新浪新闻客户端

歼20升力系数世界第一 气动布局先进程度超乎想象

歼20升力系数世界第一 气动布局先进程度超乎想象
2020年08月24日 11:48 军事自媒体 作者:兵工科技
举报 缩小字体 放大字体 收藏 微博 微信 3,131

  来源:兵工科技

  2020年7月15日,国家知识产权局公布了第21届中国专利奖评审结果,歼20“升力体边条翼鸭式布局”外观设计专利荣获中国专利奖外观设计金奖。这是航空工业成都所首次获得专利领域的国家级奖项。

  著名空军装备专家傅前哨公开谈到歼20采用了基于涡流控制技术的升力体机身、鸭翼、边条、机翼、后机身边条、外倾双腹鳍和外倾全动双垂尾的一体化非常规气动布局,其控制和受控涡流至少包含机头鳍角涡流、进气道鳍角涡流、鸭翼涡流、边条涡流和机翼前缘涡襟翼涡流等——复杂多涡系的互相耦合,若设计水平高,控制得当,将产生巨大的升力收益和减阻效果(显著超过使用升力体机身、边条翼、鸭翼三者中一种或两种时)!其升力系数不小于2.1-2.2,世界第一。而在同等设计水平时,鸭式布局的阻力系数比常规布局小10%左右,同时歼20机身长细比较大,截面积较小,也利于减阻。从宋文骢院士的相关论文中,利用所给相关参数推算其升阻特性,结果类似。常规布局的F22公开升力系数为约1.7,超声速巡航零升阻力系数约0.035:我国曾用高精度(测绘仿制)缩比模型进行风洞试验,所测数据近似。歼20的升力、阻力系数明显优于F22。

  歼20采用了基于涡流控制技术的升力体机身、鸭翼、边条、机翼、后机身边条、外倾双腹鳍和外倾全动双垂尾

  歼-20气动布局细节分析

  常规布局中平尾操纵飞机抬头时,要向下偏转产生负升力,压下机尾,属于加载舵面。但飞机有正迎角之后,将部分抵消平尾负迎角,降低其效率。平尾距飞机重心一般比早期鸭式布局鸭翼距重心大,操纵力矩有时较高。但歼20属中、后期鸭式布局,其鸭翼面积较大,距离机翼较远,中间以边条过渡,既能利用不同气动面产生的多涡系干扰提高飞机升阻特性,还有效加大鸭翼和飞机重心间距,提高了操纵力矩,正常迎角操纵效率不比平尾差。

  鸭式布局的阻力系数比常规布局小10%左右,同时歼20机身长细比较大,截面积较小,也利于减阻

  歼20还有较大面积的后机身边条、外倾双腹鳍和外倾角较大的全动双垂尾。在大迎角时,后机身边条能提供一定俯仰稳定性和低头力矩;外倾双腹鳍位置较低,不易受机翼湍流影响,能提供一定横侧稳定性和低头力矩;全动外倾双垂尾因有效舵面面积大,也可起平尾的部分作用。外倾全动双垂尾的采用,显著提高了飞机的偏航操纵能力,也兼具一定的类似平尾的俯仰操纵功能。由于整个垂尾都是有效舵面,垂尾面积大大缩小,可明显提高隐身能力,并有效减少气动干扰和阻力。这明显优于外倾常规双垂尾(仅方向舵可偏转,F22/F35采用)。

  作为气动布局重要部分,歼20采用两侧偏下布置无附面层隔板进气道。该进气道利用复杂形面鼓包)对来流进行多次折转并处理堆积的附面层,属于多波系超声速进气道,其基础性能高,优化设计后成功避免了进气道S型转弯导致的气流局部损失增加,总压恢复系数下降。由于歼20是上单翼,且机身采用升力体设计,进气道受有益气动干扰,大迎角性能接近两侧肋下进气道或腹部进气道,可充分发挥太行改的性能,提供更大的稳定工作裕度。

