殲20研發之路

一沒有希望的年代

在1990年代初YF22戰斗機起飛,中國依然在殲8改中里面苦苦掙扎,1996年臺海危機,一股近乎絕望的情緒涌到人們的心頭:面對美國強大的軍事優勢,我們有能力追趕嗎?

在近乎為改革讓步的十幾年里,中國軍工并沒有比1980年代初好多少,而1980年代初中國工業處于什么樣的水平呢?

在1980年代初期,中國的工業能力和管理落后世界了將近50-70年,當時香港記者描述的最典型的廠里情況是:三個工人抹墻壁,一個抹,一個舉灰,一個指揮!秵虖S長上任記》開辟了一個新的時代,更如實反映了當時的管理生產的水平。工人不干活曠工,鬼怪式操作報廢品多一半,生產監督為0,領導沒有管理觀念,習慣于文革的政治斗爭方式。

1980年代生產水平最高的上海車廠,準備與德國合資(上海大眾),外國普遍懷疑能否進行,一個最樂觀的德國30歲記者參觀過上海車廠這樣報道:“大眾汽車將在一個100年前的孤島上生產,工人懶散,生產用的葫蘆吊,橡皮榔頭都是我爺爺用的工具!

日本記者當時參觀武漢最好的鋼廠,發現鋼廠有水壓機銘牌居然是1898年日本產品,連忙問廠長是否錯誤,廠長回答:沒有錯,因為質量好還在用。

軍工廠當時也只比民廠好那么一點罷了。為改革讓步的十幾年中,軍工產業還是普遍處于1980年代水平。

鄧公不是超人,他的打算是留下重點研究部分,開拓交流,提高工業水準,再將軍事水平提升上去,他不可能預見到1980年代末西方技術封鎖,1991年蘇聯的解體,1990年代中臺獨勢力的猖獗,但是他還是留下基礎:亞洲最大風洞群,最大導彈試驗場等一大批不惹人注意但是基礎已經堅實地打下了。中國的基礎研究是扎實的。但即使當時對軍工投入大量資金,也很難對落后的水平有質的改善。

軍工是建立在國家實力,和整體工業能力,工人素質和先進管理上的,先有好錦,才能添花。 F14,當筆者90年代初在電影看到帥帥的阿湯哥沒有興趣,那巨大強悍的F14雄貓卻極大地摧殘了自己幼小的心靈,很多人都有這次經歷,事實是:F14已經快要走上終點,我們還在艱難地改進殲8。

套用一位著名的改革者的話說:“我們開始了,抱著近乎瘋狂的熱情,回過頭來看走過的道路,我們驕傲,但在那時,如果我們真正知道差距是如此巨大,道路如此艱辛,我真懷疑還有沒有追趕的勇氣!

但是在96年危機,現實差距是如此巨大連瞎子都能看到的,而且未來更加恐怖:美國F22,海浪級潛艇等下一代武器將馬上服役,我們何去何從?

對于中國領導人,軍工,軍隊,廣大的軍迷來說:那是一個近乎絕望,看不到希望的年代。

參考鏈接:殲20前傳,96之恥!

1996年,當臺灣海峽密布戰云時,兩支航空母艦編隊出現在了臺灣東南和東北兩個方向,徹底斷送了1996年大陸軍事封鎖臺灣的希望。

在1996年的中國空軍,以落后的狀態直接攻擊臺灣密布防空導彈和F5,F104,IDF戰機把守的空域和土地是極其不現實的,大陸的打算是:在空軍的掩護下,海軍艦艇進入臺灣南北海運通道封鎖,迫使臺灣空軍離開本土警戒網支援和防空優勢火力殺傷區,同大陸空軍在海上空戰,大陸空軍可以依靠海面艦艇雷達提供早期預警,依靠數量來消耗對方戰力。迫使臺灣空軍投入到不占優勢的近戰中去。

當時臺灣空軍尚沒有空中預警,但是F5,F104戰斗機的中距搜索和遠射能力,已超過了大陸除SU27以外的所有飛機,F104戰斗機雖然被稱呼為寡婦制造者,但是超音速性能和攔截能力出眾,F5是一種平庸的飛機,但是操控簡單,電子設備對于中國來說依然先進。而殲8-2直到1998年,才告別了單一的雷達系統。

更糟糕的是:臺灣依靠美國制造的IDF戰斗機也投入使用,它存在推重比不足的問題,但是雷達電子性能經過美國支援,已經不亞于F16A/BBLOCK15的水準。在臺灣強網支援下,臺灣空軍的訓練在美國強化下更有效率。

但是大陸依然有一定的把握達到目的,在1996年,中國空軍僅有30架掌握尚不充分的SU27做為空中中距雷達警戒和打擊力量,大陸不打算將這寶貴的力量投入到近戰中,而是作為警戒和空中刺客作為盤旋在臺灣空軍眼前的陰影存在。由于低空掃描能力不佳,SU27將作為中高空的戰機補充。

殲8戰斗機在1996年不具備中距遠射能力,雷達性能單一容易受干擾。但是在對殲7的對抗訓練中,中國空軍發現:殲8的回轉半徑與殲7相當,有更好地爬升能力,探測能力比殲7好,能搭載更多的燃油,這意味著在無地面指揮下,殲8可以采用更多的戰術來擊敗殲7。更符合境外做戰的觀念。

殲7具有良好的超音速性能,但是亞音速性能糟糕,在越南,越空軍的米格21采用偷襲戰術,從不跟美國人空戰。如果需要復制這一戰術,殲7需要良好的引導和小機群多批趕赴空域。

殲6是當時大量存在的超級過時貨,但是它是當時唯一一種可以在近戰纏斗中徹底壓倒臺灣除IDF之外所有飛機的國產戰斗機。兩臺發動機提供幾乎1戰斗推比,垂直機動性和跨音速空戰能力超過F5,水平機動性遠在F104之上。但是設備落后,導彈不可靠只能依靠機炮纏斗,最大的弱點是超音速性能嚴重不足,油料太少,雖然靠新保型油箱能夠彌補這一點,但是只能依靠小機群多批連綿不斷才能彌補空域。在越南戰爭中,殲6是美國人認為最難纏但是又最好對付的飛機:不與它纏斗,用速度保持距離,殲6只能返航,這時油多的美國機再追擊。殲6在纏斗中往往是勝利者,但是由于油料不足發生事故和被美機追擊墜毀的事件驚人。越南空軍非常不喜歡殲6。

強5也具有同殲6一樣好的低空纏斗能力,在巴國演習中戰勝過幻影3(二代機里公認地的F4,米格21,幻影3三大王者之一),同時強5也具有迫使臺灣海軍躲藏在本土的使命,經過大陸評估認為:當時臺灣海軍的防空能力并沒有超越1981年馬島海戰的英國艦隊能力?梢韵胂螅捍箨憣⑾蟀⒏⒁粯,用少量還不可靠的殲轟7,H6D發射C601,C801導彈,眾多的強5象敢死隊一樣低空轟炸臺灣海軍,只不過規模強度比阿空軍殘忍地多。雖然預見到會有眾多的損失,但是完全可以迫使臺灣海軍不能忍受損失只能靠近本土防空火力殺傷優勢區,遠離大陸封鎖艦隊。

在1996年,大陸的電子指揮和電子戰能力仍遠遠落后“二流北約”水平的臺灣,空軍依靠語音指揮能力加秘不足,至于臺灣西面的海港,空軍力量遠未到達,只能依靠潛艇和導彈進行封鎖,對于糟糕的潛艇噪音,臺灣東部海域的復雜的聲紋情況會掩蓋潛艇的諸多不足,雖然能造成一定的損失,但是還是可以完成有限度的封鎖布雷任務。

大陸預計:在高額的損失后,大陸依然能夠利用封鎖戰,導彈來干擾臺灣軍事,政治,經濟的決心。迫使臺灣走回談判桌來。

以上就是所有可行的手段,可以看到:直到1990年中,中國的軍事力量一直仍處于停滯狀態,為改革讓步,大量的武器裝備和訓練依然面向防御大規模入侵時水平,在冷戰時代,這種防御還是有效果的,但是對于抑制海島進攻性作戰,仍屬于力不從心,在1960-1980年代初,對于空軍進攻性自主項目幾乎均告失敗,落后的工業難以支撐。

