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德国甲级业余联赛-德国甲级联赛矢量

什么是矢量控制?

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矢量控制,也称磁场定向控制。它是70年代初由西德F.Blasschke等人首先提出,以直流电机和交流电机比较的方法阐述了这一原理。由此开创了交流电动机和等效直流电动机的先河。矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子交流电流Ia、Ib、Ic。通过三相-二相变换,等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1、Ib1,再通过按转子磁场定向旋转变换,等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1(Im1相当于直流电动机的励磁电流 , It1相当于直流电动机的电枢电流),然后模仿直流电动机的控制方法,求得直流电动机的控制量,经过相应的坐标反变换实现对异步电动机的控制。矢量控制方法的出现,使异步电动机变频调速在电动机的调速领域里全方位的处于优势地位。但是,矢量控制技术需要对电动机参数进行正确估算,如何提高参数的准确性是一直研究的话题。直接转矩控制1985年,德国鲁尔大学的DePenbrock教授首次提出了直接转矩控制理论,该技术在很大程度上解决了矢量控制的不足,它不是通过控制电流,磁链等量间接控制转矩,而是把转矩直接作为被控量来控制。转矩控制的优越性在于 ,转矩控制是控制定子磁链,在本质上并不需要转速信息,控制上对除定子电阻外的所有电机参数变化鲁棒性良好,所引入的定子磁链观测器能很容易估算出同步速度信息,因而能方便的实现无速度传感器,这种控制被称为无速度传感器直接转矩控制。

矢量双变频是什么意思

问题一:家电中的变频,直流变频,矢量变频是什么意思?变的是什么“频”? 矢量变频器技术是基于DQ轴理论而产生的,它的基本思路是把电机的电流分解为D轴电流和Q轴电流,其中D

轴电流是励磁电流,Q轴电流是力矩电流,这样就可以把交流电机的励磁电流和力矩电流分开控制,使得交流电机具有和直流电机相似的控制特性,是为交流电机设计的一种理想的控制理论,大大提高了交流电机的控制特性.不过目前这种控制理论已经不仅仅应用在交流异步电动机上了,直流变频电动机(BLDC,也就是永磁同步电动机)也大量使用该控制理论.

矢量与向量是数学上矢量(向量)分析的一种方法或概念,两者是同一概念,只是叫法不同,简单的定义是指既具有大小又具有方向的量。

矢量是我们(大陆)的说法,向量的说法一般是港台地区的文献是用的.意义和布什和布希的意思大致一样.矢量控制主要是一种电机模型解耦的概念.

在电气领域主要用于分析交流电量,如电机分析,等,在变频器中的应用即基于电机分析的理论进行变频控制的,称为矢量控制型变频器,实现的方法不是唯一的,但数学模型基本一致。

二、引言

交流电机矢量控制理论是德国学者K Hass和FBlaschke建立起来的,作为交流异步电机控制的一种方式,矢量控制技术已成为高性能变频调速系统的首选方案。

交流电机的矢量控制技术是基于交流电机的动态模型,通过建立交流电机的空间矢量图,采用磁场定向的方法将定子电流分解为与磁场方向一致的励磁分量和与磁场方向正交的转矩分量,并分别对磁通和力矩进行控制,而使异步电机可以像他励直流电机一样控制。随着计算机技术飞速发展,功能强大的数字信号处理器(DSP)的广泛应用使得矢量控制逐渐走向了实用化。

DSP按数据格式可分为定点DSP和浮点DSP两类。考虑到价格原因,早期的矢量控制器多采用定点DSP,而浮点数运算要经过软件处理,因此增加了软件的复杂性。随着浮点DSP性价比的提高,更多的矢量控制器将采用浮点DSP。而要完成电机的高性能控制,PWM调制必须进行优化设计。在这种情况下,一个DSP很难完成矢量控制器和优化的PWM调制两项工作,需要双机协同工作才能完成高性能的矢量控制系统。本文基于TI公司的浮点DSP芯片TMS320VC33和TMS320F240设计了双微机结构的矢量控制系统。TMS320VC33主要完成矢量控制计算,发挥它浮点数运算快的特点,而TMS320F240用硬件实现PWM调制功能。本文给出一全数字化的双DSP矢量控制系统,并在1.5kW笼型异步电机上进行了实验,取得了良好效果。

