于希望敏捷性并维持飞机低可探测性的飞机将是必然的选择。
除了推力矢量控制能力，动力系统足够的推重比、快速响应能力和高可靠性对于过失速机动飞行及其战术价值的实现也是必须的。
飞行控制系统方面
过失速飞行必须依赖数字式电传控制，而且飞控系统需要与动力系统和气动力高度综合。过失速飞行飞控系统的核心控制律也需要更多的考虑过失速机动的特点，飞行动力学需要解算非线性、变系数的多变量六自由度联立方程组，稳定性分析难度很大。控制律要求具有合理的控制策略和鲁棒性，编写不当，可能发生飞行员诱发振荡进入失控状态。其中纵向控制律研究的重点是确定反馈系统和推力矢量控制的权限分配，确保给飞机提供最优的操纵品质。大迎角横向和航向控制律设计的重点是综合协调推力矢量与气动舵面的滚转操纵，以实现与速度矢量有关的协同滚转的性能。
过失速飞行飞控系统还需要精确的大气数据作为输入来决策控制系统的功能。由于气流分离的原因，常规大气数据传感器测量在大迎角会出现不能容忍的偏差。除了嵌入式的大气数据传感器系统，还需要采用双惯性导航系统（INS）获取数据来计算大气数据参数，补偿大迎角情况下常规大气数据传感器的不足。
过失速机动对飞控系统的硬件响应和精度也有较高的要求。在过失速机动中，舵面运动频繁而且幅度较大，如果响应滞后容易使飞机的运动发散。
验证试验与飞行试验
飞机的过失速机动能力必须通过飞行试验来证明。过失速飞行试验属于高风险科目，为了降低风险，飞行试验前需要大量的地面验证试验来支撑，因此需要发展综合性的地面验证手段，包括虚拟飞行试验、风洞自由飞试验、大气环境缩比模型飞行试验等。另外，由于气流分离、非线性、非定常和强耦合等特征，过失速飞行的参数辩识与线性系统参数辩识有本质的区别。传统的线性系统参数辩识理论不再适用，需要研究和建立适用于大迎角/过失速飞行的参数辨识方法。
过失速机动的未来
在过失速机动飞行方面，美国与俄罗斯依旧走在世界的前列。未来，过失速机动在进一步提高三轴角速率、增强机动能力的同时，仍然会以扩大可用飞行包线，进一步减少飞行限制条件为发展目标。
不断挑战机动能力的极限，让飞机在苍穹龙腾虎跃，仍然是人类不懈的追求。
本文来源：中国航空报
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王晓易_NE0011
