一張圖看懂殲20如何“空中剎車”:舵面組合偏轉,效果誇張
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一張圖看懂殲20如何“空中剎車”:舵面組合偏轉,效果誇張
烽火軍事
1/8 戰鬥機在空中飛行時怎麼加速?這個問題很簡單,一般人都知道推油門就行了。但是戰機如何減速呢?收油門就行了嗎?即使發動機推力降到慢車狀態,由於戰機飛行阻力一般都不大,速度降低就不夠明顯。因此,戰鬥機需要製造額外的氣動阻力,才能製造“空中急剎車”的效果。因此減速板又叫阻力板,是一塊或幾塊活動面組成,由液壓桿支撐打開和關閉,關閉時緊緊貼著機體表面。
2/8 現代高性能戰機常把減速板設置在機背上,效果好、干擾小。但是減速板功能單一,而且必須設置額外的液壓機構,無疑會增加機體結構重量,削弱飛機性能。對現代飛機來講,哪怕一公斤重量都很寶貴;如果能用其他氣動舵面組合達到減速效果,就能夠取消減速板,額外減輕幾百公斤的重量,對提高飛機性能大有好處。
3/8 美國從F\/A-18E\/F“超級大黃蜂”戰鬥機身上,率先取消了減速板設計,改用尾翼和副翼組合偏轉的方式。向外傾斜的垂直尾翼,方向舵同時向外偏,產生水平阻力的同時,還會產生低頭力矩;兩塊副翼向上偏轉,產生水平阻力的同時,削弱升力;兩塊襟翼向下偏轉,產生水平阻力的同時,增加升力;水平尾翼則適當偏轉產生額外的抬頭力矩,抵消方向舵產生的低頭力矩,令飛機保持平衡。
4/8 在各個氣動舵面的協同偏轉下,戰鬥機垂直方向的受力全部抵消,剩下的就是水平方向的阻力了——於是就達到了明顯的氣動減速效果。這張圖中就可以明顯看到方向舵向外偏轉,機翼外側的副翼向上偏、內側的襟翼下偏,達成組合減速的效果。很顯然,要做到這一點,就需要精確計算和控制各個氣動力矩,實時微調舵面,才能達到動態平衡。
5/8 偏轉的方向舵,使巨大的垂尾頂端拉出了劇烈的渦流,襟翼和副翼處於明顯的偏折狀態。充裕的氣動控制效率,再加上先進的飛行控制律,可以讓戰機在盤旋、滾轉等各種劇烈動作中,仍然隨時可以組合偏轉減速,完成飛行員想要的戰術動作。
6/8 降落時高速滑跑的F-22,舵面全部偏轉,水平尾翼也大幅下偏,極大地增加阻力,令戰機更快地減速,減少剎車片損耗。除了F-22,俄羅斯蘇-35、中國殲-20也先後取消了減速板,改用了舵面組合減速。
7/8 中國殲-20在2001和2002號驗證機上,仍然採用保守的機背減速板設計;但是進入原型機階段後,就果斷取消了減速板,改成了舵面組合減速。F-22畢竟是1990年代的設計,沒有采用沒有采用全動尾翼。相比之下,殲-20採用了兩片外傾的全動式尾翼,尺寸更小、氣動效果卻更好,對向偏轉產生的氣動力矩更大,“空中剎車”效果更好。這體現了國產戰機氣動和飛控水平的巨大進步,已經跟上了世界領先潮流。
8/8 再加上兩片巨大的全動鴨翼,降落滑跑時一偏轉,就天然是兩塊巨大的減速板,明顯減少降落滑跑距離。當然了,在飛行中,速度比降落時快得多,鴨翼是難以做出圖中這麼大幅度的偏轉角度的;但是依靠全動垂尾,殲-20的空中減速效果就已經完全能滿足需求了。【文\/妹子楊】
2019-07-31