三、矢量控制的原理

矢量控制技术通过坐标变换,将三相系统等效变换为M-T两相系统,将交流电机定子电流矢量分解成两个直流分量(即磁通分量和转矩分量),从而达到分别控制交流电动机的磁通和转矩的目的,因而可获得与直流调速系统同样好的控制效果。

矢量控制系统采用双闭环控制系统,图1是其矢量控制系统框图。

本系统中由测量所得的电机转速,通过矢量运算器产生磁场定向定子电流分量给定值和滑差角频度给定值和测量所得的电机转速经过积分运算可得转子磁通位置角θ,并送至旋转变换环节。由测得的电流经矢量变换得到转矩电流分量iM和励磁电流分量iT,利用

四、系统组成及设计

基于双DSP矢量控制的三相笼型异步电机驱动系统的变频器采用交直交电压型结构和SVPWM脉宽调制方式。系统由三相整流器、滤波电容、电压型逆变器、逆变器驱动电路、三相笼型异步电机和双DSP控制系统构成。

其中双DSP控制系统由VC33子系统,F240子系统和数据交换单元三部分构......>>

问题二:矢量变频器是什么意思? 矢量变频器,是采用矢量控制技术的变频器,相对于V/F控制的变频器来讲哗具有低频扭矩大、控制精度高(可以闭环控制)、响应速度快等特点,但价格比V/F控制的变频器价格要高。

问题三:变频矢量控制是什么意思? 矢量控制的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量,根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制,从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量 (励磁电流)和产生转矩的电流分骇(转矩电流)分别加以控制,并同时控制两分量间的幅值和相位,即控制定子电流矢量,所以称这种控制方式称为矢量控制方式

补充:矢量(标量)的含义

有些物理量,既要有数值大小(包括有关的单位),又要有方向才能完全确定。这些量之间的运算并不遵循一般的代数法则,而遵循特殊的(空间向量)运算法则。这样的量叫做物理矢量。有些物理量,只具有数值大小(包括有关的单位),而不具有方向性。这些量之间的运算遵循一般的代数法则。这样的量叫做物理标量。

问题四:矢量变频器与普通变频器有什么区别 矢量变频器与普通变频器多年来有很多客户问到类似的问题。可是要讲起V/F控制和矢量控制的区别,理论上讲可不是简单几句话能够讲清楚、说明白的!所以我就经常用开车来打比方,大家知道:矢量控制又称为‘速度控制’,从字面上就可以看出几分区别。

V/F控制方式:就像开车时你脚上的油门开度是保持不变的,而这时车子的速度肯定是在变化的!因为车子行走的道路是不平的,道路的阻力也是在变化的,上坡时速度就会慢下来,下坡时速度就会加快,对吧?对变频器来说,这时你的频率设定值就是相当于你开车时脚上油门的开度,V/F控制时油门开度是固定的。

矢量控制方式:可以控制车子在路况变化、阻力变化、上坡、下坡等变化情况下,尽量让车速保持恒定不变,提高速度控制精度。那么,要想在无论上坡、下坡、路况阻力变化的情况下,都让车速稳定不变,油门开度肯定要随时调节,对吧!刚才说了:速度设定值就相当于油门开度,设定值没变,油门开度是如何变化而随路况阻力随时调节到位的呢?其实,当你选择控制方式为‘矢量控制’时,变频器内部的CPU就开通了这个特殊功能!利用电机电流变化反馈过来的信息,通过CPU内部固化的程序、公式,通过CPU内部PID调节器不断在你原有油门开度的基础上再增加或减少一些油门的开度(发动机的进油量)。所以,表面上看,V/F控制和矢量控制时,你的油门开度同样都没有变化,但是,实质上V/F控制时确实油门开度不变化,而‘矢量控制’时,实际的油门开度是变化的(在你原有油门开度的基础上,上下调节)。这样车速才能尽量保持不变。

这样打比方来说‘V/F控制和矢量控制’,是否更容易理解一些呢?

