歼20矢量喷管的最新进展,停产传闻不攻自破
(3)图中有几处都提到可以减少控制面的面积和阻力。如果是在较高的速度下,又要做到机动敏捷,那控制翼面的面积就要设计得较大,偏转的角度要大,两者都会大大增加飞行阻力。而且控制翼面的结构强度要大大增强,这样就增重还影响隐身。即使都做到了,也会因阻力过大很快降到亚音速区。
歼-20采用较低的垂尾、又具备高机动敏捷性能,装备矢量推力是原因之一。关于歼-20的尾部翼面在机动时的气动影响,有机会再画图细说。我们继续讨论矢量推力的优点。
(4)在低速区和超音速区改善发动机熄火的可恢复性,以及改出涡旋失速的可恢复性。因为涡旋失速时控制翼面不起作用,靠矢量推力能迅速改变飞行姿态。
(5)减少配平阻力,并放宽了超音速机翼的设计限制。这方面解释起来很复杂,我们只说最简单的。
飞机在未投弹和油量变化不大的状态下,其重心是基本不变的,但是在不同的飞行速度下,其升力中心是会前后移动的。战机要想提高敏捷性,都会把飞机设计成高不稳定性(飞机重心与升力中心距离较远)。
上述矢量推力的优点,在美国一篇关于F-15S/MTD机动验证机的试验论文里都有描述(下图),特别是“有利于超音速巡航”,为什么这么说?
由于重心与升力中心不重合,而且升力中心会随着飞行速度不同而位移,这就需要对飞机进行配平。如果没有矢量推力,这个配平工作就全部由控制翼面来承担,而且整机的翼面设计只能偏重于照顾低速或高速,而无法做到两者都兼顾。这就是不同的三代机,都有其自身较弱势的速度区域的主要原因。
因为设计师在机翼设计时要突出某个速度的优势,必然无法兼顾相反的速度区域。如果有矢量推力,就可以承担部分配平工作,机翼以及各控制翼面的设计限制就会放宽。下图(上)是F-16矢量试验机的研究报告,在以1.8M.进行超音速机动时,使用矢量喷管可提升7%的转弯速率。
上图(下)是另一篇论文的配图,图中可知在超音速飞行时,升力中心是在重心之后。先看右边的F-22,此时它的尾翼需要产生一个向下的力来平衡,升力 — 配平力 = 重力,造成主翼的升力要大于重力。同一架飞机产生的升力越大,翼面的阻力也越大。
再看左边的歼-20,超音速时同样是升力中心在重力之后。由于前面有鸭翼,而且可以产生向上的配平力,这样的结果是:升力 + 配平力 = 重力,即升力小于重力,此时主翼的巡航阻力就较小(省油)。
由于歼-20鸭翼离主翼的距离比F-22尾翼离主翼的距离大,相同的配平效果由于力臂更长,所需的配平力就更小,因配平而产生的阻力也就较小(省油)。
所以在高速区域,歼-20具备多方面的优势:(1)省油,(2)较大机动时减速不明显;(3)矢量推力与鸭翼前后差动,带来更高的机动敏捷性,相比之下F-22和苏-57就没这个优势;(4)高速飞行时矢量的配平任务不重,又是全向偏转,可以迅速向需要的方向偏转,F-22和苏-35此时就要复杂得多。
高速飞行中能敏捷地改变飞行轨迹、以及机头迅速指向目标,这都是具有比对手更强空战能力的表现。下图是一篇分析三四代战机空战的论文配图,图的上半部分是四代机在不改变飞行轨迹的状态下,机头迅速转向、瞄准锁定目标。图的下半部分是四代机在感知对方的威胁时,通过矢量推力迅速改变飞行轨迹,摆脱敌机的跟踪瞄准。
前面说得可能有些复杂,没关系,只要知道一点就可以了。在飞行的全高度、全速度范围内,矢量推力都能起到独特的作用,尤其是在高速区域。没有矢量推力的四代机,无法发挥“超音速机动”的特点,只能算是一架隐形的三代半战机,最多也只是一架瘸腿的四代机。那么中国军方能让这样的歼-20量产吗?