不管如何,在1996年,大陸仍有把握進行代價高昂的封鎖做戰,空軍缺乏電子對抗,精確打擊能力,難以對臺灣本土的優勢防空火力殺傷區進行打擊,但是對于掩護大陸封鎖艦隊依然是夠用,美國海軍通過研究認為,大陸海軍能夠通過動員民船,具備一次性布設臺灣南北兩端與東方國際航線的近乎7000枚各種水雷的能力,這種能力還是令人頭疼的。中國此次演習,不但具有恐嚇與封鎖意圖,還將做戰力量將向福建集中之意,有在演習中奪取臺灣外海島嶼之意。

美國派遣兩只航母艦隊先后抵達了臺灣東南與東北海域,這兩只艦隊的部署很有玄機:它們正好位于臺灣優勢防空火力殺傷區的側后,堵住大陸海軍封鎖通道,位于大陸空軍作戰力量的邊沿,大陸空軍短腿的優勢力量難以對其發動攻擊。航母艦隊并能夠對進入臺灣東部海域的大陸海軍實施反潛作戰。這就扼殺了大陸所有戰勝的希望。

這口氣我們咽下了,伴隨著近乎15年臺毒的猖獗和美國的得意,但是他們忘記了一點:大陸雖然落后,但是是一個澎湃快速發展的大國,科技工業和軍事的發展從1980年代就開始轉變,財力也在不斷聚集,即使發展速度與臺灣一樣,大陸的巨大基數也是可怕的,更別說7-11%的增長率了。時間對大陸有力,美國自欺欺人的“賣給臺灣的武器能夠保持優勢到2025年”會逐步失效。在2005年,美國人已經感到不妙,大預,空中加油,殲10,殲11等各種空軍力量大步前進。中國絕不坐等時間流失,我們不會忘記96之恥:空軍的目標是2015年取得在臺海對美國和臺灣的絕對優勢!

殲20,這種能夠飛到臺灣東海驅趕美國航母,掃蕩敵方空中防線的戰機,它的種子在1996年就埋下了!

美國一位軍方人士在2005年報告:“1996年臺海危機我們錯誤地炫耀武力的結果,就是中國人開始瘋狂地造飛機買軍艦!

這,僅僅是開始。!

在1996年危機后,追趕F22的念頭已經滲透在人們的心中,象一個巨大的魔咒揮之不去。

在今天,我們可能習慣了F22的造型,猛禽訂立了一個標準,無論是美國的F35,俄國的T50,日本的“豆飛機”心神小驗證機。還是還在空中樓閣的印度MCAC,韓國KFX中型雙發小F22,都可以說是F22思路的復制。F22的布局目前是最成熟簡潔的,其他方案不過是F22的簡化,要么是減少某些功能,放大其它功能(T50減輕隱身,加強機動性)。

考慮到中國的工業能力,無論是飛豹也好,殲8-2一定有多種方案,但它們必定選取其中風險最小的,最容易實現的。但是殲20出現讓人們大吃一驚:這是完全另類的猛禽!如果有人說這是對F22的剽竊,那么其他方案是什么?!他一定是眼睛瞎了!

僅就筆者看到一位英國網友的話說:“就外形設計來講,殲20是一種另類的設計,它必定對目前單調的五代機設計布局作出巨大貢獻,對于世界所有軍事發燒友來說,殲20為我們提供一種新奇的享受!

但是另類的背后,則是巨大的努力和風險。這種另類是否值得?能否徹底告別那絕望的年代?

二布局的困惑

飛機設計是最艱難的科學,由于飛機設計指標幾乎是相互矛盾的,一個指標上去,另一個指標幾乎就下降了。戰斗機追求各個空域,速度指標的平衡。

僅僅拿飛機機翼面積來說,大面積機翼會降低翼載荷,提高飛機的亞音速機動能力,但是大面積機翼會降低速度,爬升力。而三角翼對于超音速是最有利的,但是嚴重提高了翼載荷,難以做出機動動作。在笨拙的重視超音速二代機F4,F5,F104之后,美國首先到了忍無可忍的地步,他們認為在掛載武器時候,戰斗機之間很難發生純超音速空戰,他們從F15開始,彪悍地使用了低面積過載和高推力發動機的思路,而對于缺乏高推力發動機的而有技術基礎國家來說,是不可能采用這種跟風的。當F22出現,更是發展了這種彪悍的思路:用大后掠的蝶型翼—即加超音速性能又降低翼載荷和變態的F119發動機達到完美的平衡---如果沒有F119,朔大的蝶型翼是極其笨重的,這種思路非常簡潔,即使如此,優良的材料和隱身修形造成的飛控的復雜程度也是近20年其他國家望其項背的。

沒有發動機,沒有材料,但是可以先做基礎研究,反正到了工程階段,這些問題差不多隨工業發展已經解決了,如果想造飛機,那就早點動手吧。要研究一架5代隱身戰斗機,中國的科研人員和軍方首先要確認一些思路:

1它是輕型,中型還是重型?

無可否認,盡管由于材料和電子技術的進步,戰斗機的體積有越來越大的趨勢,一方面,對航程的需求,武器載荷要求越來越高,另一方面由于設備越來越復雜,連電子干擾設備也開始裝入機體。F16,殲10的航程與機動性已經不亞于重型戰機,但是它們的任務擴展性是遠不如重型機的。

隱身的5代更提出新的標準,雖然俄國提出等離子隱身概念,但它離實用性還遠不可及。內部格艙那巨大的體積和類S形進氣道必然造成近乎巨大的體積。

中國完全可以采用低風險低成本的中型5代,武器掛載采用類似隱身武器繭包的設計,重量依然不小,無論是任務擴展性還是隱身都遠不如重型的。

中國從沒有獨立研發重型機的經驗,這一次,卻是例外!96臺海危機的陰影一直在我們心頭。進攻性是不能不具備的需求!

2采用什么樣的外型?

1996之后,是時候檢視我們對策了。中國的研究人員仔細考察了F22的設計,同時原蘇聯S37和米格1.42驗證機先后暴光,但是對于我們自己的飛機,設計人員對于落后的工業體系依然心中無數。

采用類F22的常規布局是最穩妥的,但是中國和俄國都意識到:在材料和發動機落后的情況下,常規布局是沒有指望能夠與F22對抗的。在2000年前,中國與俄國在技術方開展了合作,但是沒有就第5代戰斗機達成任何一致?梢钥隙,在611所宋總的《一種小展弦比高升力飛機的氣動布局研究》發表之前,中國已經對第5代戰機的基礎進行了大量的研究,但是對于采用哪一種構型還沒有確定。

這里懶的寫,套用某大佬的原話:“宋老《一種小展弦比高升力飛機的氣動布局研究》論文中援引的方案是611上世紀90年代中期對四代氣動探索的一個過程成果,該方案的渦升力設計重點仍然在翼面形式的邊條、鴨翼、機翼的氣動耦合上;菱形機頭出于隱身和大迎角偏航穩定性的優勢被引入設計中,但尚未很好的融入整個布局,機頭渦被認為是鴨翼渦的一個不利干擾因素。今天的殲-10氣動是早期眾多方案中較為穩妥的一個,沿用了殲-9計劃中大量現有的風洞資料,而更激進的雙三角翼方案因為風險過大而被放棄;《小展弦比》一文中的邊條翼鴨式布局方案應該就是由早年落選的鴨式雙三角翼方案逐步演化而來!

宋老《一種小展弦比高升力飛機的氣動布局研究》在那時只是一種備選方案,沈飛也提出了自己的方案,在競爭中,沈飛601所似乎批評了鴨式布局的缺陷(以下會提到),闡明了三翼面對于配平,機動和升力的好處。但是有幾個問題是無法回避的:三翼面對于RCS的增加比鴨式和常規布局復雜,對于阻力的增加更是發動機不能承受之重的。對此,601所似乎還有常規布局作為后備,正是他們自己的不確定性和無絕對把握使他們輸掉了重型機的競爭。

但是,611所的方案比常規布局更具有挑戰,為此,據說611下了軍令壯,于是殲20開始了它的真正腳步。

鴨式布局自然意為在前機身兩側有一對鴨式前翼,世界強國就有初步的研究,鴨式的布局在二戰前就有研究,在1960年代蘇聯也對米格21進行了深入的驗證。但它們都失敗了,鴨式非常規布局一直沒有起步。而中國在力圖擺脫蘇聯影響的1960年代,也對所謂“抬”布局進行了大量的研究。鴨式布局不是垃圾,但更不是超級布局,在1980年代前,飛控技術還不能解決鴨布局帶來的問題。只有在電子與氣動技術真正成熟起來,鴨式布局才遍地開花。

