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美国五代机都没腹鳍,歼20为何装?真是水平不行?

时间:2018-07-12 00:39:42 栏目:军事

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美国五代机都没腹鳍,歼20为何装?真是水平不行?


在歼10和歼20——特别是后者身上,腹鳍存在的必要性都经常被人质疑和诟病,进而形成这样的疑问:难道中国的战斗机缺了腹鳍就不行吗?


一:中国战斗机大量采用的腹鳍,到底有什么优势?


美国五代机都没腹鳍,歼20为何装?真是水平不行?图:飞镖


飞机的腹鳍起到的功效,实际上和垂直尾翼一样——它们就像是飞镖的尾翼,能够使飞机在高速飞行或者高机动飞行的大迎角(机头高高翘起)姿态下,保持稳定可控的飞行,而不至于陷入失控后在天空中乱滚,坠毁甚至空中解体。


相对于垂直尾翼来说,腹鳍的优势是它在飞机肚子下面;在高机动飞行的时候,不像垂尾一样处于被前机身遮挡的背风区域内,会被乱流和漩涡影响而导致效率急剧降低。如果不考虑对起降的影响和对地面探测雷达的隐身,飞机设计师实际上非常愿意将垂直尾翼设计在飞机肚子下面。


美国五代机都没腹鳍,歼20为何装?真是水平不行?

图:捕食者无人机


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图:F16的腹鳍


总的来说,腹鳍是一种低成本、高效率的稳定设计,在垂尾面积不够(或不能再做大)、效率不足情况下能提供极大的帮助,在东西方的二、三代机中都非常常见。


这是一个非常基础的气动设计,本身无所谓先进或者落后,要看怎么用,用在哪,用的好不好。


二:歼10起降腹鳍擦地事故多发,为什么不能摆脱腹鳍?


飞机设计总体上要遵循奥卡姆剃刀原则,腹鳍的存在,加大了气动面数量,本身必然会导致阻力、重量和雷达信号反射面积的增加。


美国五代机都没腹鳍,歼20为何装?真是水平不行?图:超声速下,各个部件的激波会相互干扰,形成干扰阻力


特别是和加大垂尾面积相比,腹鳍会在跨超声速区域飞行时,多出它与机身、平尾等附近构件之间形成的干扰阻力。


歼10是中国第一种应用涡流增升的高机动先进战机,在高机动飞行中,鸭翼会撕裂迎面的气流,拖出两个非常强烈的漩涡经过飞机的上表面,极大的增强飞机的升力。


美国五代机都没腹鳍,歼20为何装?真是水平不行?

图:鸭式布局涡流


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图:JAS39俯仰方向上出现失控的结果


而在三代鸭式布局战机中,涡流增升最大的问题除了俯仰方向极其难以控制以外;还在于它的涡流强度和范围太大,会严重干扰垂尾的方向稳定和控制能力,导致高机动飞行中的失控。而在80-90年代初期,国内对于这样复杂棘手的问题没有很好的分析和解决能力。


美国五代机都没腹鳍,歼20为何装?真是水平不行?图:阵风用前机身侧面的整流结构提高进气效率和可靠性,并使得鸭翼位置更靠外;从进气道到机翼之间,又布设一个小边条,调整机翼涡流的起始位置和走向。非常巧妙的两个措施,以极小的代价就大幅度提升了性能,而且极大减轻了对垂尾的干扰。达索的飞机,真是每一个设计细节都值得反复回味和认真揣摩学习。


因此歼10虽然总体技术应用极其激进,但是在具体的设计中也有异常保守的一面——它的垂尾面积特别巨大,而且还加装一对腹鳍;就是要以更高的结构重量和高速阻力为代价,保证高机动时的飞行安全。


美国五代机都没腹鳍,歼20为何装?真是水平不行?图:“反正又不用老子修飞机!”


而起降擦地事故多,这个确实不在早期设计的意料之内。一方面由于起落架布局限制,歼10在加装腹鳍以后的离去角度受限;另一方面歼10操纵起来灵敏听话,自身短距起降能力又非常出色;不少飞行员喜欢提前猛拉机头完成急剧起飞爬升和接地减速。开倒是开得爽了,然而浪着浪着就经常擦了屁股——用地勤的话说就是,反正不用他们自己修飞机。


美国五代机都没腹鳍,歼20为何装?真是水平不行?图:FC-1为了省钱,飞控都像苏27一样,只有半截是电传,另一半是机械的


而至于FC-1又是另一个取向:这是个廉价机种,极度强调控制设计和制造成本——也就是最少的钱达到预定设计指标,不会花过多精力去挖掘细节性能,用腹鳍就纯粹是图个方便省事保险了。


三:歼20为什么仍然要加装腹鳍?


美国五代机都没腹鳍,歼20为何装?真是水平不行?图:歼20


通过歼10和FC-1的研制经历,611所完全掌握了复杂涡流的气动设计技术;这才有了人类有史以来,涡流增升设计最复杂的机型歼20——而在这个飞机上,611只用了两个面积远小于传统垂尾的全动垂尾,就满足了高速和高机动的控制要求,和歼10相比,设计能力真是不用脱胎换骨不足以形容。


美国五代机都没腹鳍,歼20为何装?真是水平不行?图:歼20腹鳍用于遮蔽发动机喷管


歼20依然保留腹鳍的主要原因,已经不是保证飞机稳定,是要从侧向挡住射向尾喷管的雷达波;用较小的正面和下方反射信号强度增加,阻力和重量加大为代价,避免侧向尾部上出现巨大的信号反射特征而使整体隐身设计完全失效。


如果歼20有F22那样的两元喷口,能够将发动机喷管轮廓完全掩蔽在尾撑范围内,则完全可以不需要腹鳍——当然可能要略微加大垂尾面积作为补偿。


美国五代机都没腹鳍,歼20为何装?真是水平不行?图:F22发动机的两元喷口被完全掩蔽在尾撑结构范围内


如果未来涡扇15能够给力的装上与F22同等性能的两元喷口,那么歼20不仅能获得后向的雷达和红外隐身能力,更好的超声速飞行性能;而且由于可以取消腹鳍,侧向隐身性能还能得到进一步的提升。


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