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歼-20装配涡扇-15发动机后,能取消鸭翼吗?

作者:Anita 发布时间: 2022-06-01 03:10:11

简介:】长期以来,歼20的鸭翼一直被吐槽,仿佛这已经成为了歼20的原罪,很多人因为鸭翼而片面认为歼20比不上美国的F22。然而一个事实却狠狠打了喷子们的脸,美国最新公布的六代机CG图,同样

长期以来,歼20的鸭翼一直被吐槽,仿佛这已经成为了歼20的原罪,很多人因为鸭翼而片面认为歼20比不上美国的F22。然而一个事实却狠狠打了喷子们的脸,美国最新公布的六代机CG图,同样带有鸭翼,这又怎么解释呢?实际上鸭翼的存在并没有我们想象的那么low,它的复杂程度远远超过了传统的气动布局,所带来的优势也是无鸭翼战斗机无可比拟的,没有深厚科研能力的国家完全不可能搞定鸭翼布局。

▲美国六代机鸭翼设计,图源自水印

成飞从70年代就开始研制鸭翼布局的歼9,虽然这个项目最后流产了,但是通过这一项目,成飞制造了多型歼9原型机,以此积累了大量的相关经验,并在随后成功的研制了歼10系列战斗机。歼20项目启动以后,成飞依靠自身数十年的技术积累,外加国内强大的风洞试验室、超级计算机等硬件设施打造出具备中国特色的重型五代战斗机,最终赢得了军方的肯定。歼20曾经以“升力体边条翼鸭式布局飞机”获得了第21届全国专利奖金奖,可见其气动设计得到了业内专家的一致好评,鸭翼布局到底好不好,外行看热闹,内行看门道,能够收获如此多的专业人士赞誉,自然不可能差。

▲歼9

鸭翼实际上可以看做是主翼的副翼,它不仅能够带来超高的升阻比,减少飞机对于发动机推力的性能要求,还可以提高飞机的机动性。升阻比是衡量飞机气动效率的最重要参数,升阻比越高说明飞机效率越好。歼20因为鸭翼的加持,升阻比高达10以上,而F22的升阻比平均值只有8,所以采用推力更大的发动机实际上也算是无奈之举。

大力出奇迹,F119的发动机推力虽然略高于涡扇10B,但是油耗同样也高,在油量相差不多的情况下,直接导致F22续航能力和作战半径的减少。在不携带副油箱的情况下,歼20内置燃油最大航程约4000公里,F22则只有3200公里,由此可见发动机推力并不是越大越好。实际上目前歼20所使用的涡扇10B发动机最大推力已经达到了14.5吨(F119约16吨),超过了俄罗斯的AL31F,足以满足歼20现阶段的需求,也能够获得一定的超音速巡航能力,并没有太过迫切的换发需求。

▲歼20换装新型涡扇10B发动机

除了提高升阻比之外,鸭翼对于战斗机的机动性也有很大帮助,有了鸭翼,飞机可以更好的进行机头方向调整,这不仅能够快速改变飞机飞行方向,也能在作战中方便实现机头指向,配合头盔显示器使用,可以牢牢咬住对手不放,方便展开各种攻击。更重要的是,歼20上的鸭翼和垂尾都是全自动电传控制,能够根据战场情况随时调整鸭翼角度和飞行姿态,相比无鸭翼飞机的平尾有着难以比拟的优势。

▲歼20鸭翼的多角度偏转

国产涡扇15目前已经完成了大部分的研发工作,很快就将进行上机试验,五年内必然会成为歼20的标配动力。涡扇15据传最大推力可以达到18吨,两台加起来就是36吨推力,远远超过F22的32吨推力,那么有了这么强大的发动机,是不是就可以取消鸭翼了呢?撇开鸭翼所带来的各种buff加成不提,飞机本身的气动布局是经过了大量风洞试验所得来的最佳设计,任何一点小小的变动都会带来蝴蝶效应。如果去除鸭翼,那么歼20必须加装平尾来进行俯仰调节,而这样的一减一增无异于重新设计一架飞机,不仅完全没有必要,甚至还可能导致歼20总体性能的降低,所以去除鸭翼实在是无稽之谈。

说了这么多,鸭翼真有这么好,不是很多人说鸭翼影响隐身?这就得说说鸭翼的弊端了,鸭翼由于突出机身,确实会增加少量的雷达反射截面积(不超过5%),但是这种增加仅限于机头方向的雷达波,而大部分防空雷达都是从下而上传播的,实际作战的大部分情况下,鸭翼战斗机对于隐身的影响微乎其微。虽然机头部分隐身有一点点影响,但是歼20因为没有平尾,尾部雷达信号却降低了,基本上算是两相抵消,所谓鸭翼影响隐身也只是为黑而黑而已。