希望能帮到你!

问题五:通用变频器与矢量变频器的区别是什么意思 是有一些区别的,主要是针对不同的行业来制作生产的。应该是可以启动的,你把参数修改一下了。风机的变频器是扭矩不大。水泵的变频器扭矩比较大的。

问题六:矢量变频与普通变频区别 普通V/F控制

适用于对控制精度要求不高的场合,如风机、泵类负载。可用于一台变频器拖动多台电机的场合。

矢量控制

适用于高性能通用场合,一台变频器只能驱动一台电机。如机床、离心机、拉丝机、注塑机等负载。

选择矢量控制方式时,必须进行过电机参数自学习。只有得到准确的电机参数才能发挥矢量控制方式的优势。

问题七:冰箱的矢量变频技术是什么意思 快速制冷,温度恒定,便于锁住食物营养,而且没有噪音,寿命更长。

Coreldraw 和illustrator哪个处理矢量图功能更强一些

通常矢量图软件会与象素图软件交叉使用,象素图的处理通常大家都会选择PHOTOSHOP,而Illustrator和PS是同一家公司ADOBE的产品,所以无论从界面上还是使用中,两者都有很多相似的地方,而且相互之间的兼容性极好,极易上手,而且手绘功能也很强,加上支持PDF文件,所以很多人慢慢都开始选择使用它。

CorelDraw的用户也挺多,而它的界面相对Illustrator则较为复杂,个人感觉使用不是很顺手,不过它的一些变形功能挺强大。

用Illustrator 是个不错的选择首先它和PS无论从快捷键,还是面板上都极其相似,学起来容易上手再来他们都是ADOBE开发的,有着良好的互导配合性还有就是它很好地适应了PC和MAC两大平台~ 至于功能,就我看来两个软件在伯仲之间~

在这个版面,虽说不常,但总有些人会拿 Illustrator 和 CorelDRAW 来比较,

而且总是说 Illustrator 怎么好,而 CorelDRAW 如何差等。

我觉得这是很奇怪的现象,你看在 CorelDRAW 的讨论版面,

几乎没有人会说 CorelDRAW 如何好,而 Illustrator 如何差,

当然用 Illustrator 的人也许又说因为这是“事实,所以啰!”

我觉得这是用 Illustrator 的人的优越感,感觉好像德国的纳粹党,

而 CorelDRAW 好像变身为犹太人。

但是评论似乎总是刻意针对 Illustrator 的长处,和 CorelDRAW 的短处,

却很少提及 Illustrator 的短处,和 CorelDRAW 的长处,颇失中道。

要下评论,我认为重点是每个软体的定位本来不同。

我认为 Illustrator 的定位是: →向量美术绘图

我认为 CorelDRAW 的定位是: →向量工艺绘图 & 简单排版

先撇开排版不说,重点在 Illustrator 是“美术”,而 CorelDRAW 是“工艺”,

当然这是我刻意做的一个分别,一般这两个名词是差不多美工的意思,

不过在这里我会解释我这样分别的原因。

为什么说“美术”:

因为 Illustrator 有“向量特效”,这在 CorelDRAW 里的确是比较少的,

像羽化功能一直是 CorelDRAW 使用者所企盼的,

当然 CorelDRAW 里也有一些“向量特效”,

而且是 CorelDRAW 所特有的特色。

而我在使用 Illustrator 时,我觉得它的最大特色就是它是一个向量软体,却好像结合了影像处理软体的功能,

主要就是“向量特效”,所以有人说它似乎是结合了 Photoshop 的功能一样。

为什么说“工艺”:

从 Corel 公司出版了另一款软体 Corel DESIGNER Technical Suite 就可以看出 Corel 公司的技术倾向,

Corel DESIGNER Technical Suite 是“工业”设计软体,

当然 CorelDRAW 不是,但它的确可说是偏向“工艺”方面,这从它的“效果”、“工具列”功能就能看出。

譬如 CorelDRAW 有类似 AutoCAD 的度量、三点曲线、三点矩形、三点椭圆、动态辅助线,还有2.5D立体化功能,

还有类似 Visio 的连接线功能,超多样的色彩模型、填色材质。

有些小规模的制造业公司或许因为经费不足,

他们会以 CorelDRAW 来代替昂贵的 AutoCAD ,

但他们应该不会以 Illustrator 来替代,就算 Illustrator 的价格一样便宜。

有人说 CorelDRAW 的功能“花俏”,那是见仁见智罴了,别人眼中的花俏,却是他人常用的重要功能,

同样的, Illustrator 的功能在不同人眼中也是如此。

因为“美术”,所以可以画出有点类似 Photoshop 的效果,

因为“工艺”,所以可以画出有点类似 AutoCAD 的效果,

所以比较属于“美术”的, CorelDRAW 就比较麻烦,可能要先转换成点阵图,再来做“美术”的效果,譬如羽化等。

所以比较属于“工艺”的, Illustrator 就比较麻烦,相对于 CorelDRAW 而言。

Illustrator 是美工偏向美术设计, CorelDRAW 是美工偏向工艺设计,

所以 Illustrator 在表现“柔性”的物品时比较擅长,像画青椒、衣服、布丁、风景画这种东西。

而 CorelDRAW 在表现“刚性”的物品时比较卓越,像画相机、汽车、吉他、手表等。

所谓擅长、卓越,意指包括:效果 + 效率

很多人在评论时,只重“效果”,而忽略了“效率”。

如果只说它做得到、做得好,它做不到、做不好,这就只说了“效果”,

但还要考虑到“效率”的问题,否则小画家也是超强的软体,

因为用小画家可以一个点一个点地画出任何复杂的图。当然它是点阵绘图。

譬如说 Illustrator 的“工艺”方面当然也是可以做到,

可是和 CorelDRAW 相比之下,它显得很没效率。

(有时候很难搞,不能像 AutoCAD 准确, CorelDRAW 就比较可以)

而 CorelDRAW 的“美术”方面当然也是可以做到,

只是和 Illustrator 相比之下,它也显得很没效率。

(有时候要先转换成点阵图)

再从另一个观点来比较:(专业化vs人性化)