在這里我們依然引用大佬的原話: “到60年代初,二代戰斗機的氣動布局設計主要特點仍是保持附著流型以避免和抑制氣流分離;但對機動性的追求要求可使用迎角不斷加大,分離不可避免。隨著近距耦合固定鴨翼的瑞典SAAB-37戰斗機將渦升力的應用實用化,實現了對氣流分離的控制和利用,脫體渦流型開始被廣泛的應用直到今天。戰斗機對渦升力的應用,主要是依靠氣流從渦流發生器(鴨翼,邊條)前緣分離出穩定的漩渦,高速旋轉的氣流提高了機翼表面的負壓,漩渦強度隨迎角增大而增大,產生很大的渦升力,在升力線斜率上表現出明顯的強烈性,非線性。因此渦升力在帶來巨大升力收益的同時,也對戰斗機的控制技術提出了同樣巨大的挑戰。從對渦升力的應用水平(同時也大致代表了主動控制水平)來看,三代機的氣動水平可以劃分為三個階段。第一個階段以F-15為典型,這種早期的三代機并沒有渦流發生器,沒有應用渦升力,靜穩定布局,控制增穩;第二個階段是F-16(真正的第一款三代戰斗機)和蘇-27,以小邊條作為渦流發生器是其共有的特征,并開始放寬靜穩定度,模擬電傳足以滿足控制需求;第三個階段,一方面是使用大邊條的F/-18E/F和我國的FC-1,另一方面是使用可動鴨翼的歐洲臺風,陣風,鷹獅和我國的殲-10,這個階段的戰斗機都已經采用高度靜不穩定設計,模擬電傳已經不能滿足需求,數字電傳成為標準配置?偟膩碚f,越大的氣動收益,就有越大的控制難度和風險。在常規布局戰斗機中,作為俯仰操縱面的水平尾翼一般處在機尾的位置,在很多型號上為了追求最大的控制力矩,平尾還要延伸到尾噴管以后,一定程度上可以近似的認為氣流經過平尾以后便不再對飛機本身造成影響;而鴨式布局中作為俯仰操縱面的鴨翼放置在機翼之前,經過它的氣流還要持續的參與進整個機身的流場,尤其是鴨翼還身兼渦流發生器的作用,鴨翼狀態改變直接導致機翼上方渦流體系的變化,因此鴨翼偏轉對整機的影響遠比平尾來的復雜而劇烈。常規布局并非對渦流發生器兼具氣動操縱能力的優勢沒有認識,比如像可動鴨翼靠攏的可動邊條技術,但是因為效能和代價的問題并沒有實用化。更為復雜而劇烈的影響,就意味著更大的潛力。全動鴨翼的鴨式布局戰斗機在氣動理論上和主動控制水平上的需求遠高于常規布局,包括三代后期的大邊條常規布局。這也是該類飛機普遍出現晚,飛行性能好的一個原因;一度有人把使用全動鴨翼的鴨式布局稱為三代半布局,如果僅僅從氣動和主動控制技術看,這個說法不無道理!

但是凡事都有兩個方面:鴨式布局會帶來巨大的好處,但是鴨式布局不等于超機動,而是帶來比常規布局更好的渦升力和靜不穩定。對于發動機羸弱的國家來說,這是福音。但是也存在很多麻煩,除過飛控的復雜外,還有一個難以解決的地方。鴨翼可以有兩個作用:1、提供可控的渦升力,2、配平和俯仰控制?煽販u升力在前面已經提到,配平和俯仰控制是另一個巨大的作用,這正是鴨式戰機對比常規布局最難以解決的地方。

任何飛機有重心和升力中心,要是兩者完全重合,飛機在天上就是平衡的。鴨翼雖然這兩個作用都可以做到,但不同位置的鴨翼對兩者有所側重。僅僅對于鴨翼的放置,就是令人頭疼的問題。

“鴨翼的不同位置決定了設計思想的異同,事實上,如果忽略燃油消耗、彈藥投放等因素,重心是基本固定的,但升力中心隨速度、飛行姿態等移動,需要動用平尾(常規布局)或者鴨翼(鴨式布局)來恢復平衡,這就是配平作用。有意識的增減配平作用,自然就導致飛機受控地俯仰,這就是俯仰控制作用了。鴨翼雖然這兩個作用都可以做到,但不同位置的鴨翼對兩者有所側重。鴨翼靠前稱為遠距耦合,由于力臂長,用較小的鴨翼就可以實現配平和俯仰控制作用,這樣鴨翼造成的阻力和重量較小。適合高速飛行;壞處是遠離機翼,難以形成渦升力。鴨翼靠后布置的話,自然就使近距耦合。近距耦合的鴨翼常常和機翼有所重疊,鴨翼后緣在機翼前緣的頭頂上。近距耦合的鴨翼產生渦升力的作用明顯得多,有利于提高機動性,但力臂短,配平和俯仰控制作用降低,需要增加鴨翼面積,導致阻力和重量增加。鴨翼和機翼在上下有所重合,兩者之間的氣動干擾增加阻力。(方方)”

這句話簡單地說,布局的矛盾僅僅在鴨翼的設置方面就困擾著設計者,美國在1980年對鴨式布局的研究比歐洲還深入,升力體邊條翼鴨式布局很早就出現了,1970年代NASA有個高機動技術驗證機(HIMAT)的17A方案就是采用此布局,但限于當時的氣動和控制水平宣告失敗。1997年5月NASA和波音聯合研制的X36鴨式布局驗證機首飛,該機采用升力體鴨式布局,隱身技術及其與飛行敏捷性的配合是其技術驗證重點之一;但可能在1980年代美國人認為:不管是遠距耦合還是遠距耦合,對于下一代戰斗機都是不利的,這真是鴨式的悲哀!傍喪讲季值膬烖c在敵人身上的!边@句話被牽強附會成鴨式的不隱身。但是中航早在1990年代就對鴨式的隱身進行大量的研究,美國人JSF鴨式布局和瑞典JAS39隱身布局證明:鴨式布局與常規布局隱身效果并沒有什么不同。

1990年代中航鴨式隱身研究可以看做殲20的思路

引用磚頭大佬的原話“鴨式的隱身設計原則和常規布局的沒有太大區別,一般來說不管是常規布局還是鴨式布局,他們的可動翼面都是按照巡航狀態來處理隱身狀態的,機動的時候基本不考慮或者只是做一定手段控制,但不限制指標。鴨式布局和常規布局設計的差別主要在于前向因為前翼的存在比常規布局多一個散射區,但集中輻射的原則還是不變的,前翼的前后緣平行,前翼本身可以采用效率比較高的結構性隱身,輻射的主要難點在于翼根部的機身部分,這和常規布局的前緣襟翼根部的難點一樣,處理方式也基本一樣,這方面正常布局和鴨式布局的rcs差別要到0.001以后才會體現出明顯的區別,前翼的存在較為復雜的是因為它們的尺寸比較小,對于一些中長波雷達外型隱身效果不佳,基本需要采用特定波段的窄帶吸收和專用涂層的配合才有比較好的效果,同樣的問題在常規布局上也有,他們在一些很少的特定角度上會因為機翼的屏蔽而占據優勢!本C合而言,鴨式布局因為機翼面積大,機翼根弦長,占位多,隱身效果更好,垂尾機翼前翼分布合理,干涉少,綜合周向隱身比常規布局略有優勢,但因為前翼的存在,前向隱身需要花費較大的精力和更復雜的處理方案,總體上來說鴨式布局和常規布局并沒有什么本質上的區別,隱身和氣動綜合的難度差不多!

瑞典Jas39戰斗機隱身方案

美國設計師的本意是:鴨式布局要求飛控復雜,內部格艙難以布置,最重要一點,難以滿足F22對于各種音速空域都達到對敵人優勢的需要,既然有變態發動機和優良的材料和成熟先進的飛控,那么何苦自找麻煩?F22為了突出超音速,利用大后掠的蝶型翼和變態的F119發動機達到機動與隱身完美的平衡是自然的,在1990年代,美國深入研究后認為:這種平穩的設計依然可以壓倒世界20-30年。

不管是近距耦合還是遠距耦合,對于下一代戰斗機都是不利的,這一點原因何在呢?

三 F22的強悍陣風戰斗機近距偶合,(鴨翼與主翼接近)根本回避配平和操縱性的,兩只前鴨翼很好地提供了渦升力,提高機動能力。但是配平能力很差,那么亞音速性能強悍而超音速性能很糟,但是注意邊條上的鴨翼,法國人的處理極其完美。

眾所周知,采用近距偶合為陣風戰斗機和鷹獅戰斗機,它們的設計是根本回避配平和操縱性的,兩只前鴨翼很好地提供了渦升力,提高機動能力。但是配平能力很差,而F22的設計是良好的亞音速性能外,還要更超級的超音速性能!它要求能夠在超巡上提前占位,即不開加力能夠達到1.5馬赫巡航中的超音速機動!

