飞机的稳定性概念（飞机基础概念六）

原创不易，请认可价值，本文为“今日头条 英雄光”原创，转载请注明出处 2020-5-15

飞机是不存在政治立场的，但是它所属的国家是有的，军迷们对于各国飞机的喜爱其实就类似于粉丝们对足球明星，飞机的战绩≈球员的荣誉，飞机的数据≈球员场均进球数等数据，我们都知道前锋承担各球队主要的攻击任务，是球队里最受关注的位置，他们灵巧的过人，有力的射门都让粉丝们津津乐道。

战斗机是各国空军的明星机种，它在军迷重要性和地位应该是和球迷心中的前锋是一致的，所以战斗机永远是空军中最具热点的话题。

梅西，笔者心中的永远滴神

这个话题中战机的战斗能力是最为经久不衰的，这指的就是战机的机动能力。为什么一下子就跳到了机动能力呢？我们知道战机的战斗能力分为很多种，这其中空战是最中心的话题，虽然空战又分了好几种情况，但像雷达，隐身这类性能的优劣是无法直接对比的，所以最直观的最刺激的就是格斗，也就是战机的机动能力。

那么如何比较飞机的机动能力呢？这就是我上次在《战机的基础概念（五）——什么是超机动能力？》提到的了，目前民间论坛，网页中分为了两个大类：1. 能量机动能力；2. 瞬时机动能力。

这两个理论都分别是什么意思？各有什么优劣呢？它们谁是对的谁是错的？笔者接下来会较为详细的去区分和讲解。

（PS：笔者自身存在局限性，文章内容可能会存在错误，欢迎评论区理性讨论。）

我国五代战机J-20

能量机动性

• 基础释义

能量机动性是大多数军迷都耳熟能详的一个词，它本质上是一个简洁的描述机动性的数学模型，但我们可以简单的介绍一二。SEP是能量机动理论的量纲，是博伊德创造的，但实际上能量机动一直存在，它最根本的思想其实是：能量守恒定律，即：能量不会凭空消失，也不会凭空产生。

这对飞机来说也是一样的，飞机在平飞过程中，此时的总机械能可以看为：重力势能（高度） 动能（速度），​高度越高，重力势能越大，速度越快，动能越大（假设重量不变）所以能量的转化，就是这两个能量的转化。

所以一战二战的飞行员尽管不知道能量机动理论，但是他们也知道：高度换取速度。

• SEP（单位重量剩余功率）

而博伊德提出了SEP和能量机动理论的公式，这个模型可以一个高效的对比飞机机动能力，于是就诞生了能量机动包线图。

SEP是衡量战机能量机动性的量纲，SEP越高，飞机的能量机动性越好，通过SEP的公式可以得到，要想提高SEP，就要提高推重比和升阻比。

这两个都是SEP公式，只不过条件不一样

T就是ΔT也就是剩余推力（ΔT=Ta-Tr，Ta是可用推力，Tr是平飞需用推力，这里可以看做等于阻力D），AOA就是攻角，N是过载，K是升阻比，W是飞机重量。

这就很明显了，在飞行速度一定的情况下，除去AOA，过载这些可以控制的变量，提高飞机的推重比和升阻比就能够提高SEP。

（PS：在稳盘瞬盘这些机动过程中，K指的是机动升阻比。）

（PS：虽说AOA和N是可以控制的，但是也不是想多大就有多大的，情况也很复杂，不能一概而论。）

F-16

• SEP这个量纲的作用

那么SEP的物理意义是什么呢？SEP大于0，飞机的总机械能增加，SEP小于0，飞机的总机械能减小。绕圈过程中，当SEP小于等于0时，此时为稳盘，反之则为瞬盘。

我们假设飞机A和飞机B进行机炮格斗，两者各自在对方的6点钟方向，两者开始绕圈，在这个过程中，飞机A的机动升阻比更高一些，它的SEP值更大一些，那么它的稳盘角速度就要更高一些。通俗的来说：飞机A的绕圈能力就更强一些。（当然这里的绕圈能力指的是稳盘速率，为什么不是瞬盘，后面还会再说。）