有人说 Illustrator 在专业输出表现较好,我不算专业人员,

我通常是输出成,放在网页上,或是放在文件上,用我的印表机印出,

顶多拿到相片馆输出,所以这方面我感觉不出差别,所以我不便评论。

但从一个专业与人性化的观点来看,我觉得微软做得很好,譬如它的 Office 软体,

不仅是符合世界各大企业办公室的专业,又赢得一般大众的青睐。

就这一点而言,我觉得 CorelDRAW 做得也很好,

它不仅是优秀的专业软体,也是被一般大众所易于接受的软体,

我觉得它与微软的软体在介面模式、操作概念上很相似,这也是 CorelDRAW 获奖的因素之一。

以专业来看,在PC上, Illustrator 与 CorelDRAW 大概是五五波,

但以一般大众来看, CorelDRAW 胜出。

而且我认为在功能上, CorelDRAW 的功能比较符合一般大众的需求,

更重要的是它比较容易入手,但容易入手不等于不专业,就像 Office。

最后说明有些人说 CorelDRAW 的排版功能不好等等,基本上它本来就不是排版软体,

它的定位应该是简单的排版,因为向量设计的领域本来就会牵涉到排版,

让你不需要用另一个软体来处理,像 Illustrator 这方面就比较麻烦,

而简单的排版功能也是使它比较能符合一般大众需求的原因之一。

其实说 CorelDRAW 是排版软体,Corel 公司可能会哭笑皆非,

因为 Corel 公司有其专业排版软体 Corel Ventura ,

这可是一套媲美Adobe PageMaker 的排版软体。

“推力矢量技术”一直在进化

“推力矢量技术”一直在进化

歼-10B战斗机在中国国际航空航天博览会上艳惊四座。它表演的赫伯斯特机动和眼镜蛇机动等高难度动作,令在场观众激动不已。

作为我国首款单发推力矢量验证机,歼-10B在“吸粉”无数的同时,也在客观上成为“应用推力矢量技术的武器家族”中的一员。

纵观武器装备发展史不难发现,推力矢量技术从理论到应用的每次突破与进步,都与一些武器装备的诞生与发展有所关联。正因为有了在这些武器装备上的一再验证,人类对推力矢量技术的掌握和运用,才一步步走向成熟。

“呆萌”立族 旁系壮大,从德尔塔飞艇到鹞式战机。谈起推力矢量技术的应用,很多人第一反应肯定是飞机,具体一点说,是拥有过失速机动能力的现代战斗机。但是,实际上,这项技术最早应用是在飞艇上。

早在100多年前,英国就在“呆萌”的德尔塔飞艇上尝试过可以调节方向的推进式螺旋桨设计。可以说,这是推力矢量技术的萌芽。

“一战”期间,英国制造了兼具侦察和轰炸功能的新式武器——九号飞艇。作为英国的首款硬式飞艇,它能够以69千米/小时的速度飞行。

这艘飞艇由4台180马力的活塞式发动机提供推力。硬式控制室通过转轴操控发动机,发动机则连接着硕大的螺旋桨。通过旋转转轴,控制室就能够操控螺旋桨的法线方向,最终实现推力矢量操控。

当时的传统飞艇,控制起降绝大部分是通过调节充气量来实现,有的甚至还在采取抛沙袋、扔绳索的方法。九号飞艇则有所不同。在起飞阶段,它能让硕大的螺旋桨对地送风,加速起飞;在着陆阶段,还可以通过对天空吹气快速降高(这对飞艇来说至关重要,可以尽量减少暴露在对方防空火力中的时间)。这种能力,让飞艇能够在高空中稳住艇身,成为空中“航空母舰”。

不幸的是,九号飞艇命运多舛,英国军方后来放弃了采购计划。因为,英国军方认为“一战”最晚到1915年就会结束,而九号飞艇要到1916年初才能具备战斗力。

九号飞艇采购计划虽然中止,但幸运的是,这种推力矢量技术被沿用了下来。不过,这次接棒的已不是飞艇“宗室”,而是飞艇的旁系“亲戚”——飞机。

随着罗尔斯·罗伊斯公司研制出飞马座推力矢量喷气式发动机,战斗机的发展便进入了一个新纪元。推力矢量技术第一次成功应用,是在英国研制的鹞式短距/垂直起降战斗机上。从此,推力矢量技术开始真正发扬光大,逐步推及鹞、海鹞、AV-8B等多个系列和类型。

该飞机家族的喷气式发动机有共同的特点:拥有4个可以旋转的喷口,前面2个喷出从压气机引出来的冷气,后面2个喷出从燃烧室引出来的热气。在起降阶段,喷口转而向下;在平飞巡航阶段,转而向后。其基本原理,和“一战”时期的九号飞艇如出一辙。

在此之前,美国面对苏联的压力,也曾着手研发能够垂直起降的战斗机,还一度尝试过把飞机竖起来、给飞机捆绑固体火箭助推器等多种方法,但终究未能如愿。

苏联则是在1971年,也就是鹞式飞机首飞成功4年后,其海军首款实用型舰载固定翼战斗接“二”连“三” 加速发展。

从V-2导弹到F-16战机

推力矢量技术在垂直/短距起降战斗机领域的应用得到一致认同。这时,有工程师提出了新的理念:既然推力矢量技术能够在起降阶段帮助战斗机快速升空或者顺利着陆,那么在其他方面也应该能发挥作用。