在超音速機動中,超音速滾轉機動對于無論是F22,T50,殲20都難以實施的,對于占位和逃避來說,超音速滾轉機動具有完美的特性,但是五代機對于超音速滾轉機動是難以打開內武器艙,將導彈“連彈帶甩”發射出去的。如果要在超巡中搶先開火,那么超音速盤旋性能是最重要的。這正是F22的最大優勢!

很多人都宣稱超級巡航早已有之,如俄國稱米格25如何,其實只是大推力發動機加推后變為不加短暫超音速飛行而已,而英國稱其早期閃電機能夠在1.1馬赫巡航,而某些國人稱殲12能夠以0.94馬赫不開加力巡航,可以稱亞超巡!

但是這些飛機都無一例外的都是假超巡,更是沒有能力進行超音速機動,F22可以伴隨1.5馬赫巡航中的高G超音速機動是無與倫比的,而上述飛機中最著名的米格25,由于配平落后,在超音速飛行中極其笨拙,被美國人稱為“逃跑一流,攻擊三流!”

還是引述方方大佬的話吧:“超音速機動性能是 F-22的設計重點之一,也是該機與第三代戰斗機的“代差”標志之一。除了前述超巡、超音速加速/爬升性能外,超音速狀態下的盤旋能力也有明顯提高。有資料稱,該機在 M1.7時穩定盤旋過載可達 6.5G?紤]到 F-15在同等條件下盤旋能力遠遜于此,而蘇-27在 M0.9、中空才達到這個水平,不能不說這是一個相當驚人的進步。

能夠達到如此之大的超音速盤旋過載,發動機是一個重要原因,而同樣重要的還有飛機的超音速升阻比和配平能力。

關于升阻比,不難理解。要拉出足夠的過載,機翼就必須產生相應的升力,伴隨而來的就是誘導阻力的急劇增大(誘阻系數與機翼迎角平方成正比,與機翼展弦比成反比)。如果誘阻系數太大,誘阻增長極快,那么很快就會抵消發動機的剩余推力,飛機雖仍可能拉出較大過載,但發動機推力已不足以維持穩定飛行,當年的幻影 III瞬時盤旋性能好而穩定盤旋性能差,正是為此。以現代航空技術水平而言,要設計出具有高升阻比的機翼或者具有良好超音速性能的機翼均非特別困難,但要將兩者合而為一卻非一日之功。這也是 F-22足以自傲的一點。而配平能力則往往容易被人忽略。機翼的高升力是拉出大過載的基礎,但升力越大,產生的俯仰力矩也越大。如果飛機自身不能提供足夠的俯仰配平力矩,那么要么進入上仰發散狀態而失控,要么被機翼升力產生的低頭力矩壓回去,無法拉到需要的迎角。特別是在超音速條件下,飛機焦點大幅度后移,機翼升力產生的低頭力矩相當大,進行超音速機動需要更強的配平能力。以超音速性能著稱的米格-25,就是由于配平原因而無法進行較大過載的超音速機動——該機超音速平飛時,平尾偏轉就已接近極限,能用于超音速機動的余量相當小,所以雖然機體可以承受更大的載荷,但 M2時的最大盤旋過載僅有 3G!

也就是說,F22的可怕不僅僅在于它的隱身,而是近乎無解的超級巡航能力和高G超音速機動,在美國的演習中,F22即使攜帶角反射器不再隱身,F15,F16三代機也很難攻擊它,F22可以利用超級巡航能力和超級音速機動提前占位發射導彈,使導彈提升更高的攻擊速度!這意味著更先一步的攻擊能力,即使攻擊失敗,F22可以立刻脫離,重新占位攻擊,而三代機則根本無法跟上F22的節奏。

在演習中,美國飛行員這樣說:“我們在對抗F22的過程中,只要F22進入超級巡航階段,對抗就基本結束了,我們就是將加力開到最大也無法追上的,我們追趕幾下,一句‘賓果’(沒有油了,基本戰斗機都是加力才能進入超音速,是極其耗油的)就告演習結束,帶我們到加油機身邊,而F22還有很多燃油。如果F22不是速度王者,那我反而不是它的支持者!

“這家伙是為速度而生的!

一句話,配平,升阻比決定超巡和超音速機動,渦升力決定亞音速機動和升力,但是在鴨式飛機上,它們是嚴重矛盾的!而4代戰斗機,它恰恰要求這兩者都要拔尖!

“鴨式布局的優點在敵人身上的!

"要解決配平問題,一是大幅放寬靜穩定度,將飛機焦點前移。這樣超音速飛行時飛機焦點雖然仍會后移,但距離重心近,產生的低頭力矩相對較小。不過,這樣一來飛機在亞音速大迎角機動時同樣會面臨配平問題——這次是配平機翼產生的抬頭力矩。被媒體過分渲染的近耦鴨式布局,由于鴨翼距離重心較近,配平能力不足,F-16的總師哈瑞•希爾萊克就曾說過:“鴨翼最好的位置是在別人的飛機上!保ǚ椒剑

怎么辦?中國研究人員如何破解這一魔咒???

對于中國設計者來說,鴨式布局的誘惑如此巨大,但是怎么解決這一矛盾?!

(結束,敬請期待下部,本人很懶,上文大段引用大蝦們在2-3年前的原話作為說明,下篇中,本人將根據自己掌握的一點知識對殲20的研發做出理解闡述)重點在于殲20的設計思路和性能。爭取16日晚上之前把坑填了。

在本文不會存在“六大技術領先世界"之類,而是描寫一個整體客觀的殲20,一個艱難誕生的殲20,一個對抗F22的殲20。下:開始

四中俄:沒有樂趣的道路

在1996年,中國611所研究人員一定是眉頭緊鎖,問題已經很明確了,只要隱身材料和涂料過關,

新殲采用鴨式是完全可以達到隱身的。但是4代戰斗機并非只是隱身的!而是對飛行有著巨大的追求的!

是該羅列這些問題和解決問題的方法的時候了。

鴨式布局好處是:

1鴨式布局可以比常規布局有更強的前翼渦升力,這可以讓主翼面積可以縮小,達到常規布局用大面積主翼才能達到的良好升阻比,(因為有前鴨翼作為渦流發生器),這一點用相對推比小的發動機能夠達到更好的升力,以及相似甚至更好亞音速性能。

2鴨式布局可以更好地放寬靜不穩定,這并不意味著比常規布局更機動,但是意味著更好的敏捷性和設計對機動更寬的兀余度。

問題:

1配平,升阻比和渦升力控制前兩者決定超巡和超音速機動,后者決定亞音速機動和升力,但是在鴨式飛機上,它們是嚴重矛盾的!而4代戰斗機,它恰恰要求這兩者都要拔尖!

2飛控要求更加復雜,4代機對于3代來說,更上一步:由于隱形的需要,外形幾乎要求一體,第4代隱身機體幾乎就是違反空氣動力學的!S型進氣道,內武器格艙這就要求飛控的變態,而鴨式?那就是變態加難!

很難說當宋總那篇著名的論文出來前,技術人員理清了頭緒,但是,他們一定是有初步的想法的,611所的技術人員,鐵了心要上鴨翼的。因為他們是有一系列型號作為基礎的!對于配平和渦升力的矛盾,他們是思路的。

在闡述之前,讓我們先跑一下題,看一下俄國人的道路。

蘇-27,以小邊條作為渦流發生器是其共有的特征,并開始放寬靜穩定度,模擬電傳足以滿足控制需求;它是蘇聯時代最后的絕響,然后,紅色帝國消失了。

對于老毛子的設計人員來說,他們的5代項目一下落入沒有資金和人員流失的困境,武器研制不能脫離國運的走向,無論是米格,蘇霍夷,都落入工程師要自己種菜的地步,俄國的4代項目停滯了。

蘇霍夷是幸運的,中國,印度大批的定單無疑養活了自己,但是對于下一代飛機,很難得到蘇聯時代全國支援的地步。在窮困潦倒之下,蘇霍夷和米高楊于1997年先后公開了S37和1.42技術,以求國家投資,同時,蘇霍夷還推出蘇54型單發蘇27項目,還存在一個類似JAS39的單發鴨項目,他們看不到俄國的未來,拿低技術的輕型項目號稱下一代,來希望窮困的國家來定貨,從外型就可以看出:它們離隱身超巡十萬八千里。

在蘇聯時代的改進SU27的SU35項目登場了,它采用三翼面格局,更好地加強亞音速機動性和升力,在2005年,改進SU35又出現了,它又取消了鴨翼。但是,基礎已經打下了!