  作为气动布局重要部分,歼20采用两侧偏下布置无附面层隔板进气道

  歼-20其实是三翼面飞机

  在该机设计初期,后机身边条后缘可上下偏转,但在风洞试验和试飞中,发现没有必要。所以,歼20也可算作三翼面飞机,兼有常规布局和鸭式布局的优点。该机可完成对常规飞机称为大迎角过失速机动的动作,此时仍稳定可控。公开出版的沈阳所院士回忆录谈到:90年代末隐身战斗机方案竞争和风洞实验时期,我国根据F22宣称的大迎角性能,提出一项主要战技指标是我机在60-70度迎角时仍有较好的稳定性和操纵性。尽管双方方案均达到指标要求,但成都所击败了沈阳所,这只能说明前者性能更好。

  歼-20为何空重这么轻

  因歼20研制年代较晚,有技术上的巨大后发优势,该机空重成功控制在15-16吨级:可利用我国新建的世界最大的8万吨级模锻压机,单缸压力世界首位的4万吨级的模锻压机,以及多种数万吨级的拉伸机、挤压机和一些新型铸造设备——这些传统加工设备均优于西方。还大量采用新技术新工艺:液态金属(特别是钛合金等航空材料)电磁约束成形技术,金属超塑成形技术,金属3D打印技术等。该机空重明显比F22轻,翼载荷较小。2017年,采用太行改进型发动机的歼20投入批产,图片在网上公开。该发动机单台全加力推力140-142千牛,赋予歼20不亚于强敌的推重比,带来了超声速巡航和机动性等方面的收益。

  行家看飞行表演,歼-20的表现要比F-22更好

  若飞机升阻特性不够高,翼载荷较大的话,即便推重比不低,在完成一些大机动动作时,也必然有剧烈的高度和速度损失,这在追求保持能量的现代空战中尤为不利。歼20早期型(空军2015-2016年接收)在2018珠海航展上,以作战机动动作进行飞行表演。通常包括编队超低空通场,单机爬升接半滚倒转,单、双机小半径盘旋,单机大迎角爬升等。该机除大迎角爬升时开加力(直观看为喷口喷火)外,基本未开加力。早期型歼20发动机推力较太行改小,未采用推力矢量技术。

  歼20通常在超低空通场后,以超过60度迎角拉起,接一个半滚倒转,在3秒内将机头指向改变180度,其机头转向角速度可达60度每秒以上。该机此时,速度未出现明显变化,高度还在较快增加。与之相比,F22完成该动作时,速度明显下降,高度增加较慢,机头指向能力虽然接近我机,但以能量损失为代价。歼20通常会连续进行三次小半径稳定盘旋,盘旋半径逐次减小,第三次大约150米,4秒左右完成半圈180度盘旋,过程中该机的速度、高度基本不变。此时稳定盘旋角速度不小于45度每秒,可用公式算出其飞行速度近120米/秒,马赫数略大于0.35,稳定盘旋过载近9.5g:远超瞬时盘旋角速度勉强达30度左右的三代、三代半飞机。类似的机动动作,F22借助推力矢量也可完成,但会明显地掉高度、掉速度。

  歼20飞行表演时,各气动面拉出的涡流

  歼20还在盘旋、爬升等机动过程中,进行了多次主、侧弹仓的同时开、闭,展示了中远程的PL15和中近程的PL10空空导弹。此时,该机的速度、高度基本不变。而在F22的飞行表演中,同时开、闭主、侧弹仓,会有明显的高度和速度损失。

  歼20每次表演结束告别时,均拉70度以上迎角高速爬升(向前同时向上飞行),整个飞机上表面都是各气动面拉出的涡流(表演空域靠海,空气湿度大,涡流引起空气密度变化后水汽以雾滴析出,人眼得以观察到涡流)。由于迎角很大,机翼很难产生足够的正常气动升力,主要靠各气动面拉出的高速脱体涡增升。该机从超低空拉起到穿云,仅用3-4秒,根据当时当地气象条件如云底高等估算,其平均爬升率超过500米/秒。

