深度剖析中国四代隐形战机J-20(上

 机箱配件     |      2018-10-31 16:48

  F-22宣告了第四代战斗机时代的到来,它也定义了四代机的四个标准——隐身、超音速巡航(四代低档战机做不到,如F-35)、超机动性和信息能力。【详细】俄美面子之争加剧的混乱而在原苏联的划分办法中,又将美国标准的第一代战机根据能否超音速飞行,划分出前后两代,形成了五代战机。第一代是F-80、F-86和米格-15、17这种亚音速战机,第二代是F-100、F-101和米格-19这种超音速战机。由于这种划分过细,没有必要,中国并不采用此办法,而是习惯采用美式的划分。

  成飞设计的歼-20机身令人容易想起米格-31、1.44甚至歼-8、苏-15这种追求速度的截击机造型,或者从某种意义来说,这就是成飞70年代所设计的2.6倍音速的歼9的重生。

  三,以F-22、T-50和F-35为代表的第四代战机。边条与机身,进气道融为一体。在F-22、F-35上我们找不到传统意义上的边条翼和机身边条。但他的菱形机头的折边,进气口上沿、进气道与上表面之间的棱边就行使着边条的作用。

  边条翼的气动特点是,在亚、跨音速范围内,当迎角不大时,气流就从边条前缘分离,形成一个稳定的前缘脱体涡称为边条涡,在前缘脱体涡的诱导作用下,不但可使基本翼内翼段的升力有较大幅度的增加,称为涡升力,还使外翼段的气流受到控制,在一定的迎角范围内不发生无规则的分离,从而提高了机翼的临界迎角和抖振边界,保证飞机具有良好的亚、跨音速气动特性。

  它采取了略显激进的、重视超音速性能的设计。这是对发动机暂不如人的一种弥补(有乐观的估计认为,甚至只使用中国现有的“太行”发动机或者其改型,歼-20也能实现超巡),也体现了中国空军一以贯之的追求速度的决心(实际上,歼-10的高速性能就相当突出,具有截击机的特点)。【详细】

  T-50的边条设计特点与F-22、F-35类似,不过还进一步创新出了“可动边条翼”或者“一体化鸭翼”的可动布局。【详细】

  边条翼是60年代中期.美国诺斯罗普公司对F-5战斗机进行改进以提高其机动性时发明的。本想是是机体横截面的变化更均匀,使之更符合面积律的要求,减小跨音速时的激波阻力,。但结果惊奇地发现,采用边条翼设计不仅减小了飞机跨音速时的波阻,而且大迎角时升力还增加10%左右,大大改善了飞机的瞬时转弯性能。后来进一步研究发现,这种升力增量是由边条翼前缘产生的涡流影响了机翼翼面气流所致。

  歼-20独创的“可调DSI进气口”,做出了新的创新,解决了DSI高速性能不佳的难题。歼-20进气口鼓包固定但是进气道侧面有可调挡板,可有效随速度变化改变进气量,从而达到从低到高各个主要速度段的优秀的进气控制能力,令发动机更为澎湃地工作,也将意味着更好的加速性、爬升率和超巡能力。同时可调挡板重量轻于传统的进气口边界层分离板,也不影响隐身性能。

  边条翼的缺点是,在小迎角范围内,飞机的阻力增加;它的力矩特性也不理想,力矩曲线随迎角的变化呈非线性,飞机需要配备数字飞控系统。【详细】

  F-35是由洛-马公司设计的中型战斗机,目前正在试飞,预计2014年开始装备美国空军、海军和陆战队,其总体布局就像缩小版的F-22,但与F-22相比较为低端,隐身能力无法与F-22相媲美。为了兼容陆战队型号的垂直起降要求,不但不具备超音速巡航能力,甚至最大时速不过1.6马赫,是最近50年来的战斗机中最慢的,非常不利于空战。其设计目标和执行的任务70%是对地攻击,30%是制空任务。将成为美军以对地攻击为主的多用途战斗机,替代退役的第三代战机。此外还将作为惟一一款可购买的高端战机出口到美国的诸多盟国。

  而美国F-22、F-35、俄国T-50都只有变形的、大小不等的边条翼,拥有完整的鸭翼和边条翼的歼-20,在全球已有的四代战斗机中,升力特性最好、升力系数最高。这意味着中国四代有着更短的起飞距离和更优秀的稳定盘旋能力。【详细】

  为此我们在此不得不在此花些篇幅追根溯源,解释清楚这一问题。首先,关于二战后喷气式战斗机的代数划分,有着两个略有差异的划分办法标准。而原先美国所采用的划分标准是:

  第一代喷气式战斗机生产于战后的上世纪40年代末至50年代,典型战机有美国的F-80、F-86、F-100和苏联的米格-15、17、19。

  F-22使用传统的进气口边界层分离板,保证了较高的超音速飞行性能的需要。而DSI进气口一般只能适用于飞行速度比较低的战机,如F-35和“枭龙”。这两种飞机都是近50年来飞行速度最慢的战斗机,最高使用速度仅为1.6马赫。