經過一翻折騰,蘇霍夷終于取得了國家支持,并找到了印度這樣的取款機作為保障,蘇霍夷已經沒有

時間和能力再創新了,時間拖延,印度很可能會變卦,美國正暗送秋波。但是他們還是可以在蘇27布局基礎上發展一架4代機的!

老毛子的4代面臨一樣的難題:隱身,超巡,機動,怎么解決?

可以看到,俄國首先把超巡放在首位,主翼比F22有更大的后掠,主翼面積更小,載荷更高,進氣道略帶下方的彎曲,但是近乎直通,可以從前方看到發動機葉片!

好了,這樣可以解決發動機不足的問題了,但是機動性比F22差很多,老毛子畢竟有氣動外形的功底,他用兩個補償:

一全動V尾,較小面積的全動V垂尾,輔以放寬偏航靜穩定的設計。

二重拾三翼面設計!

這副下視圖很好地展示了思路,雙發動機之間的巨大凹腔是翼身融合體和翼下雙發組成的寬大的升力體,可以說是SU27思路的延續,隱身效果不好,但可動邊條的處理很有意思

“有意思的是 T-50的大邊條。大邊條不僅產生渦升力,還有利于為翼下進氣口提供預壓縮,減小大迎角下進氣道的氣流紊亂,改善發動機的工作條件。蘇-27也采用大邊條,但蘇-27的邊條設計還比較保守,就是簡單弧線過渡。F-18E采用飽滿的所謂哥特式大邊條,效果更好,但設計要求也更高,否則容易弄巧成拙。在俄羅斯對邊條的深入研究和豐富經驗支持下,T-50采用了更大膽的梯形邊條,和進氣口、機翼的設計融為一體。更有意思的是,邊條前半是可動的,不僅產生更強的渦升力,還可以通過可動的邊條前緣控制渦升力的位置,適合不同飛行狀態的需要。應該指出,可動的邊條前緣和鴨翼還是有差距的。鴨翼有兩大作用,1、產生渦升力;2、產生配平力矩?蓜舆厳l在產生可控渦升力上和鴨翼相當,但不足以產生配平力矩。鴨翼也是機翼,鴨翼靠產生升力來產生控制力矩,但機翼產生升力的前提是氣流的連續性。流經邊條上表面的氣流要到機尾才能和流經對應的下表面的氣流匯合,破壞氣流連續性的因素太多了,所以可動邊條無法充當配平用的鴨翼,也和前緣襟翼改變機翼彎度的機制有本質的不同。另一方面,T-50的大型進氣口可能是固定的,可動邊條或許還能充當調節進氣激波位置的作用。

蘇-27最大的設計特色是由翼身融合體和翼下雙發組成的寬大的升力體,雙發之間的隧道在大迎角飛行時兜住迎面氣流,兩側的發動機艙好比巨型翼刀,平坦的機腹和水滴形的背脊組成巨型機翼,產生的升力可以高達總升力的 40%,輔佐本來已經很大的機翼,使實際翼載進一步降低,極大地提高了機動性。T-50為了機內武器艙的空間,部分填補了隧道的空間,但還是有一個較淺的隧道存在,保留了升力體的作用。

部分填平的隧道和左右分得很開的雙發使得機尾的處理比較棘手,蘇-27采用一個巨大的尾錐,T-50的尾錐進一步增大,或許作為額外的機內油箱,或許容納后向的探測和電子對抗設備,增加 T-50的全向狀態感知能力或自衛電子對抗能力!埃ǔ織鳎

引用晨楓大官人的話后,本人來說吧:F22增加兩個渦流發生器,一個是菱形機頭渦,一個是邊條發生器,而T50由于在主翼翼面積以及后掠角為超級巡做出更多的讓步,它于是增加了一個前部可動邊條渦流發生器,可動邊條在產生可控渦升力上和鴨翼相當,但不足以產生配平力矩?梢哉fT50戰斗機巧妙地回避了弱點,增加了補償。

它嚴格意義上說還不是三翼面戰斗機,前部可動邊條雖然沒有配平功能,但是很好地避免了三翼面的缺陷,但是升力體設計和超巡對隱身的犧牲太大了!

這副圖展示了T50的進氣道的向上彎曲,但是依然能看到發動機葉片,依然不如F22,和殲20隱身理想,好處是推力損失小。

注意右上方的T50,全動邊條可以差動,類似假鴨翼,注意此設計有趣的是全動邊條如此下翻時遮擋了發動機進氣道!隱身上它們之間的雷達波反射不說,在飛行中調節進氣激波位置的作用如何進行,飛控如何調整實在令人感興趣?赡苋绱朔D在于滑跑時對于進氣道完全遮擋以免吸入雜物,這是蘇27和米格29的思想延續---不過有人提醒我,可動邊條似乎面積小不能完全遮擋進氣道,大量圖片表明,T50在飛行中全動邊條翻轉幅度很小。未見如此下翻的。那么可能它的假鴨翼作用不是很大,本人認為:如果飛行中這么翻轉,飛機有熄火的危險。

五 1998,迎難而上!

1996年后對于中國611的設計人員,5代機的設計有初步的想法應該是有把握的。因為他們已經在干一件冒險的事了!1998年,“惡棍”殲10首飛,它對殲20的意義,遠比一般人想象的大!

在1960年代末,中國在“抬式”布局開始了殲9項目,中國在1960年代就開始希望能夠領先世界,非常規的“抬式”布局—即鴨式布局已經開始大量的研究。當殲10在2005年公布后,無數的人都在拿它跟獅式飛機做文章,但是殲10真的那么簡單嗎?

先從殲9項目說起:

殲9項目,可以說它是鴨式的殲8-2,公開資料如下:

601所對四種機翼平面形狀方案均做出了模型,進行了風洞實驗。其中主要是考慮采用后掠翼還是三角翼,后掠翼和三角翼都是采用前緣后掠的方法來增加機翼的臨界馬赫數。但是如果超音速飛行增加到馬赫數為2.0時,要采用亞音速后掠翼方案就必須使前緣后掠角大于 60度,但前緣后掠角過大,翼根結構受力就會惡化,將增加結構重量;另外,低速時空氣動力特性也將惡化,升力下降,阻力增加。故采用大后掠翼很不利,而三角翼則比較適用,不但具有后掠翼所具有的優點,而且比較長的翼根弦長保證了根部結構受力狀況,減輕結構重量,而且還有助于保證飛機的縱向飛行穩定性。所以六零一所淘汰了前三個方案,又把三角翼的前緣后掠角改為 55度,稱為殲9IV方案。這是一種正常布局形式的三角翼方案,起動外形上除機頭改為兩側進氣外,其余均與殲7,殲8相同,類似于超7的早期型,也就是殲7CP。

殲9項目,重點要求超音速,兼顧良好亞音速性能,前鴨翼的設計是遠沒有現在成熟,更別提差動了,但是依然失敗了,僅僅布局是靜不穩定的,仍是嚴重超過中國乃至當時世界的氣動控制水平的。殲9項目,在1970年代末下馬了,但是它經過反反復復地修改,601所為鴨式布局已經打下基礎了!

我們今日在夸獎611同時,不能忘記601的貢獻

另一個不能不提到的就是LAVI。

以色列在1980年代開始了獅式戰斗機項目,LAVI被某些人硬說成殲10的養父,它的設計是帶著極大的以色列色彩的。

以色列國土小,他們對超音速攔截是極其不重視的,在1981年貝卡谷地空戰更加強了以國的思想:他們沒有將F15,F16置于傳統優勢空戰區域中高空,而是利用蘇制戰機雷達雜波信號不好的特點在低空盤旋,這種戰術十分成功。

在此基礎上,以國的獅式第一是為了追求高渦流增升效果,機翼前沿延伸到鴨翼下方投影的中間,重視亞音速性能和提高升力,可以說它的布局是為了亞音速格斗和大掛載武器而生的!為了改善速度,第二點獅的機翼是后掠翼;這種布局可以說是獨特的,也可以說是幼稚的。以國聲稱:LAVI可以壓倒F16,這無疑需要兩個條件,1。以國的低空狹窄戰斗環境。2修形和美國飛控援助,后者援助了JAS39才讓其修得真身,但是對于LAVI,美國卻痛下殺手!

