西方專家才發現,原來殲-20的氣動設計是多麼高超和不可思議!

武器 殲-20 戰鬥機 空軍 攻擊機 蜀中行講武堂 2018-12-12
西方專家才發現,原來殲-20的氣動設計是多麼高超和不可思議!

殲-20機動性之謎

大家對殲-20的氣動設計的評論最多也就是這麼多可動翼面,機動性可靠麼?過去西方的斷言主要圍繞殲-20“太大”而不能展開機動性,只能遠程轟炸,空戰機動性差。不過在確定飛機的運動學性能時,僅憑視覺估計是多麼不可靠。

有經驗豐富的航空航天工程師利用風洞和有代表性的飛機模型,就可以作出更合理的估計。幸運的是,多虧了宋文驄院士,殲-20的空氣動力學結構才有了這樣的研究結果。

中國殲-20隱形戰機在近九年前亮相時,人們對其是否具有超強的機動性充滿了猜測。當時許多西方專家認為殲-20機動性不行,許多評論最初認為殲-20的長長的機身和它的空氣動力配置使它不適合空戰機動。然而,現代複雜戰鬥機的空氣動力學性能不能簡單地目測。

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把渦流用到了極致

結果今年殲-20戰機在航展上多次亮相,展示超強的機動性,動作輕盈,尤其是垂直爬升和垂直俯衝,與J-20相關的高層人士也透露了更多信息。尤其首次展示了完美渦流,顯示氣動性完美。人稱暴力美學。殲-20的鴨翼和邊條翼是重要的渦流發生器。從原理上講,殲20前面的一對鴨翼翼尖會產生渦流,不禁要讚歎殲20的設計者們,把渦流用到了極致。為了摸清楚這些渦流的規律,殲20的設計者們肯定做了很多艱苦的工作。

為什麼要關心五代機的機動性呢?

第五代戰鬥機的機動性,如F-22和蘇-57在許多飛行性能優於過去的第四代飛機。F-35從一開始就被設計為多用途攻擊戰鬥機,結果經常被批評不夠靈活,人送外號“肥電”;然而,近年來,就連F-35也在巴黎航展上展示了超強的機動性,逐漸被認為是可與過去第四代戰鬥機競爭,尤其是在類似的戰鬥和燃料載荷下。

換句話說,對於任何想要對抗對手的戰鬥機來說,靈活的機動性都是很重要的,即使機動性是五代機的次要角色。對於未來的第五代機和第五代空戰可能會是什麼樣子,幾乎沒有明確的定義,任何空軍忽視這種對抗中的機動性都是魯莽的。雖然未來隱身和超視距打擊將成為主流,但最進一步提升戰鬥機的機動性仍然重要。

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殲-20機動性之謎

亞跨聲速升阻比和超聲速阻力是一對傳統的設計矛盾,近代先進戰鬥機採用放寬縱向靜穩定度和機翼變彎裝置成功地解決了這一矛盾。

宋文驄院士是單座殲-10飛機的首席設計師,也是JF-17和J-20的首席設計師楊偉的導師。2001年,宋文驄發表了一篇名為《一種小展弦比高升力飛機的氣動佈局研究》的論文,研究了未來戰鬥機的構型,旨在解決隱身、高機動性、超巡航、跨音速性能和高攻角性能之間的設計衝突。

這篇論文已經成為西方研究殲-20機動性之謎的經典教材。

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風洞對比

該方案採用升力體邊條翼+鴨翼結構,它在橫向和縱向上都是不穩定的。該方案採用後掠角中等的小展弦比機翼,較大的二面體鴨翼,均為遠小於傳統戰鬥機的可動垂尾,以及s形的腹部進氣口。根據美軍專家的評估,殲-20飛機將具有優良的超音速阻力特性、AOA升力特性、高攻角穩定性和可控性以及優良的隱身特性。

不用說,這種配置幾乎完美地反映了殲-20的空氣動力學特徵和整體設計。考慮到宋文驄過去在成都航空航天公司的領導地位,以及他與楊偉的合作,宋文驄的研究極有可能成為後來殲-20的基礎。因此,殲-20的空氣動力學設計應該來自宋的這篇論文,也可以看作是他人生的傑作。