  按照F-22的制造商洛克希德-马丁公司的官方文档的解释,更倾向于解释为“高信息优势”,也就是“网络中心战情况下的战场意识能力”。即让战斗机成为网络中心战的一个结点,与其他作战单位共享战斗情报,让战斗机飞行员更充分的了解自身所处的环境。

  在各国军方、专家学者、新闻传媒中,存在着对战机代次的不同定义和划分,而由于不同叫法中新老代次的错迭,进而导致了更大的混乱。比如说,中国的这种新型战斗机到底是四代机还是五代机,四代机是指像苏-27这样的还是指像F-22这样的战机,一直难以统一,甚至还进一步分化,连很多军事迷都说不清道不明。

  而米格设计局的1.44其实本来才是苏联80年代中期确定发展的下一代主力战斗机,无奈苏联解体,俄罗斯在90年代也无力继续发展,特别其配套的功率强大的AL-41发动机拿不出手,最终不幸夭折。

  之后成飞迅速于2006年在“枭龙”飞机的改进上也应用了这一先进的进气道技术,既而又在2008年运用到歼-10的改进上。和洛-马公司成为全球掌握并应用该技术的两家公司之一。【详细】DSI进气口的局限性不过DSI的鼓包尽管经过精心计算,但是不可调的。这意味着采用这种进气道的战机,尽管得到了减重、提高发动机效率的优势,但这种优势只能固定在某一速度范围,主要是高亚音速附近。也就是说它们的超音速性能受到了制约。

  在此预言成真的时刻,我们根据网络上流传的照片,对这种中国第四代重型战斗机(外界一般将其称之为歼-20,可能是取歼-10下一代之意,我们也暂时以此为称呼),以外观为基准,进行一个概观性的分析。

  机翼边条则是位于机翼与机身结合的根部前缘处,加装的后掠角很大(65度~85度)的、一般近似三角形的细长翼条,也叫边条翼。【详细】

  边条翼的发展经历了三个阶段,一是初始阶段,这时边条翼不管是协和客机的S形、F18的波浪形、还是苏27的三角形。都是后掠角很大,很细长。面积相当小,因为当时对边条的研究还不够透彻。所以不敢过于冒进。

  F-22战斗机是美国洛克希德-马丁公司为美国空军研制的21世纪初主力重型制空战斗机,主要用于替换美国空军现役的F-15战斗机,在美国空军武器装备发展中占有最优先的地位。1990年原型机首飞,1997年样机首飞,已经于2005年服役,目前预定建造的180架已经全部交付空军,但美国空军希望能拥有380架,而最早的装备计划更是多达750架。

  现代战争已经由过去的单一兵器的对抗转变为海、陆、空军三位一体全方位的较量,而其中最重要的则是制空权的争夺。由于通讯手段和电子雷达、预警设备的发展,使现代战争的战场空前扩大,为了适应这一变化,飞机的作战半径也应该相应增加,为此对第四代战斗机提出了超音速巡航的要求;而为了应对敌方强大的电子雷达系统和防空导弹的威胁,飞机具有隐身能力也是必不可少的;隐身无疑提高了飞机的生存率,为了保证生存下来的飞机的出勤率,于是对飞机又提出了短距起落和可靠性的要求。

  歼-20鸭翼的主要作用,和歼-10一样,是为了产生的脱体涡,对主翼上翼段形成有利干扰,改善主翼的升力特性和操控性能。不过歼-20的鸭翼还带有上反角,这是因为为了隐身,鸭翼和主翼根部只能设置在同一个平面上,因此、需要拉开一段距离,发挥鸭翼的增升作用。歼-20既具有菱形机头的菱线机头边条,在鸭翼后和主翼前还见缝插针安排了一段边条翼。

  在超音速状态下,由于加装边条后,使内翼段部分的相对厚度变小,机翼的等效后掠角增大,可明显降低激波阻力。因此,这种机翼也具有良好的超音速气动特性。

  二,以F/A-18E/F“超级大黄蜂”的哥特式大边条为代表。边条面积大,拉出的脱体涡流强劲。但这种大边条不适合高速。一般在2马赫以下。所以在四代重型机中我们没有找到他的影子。

  不过,由于近年来俄罗斯处于市场宣传的需要,竭力将自己的T-50称为第五代战机,将苏-27改进型称为四代半战机;美国觉得自己比俄式战机都先进的F-22只称为第四代,实在是气势上吃了亏,于是近两年也改用了俄式的划分法。于是乎,俄美、新旧不同的办法交织在一起,造成了极大的混乱。

  后来,除了诺斯罗普公司设计的F/A-18外,采用边条翼或者机身边条设计的还有美国F-16、俄罗斯的米格-29和苏-27等,它们都是80年代以来在气动设计上最有特色和大迎角机动性十分突出的优秀战斗机。【详细】

  虽然这些战机最终未能服役,但都从不同角度探索了战斗机的设计理念和发展方向,留下了有益的探索经验。【详细】

  在迎风阻力小的细长机身上,歼-20又配备了小翼展、较大后掠角的主翼,主翼面积明显偏小(因此而生的机翼单位载荷过大等问题,则靠鸭翼和边条所带来的增升效果来解决)。另外一个引人注意的设计是面积相对较小的全动V型尾,这也尽量减少正面迎风截面积的一个措施。【详细】