“一方面鴨翼的操縱/配平存在巨大的問題,另一方面由于機翼后緣的10°后掠,存在嚴重的俯仰力矩上仰問題,整個飛機的較大迎角的配平能力和操縱性以及跨音速區域機動性上存在嚴重的缺陷,是直接導致項目僅試飛80多次便宣告流產的關鍵原因之一!保ㄒ么罄性挘

交錯排列的鴨翼布局引起的氣動擾流,是LAVI最大的問題,中國得到以國的設計,肯定是搖頭的,但是LAVI的電子技術,座艙儀表布置,操縱系統給了中國很大啟發,什么是現代飛機。

另類的臺風!

殲10處于不同的環境,攔截超音速性能有著更大要求。殲10設計十分漫長,其實就思路而言,殲10與臺風更相象,良好的亞音速性能和超音速性能兼顧,臺風艱難,殲10更艱難,臺風有鴨式布局中最好的發動機條件,而殲10沒有!

臺風采用一種看似遠距偶合的布局,充分體現英國人的設計飛機的簡單粗暴的怪僻,但是它是一種很有研究的設計!

臺風在渦流增升和操縱/配平上采取了分工合作的辦法,2個大的可動鴨翼放置在遠端獲得較好的操縱/配平效果,而鴨翼和機翼中間則加裝2個小的短直固定氣動面充當渦流發生器,對弱化的渦流增升效果進行彌補;

前鴨翼一定程度上可以認為是2個可動鴨翼加2個固定渦流發生器的組合。有大佬認為:嚴格的說遠距耦合這個說法并不嚴謹,它只是近距耦合中設計取舍的一個極端化特例,而宋總,最早認為它是近距耦合!

臺風的設計很好突出了超音速性能,亞音速性能還不錯,可以說,臺風的耦合采用了重視配平和控制的方式,遠距的小面積鴨翼對渦升力收益不多,但是短直固定氣動面保留了一點渦流發生器的作用,作為亞音速性能的補償,它的主翼是低載荷的大面積三角翼,與F22的思路類似。臺風號稱是繼F22后又一個能做高G超音速機動的飛機,雖然沒有超巡能力,但是是第一個飛行性能接近F22的!這得宜于兩臺高推力發動機,臺風的粗暴設計號稱“鴨式機里的F15 25px; text-indent:32px"> 這種“假遠距耦合”的思路沒有別國采用,是因為亞音速性能犧牲太多,臺風依仗強力發動機,用比別的鴨式布局比例都大的低翼載荷大三角翼來補償,別的國家都沒有。還有一個問題,遠距耦合離主翼甚遠,會伸到座艙中前位置,臺風的“假遠距耦合”也是如此,而在格斗中,良好的視野是一個重要的因素!

盡管如此,臺風還是以現役中最接近F22的飛行特性,良好先進的設備取得了非常好的業績,許多國家包括日本,澳大利亞對F35心存懷疑,因為它是“空氣動力狗”,卻對能做高G超音速機動的臺風青睞有加。很好理解的。

臺風兇猛!

注意臺風前鴨翼和主翼之間的小條,短直固定氣動面,它是一個兼顧配平和渦升力的初步和小心的嘗試,前翼強調配平,遠離重心延伸到了前部機頭位置,雖然面積小,但是對飛行員視線有影響。

扯了這么多,說說設計變態的殲10了,殲10的研制很奇特,在1980年代就是針對SU27的,蘇聯時代,中國北方的防空幾乎形同虛設,攔截能力依然是殲10的重要部分,那么多的“逆火”早讓軍方睡不好覺了。那么,攔截之外,殲10還要與蘇27,米格29空戰。

在得到Su27的數據之后,中國設計人員一定會驚訝,SU27具有近乎世界第一的亞音速盤旋性能,超一流的過失速性能,爬升也是世界一流,但是超音速機動性能很差,而且滾轉性能更是低的出奇,試飛英雄雷強的理解是:“SU27經過不斷的修改,機體是補出來的。強度不好!

不討論SU27的設計是什么原因,(其實很好理解),殲10的思路與臺風相象,在設計初,殲10布局希望采用看似激進的雙三角翼方案,但是經過研究發現:這種設計在經過飛控強化的傳統三角翼面前沒有優勢,于是換了思路:能否用邊條代替雙三角翼?進行了一定的研究,雖然最后還是選擇了最穩妥的傳統三角翼,但是已經打下了另一個基礎!

殲10的主翼在初期是傳統三角翼,到了定型階段,修型巨大,略帶海鷗狀的上反,可以說是所有鴨式飛機中,僅僅殲10主翼設計就是最費心血的!不是第一,就是第二!

再扯主翼,可以成另一篇文章.主要還是鴨翼的設計,殲10的鴨翼沒有采用任何傳統近距偶合或者遠距偶合,也沒有采用臺風的假遠距偶合,而是極其變態的!

首先,殲10的鴨翼離主翼保持了一點距離,一般稱為中距偶合,它兼顧了渦升力和配平的特點,但是又存在兩者都不足的特點。如果殲10的鴨翼僅僅如此平庸,那就大錯特錯了。

近距耦合的鴨翼產生渦升力的作用明顯得多,有利于提高機動性,但力臂短,配平和俯仰控制作用降低,需要增加鴨翼面積,導致阻力和重量增加。但是要多大呢,誰也不敢冒險,但是611的中國人是個例外。

還是引用大佬的原話:“惡棍的鴨翼面積是最大的,而且是獨一無二的采用了沿展向變彎度、非對稱翼型的正升力鴨翼設計,這種設計在明顯提高升力系數的同時,也極大的增加了渦流流場協調和飛控軟件的設計難度。在鴨式戰斗機通常用后掠角和展弦比的機翼平面形狀設計下,鴨翼作為渦流發生器能產生自身相對面積3~4倍的相對最大升力系數增量,再加上大面積鴨翼自身提供的正升力,諸位看官應該能明白珠海航展上惡棍何以推比不高卻能做出非常出色的起飛加速爬升了。惡棍的操縱/配平難題完全是在追求最大升力性能的情況下由精心協調鴨翼、機翼之間的氣動關系和對飛控完善的深入調整來解決;這是一種非常冒險的賭博行為,當然也可是說是對鴨式布局吃的很透的結果。成王敗寇,611的這個設計最終非常成功,機動性敏捷性,操縱性穩定性,高升力系數,各方面該占的好處都占到了,要避免的缺陷也都避免了!

當然,這種軟硬通吃不可能是完全完美的,僅僅大面積鴨翼的材料,加工,偏轉,飛控的結合就是大問題,可以說在三代鴨中,殲10的變態設計是數一數二難的,筆者在2000年聽到未經證實的消息,殲10的氣動和飛控都遇到了大問題,但是在設計人員的心血下,殲10還是在幾年后公開了。

另一個問題是阻力,大鴨翼帶來的阻力和重量是無法減掉的,對于此,成飛人員在面積律做起了文章,殲10在腰部明顯收起了一塊,這種收腰設計會影響內部結構,一般在傳統強調超音速的二代才能看到,但是確實對減少阻力增強超音速性能有好處,即使如此,殲10的速度依然沒有超過采用梯形翼的F16,但是也到達了2馬赫,最大速度在現代空戰沒有太大意義,1馬赫以上的高G機動才是王道!許多人譏笑殲10是駝背,那就讓他們笑去。

殲-10的鴨翼采用了沿展向變彎度的大面積正升力設計,并帶有明顯的上反角;這個設計以氣動和飛控設計難度、風險為代價,獲取高升力收益、大氣動控制面的良好操縱效果、在機身縱向面積分布上的優化。下一代飛機又一個基礎打下了。

殲10很好地兼顧了配平和渦升力平衡的問題,當然它還是不太完美的。有未經證實的消稱:盡管不如臺風,但是殲10也可以做超音速敏捷機動!具備優良的亞音速性能。不管如何,盡管機體設計不如SU27優美,但殲10由于鴨翼渦流發生器造成的不亞于SU27的爬升力,結合飛控將近十倍于SU27的滾轉率是后者在空戰中難以抓住的!SU27只有引誘殲10在小速度才有優勢!殲10大勝Su27,4:0,8:0早不是空話。ó斎,Su27的任務擴展性和大航程,大載荷是殲10遠比不上的)

殲10,無論是氣動設計,還是復合材料,飛控。它是走向軍機航空強國的奠基石!

殲10,臺風,它們對超音速和亞音速機動性能的同時要求都造成了近乎變態的設計,雖然它們離F22依然望不可及,但是確實證明了鴨式戰斗機配平和渦升力可以兼顧!

而殲20要在他們的基礎上,更加地變態加變態。!

六王者夢想一:菱形機頭

終于到了重點部分,我們殲20的歷程了,這篇文章的長度,遠遠超過我的想象。

如果談殲20,那么就不能只談鴨翼,要從整體說起。這?怎么說呢?