當初有人認為殲-20缺乏靈活性是因為動力不足,因為殲-20目前使用的是AL-31F發動機的衍生物,相對於這個重量級別的五代飛機來說,AL-31F發動機的動力相對不足。然而,即使使用“動力不足”的發動機殲-20的設計也不是那麼簡單。

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殲-20機動性之謎

只有少數國家能夠獨立生產高性能渦扇發動機,渦扇發動機仍然是一個相對中國航空工業的瓶頸,雖然近年來取得了進步和里程碑——比如成功的大規模生產WS-10系列發動機——這是不可否認的。中國發動機落後於航空航天行業的其他領域如航空電子設備、氣動設計、武器系統和系統集成。

殲-20是一種類似於F-22和Su-57的重量級的飛機。因此,要釋放殲-20的全部潛力,就需要預定的WS-15發動機。WS-15發動機的性能與F-22的F119發動機類似。相比之下,AL-31和WS-10系列是F100和F110發動機的同類產品,這些發動機為各種F-15和F-16變種提供動力。WS-15目前處於高級開發階段,但距離大規模生產仍有幾年的時間,更不用說WS-15與殲-20的飛行測試。不過在航展新聞發佈會上,楊偉已經暗示,WS-15已經裝上殲-20成功測試。

當WS-15與殲-20集成時,它將解鎖飛機的真正運動學能力。即使殲-20目前是在用AL-31F或者WS-10過渡,也必須考慮到它的空氣動力學設計,它的整體戰鬥角色必須考慮到它的隱身、傳感器融合、數據鏈和武器。綜合這些因素,殲-20仍將輕鬆成為中國空軍中最具能力的空中優勢戰鬥機,並令人信服地與世界其他第五代戰鬥機競爭。

而且官方也證實殲-20超強的機動性

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殲-20

中國航空工業集團公司在航展上提供的信息手冊簡要介紹了殲-20。最後一句說:“主要的作戰任務包括:奪取和維護空中優勢、中遠程快速攔截、護航和深度打擊。”這句話的解釋與殲-20與專家的推測斷言是一致的。畢竟,一架設計具有空中優勢特徵的飛機能夠製造出令人尊敬的攔截機或攻擊機,但一架設計用於專門攔截或打擊的飛機很少能製造出靈活的空中優勢戰鬥機。

在珠海的一次採訪中,殲-20的首席試飛員李剛和首席設計師楊偉透露了關於飛機預期性能的更多細節。正如之前報道的那樣,楊偉強烈暗示,一種帶有推力矢量控制的發動機已經開始在殲-20上測試,這表明成飛有興趣進一步增強飛機的機動性,並強調了機動性對飛機的重要性。此外,試飛員李剛直接指出殲-20的操縱和機動性與殲-10相似。這可能是迄今為止關於殲-20機動性能最重要的證明。當然,李剛並沒有具體說明這兩架飛機在哪種飛行狀態、速度或載荷上表現“類似”。但我們有理由認為,該聲明是為了反映兩架飛機在機動性相關的戰鬥場景。對於殲-10,這可能是裝載空對空導彈並且不帶外部燃料箱,對於殲-20來說,這可能代表一種“隱身”配置,只攜帶內部空對空導彈和內油作戰。

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明顯能感到跨代優勢

在2017年建軍90週年閱兵式上,對殲-20飛行員進行了一次令人難忘的採訪,這讓人想起殲-20已經相當靈活。一名飛行員表示,殲-20的整體機動性“非常強大”,亞音速機動性被形容為“相當好”,超音速機動性被形容為“驚人”。這可能表明飛機被設計強調在超音速狀態下的高機動性,這將與WS-15提供動力時最終的超級巡航能力相一致。目前還不清楚殲-20是否有能力進行超級巡航。

從總體證據來看,宋文驄的論文、中航工業的殲-20宣傳冊以及過去幾年的飛行員採訪都有力地表明,殲-20是一種具有普遍空中優勢、能夠與世界先進五代機相當的飛機。當然,殲-20的真實性能是保密的,然而在公開和非機密的辯論中,殲-20的機動性和作用將會對中國空軍的潛在對手建模的討論和辯論產生影響。

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