第二次世界大战期间,以“复仇女神”为名的V-2弹道导弹,成为首次在实战中广泛应用推力矢量技术的武器。

4片燃气舵在导弹的液体火箭发动机工作时,浸润在喷流中。来自自动驾驶仪的控制指令能够让这些燃气舵偏转至合适的角度,从而改变发动机喷流的推力方向。这种推力矢量技术,使V-2导弹能够在高速飞行状态下调整飞行方向。至今,燃气舵加推力矢量技术的配置依然在一些先进武器装备上发挥着重要作用。

这项技术能否在水平方向上为战斗机提供加力呢?美国工程师率先进行了尝试。

1975年,美国兰利计算中心启动二元推力矢量喷嘴项目。两年后麦克唐纳·道格拉斯公司加入,提供了2架F-15战斗机作为研究项目的飞行载体。其中1架,是该公司生产的第1架双座型F-15战斗机。

在美国空军携大量投资加入的情况下,带有二元推力矢量喷嘴的F-15战斗机很快完成首飞。

随后,美国宇航局NASA将项目更名为F-15短距起降/机动能力验证项目。随着具备调节俯仰和偏航机动性的三元推力矢量喷嘴技术的突破,一架全新版本的F-15战斗机成功首飞。

这架F-15战斗机换掉了二元推力矢量喷嘴,在两台推力巨大的喷气式发动机尾部,加装了两部普拉特·惠特尼P/YBBN三元矢量喷管。此外,它还拥有一对全动鸭翼,以及能够配合鸭翼动作的尾翼。这种可以在20°范围内任意调节推力方向的喷管和这些独特设计,让这架F-15战斗机拥有了超强机动性。

这架F-15验证机的实用可控攻角为85.7°,在当时可以说难以想象。在大攻角飞行状态下,传统空气舵面已经心有余力不足,此时推力矢量喷管的强势助力起到了雪中送炭的效果。

受F-15验证机成功的鼓舞,通用动力、洛克希德·马丁与美国空军一起,启动了基于F-16机体的推力矢量验证机项目,并于1992年4月首飞成功。

此后,美国宇航局NASA的阿姆斯特朗飞行试验中心,又对带有三元矢量喷管的F/A-18大攻角飞行验证机进行了飞行测试。这架F/A-18大黄蜂验证机,能够以70°的攻角持续稳定飞行,同时能够维持65°的攻角持续滚转,而量产版本的大黄蜂,只能达到35°。

科技助推 超常“机动”,从X-31验证机到未来战机。应用推力矢量技术的战斗机引人注目,但一位德国工程师提出的概念,让一个新词语进入人们的视野——过失速机动。

20世纪70年代,梅塞施密特集团的工程师赫伯斯特博士提出:未来,实施近距离格斗的战斗机,如果能够掌握这样一种能力,将会在格斗中占据优势地位。这种能力正是基于可以随意调节发动机推力方向的装置。

当战斗机的实际瞬时攻角大于失速攻角,其飞行速度远低于巡航速度的时候,如果整机依然具备实用的操控能力,那么就可以在无须耗费巨大能量、无须忍受巨大过载的前提下,实现战斗机的快速转弯,使其机头或者武器装备迅速对准待射击方向。这种机动能力,出现在失速速度和失速攻角之后,所以叫作:过失速机动。

赫伯斯特博士还给出了若干机动范例,其中最为有名的就是赫伯斯特转弯。但是当时,军方并不买账,不少飞行员认为这种构想过于外行。

不过,赫伯斯特并未放弃。他得到了和美国宇航局NASA的合作机会。于是,X-31推力矢量技术验证机横空出世,并以70°的攻角进行了可控飞行。

这款飞机拥有3块巨大的燃气扰流板,能够通过协同配合,让发动机的喷流实现在俯仰和偏航方向的迅速偏转。但实际上,整架X-31技术验证机,除了尾部的扰流板和机内专门用于大攻角和过失速机动的制导控制算法之外,其他的零部件和分系统大多数用已有零件拼凑而成。