“解決配平的另一個途徑是采用推力矢量控制(TVC)技術。采用 TVC,其主要優點有:在氣動操縱面基礎上又增加了一個配平手段,配平能力自然大幅增強;高速飛行時氣動操縱面偏轉將產生極大阻力,而采用 TVC可以起到同樣的操縱效果卻無需偏轉操縱面;TVC并不僅僅是偏轉推力矢量而產生法向分力,強大的發動機噴流將在后機身形成引射作用,產生新的“升力”增量,同時參與配平。F-22的超音速機動性大幅提高,TVC技術功不可沒!保ǔ織鳎---累死了,又偷懶用別人的東西了。

繼續引用某大佬文,別拍我:“611在1997年完稿的《推力矢量控制對飛機操穩特性的影響》論文使用了殲-10的動力學模型進行了配合軸對稱矢量推力噴管的模擬仿真研究;根據該論文,鴨式布局和矢量推力的結合能夠在過失速區域內有效的擴展飛行包線,獲得良好的操縱性穩定性。需要注意的是,論文中提到的一個名詞,所謂“橫航向自動控制系統”,很可能就是指控制鴨翼差動的系統。

從該論文可以看出,鴨式布局和矢量推力整合的研究,611至少在12年以前就開始了。四代的矢量推力整合研制雖然未必有什么工程上的經驗,理論上的準備應該還是充分的!

鴨式布局和矢量推力整合,基礎之一又有了,設計者從宋老的論文中開始了設計,先從哪里開始呢?

對,先從機頭開始吧。

殲20的機頭出現了整體座艙,讓人淚流滿面,我們在殲10初期,風檔還需要法國貨啊,但是這十幾年時間,工業取得多大的進步啊,另外既然要用整體座艙來符合隱身標準,不破壞整體效果,那殲20的隱身能力有多強?

但是重點不這里,類似F22的菱形機頭首先是必須的。

F22的菱形機頭有兩個作用:第一,隱身不規則雷達散射,這大家都知道,另一方面也很重要:菱形機頭切開氣流,機頭兩側斜面對空氣有壓縮效果。也就是說,又是一個渦流發生器。

上文提到,四代機從SU27,F16開始有了邊條渦流空氣發生器,F18的大哥特邊條渦流空氣發生器非常漂亮,當然鴨式布局的前鴨翼渦流發生器比常規布局有效的多,這是說過的。F22是首創造了量產飛機機頭渦,F22增加了2個渦流發生器,它就是機頭渦,小邊條渦流做為輔助。

作為升力體和隱身設計,對于幾乎斤斤計較的殲20來說,菱形機頭是不可缺少的,飛控的復雜似乎雖然還是難題,不過還好解決,但是宋老在他的論文中出現了一個憂慮:作為主要渦流發生器,鴨翼的渦流會不會收到機頭渦的干擾?!

這似乎又是一個棘手的問題。在T50上,機頭渦和類似假鴨翼的可動邊條似乎也存在這種問題。

根據一些公開的消息,似乎經過驗證,這問題并不大,可以用飛控解決,但本人認為:它依然影響了殲20和T50的設計。但對于殲20來說,它帶來一個好處,一個壞處。好處是:偶合配平和渦升力的問題解決又有一個考慮,壞處馬上會說到,但是也不能說是弱點。

似乎為了將機頭渦對鴨翼和前緣機動邊條影響到最小,殲20和T50似乎都采用了讓鴨翼和前緣機動邊條遠離機頭的設計。T50機頭離機翼很遠并不是沒有原因。天鵝般的T50,長脖子不是沒有原因,平心而論,T50比其他4代機漂亮幽雅地多,但是漂亮的背后,是設計的巨大讓步,對于4代機來說,機體本來就是怪異的。

接下來,該最大的難題了:鴨翼對配平和渦升力矛盾的處理。

殲20的鴨翼依然采用了殲10的思路,利用沿展向變彎度的大面積正升力設計,并帶有明顯的上反角;這個設計以氣動和飛控設計難度、風險為代價,獲取高升力收益、大氣動控制面的良好操縱效果、在機身縱向面積分布上的優化。追求配平和渦升力的兼顧,但是不僅僅如此!

如果臺風的思路是遠距離小鴨翼用來加強配平和控制,用小地幾乎看不見的氣動發生器保留一點渦流發生器作用,那么殲20的思路,是臺風和殲10思路的強悍發展!

七王者夢想二:成飛的決斷!

如果想要追趕并超越F22,配平和渦升力必須都要強悍!

殲20似乎又走到了殲10的路子上來,但是這一次,成飛的技術人員將十幾年前的邊條控制研究大膽地運用上了。

殲20的偶合可以說是中距偶合,但實際上,真正的主翼離前翼有相當距離,大面積的前翼保證配平作用,同時又兼顧渦升力,但是如果主翼真的離前翼遠,那渦升力無疑還是喪失很多的,殲20的重心實際遠離前鴨翼,配平保證了絕對強大,超音速機動性能非常突出,但是亞音速和升力體的削弱怎么辦!

臺風將用小地幾乎看不見的氣動發生器保留一點渦流發生器作用,放大主翼面積,但是殲20的解決是變態到極點的,主翼面積不放大!用邊條增加一個主渦流發生器!這種看似乎類似臺風的假遠距偶合世界獨一無二!

這樣殲20的主要渦流發生器增加到了三個,機頭渦,鴨翼渦,機翼渦,而邊條渦將會作為一種重要的輔助性的氣動措施,用于鴨翼、機翼與機身氣動融合設計中的修形和對渦流流場的改善和提升!

在兩年前,最接近的構想是可能會出現機翼前沿延伸出一個銳利的窄邊條,鴨翼安置在邊條上的設計。但是我們都沒有想到,殲20邊條渦的重要性是超乎想象的。它幾乎可以算一個獨立的主要渦流發生器!

邊條增加渦升力,與實際遠離重心配平能力良好的大面積鴨翼能夠達到渦升力和配平能力的雙重強悍,不僅僅如此,它們的設計結合隱身翼身融合的要求,呈現出一個平面的整體升力體效果!這種好處是世界都知道的,但是除了早期1990年代美國人的實際驗證之外都沒有實際運用!在殲20上馬推力矢量后,配平能力將進一步加大!

道理是誰都明白的,但是實際運用基本都是沒有實力的,除了少數,牛逼的美國認為F22可以滿足需要,沒有實際運用。英法可以做,但他們不敢冒這樣的險。不管如何,這種布局不是隨便就可復制的,

誰也沒有把它實際實施,但成飛就這么做了。

如此多個主要渦流控制面,它需要飛控和氣動布局近乎漫長的探索,T50也采用了多個渦流發生器,但是它的可動邊條更多的是補償常規布局為超巡所做出的讓步,嚴格說,T50的下部雙發之間凹腔升力體是保守的,與結合隱身的F22,殲20的整體升力體幾乎可以說是兩個時代,而殲20的結合整體隱身融合的多渦流發生器的整體升力體是有人戰斗機中唯一的。

僅僅為了符合隱身的機體設計,就夠讓美國人得意的了,殲20的隱身非常規多渦流發生器的整體升力體,它的氣動設計需要多大的努力,飛控系統需要多復雜?

一位資身網友這樣說:“殲20的側部和前方已經讓我很滿意了,但是看了它的飛行俯視圖,我才發覺,它的布局的大膽遠超過我們的想象,我原來擔心的是發動機,但我們現在更擔憂飛控的復雜,成飛準備好了嗎?相比之下,發動機我倒不擔心了!笨梢钥吹秸w平滑的下部設計,無論機頭,鴨翼,邊條,主翼,進氣道,發動機中前部都很好地融合到整體中,呈現一個整體隱身的升力體

可以說,殲20的技術無論是鴨翼,邊條,DSi進氣道都有殲10,FC1作為技術積累,可以說,殲20的技術并沒有超出世界現有的技術范圍,但是把它們結合起來,需要極其雄厚的功底,殲20還是第一個敢于投入實用的。以后也不會有多少能達到。

繼續我們的話題。

類似臺風的假遠距鴨翼確定了,但是帶來一個新問題,由于重心遠,遠距鴨翼一般會移動到機頭前緣,遮擋住飛行員的視線,臺風就是這樣,另外,菱形機頭的機頭渦對前鴨翼渦流影響有多大?本人沒有參加過風洞實驗,本人不知。殲20似乎繼續采用了將前鴨翼位于座艙后的做法,而將重心進一步后移,一是減少機頭渦對前鴨翼渦的干擾,二是避免那大鴨翼遮擋住了飛行員格斗視線,這樣,機身長度由于本身前鴨翼與邊條翼和主翼距離的假遠距偶合布局長度往后移而變的無可避免的修長起來。

不過鴨翼位于進氣道兩側造成假遠距偶合機體長也很正常,無論是隱身還是減少氣動擾流都是收益良多的,臺風將進氣道位于下部減少氣動擾流,小鴨翼做反八字位于機頭,這種思路對隱身內部彈艙還是格斗優良視角都是無法解決的。

另一個機身長度的原因是復雜的,殲20比F22更強調面積率減少,減少阻力,“隱身八爺”雖然是胡扯,但是相比粗短的F22,殲20更加細的多,而S形進氣道無疑在后機身扭轉,這就很占據了寶貴的機內空間,為了給內部武器格艙留出空間,殲20的體長是無疑的。而T50由于兩肋發動機只是稍微向下扭轉,中間不占空間,所以不用那么長,代價就是隱身糟糕!