▲成飞经过大量研究,采用隐身设计的鸭翼并不会明显增加雷达反射信号

那么鸭翼如何实现隐身和机动性的结合呢?这就是传说中的变形鸭翼技术,就在前段时间,多位南京航空航天大学的专家联合申请了一项变形垂尾/鸭翼专利,这款鸭翼采用了可变形收拢设计,在需要时可以变身鸭翼布局,不需要时则可以将鸭翼收起,成为边条三角翼布局,歼20如果能够运用这样的变形鸭翼技术,性能将会进一步提高,也许我们在国产六代机上能够看到这样的技术走入现实。

有人说鸭翼影响歼-20的隐身性能,于是设想,歼-20装配涡扇-15发动机后,推力有所增加,为了提升歼-20的作战性能,这时能否把鸭翼取消掉呢?要回答这个问题首先我们要弄清楚有关飞机基本布局形式的几个概念:

1、常规式布局:将飞机的水平尾翼和垂直尾翼放在机翼后面的飞机尾部,如F-22战机!这种布局的飞机重心一般设计在气动中心的前面,水平尾翼提供负升力,起配平的用。这样的布局能使飞机的受力是静稳定的,因此应用广泛,尤其是在民航飞机上,用的基本都是这种布局。其缺点就是尾翼产生的是负升力,会使机翼翼载增大,从而浪费掉了飞机的一部分飞行性能。

2、鸭式布局:如果将正常布局的水平尾翼移到机翼前方机头的两侧,做成小展弦比的两个小翼,这样面积较小的鸭翼也能达到与之前的水平尾翼同样的操控飞机的目的,这就是歼-20用的这种鸭式布局。

这种布局鸭翼与机翼都产生正升力,重心分布在二者之间。鸭翼一般比机翼的安装位置高,在大迎角飞行时,鸭翼产生脱体涡,涡流经过经过机翼上方,与机翼的气流流动产生有利干扰,从而可以推迟机翼气流分离,增加飞机在大迎角时的升力。对提高飞机在大迎角时的机动性能有明显的好处。但这种布局在隐身性能上不如正常式布局优秀。

3、无尾式布局:把鸭翼与水平尾翼都去掉,只保留机翼与垂直尾翼 ,如印度的LCA“光辉”战机

这种布局,重心一般在压力中心之前,但是与压力中心距离很近,副翼兼顾了平尾的作用。省略了平尾,可以减小飞机的重量与阻力,使之容易跨过音速阻力突增区,高空高速性能好,但是在低速时,飞机性能极差。

除此以外,还有三翼面布局,飞翼式布局等等。从以上的各种布局的分析中也可以看出,每种布局都有它的优点,也都有它的缺点。因此没有完美无缺的布局形式,只有更符合需求,更合理的权衡设计。鸭式布局并不就比正常式与无尾式差,没有必要总是抱着去掉它的想法。歼-20的鸭翼虽然在一定程度上会牺牲一些隐身性能,但它对于飞机整体性能的提升并不是简简单单的提升发动机的推力所能代替的。

一架飞机在设计之初,设计师们会根据使用环境,性能指标,以及现有的材料与工业设计制造的能力做方案论证。而在此阶段,设计师们就要选定飞机的基本布局,并且论证其是否真的可行,然后根据选定的基本布局再接着往下进行下一步的设计。也就是说,一架飞机所有的设计都是在最初选定好的布局形式的基础上完成的。

因此去掉鸭翼就如同为一座盖好的高楼改动一下地基,这不仅仅是从飞机上去掉两个小部件的小事情,这会直接改变了飞机的基本布局形式,飞机的操控,重心甚至结构都要从新设计,这无异于从新设计一架新的飞机。因此就算换了发动机,鸭翼也是不可能取消的。

歼-20战斗机未来换装涡扇15发动机,这是为了歼-20战斗机获得更强的作战能力,包括武器挂载能力,航程和机动能力等,其中最为明显的就是机动能力。鸭翼并不是累赘,歼-20是战斗机,它所需要的不仅仅是良好的隐身性能,其他方面同样也需要优秀,飞机的设计本来就是各种权衡下的产物。任何单纯的追求某种性能到极致的想法都是不合理的。

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