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除了一些针对性的气动验证机,任何一款飞机的气动设计原则都不外以下八个字:高升低阻,流畅紧凑。但在设计过程中,这四点必然导致彼此间的互相冲突,如何在突出重点强化自身技术优势的情况下尽可能兼顾以获得最好的性能,这就体现了设计单位的水平高低。然而歼8在放大米格21的过程中,对于这四条原则顾此失彼,最终全面失控,总体水平远逊色于原准机。
对于欠缺升力体设计,又只能采用静稳定布局的常规布局第二代战斗机来说,机翼基本上是飞机升力的唯一来源;其它部分比如机身、垂尾都只产生阻力,而平尾还要形成负升力以保持飞行平衡。米格21这种大后掠小展弦比的三角机翼能够非常有效的减小跨、超声速飞行下的阻力;但是这种机翼产生的升力也相对比较少,在飞行速度较低的时候会使得飞机的飞行性能受到很大限制,例如起降性能的不理想。
歼8以参照设计为主,机翼气动水平只能与米格21基本一致或者较低;一些后来被证明行之有效的手段是超出当时设计人员认识水平、国内技术水平支持范围之外的:比如增加前后缘的机动襟翼,更换引入涡流升力的双三角翼、甚至翼根边条设计。歼8在当时改善这种局面只有两种手段可用:通过放大机翼的面积产生更多的升力,或者通过尽可能减小机翼前缘后掠角度、放大机翼展弦比等手段使相同面积的机翼产生更多的升力。
这些手段必然以直接、间接(飞机重量增加)加大阻力为代价。因此发动机推力能够增加多少,飞机的其它环节能减低多少重量和阻力,就直接决定了升力改善的余地大小。理论上歼8由于推力要宽裕的多,如果在米格21的布局基础上采取用阻力换取升力的设计,增强起落和盘旋性能的前景是相当可观的。
在米格21的机翼方案对比竞争发展中,最主要的核心矛盾就来自于对机翼后掠角和翼型、尤其是前缘厚度的折衷选取;机翼前缘采用大后掠角度可以有效降低高速阻力,但是会带来低速下升力性能很弱的代价。上世纪50年代初期,苏联中央流体院得到了支撑米格21机翼气动设计的关键结论:采用大约在55~60度左右的前缘后掠角度,既可以满足2倍声速时的低阻力要求;又可以采用带有完全圆形前缘的较大厚度(大约5%)翼型,以基本保证起降和亚声速机动性能。米格21机翼的前缘后掠角度为57度,正好处于中间值。
从合理的角度来说,歼8拥有比米格21强得多的推力基础,在相同的最大速度指标下完全可以容忍更大的飞行阻力;因此它应该适当的减小前缘后掠角度,放大展弦比,加大机翼面积获得更低的翼载荷,这样才能有效的改善起降和盘旋性能。但最终阻力的失控,使歼8不得不选择了更大的60度后掠角,更小的还不到2.07的展弦比(米格21大于2.22),更大的翼载荷——空重翼载达到220公斤/平方米,而米格21是216公斤/平方米。
这就是为什么,除了推力改善带来的爬升率和加速性能以外,歼八所有机动性都全面不如歼7的原因。尤其是歼八的进气道和尾喷管设计,使它进气效率低而推力损失大,还进一步浪费了大量发动机推力。
相比于歼8,歼11B浪费推力的原因更单纯一些。太行发动机设计参照F110,取向上偏重于亚音速推力,增推和省油依靠多吸入空气实现,进气流量比AL31F大不少。而歼11B在更改进气道以适配太行的安装时,前后两组调节板,只修改了第二组,这样可以使第一组不更改设计只调整安装角度就可以继续沿用。但导致的后果是,进气道截面积不足,不能满足太行最大推力时的需求;于是设计单位又联系发动机单位,要求减低太行的装机推力。这使歼11B尤其在跨超音速阶段时,性能损失非常大。(作者署名:候知健 微博ID:怕冷的狗)
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