F22粗短,是由于變態發動機,T50優美不長,是由于不隱身,殲20長一點,是由于鴨布局與隱身,超巡平衡的需要。

但是修長不等于機動會不好,殲20的整體設計可以保證超一流的機動性,這要看飛控的功底了。

九王者夢想三其他細節

另外,殲20的鴨翼依然采用了殲10的思路,利用沿展向變彎度的大面積正升力設計,并帶有明顯的上反角;這個設計以氣動和飛控設計難度、風險為代價,獲取高升力收益、大氣動控制面的良好操縱效果、在機身縱向面積分布上的優化。但缺點是沒有與主翼,邊條翼一個高度,隱身能力似乎不如平行布置,實際上,平行布置的飛控要求更高,而對渦流的復雜更糟,可能成飛經過計算,并沒有采用這種看似先進的布局,雖然會存在一些信號散射,但并不是不好處理的問題。

鴨翼的隱身難度不在于與主翼之間的信號散射,更不在于偏轉,由于主翼前緣機動襟翼在各個飛機都有,最難處理,而實際飛機的控制面如前緣機動襟翼,尾翼,垂尾等都需要偏轉,鴨翼偏轉的處理并不是什么難處理的問題。問題主要在于鴨翼與機體之間的接縫和轉動軸。

殲20采用一小邊條突起遮擋接縫的做法,這種思路在瑞典JAS39隱身研究就出現了,但是瑞典人沒有堅持下去,它能降低RCS,但似乎又帶來了一個小控制面。殲20的設計人員敢于上如此多的控制面,膽量和功底可怕!

主翼,殲20的設計是中規中距的,采用了大后掠的梯形翼做法,類似法國陣風一樣簡潔明快,考慮到了與機身不平行降低RCS信號反射,能夠保證相對小的面積配合眾多渦升力對超音速和亞音速的效果。許多人希望考慮W形翼,但是它看似科幻,其實有很多弊。

1加工復雜,成本提高,而強度有缺陷。

2 W形翼自身之間會有一些雷達波反射。而大后掠的梯形翼看似簡單,其實內斂的隱身效果是絕對不錯的。

3W形翼為加強強度,必然會造成重量上升。不管如何,它必然會向前沿展,造成機身長度增加,而如果向后伸出去,尖緣在起飛降落時有擦地的危險。很漂亮的CG圖,但是機翼漂亮的背后,是眾多的問題,另外殲20的兩側進氣道向內側彎曲,而不是進氣道進口向下,背部凹下去一塊對隱身,對空間沒有什么意義。這幅圖無疑受到了YF23的影響,不過還是很漂亮

終于到了快要結束的時候,眼睛都花了。但是還有一個重要的問題,水平尾翼和反V字形的俯璞。

還是繼續引用大佬的話吧:“在第三代戰斗機中,鴨式戰斗機之所以表現出優于常規布局的性能,一個重要的原因就是可動鴨翼對渦流體系能夠施加一定程度的主動控制,而鴨翼差動則在此基礎上進一步深化。鴨翼差動的目的有兩個:第一是通過鴨翼渦對機頭、機身進行強烈的不對稱側洗,在飛機重心前產生強烈的偏航力矩,結合重心后的垂直尾翼同步偏轉,實現直接側力控制,能夠對航向軸實施直接控制。正是因為擁有對航向軸的直接控制能力,宋老的論文里才敢提出使用小面積的全動V垂尾,放寬戰斗機的偏航穩定性這樣在現役戰斗機中沒有先例的方案。第二是通過鴨翼差動,主動控制、調整兩側鴨翼渦體系的強弱,保證大迎角狀態下的穩定性。很多第三代戰斗機迎角超過一定程度,左右漩渦體系就開始不對稱或者不對稱破裂,橫航向上各狀態參量都屬于震蕩發散狀態,表現出嚴重的不穩定,戰斗機將出現很大的側滑,甚至導致失控和尾旋,直接制約戰斗機實現過失速機動!

殲10的差動鴨翼,是鴨式布局的少數,而重要性,很少有人知道。許多人的精力,在于硬扯LAVI是殲10的爸爸上了

全動V尾的作用已經說的很明確了,在我們1990年代的設計中,30度外傾垂尾與鴨式結合會取得良好的隱身效果,雙垂尾外傾隱身作用,同時具有壓縮氣體,提高升力的小作用,當然缺陷是滾轉敏捷度是不如單垂尾的。殲20直接上了全動V尾放寬戰斗機的偏航穩定性更進了一步,

這里要說一句,殲20的發動機噴口存在大量的鋸齒狀設計,這是類F35隱身的需要,但是許多圖片表明,菊花存在一大一小的變化,最有趣的是唯一試飛視頻,注意觀察,在滑行回停機坪的過程中,菊花一側收縮了,可以肯定,在殲20上馬推力矢量前,發動機推力扭矩實驗已經開始了。而全動V尾放寬戰斗機的偏航穩定性似乎是為此配合的!

這種設計風險極大,而被人詬病的俯璞(抱歉這倆字怎么也找不到正確打法)不僅僅是側部遮擋噴口的作用,而是為偏航穩定性加一條保險,有人說也有壓縮空氣提高升力的作用,但是它的設計決不是為此的!如果技術成熟,它是可以去掉的,不然只用大面積垂直尾翼就可以代替全動V尾,殲-10的雙腹鰭,大垂尾的氣動設計,加上能夠實施對左右渦流體系的主動控制,使得殲-10在相當大范圍迎角能都有很好的橫側向穩定性;這是繼承,但是更是準備去掉的保險。ㄈ绻珓覸尾技術真可以滿足的話)

對于發動機,我了解一些情況但不能說什么,根據本人了解情況,其實,發動機的進度比我們原先普遍的看法好的多,我們的速度是驚人的。中國最近又進口AL31,決不是沒有比它更好的了,而是改進和沿襲舊飛機的需要,換發需要控制,重心的大改,物流調整,中國實在懶的大動那些壽命過半的飛機了。

一切OK,好了,數年前的一天,中國考慮到了無論設計,工程,電子都條件成熟了,上馬!

值得注意的是:殲20如此設計是針對F22的全能設計,它并不是追求所謂超機動特性,工程研究都是在滿足性能的情況下盡量采用簡化的設計,殲20的設計是爭論,妥協,冒險與保守,各部門力量與意圖折沖的結果,這一點與F22并沒有什么兩樣。

殲20追求在發動機比較落后的情況下,良好的隱身----至少不亞于F35,高G超音速機動和超巡性能基本達到F22的標準,亞音速機動性能在前鴨翼和邊條渦流發生器與小面積主翼協調下好于F22的效果。這些設計看似冒險,激進,卻是不的不妥協的結果。

結束:夢的起飛

我們殲20起飛了,伴隨著將近20年的血汗,但是我們的路還很長,在1997年,美國人就試驗了無人戰斗機,無人戰斗機現在人工智能在未來30年還不足以代替人類,但是1997年美國無人機的自適應蒙皮技術就開始了,而我們的殲20,還是飛控對布局的計算基礎上的補足。

差距是明顯,美國人獨自領先世界依然沒有改變,但是殲20畢竟飛起來了,它能否盡快做到F22主動相控陣雷達集中波束干擾的能力,能否盡快達到F35為代表的網絡中心戰的能力?能否在此基礎上,在無人機領域追上美國的腳步?在發動機領域達到世界一流?

這需要5-7年的努力!

世界幾乎都在看著美國人的背影,只有中俄還在努力。別忘了,15年前,我們只有殲8,殲7,和還不成熟的FBC1。

向在那看不到希望的年代里默默奮戰的人們致敬!

這,僅僅是開始!

辽宁快乐12选5技巧