事实证明,这架由轰炸机、预研项目战斗机、现役战斗机、拆解的战斗机、公务机等多种机型零部件组合而成的X-31推力矢量技术验证机,飞出了人类第一个赫伯斯特机动。这宣示着:过失速机动的时代到来了。

但是仍有飞行员认为,这种布局的飞行器偏航稳定性根本保证不了。在大攻角飞行状态下,一旦偏航失稳,飞机就有坠毁的危险。在进行了一系列改良后,赫伯斯特和他的团队把用于维持X-31验证机偏航稳定性的垂直尾翼虚拟屏蔽了,飞机依旧起飞成功。即便是没有了垂直尾翼,仅仅依靠推力矢量技术,单发喷气式飞机依然具有偏航稳定性。

在拆除推力矢量扰流板的情况下,X-31验证机与F/A-18“大黄蜂”的交换比为2.38∶1,这意味着X-31验证机平均以己方2.38架的代价,才能击毁一架大黄蜂。但装回扰流板,恢复过失速机动能力的X-31验证机与F/A-18的交换比变为1∶9.51。这次,是一架拥有推力矢量和过失速机动能力的X-31,能够击毁将近10架F/A-18。

如此明显的数据让各国再次把目光聚焦在推力矢量技术上。推力矢量技术也因此再次超常“机动”,在兵器研发方面走向两大方向:一是先进的战斗机机动能力。二是可靠的运载火箭、弹道导弹控制能力以及深空探测的自主着陆和起飞能力。

未来的推力矢量系统绝不会只局限于这两大方向。它还会随着该技术的不断突破,变身为更多种类的武器装备。

什么是三维矢量推力

所谓的矢量推力(TVC),是“推力矢量控制能力”之简称。顾名思义,就是改变发动机出力方向,藉此达到传统控制翼面以外的控制能力。这种控制力可以减低转弯时的阻力,更使得失速后动作成为可能,还能减少起飞滑跑距离,是现代战机动力发展的趋势之一。

传统的飞机控制是藉由翼面“阻挡”气流,利用气流给翼面的反作用力为控制力。这种控制方式的条件是控制面附近的气流必须是尽可能稳定的,当飞机因为速率太低或是攻角太大等因素时,就可能导致“失速”,使控制面失去控制力,过去没有TVC的时代,除非飞机进入死亡螺旋等无法改出的状态,否则可以藉由动力全开、俯冲使飞机周围气流再度平顺,形成可控性。但这样一来,在改正的过程中,万一刚好被敌机发现那差不多就完了,因为此时的战机既没有办法做闪避动作,也难以还击,只能静静的以电子设备做最后的防卫,也因为无法做闪避动作,使得如干扰丝、热焰弹等的效能有限,所以传统控制的飞机在战斗中失速是很要命的(除非有僚机)。但有TVC能力的战机在这情况下,只要发动机不熄火,他就可以藉由改变发动机推力方向来控制机体,从SU-37的表演影片看来,这时飞机的指向能力几乎达到出神入化之境界。这时的战机必要时可以赶紧将机首指向威胁方向,予以反击,甚至与目前的高灵敏红外组件极高机动寻热导弹的搭配下,以寻热导弹打下来袭导弹也将渐渐可能,这对于缠斗的优势以及生存性来说,都是相当重要的。这项能力也有利于更轻、隐形性能更好的无垂尾飞机的发展。

另一方面,传统控制方式的控制力主要是“气流对翼面的反作用力”,这就难以避免的会有平行于飞行方向的分量,也就是阻力,换言之传统方式转弯时的阻力有控制力产生于控制面的阻力以及因攻角增加而产生的阻力,而用矢量推力控制时,控制力来自发动机推力及因攻角增加而产生的阻力,可以想象,同一外型的两架飞机,再相同高度相同速度的情况下开始以相同攻角转弯时,有TVC的阻力较小,较不会减少能量,对于能量空战也是有利的。除了在相同瞬间转弯滤下维持高能量外,也可以在减少相同能量的情况下拥有较大的转弯率。

