气动模型第五部分：挑战极限

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本文翻译自 https://www.falcon-bms.com/articles/flight-model/pushing-the-limits/

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介绍

正如FM开发人员日志第四部分中所述，AFM的飞控系统（FLCS）是基于NASA Technical Paper 1538（TP 1538）“Simulator Study of Stall / Post Stall Characteristics of a Fighter Airplane with Relaxed Longitudinal Static Stability”而开发。

我将此FLCS模型称作“NASA FLCS”。

NASA FLCS模型详细的描述了巡航增益，但完全没有对起飞和着陆增益以及地面增益的描述。这些增益是根据不同的F-16手册中的不同描述，从零开始构建的。

经过一年的测试，NASA FLCS模型已经完善到了可发布的程度，并且表现效果也很不错。几名真正的F-16飞行员对此模型进行了测试，他们都认为此FLCS模型非常出色。

然而，FLCS的一些小细节仍然在困扰着我。

对NASA FLCS模型的批评

NASA FLCS模型存在几个小问题：

在巡航增益方面：

• 俯仰响应似乎没有真机那样的“灵敏”（从来自各种航展机动F-16上的HUD录像中可以观察到）
• 在8-9G的过载区间内，G值的积累不像真机那样那么快
• 在MIL条件下无法达到最大G值
• 需要比真机更多的推力来“Freeze the nose”（稳定机头）

起降增益方面：

• 当攻角较大时，攻角混合过度会导致异常的推降效果
• 巡航增益和着陆增益间的过渡存在微小的不连贯性（即使玩家感觉不出来）

地面增益方面：

• 滑行和颠簸时升降舵没有动作
• 在高仰角时很难控制飞机滚转
• 侧风起飞时建模的反应过于夸张

一个新的FLCS建模

2009年年中，我在网上找到了一套完整的F-16战斗机控制律功能框图。

我的第一反应是将NASA FLCS模型与该模型进行比较，得出的结论是NASA模型的巡航增益与此模型95%是相同的。

这些新的功能框图将起飞和着陆增益、地面增益和待机增益(Standby Gain)都完全集成在图中。然而，由于他们是以模拟的方式集成到图中的，因此我无法判断我在NASA FLCS基础上为降落增益和地面增益所构建的模型是否准确。

在2010年年中，我对这份文件进行了深入研究，发现巡航增益模型中的一个差异可以解释我们在俯仰响应方面遇到的“问题”……

升降舵指令比例积分器（PI）与NASA的……略有不同。

此外，起飞和着陆增益以及地面增益在整个方案中的实现并不复杂。

2010年 8月，由于代码的其他部分推迟发布，我决定尝试完全的实现FLCS模型，并与NASA的模型进行比较。令人惊讶的是，由于模型非常相似，我只花了几个小时就完成了编程。我的目标并不是为了发布而实现这个模型（因为发布时间已经临近），而更多的是为了欣赏它的美。

促使我这样做的另一个缘由是我的个人喜好，在此我就不多说了。

经过这4年的开发，我最喜欢的是当我完成代码，第一次尝试起飞时的感觉。那一刻，相信我，我感觉自己就像一个试飞员，我在期待新的变化，期待它是不是真的能飞起来。

在BMS气动模型开发过程中，我经历过两次这样的时刻，第一次是A-10——非电传的试飞，另一次是AFM——F-16试飞。现在有机会再来一次了。

于是，我点击了游戏中的Takeoff按钮，在滑行道上出生。在滑行过程中，我先看了下升降舵，yeaaaaah，升降舵就像之前看到的视频中那样，动了起来。再试试看动一下杆子，OK，看起来一切正常，当松开杆子时，翼面又回到了原位。

是时候推节流阀了……我试着在加速过程前后推拉操纵杆，观察机头的上下移动……一切正常……150kt……开始拉杆……抬机头……起飞，此时，我知道FLCS正在从地面增益切换到着陆增益，因为因为机轮已不用承重（weight-on-wheel，WOW）。我以为会出现不稳定或坠机，但都没有出现。飞机开始爬升，似乎对我的操纵杆输入做出了很好的反应……向左或向右小幅度压杆，似乎都没问题。

现在让我们试着升起起落架，FLCS再次从着陆增益切换到巡航增益……nice，没有奇怪的过渡表现……一切都飞得很平稳……再来一些机动……，我心里已经乐坏了，我能感受到新模型与先前版本的不同之处，新版的FLCS模型的俯仰更加敏捷，再执行一个滚转测试……看起来也OK，是时候RTB了，过渡增益……过渡的很平稳！现在，新FLCS模型在着陆时需要向后带的杆量更小。接地……现在机头感觉更重了些，空气刹车时仍然难以维持控制（但至少已与以前版本不同了）。可能还是要调一下起落架位置。

太爽了。在我的第一次飞行之后，FLCS的反应非常好，以至于我只花了几个小时就解决了剩余的问题，再经过几个小时的测试之后，我决定要发布这款FLCS。

总结

2010年8月，我终于完成了BMS气动模型的开发工作。我花了5年的时间来完成它，尽管花费了数千小时，尽管彻夜难眠，但没有什么能取代我在最后一次测试飞行时的微笑，我希望您在首次BMS把Viper开上天时也能拥有同样的微笑……并希望这种微笑能长久地留在您的脸上。

BMS 万岁。

--Mav-jp

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  气动模型开发历史时间表