  第三代战斗机在此后不足十年即开始面世,一直兴盛至今,美国的F-14、F-15、F-16、F/A-18,苏联的苏-27、米格-29,法国的幻影-2000,中国的歼-10都在其列,其特点是转为追求更强的机动性,配备了中远程空空导弹,超视距空战成为基本作战样式。

  这样,DSI 避免了F-22所使用的进气口边界层分离板,避免了前向隐身的一大隐患,而且还能对进气道形成一定程度的遮蔽,减轻了机身结构重量,一举多得。

  T-50是俄罗斯苏霍伊设计局刚刚推出的第四代战机,总体基础在大获成功的苏-27的基础上改进,2010年1月29日上午首飞。预计将在5-6年后装备俄罗斯和印度空军。【详细】

  与YF-22竞争美国高档重型四代机失败的是诺思罗普公司的YF-23,其设计理念过于偏重远距导弹拦截,近距格斗性能不足而落选。不过由于其造型科幻,比F-22更深受航空迷的喜爱。

  今天,在成都的机场上,我们已经看到了奋斗的初步成果,看到中国航空人追踪国际先进技术、自主创新取得的重大突破。正如在去年表示绝对不能相信中国能迅速造出四代机的加籍华裔军事观察家平可夫,也不得不客观的认为,这是相当成熟、有创造力的设计,相关研制企业是成功者,具备了真正的实力,“胜利者是不应该受到批评的”。

  第二代战斗机兴盛于1960年代,典型战机有美国的F-104、F-4和苏联的米格-21、23,特点是追求更快的速度。

  DSI意为无分离板超音速进气口,Diverterless Supersonic Intake,首创者是美国F-35的研制承包商洛-马公司。它巧妙地采用一个经过流体力学计算设计得出的、形状复杂的三维鼓包,将边界层的呆滞气流层从中间一剖为二,引向进气口两侧的边角泄放,而不影响主要的“干净”气流层稳定地进入发动机。

  第四代战斗机是目前正在研制的最先进的战斗机,它的技术战术指标是根据现代高技术局部战争的实战经验提出的。

  从时间看,自从1982年歼10立项到1998年歼10 试飞,从2004年歼10量产,到2010年中国第四代重型战斗机亮相。中国航空业在改革开放的三十年,走了一条越走越快的快车道,尤其是过去的十年,在国家财力大增的大背景下,注重投入,取得了突飞猛进的跨越。

  其次,整机线条平直,没有多少复杂曲线;菱形机头,折线机身,大量运用倾斜面,具有非常明显的隐身特征。整体机身瘦长、锋锐、犀利,总体机身正面略显偏窄,侧面看机身稍显厚实,为升力体机身。由于机身较长,其中有巨大的空间可以布置内置弹舱和油舱。其他主要特点还包括,采用V型全动垂尾;具有菱形机头边条和机翼前小边条;和确认服役的三种四代机(F-22、F-35、T-50)一样采用上单翼,但翼展相对最小(学名为“小展弦比”)。【详细】

  首先,歼-20延续了歼-10的鸭翼加切尖三角翼布局,其实中国军方人士早已在去年就透露,称中国四代机将是一种歼-10的重大改型。这一做法是完全可以理解甚至预料得到的——美国F-22就可算作F-15的隐身大改型,俄罗斯T-50就可算作苏-27的隐身大改型。各国空军的机型设计,大多带有一定的延续性,这是因为一是设计单位有着自己的技术底蕴、设计特点和方向,二是在战机背后代表的是该国空军对空战的理解和规划,这两点都是素有渊源和传统的。

  瘦长、锋锐的机身,窄小的机翼;总之,该机的每一个主要气动外形设计,都为了超音速下的减阻增升——同时也在一定程度上减少正面雷达反射截面。歼-20的构型显然具有比F-22、T-50更小的超音速阻力,更佳的升力系数,在保证隐身的前提下将气动布局做到了极致。【详细】

  从照片上可以看出,歼-20的机头较窄,两侧的进气道也不宽,甚至对飞机座舱的高度也严加控制;虽机头正面同为菱形,歼-20却比F-22的肥大的正面要小不少。而且后机身两台发动机紧紧并列,整个机身细长,横截面小,弹舱和油舱则利用较长的机身在纵长方向安排。【详细】

  美国人仰持强大的发动机和长期领先他人的技术优势,一贯对气动设计不够上心、较为保守,傻大笨粗是美国空军主战战机自二战以来给人的一贯印象。短粗的F-22和和为了兼顾垂直起降更为肥硕的F-35就是典型。俄罗斯T-50的机身设计扁平而宽大,这种构型的亚跨音速升阻比较好,但是超音速下会有巨大的阻力。

  至于STOL,也就是短距/垂直起降,这是对某一机型,比如F-35陆战队型号的特殊要求,不是对所有第四代战斗机的要求,因此不能成为4S标准之一。【详细】