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歼20发动机落后为何机动性优秀 进气道设计功不可没

时间:2018-01-24来源: 作者:admin点击:
  歼20战斗机在中国的航空史上,是一个极其闪耀的成就,也是我国航空工业从1970年代搞抬式飞机和歼9型号的延续,当然也加上了歼10战斗机的经验,从这个意义上来说,歼20战斗机就是歼9战斗机的原地满血复活版本,不过就是多了新时代的色彩-隐身和超音速巡航。   宋老的杰作,歼9战斗机,设计新颖,

  歼20战斗机在中国的航空史上,是一个极其闪耀的成就,也是我国航空工业从1970年代搞抬式飞机和歼9型号的延续,当然也加上了歼10战斗机的经验,从这个意义上来说,歼20战斗机就是歼9战斗机的原地满血复活版本,不过就是多了新时代的色彩-隐身和超音速巡航。

  宋老的杰作,歼9战斗机,设计新颖,虽然客户指标过于离谱失败,但是还是延续到了歼20上复活

  之前说过歼20有2个技术特点,一个就是共面的鸭翼边条加三角机翼的气动布局,另外一个就是bump蚌式超音速无附面层隔道进气道。

  先说说共面的鸭翼边条架三角机翼的气动布局设计,这种设计有独特的优势,优势在于鸭翼不管上翻还是下翻,飞机的总升力不变,不像F22这一类的正常布局,飞机一抬头,平尾就低头减小飞机的总升力,歼20战斗机的气动布局在鸭翼上偏的情况下,鸭翼增加升力,鸭翼下洗到主机翼造成主机翼升力减小,但是总升力几乎保持不变。

  在鸭翼下偏的情况下,鸭翼的本身的升力减小甚至为负数,但是鸭翼上洗涡流,使得在下游的机翼的实际迎角增加不少,实际上飞机的总升力还是保持保持不变。在这种极其奇葩的情况下,实际上鸭翼上偏和下偏,就单纯造成低头和抬头效果,对于飞机的总升力是毫无影响的,就这么一个优势就使得歼20具备了极佳的机动性和强大的升阻比,使得用2台性能比较惨的AL31发动机,也有不亚于苏27的航程。

  歼20战斗机采用精心设计的共面的边条鸭式布局,造就了杰出的机动性和超音速能力

  歼20设计主要是超音速性能,尤其是超音速巡航,这个特点,在鸭翼边条加三角机翼下,阻力不大,而且加上机身比较长,虽然原始设计的时候总师特别迫切缩小机头尺寸,但是国内航电工业在2008-2009年时候,刚刚开始搞定脉冲多普勒雷达,有源相控阵雷达刚刚开始整,心里没底,就要了一个比较大的尺寸和重量,别的设备厂家也是如此,导弹武器厂家也要超大超长的弹仓,而发动机厂家表示跟随美国F119发动机的步伐,追求高空高速大推力,发动机耗油率必须是个涡喷的路子,超级的油老虎,飞机必须要超级多的内油,为了保证指标,必须比F22战斗机多出至少一半的油量,最终在厂家的强大压力下,设计师只好妥协,于是就得到现在这个机头机身比较肥硕的结果。

  歼20很长,很肥,这是总师无可奈何的选择

  当然,总师也不是这么束手无策,从最终定了架构之后,飞机就这么大了,基本无能为力了,但是总师还有一个大杀气,这个就是竞标,全过程全要素竞标,同样东西和淘宝比价,最终在一轮又一轮的优化努力下,各个设备厂家包括飞机各个设计部门,都做了多轮的减重减租设计,最终歼20战斗机变成一个外壳很大的仓库,每个储存室都没塞满东西,各个都空了一截,当然,这为下一个型号做好准备,直接做一个紧凑的精简的更精锐的型号做好准备,比如舰载机。

  歼20战斗机在设计的时候,进气道就存在两个路子可选择,一个是F22的carret进气道,一个就是F35的bump超音速无附面层隔道进气道,最终选择了后者,理由是,后者无可动部件,而且重量轻,隐身好,最最牛的是,这种进气道为飞机提供了高质量的进气气流而且能量损耗极小,而不像别的进气道容易哮喘,进来的空气一时多一时少,造成发动机在呛死和饿死之间来回挣扎。

  F22战斗机的进气道,有附面层隔道,隐身不好处理,阻力也大

  F22进气道的设计,弱点是有脊背有放气门,而且有附面层隔道,重量大,阻力大,隐身难处理,最终算下来,不是一种特别好的选择,当然,老大所当年在设计三翼面隐身战斗机和歼20竞标的时候,由于有F22战斗机做先例,由于先入为主的思维惯性,也采用了这种重量和隐身都不算好的进气道。

  F22战斗机脊背也有2个巨大的放气门,进气过多时候打开,怕吃撑了

  歼20采用了蚌式超音速进气道,优势在哪里呢?这个我们拿不到第一手的资料,先从第一款国产蚌式进气道的飞机枭龙说起,

  大家都知道发动机进气道设计的进气道设计是战斗机设计的关键之一,因为进气道总压恢复系数提高1%,可使发动机推力提高1.3%~1.5%;进气道发动机匹配优劣直接关系到飞行的安全;此外,进气道还是飞机前向三大强散射源之一,占飞机整机RCS(前向)的30-50%。因此,各国对进气道的设计都非常重视,对于隐身战斗机而言采用蚌式进气道算是比较好的选择。

  枭龙战斗机从04架进气道从原来的固定斜板改成蚌式进气道,最终飞机重量减轻了100公斤左右,而且发动机推力还因为新的发动机进气道设计而增加了2.6%-6%,最最喜人的就是,发动机的工作稳定性大大提高了,这是战斗机最核心战斗力的主要影响因素之一。

  从图上可以看出,换了蚌式进气道后,发动机进气能量损耗全盘降低

  从实验效果来看,枭龙战斗机飞的慢和飞的快发动机都更不容易熄火

  蚌式进气道不像别的进气道,偏离的工作点外,指标就大幅度下降,这个进气道的特点就是亚临界状态比较宽,简单点说就是不挑嘴,空气多点没事,空气少点也没啥,最终到发动机那里都比较稳定。

  当然美好的事情时不时会发生,我们很幸运的找到了一种极其类似歼20战斗机的设计实验报告,这个报告就提到蚌式进气道的特殊优点,简单点说,就是这个进气道会积极主动的把从上游多个收费站过来的变质空气直接往外推,不吃到肚子里面,这个理由就是,这个进气道有2只看不见的手,一只手把空气从内向外推,一个手把附面层空气从鼓包向两侧推,学名叫压力梯度,就是鼓包处压力大,鼓包外压力小,这么慢慢赶着变质的附面层气流往外跑。

  实验使用的是某款鸭式布局飞机,大家猜猜是谁滴作品?

  大家可以看到,从正前方来的多级收费站劣质空气几乎都被赶走了,进气质量刚刚的好

  这是进气道的总压恢复系数,蚌式进气道鼓包数据就是明显好

  实际上来说,歼20在没有使用新的一代发动机的情况下,也做到了50-60度迎角,而且有非常高的超音速升阻比和亚音速机动,这个蚌式进气道设计功不可没。(作者署名:大水)

  这就是歼20进气道设计,上游来的收费站变质空气滚走

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