这是上篇文章刚用过的F-16C block52能量机动包线图，为了清楚点分成了两张图片

这幅图更加直观，我们看这幅图中PS=0的这条曲线，这条曲线代表：此时飞机的SEP=0，此时飞机就有着最大稳盘速率，即21.5度/秒左右，在此曲线下面的曲线全部为稳盘，上面的曲线全部为瞬盘，最大瞬盘速率图中已经标出为24.8度/秒。

从图中我们可以清晰的看出来，SEP作为量纲去衡量飞机的盘旋能力是非常方便的，换成滚转，爬升也是没问题的，就是换坐标轴单位的问题。

爬升率也可以，实际上照片中的第一个公式就用到了上升角公式，SEP和爬升的公式是一致的，当然条件是铅垂面内的直线爬升，攻角近似于0。所以在以前的文章中，我称SEP是稳盘，瞬盘，横滚，爬升的综合判定标准，这是没有问题的。

F-35B

• SEP的重要性

SEP本质上是单位重量剩余功率，如果我们将时间设定为单位时间，那么其物理意义就是：推力减去阻力所做的功为总机械能的变化，通俗的来讲就是能量恢复率。

一架飞机SEP高，那么飞行员在大幅度拉杆的时候，能量损失就会小，推杆的时候，能量恢复就更快。所以，相同状况下，SEP高的飞机总会拥有更多的能量，这些能量可以在盘旋中去追求更大的角速率，也可以换取高度，也可以就是速度本身。

所以SEP高的飞机总是容易取胜，因为它的能量总是更充沛，我举个例子：飞机A和飞机B在同一高度，同一速度下开始绕圈，飞机A的SEP更高一些，那么它瞬盘时的减小的能量就更小一些。（当然瞬盘角速率不止和能量有关系，接下来会解释。）

这也是SEP小于0速度就会减小的原因：单位时间内，飞机做负功，那么总机械能必然是减小的，如果高度不降的话，减小的只能是动能，这就是瞬盘。

歼-10

关于能量机动认知的易错点

笔者在这里主要说几个关于能量机动性的主要误区，这是我个人认为理解上很容易出错的地方。

• SEP是一直在变化的

这个不难理解，通过公式我们就知道飞行速度V，攻角AOA，过载N，推重比T/W，升阻比K都是在变化的值，所以SEP必然会随这各参数的不一致进行变化，图中也很好的表现了这一点，即：SEP是一条曲线。

• 总能量多不代表能量机动性好

这是什么意思呢？SEP上面已经说了可以看做是能量恢复率，和总能量是没有关系的。我举个例子，假设现在有一架以2Ma的速度飞行在20000米高空的米格-25，此时米格-25的总机械能是很高的，因为速度很快，高度很高，其重力势能和动能必然是很高的。

但这并不代表米格-25拥有良好的能量机动性，米格-25此时的SEP依然很低，只要稍微一拉杆想进行转弯，SEP可能就会小于0，总能量开始递减，速度就会下降，这就一般截击机没有良好机动能力的原因。

米格-25

• SEP和能量转化的快慢无关

SEP不表示动能和势能转化的快慢，不是说SEP高，动能就能更快的转化为势能，没有这回事，要这么说的话，一架SEP很低的飞机俯冲，只要俯角足够大，照样能够很快地将重力势能转化为动能。

瞬时机动理论

• 基本概念

瞬时机动理论也被称为角度机动理论，是一种新的机动性判别准则，它以机头指向为量纲。比如能量机动理论是以飞机SEP高低判断机动能力优劣的，SEP高飞机的机动性就好。

瞬时机动理论的判定标准是飞机的机头指向，一架飞机拥有更好的机头指向能力，它在战斗中就更容易击落对手。

瞬时机动理论起源于不断发展的格斗导弹，格斗导弹的性能越来越优良，不仅射的更准，还射得更远，最关键的是还有离轴角，离轴角是非常重要的，可以说它改变了WVR（视距内）空战的习惯，它意味着我可以不用像机炮格斗一样占位，我只需要让导弹能够锁定并发射就可以。