  与之相比,F22最大爬升率在300-400米/秒,差距明显。原因是其常规布局大迎角升阻特性不够好,升阻比较低,仅靠发动机增速不够。该机爬升时,自重减少较慢(武器投放和燃油消耗),但阻力和速度平方成正比,还与气动干扰有关,速度增加后,阻力增加较快,升力增加却不够多,发动机剩余推力一般又小于飞机空战重量的30-40%,阻力、重力会迅速和升力、推力达到平衡,爬升速度不再增加。正如专家傅前哨所言,飞机飞行性能首先取决于气动,气动特性好,装上好的发动机可以锦上添花;即便发动机差一些,气动也能在很大程度上弥补;若气动特性较差,发动机再好,能弥补的也有限。

免责声明:以上内容为网友在新浪军事争鸣栏目上传并发布,仅代表发帖网友观点,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。

中国
新浪新闻公众号
新浪军事公众号

更多猛料!欢迎扫描左方二维码关注新浪军事官方微信(sinamilnews)

155条评论|3,131人参与网友评论
最热评论
剑知陕西西安
这是专业级的文章,称赞歼20有理有据。这样的文章既提气也客观,比喊口号或YY的文章云泥之别。爱国宣传今后务必以此文为标准。
用户3358387861:回复@剑知:说数据是讲事实,和爱国没有关系。22发动机军用推力105千牛,加力155.6千牛。我是比较了双方的加力推力和飞机的空重,请你看清楚再发言,不要歪曲事实。数据当然是纸面的,不足的纸面数据你拿出来啊!连纸面数据你都没有说啥呢!
2020-8-27 13:03举报回复
剑知:回复@用户3358387861:实在懒得与你讨论,只说一点吧。140-142千牛单台加力推力,注意是加力推力,航空发动机处于加力状态能多长时间?F35的发动机推力是多少?你用中国最强的不和美国最强的比,有客观性吗?数据是纸面上绝对对比,承认不足不代表不爱国。
2020-8-27 12:29举报回复
活宝贝0东皇0:回复@剑知:一,发动机差距不大。二,外形重于发动机。三,不要争,走着看
2020-8-26 14:16举报1回复
carucci上海
向宋文聪院士及团队致敬!  宋老划时代的贡献,为中国航空工业的自主创新树立了一座丰碑!
用户6699547778:没有送老,说不定中国至今都没有先进三代机!真的不是夸张!
2020-8-25 09:30举报5回复
知足常乐_wu浙江宁波
前面写的感觉还可以,到最后写的“该机从超低空拉起到穿云,仅用3-4秒,根据当时当地气象条件如云底高等估算,其平均爬升率超过500米/秒。    与之相比,F22最大爬升率在300-400米/秒,差距明显。”看到这就知道作者又是在吹了,500m/s已经超音速了。
2020-8-25 10:03举报160回复
最新评论
天涯双层云南昆明
这些年我们奋起直追,成绩喜人,没必要过分地迷信美国。
2020-8-26 11:51举报1回复
用户7378371041安徽铜陵
纸上谈兵,一切有待于实战检验。
2020-8-26 09:37举报1回复
hrfx_bj北京
哈哈,看到现在夸赞歼20的文章,再想想2011年歼20横空出世时黑丝带被那么多人的不理解,“气动布局不先进,鸭式布局不隐身”。。。。过了好几年歼20才被认可。然后又是这波人又去攻击同样的空气动力学大咖-俄罗斯的苏57。这既是智商问题,也是人品问题。
2020-8-25 17:27举报8回复
新浪军事意见反馈留言板 400-052-0066 欢迎批评指正

违法和不良信息举报电话:4000520066
举报邮箱:jubao@vip.sina.com

Copyright © 1996-2020 SINA Corporation

All Rights Reserved 新浪公司 版权所有

广告