也因为可以“分担控制面的工作”使得飞机起飞滑跑时,控制面还不足以独自拉起机头时,与控制面“合作”将飞机拉起,减低起飞距离。这项能力看起来好像没有比前两项重要,但在一些航空先进国家眼中却相当重要,例如EF-2000计划拥有TVC能力的原因不在于空战,而在于短距起降。

要如何让推力转向呢?讲起来很简单,就是在发动机出口弄个可动关节,例如可转喷管,或是控制面,使气流偏折即可。但实际上却有很多难点。美国与德国合作的X-31超机动实验机就有TVC能力,他是在喷嘴外面增设3个控制片,藉由三个控制片改变推力方向。他确实达到了超机动的要求。

是没错,这是个很简单的方法,用这种方法,确实可能让TVC战机满天飞。然而这种控制方法效率是很低的。因物这种控制方式是在一瞬间改变气流方向,而不是平稳的改变,任何对气流的过度扰动几乎都会产生阻力(用很哲学的方式说,自然界总是要维持他的平衡状态,这种性质导致自然界?本能?的抵抗任何破坏平衡的举动)。X-31的偏流方法使他整体效率减少很多,忘了是13%还是30%了。过度的推力损失将使得这种矢量控制方式损失了应有的优势。所以说要让TVC符合空战的需求,就必须让他拥有高效率。也就是?让气流平稳的转向?(俏皮一点就是?让气流在不知道自己被转向的情况下转向?)。

这势必得从发动机内部就开始让气流偏折,这引发了TVC发展中最麻烦的问题:密封,以及其它控制方面的问题。以下我就引述留里卡设计局总设计师Chepkin院士的说法,他说TVC技术的第一个问题是活动部件的密封,在喷口内,温度达到摄氏2000度时,气压达7大气压,这意味着一点点小漏洞就会引发爆炸,因此密封是第一个要解决的。第二个问题是矢量喷嘴的控制必须很小心,当用矢量推力协助起飞时,飞机于15m高度时,矢量喷嘴仍是朝上的,如果不尽快改变,飞机将在1到1.5秒坠毁,但改回时要很小心,因为低速时矢量推力产生的负向加速(-G)远高于控制面,将可能是飞行员无法承受的。

目前已实用化的矢量喷嘴都是机械式的,也就是必须以机械方法控制气流,活动部件无可避免的会增加重量,而且在后勤上也不太方便。所以航空先进国家开始发展不需要直接以机械控制的方法。例如有人想到在喷刘中加入带电粒子(例如加入受热会电离的物质),使喷流能受电磁场控制,藉由在喷嘴部分加上的电磁场控制方向。还有一种很扯的方法,说是让发动机本身产生不平均的推力,来产生控制力矩方法很多,虽然许多都处于构想阶段,但几乎指向一个方向:不须以机械进行直接控制。

举出交流调速系统中三种矢量控制方法并说明它们的各自应用场合

矢量控制系统是高性能异步电机调速系统,类比于直流电机,强调Te与Ψ2的解耦,采用转矩和磁链分别控制。但按转子磁链Ψ2定向时受电机转子参数影响,降低了系统的鲁棒性,并且只有实现Te与Ψ2的完全解耦,才能做到真正意义上的高性能质量的矢量控制,矢量控制方法的最初起源是基于对直流电机调速方法高质量性能的依赖及透析其拥有高质量性能调速效果的本质,从而实现了感应电机的具有与直流电机同样好的调速效果。由电机学已知,三相笼型异步电动机定子三相绕组中的三相电压和电流均为交流,其角频率ω=2πf,决定于变频器输出的频率f;三相(等效为三相)的转子绕组,其端电压为零,转子电流也是交变的,其角频率为转差角频率ωs=2πfs(f为转差频率)。理论上可以证明,从磁11s1场等效的角度,可将三相异步电动机以一个两相的异步电动机等效它。

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