AIM-9X格斗导弹

这就是空战由“占位”到“指向”的一次变革，从这个角度上来说，超机动（过失速机动能力）是被包含在瞬时机动理论中的。

• 机头指向和盘旋机动能力的差别

很多人总是会把稳盘，瞬盘和机头指向这三个东西搞混，稳盘和瞬盘还比较容易搞清楚，前面已经说过了就是SEP正负的问题，那么机头指向呢？我发三幅动图看一下你们能不能分清楚。

这个侧卫完成的眼镜蛇机动，机头指向就发生了很大改变

这张图中的F-35不是瞬盘，是过失速机动，因为攻角超过了临界攻角，速度明显减小了

这张图中的F-35不一定是稳盘，因为速度只是看起来没变，这张图已经很老了，好像是17年巴黎航展的

上面三张图看起来差不多，实则相差甚远，那么机头指向和盘旋能力最根本的差别是什么呢？我们知道刚体运动可以分解为质心的运动和绕质心的转动。

机头指向就是绕质心的转动，一架飞机机头指向能力的优劣取决于静稳定度，转动惯量以及俯仰力矩等，通俗地讲可以将其理解为行星的自传运动。

而盘旋能力则是质心的运动，盘旋能力的好坏之前已经说过了，取决于推重比和升阻比，可以将盘旋能力理解为行星绕恒星的公转运动。

（PS：到这里我就将遗留在《战机的基础概念（五）——什么是超机动能力？》的问题解释清楚了，即盘旋能力和机头指向的区别。）

J-20

关于瞬时机动理论认知的易错点

• 瞬盘不属于瞬时机动理论

瞬盘不属于瞬时机动理论，而属于能量机动理论，有人把瞬盘归结为角度机动，这可能是因为瞬盘在短时间转过大量角度从而看上去和机头指向很像的缘故。

但实际上两者完全不是一回事，瞬盘是飞机质心运动，角度机动是飞机绕质心的转动，这完全是两回事。

有人可能还会说瞬盘和升阻比无关，和升力系数有关，这不证明其和能量机动性也无关联吗？

的确，瞬盘为了追求更大转弯速率，不再顾忌切向推力是否大于阻力这一可能导致SEP小于0的条件，所以瞬盘仅涉及到法向受力，也就是升力和推力的法向分量。

但是这并不代表瞬盘就和能量机动没有关系，我们只要看瞬盘的条件就好了，SEP小于0，能量逐渐减小，这不正是能量机动理论的内容吗？而且其在能量机动包线图上也有很明显的标注，怎么可能将其认为是瞬时机动理论呢？

（PS：这也是为什么说J-10，幻影-2000这样的瞬盘这类的战机瞬盘较强的原因。）

歼-10

能量机动理论和瞬时机动理论的差别

两者的差别还是比较明显的，严格意义上来讲，两者量纲的含义和作用完全不一样，但都是为了判定飞机在空中的战斗能力。

能量机动理论的量纲SEP，谁的SEP更高一些，它的能量机动性就更好一些，在比较机动能力的过程中，就可以通过SEP的优劣来决定飞机在空战中是否能够占据优势。

而瞬时机动理论的量纲是机头指向的优劣能力，谁的机头指向能力更强，谁的角度机动就更好一些，谁就更有可能在空战中获得胜利。

• 能量机动包含瞬时机动理论

我个人认为能量机动理论是包含瞬时机动理论的，也就是说角度机动是能量机动的子集，为什么这样说呢？因为角度机动同时也涉及到了能量的增减。

眼镜蛇机动过后，飞机递减的空速就是非常简单的例子。

F-22

两者谁优谁劣

哪个更胜一筹呢？能量机动涉及到飞机机动性能的方方面面，角度机动配合大离轴角导弹可以获得抢先发射的机会，可以说哪一个都有很实用的价值。

我认为高能量战机是没必要尝试角度机动的，因为其能量机动性本来就占优，WVR中占据很大的优势，低能量战机在单挑中可以借此机会一搏，获得胜利，但如果不成功，基本上就是靶子了。

而且在大规模空战中，使用角度机动可以说是得不偿失的行为，当然以上的所有情况都界定在了格斗和WVR中，和BVR（超视距）无关。

（PS：当然这只是我个人粗略的理解。）

参考文献：

能量机动理论和飞行包线图

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