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歼20机身长垂尾小机动性不佳?靠3项设计超越美军机
www.wforum.com | 2020-01-26 19:09:43  世界军事网 | 0条评论 | 查看/发表评论

歼20机身长垂尾小机动性不佳?靠3项设计超越美军机

  自从战斗机诞生以来,为了追求提高作战能力,飞机的迎角一直在不断提升,迎角越大升力越大,机动性越好,大迎角机动飞行能够迅速改变飞机的速度矢量与机头指向、抢占有利的攻击位置、并率先发动攻击,同时还能将自己飞机的位置始终处于对手转弯半径的内侧,可有效规避敌方武器系统的攻击、形成战术上的绝对优势。

  这也是世界战斗机不断采用新技术提高迎角的最大推动力,二代机最大攻角大多在20度左右,三代机攻角限制在24-26度,虽然看着数据差不多,但是二代机超过20度就非常容易失控,难于改出,而且二代机大攻角操纵经常非线性,一会反应大一会反应小,体验严重不佳,但是三代机大多有良好的飞控系统,可以控制飞行包线,使得飞行员可以在安全范围内无忧虑操纵!而且飞控系统将非线性部分进行平滑,使得飞行员不用适应飞机的怪毛病。

  而四代机F-22,F-35,以及中国歼-20战斗机,则一举突破26度牢关,歼-20和F-22战斗机在无推力矢量情况下,可以做到最大攻角60度可控飞行,F-35战斗机50度,歼-20战斗机做到这个数据,背后是一个大家很难想象的情况,长得很不适合大攻角飞行的样子,机身超长,而且垂尾低矮位置靠后,而美国两款飞机则是飞机短粗,垂尾高耸。

  提高大迎角性能,除了改进机翼设计之外,垂尾也是一个巨大的限制因素,战斗机机动往往是三轴交联,往往一个动作下来俯仰滚转侧滑三个方向参数都会一起动,大迎角飞行最大的难题是垂尾效率,垂尾往往安置在机身尾部,但是放在哪个位置,多高多大面积,这就是很麻烦的问题。

  二代机追求最大速度,所以需要高速飞行舵效高,所以垂尾一般都尽量往后放,中国歼8战斗机则创造了一个奇迹,垂尾放到后端发动机喷流影响区,烧了40年的尾巴不断开裂,而三代机设计则讲究提高迎角性能,所以垂尾位置尽量靠前,而且垂尾高度高,面积大,这种设计一直延续到四代隐身飞机时代,而中国歼-20垂尾设计更像二代机,为何能做到同样优秀的大迎角性能呢?

  美国F-22战斗机飞机比歼-20战斗机短了2米多,而且垂尾更高,面积几乎大一半,而且位置特别靠前,F-35战斗机设计也类似,但是很尴尬的是,F-22和F-35都遭遇到垂尾振动问题,其中F-35战斗机特别严重,在试飞期间,从18度就开始抖,飞行员连仪表都看不清,后期则在22-26度范围内飞行经常不稳定,这也是包括美国飞行员在内的多国飞行员一直严重吐槽的地方:比F-16晚了40年,人家大迎角几乎不抖!

  歼-20如何能做到大迎角飞行不抖?设计师想了很多办法,尤其是飞机比较低矮大迎角容易被前机身遮挡,主要有三招,一个是采用腹鳍,腹鳍在机翼下方,大迎角飞行时候没有任何遮挡效率很高,而且可以作为发动机尾喷流的遮挡器,另外一招是,设计师精心设计了飞机后边条,又宽又长,便于增加飞机升力体效果,另外一个方面,可以作为飞机V型垂尾的安装点,位置拉开后,尽量减小机身的遮挡效应。

  除了以上2点,最重要的还是,脱体涡流场预测,大迎角飞行最容易发生的问题是垂尾抖振,这是由于大迎角飞行时候,飞机机身机翼各个部位产生了大量的涡流,这些涡流生产和消失都比较复杂,假如处理不当,则容易直接撞击在垂尾上,直接造成后机身强大振动,影响飞行安全,而且严重危机垂尾寿命,美国F-18A和F-22A都付出了巨大代价!

  F-18A战斗机采用了V型双垂尾,大迎角性能优秀,但是仅仅几次大迎角飞行后,立即发现垂尾开裂,不得不紧急修补,最后在边条上加扰流片,改变涡流破裂位置,最终增加了更大阻力,飞行性能进一步降低,而F-22战斗机则是不仅仅垂尾位置前移躲避遮挡,而且更依靠“头铁”硬抗,使用了超强的4梁接头垂尾安定面和高强度碳纤维做面板,这也是一种代价很大,而且野蛮的做法:固定安定面在大迎角飞行时候会降低飞机机翼升力,而且垂尾也会生产涡流,难于预测和处理。

  歼-20战斗机使用了更轻结构,更小面积设计,得到了同样的结果,这是中国设计师的一大胜利!

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