主编——李志瑶 《长春大学学报》是长春大学主办的综合性学术期刊[1],1991年1月起向国内外公开发行,刊登自然科学、社会科学领域的学术论文和科研成果,主要栏目有机械工程、电气工程、计算机技术、数理科学、生态林业、医学卫生、经济管理、语言文学、政治法律、美学艺术和萨满文化等。
《光子学报》是SCI期刊。
《光子学报》创刊于1***2年,是由中国科学院主管,中国光学学会和中国科学院长春光学精密机械与物理研究所主办的学术性期刊。2018年11月20日,经中国科学院科学传播局评选,《光子学报》入选2018年中国科学院科学出版基金科技期刊排行榜(三等)。
这个问题老生常谈了,笔者在这里说一下个人的见解,如有错误,欢迎各位在评论区里指正讨论。
首先我们要明确一个概念,那就是气动设计肯定是有方向性的,不同的飞机由于不同的设计,会对自身的性能有着很大的影响,比如:有些飞机擅长高空高速,有些飞机擅长中高空跨音速。
气动设计上没有全能的飞机,因为很多设计指标是相互冲突的,比如超音速和亚音速性能,稳定性与机动性等,所以气动设计总是会根据使用需求偏重某一方向的性能。比如:客机由于自身需求,首先追求的肯定是稳定性和经济性,而战机就不一样了。
(PS:气动设计对于飞机的影响是非常重要的,但不是决定性的,因为其他子系统同样可以影响飞机的性能。)
所以如何评价气动布局的优劣,我认为不能单一的追求机动性指标,应该看其是否符合需求。毕竟,客机机动性很差,但它的气动设计符合航空公司的需求。
我认为J-20战机的气动布局符合我国空军的作战需求,是恰到好处的。为什么?我国空军自成立以来,首要解决的一直是国土防空的问题,这个问题直到目前来说都是非常严峻的。
我国空军刚刚成立初期,在空军还没有基础时,***侦察机屡次侵入我国领空。我国空军需要在短时间内拥有很强的截击力量,歼-7,歼-8和歼-8 II就是典型例子,这两几架战机的主要职能都是截击。
歼-20是我国研制的一款具备高隐身性、高态势感知、高机动性等能力的***第五代制空战斗机。其气动布局***用了“鸭式布局+边条翼+三角翼+腹鳍+全动双垂尾”的综合气动布局。
鸭式布局:***用鸭式布局的飞机在正常飞行状态下并没有多少优越性,但是当飞机需做大强度的机动如上仰、小半径盘旋等动作时,鸭式布局的飞机的前翼和主翼上都会产生强大的涡流,两股涡流之间的相互偶合和增强,产生比常规布局更强的升力。因此在同等条件下鸭式布局的飞机比传统布局的飞机具有更好的机动性。
边条翼:可改善机翼在大迎角时的气动特性,特别是升力特性。歼-20的边条翼为可动边条,位于鸭翼和机翼之间,是非常小,比较狭窄,可以可控下垂,可动边条可以强化涡升力,并且可以控制涡流走向。与鸭翼配合能产生强大涡流,可以大幅增加升力,获得更好的机动性能。
三角翼:后掠角大,飞行阻力小,水平机动性能好。从亚声速过渡到超声速时机翼压力中心向后移动量小,这对于舵面平衡能力比较差的飞机尤为重要,所以无尾飞机和鸭式飞机基本上都***用三角翼。
腹鳍:飞机腹鳍是在飞机机身尾部下面顺气流方向布置的刀状翼片。腹鳍相当于垂直尾翼,侧滑时起增加飞机航向稳定性、保持平衡的作用。超音速飞机在高空大迎角飞行中,垂直尾翼受到机翼和机身的“遮蔽”,航向稳定作用严重下降,而腹鳍不受影响,因此超音速歼击机普遍***用腹鳍。
全动双垂尾:飞机尾翼由水平尾翼和垂直尾翼共同构成,水平尾翼就是水平方向上的尾翼,而垂直尾翼就是垂直方向上的尾翼。双垂尾就是指有两个垂直尾翼。双垂尾与单垂尾相比增加了飞机的稳定性和机动性。全动双垂尾就是可操纵作动的双垂尾,可以提供足够的航向操纵力矩,进而提供较大的滚转速率。
总体来说,歼-20作为中国首款第五代战斗机,其气动布局综合了多种已经在使用的成熟技术和理念,可以说是集众家之长。再配合以大推力矢量发动机与先进的光传飞行操纵系统。使得歼-20战斗机成为了一种大仰角升力特性极好,瞬时攻角、 盘旋和滚转率都很高;亚音速机动能力,不逊于任何四代机和四代半战机 ;而超音速下的控制能力 ,又远超四代机和四代半战机的世界顶尖战斗机。
就到这里,各位对此,是否还有其他高见?或者你们还有哪些补充,一起来探讨。
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“动力不够,气动来凑”,歼20就是这种典型的四代机。我国航空发动机一直都是短板,发动机问题也成了所有飞机的心脏病问题,但四代隐身战机必须要发展,在这种情况下,优化气动布局来弥补动力不足成为了唯一选择,于是乎就有了这种“小展弦比高升力”的歼20。可以说歼20在许多设计方面都是优于F22,尤其是升力系数上更是无所不用其极,自然也比F22高很多,另外在电子系统方面,歼20还有类似F35一样的EOTS、EODAS等光电红外探测手段,这些F22也没有,虽然就综合实力来说歼20还无法达到F22那样的水准,但歼20在战场上绝对有与F22一拼的实力。
图一:歼20设计极为精致,复杂性是F-22比不了的。
首先说说歼20这个“小展弦比高升力”的气动布局,这里其实还有一个故事,就是当年美国吹嘘自己的F22升力系数达到了2.07(三代机普遍在1.6以下),而作为我国未来空军的主要对手,歼20的设计必须对标F22,于是就将这个升力参数定在2.1,略高于美国。要达到如此高的升力系数是非常难的,歼20将涡流增升技术发挥到了极致。首先是***用基于涡流控制技术的升力体机身,第二***用了边条翼鸭式布局,试验表明,同时***用鸭翼和边条翼,不仅保持了分别***用这两种增升装置的增升效果,还可以得到更高的升力系数,如下图:
另外仔细观察会发现,进气道位置也进行了特别设计,同样能产生涡流效果,至于网上说还有类似F22一样的机头菱形涡,这个目前还没发现,应该是没有(菱形窝离机翼太远了,F22机身短很多,可能会有一定效果,但歼20恐怕不行)。于是在增加升力方面就形成进气道涡、鸭翼窝和边条窝等联合作用,硬是将升力系数达到了设计目标。通过这一系列努力后,我们也反推出***用常规布局的F22根本不可能达到2.07最大升力系数,最后美国自己公布F22的最大升力系数仅仅只有1.7,与歼20 的2.1是不是差了一个档次。当然如此复杂的启动布局,歼20的飞控系统应该会很厉害。
而且在开发歼20的时候,虽然在很多技术方面达不到美国那样的程度,但在很多设计细节上我们也吸取了一些F22的教训,比如超音速巡航作战的F22作战半径仅仅只有740公里,而歼20就拉长了机身,这样就能装更多的燃油,即使未来超音速巡航作战,作战半径也应该能达到1200公里以上;还有F22那对超大的尾翼看着很不和谐,歼20在设计的时候就***用了1对全动尾翼+1对腹鳍,相当于上下两对小垂尾来保持飞机飞行稳定,当然这个腹鳍也在网上引起了很大的争议,未来到底是F22的固定大尾翼好,还是歼20的两对小尾翼好,这个还得看作战效果。
在超机动性方面,歼20目前还是有些问题的,歼20的机身被拉长,这种小展弦比的战斗机阻力很小,典型特征是高速性能极佳,但机动性差很多,鸭翼和矢量喷口将协助弥补歼20超机动能力不足的问题,可即便如此,歼20的超机动性方面肯定还是比F22差上一些的,再加上目前歼20还是使用的三代发动机,即使最新换装了WS-10B锯齿版本的歼20,解决了矢量喷口问题,但发动机本质上还是三代机水准,与F22的机动性方面差距就更大了。即使未来我们的WS-15峨眉发动机成熟装备后,歼20的机动能力应该都不如F22,但因为阻力小,在超音速巡航上会更省油一些。
至于其他作战能力上,F22和歼20在外型隐身上都极强,F22的隐身涂料效果更好也更娇贵,因此歼20的在隐身上比F22略差;而歼20的优势再是战场感知能力上,因为后发优势,歼20装备了F22没有的EOTS、EODAS光电红外系统,在大家都隐身情况下,超视距攻击能力上歼20略强一点。
当然在作战能力上来说,这个就真的不好说了,毕竟大家比的都是体系作战,在体系上美国人作战经验更丰富,体系建设上更完善;而我们则具备作战的主场优势,地面、空中雷达等支援更多,电磁控制能力上会更强,因此在抢夺制空权方面,歼20可能并不比F22弱。当然F22的优势还是很多的,凭借超音速巡航能率先抵达战场空域,对等数量情况下在同一空域作战飞机会更多一些,甚至在载弹量方面目前F22也多2枚中程空战导弹!
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