公开信息中歼-10机动性能的秘密

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导读:2009年11月3日,新京报公布了歼-10的性能数据,机长16.43米、翼展9.75米、正常起飞重量12400千克、最大速度2.0马赫、最大升限18000米、着陆距离350-650米。这是至今为止最为全面的数据公布,至此,歼-10性能的暴光已告一段,因为就凭这些已公开的信息,我们已经掌握歼-10在现代作战中最为重要的瞬时机动性能。 今年5月3日,我曾写了一篇《歼-10飞机几何数据背后的秘密》http://yilanz.blog.china.com/index.html,根据已知数据推算了歼-10的机翼
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2009年11月3日,新京报公布了歼-10的性能数据,机长16.43米、翼展9.75米、正常起飞重量12400千克、最大速度2.0马赫、最大升限18000米、着陆距离350-650米。这是至今为止最为全面的数据公布,至此,歼-10性能的暴光已告一段,因为就凭这些已公开的信息,我们已经掌握歼-10在现代作战中最为重要的瞬时机动性能。


今年5月3日,我曾写了一篇《歼-10飞机几何数据背后的秘密》http://yilanz.blog.china.com/index.html,根据已知数据推算了歼-10的机翼面积,但当时歼-10最小平飞速度时的半油重量还未公开,所以对于Cy最大这个最重要的数据还只能推算。现在,这个很重要的正常起飞重量数据也出来了,这就给我们分析歼-10准确的瞬盘性能,提供了更为便利的条件。


今天,在V表失平飞=√2G-Psin(α+φρ)]÷cy最大ρS这个公式中,只有Cy最大是个未知数了,这样我们就可以很方便地求出歼-10最大升力系数这个极为重要的未知数了。


第一、分析歼-10的重量数据


这次暴光的歼-10正常起飞重量为12400公斤。


何为正常起飞重量?最早是指无外挂的起飞重量,如歼六等飞机,因为那时飞机的主要作战武器只有机炮;到歼七时,由于增加了空空导弹,曾停止使用正常起飞重量,取而代之的是各种挂载的起飞重量。三代机,通常是采用飞机的典型作战挂载为正常起飞重量,如F-16A,正常起飞重量减去机内载油、飞机使用空重后为891公斤,这里面包括飞行员重量、炮弹重量、死油、典型挂载导弹重量;F-15的正常起飞重量包括了8枚空空导弹法国三代机的正常起飞重量不包括外挂导弹。这是因为与超级大国相比,法国的的工业基础还有较大差距,所以法国人喜欢用这类小动作来掩饰自己技术水平的不足。而我国通常是采用美标的,所以我以为,歼-10的正常起飞重量为典型外挂时的起飞重量, 即包括外挂2枚LP-8号导弹(242kg)和2枚DS-10导弹(398kg)的重量,这一点,国庆授阅时已展示世人了。


第二、分析歼-10的机内载油问题


空军试飞团副团长李存宝曾披露过歼-10空中加油时“机内2900kg的油箱加满后还可以向三个副油箱加油”,从文中的表述来分析,有两种可能:一是歼-10的机内油箱的容量为2900kg;二是歼-10在空中加油时机内油箱还有2900kg的空余(因歼-10不可能在用完机内燃油时再加油)。


歼-10的机内载油有多少?从2900kg来看,正常起飞重量时的载油率仅为23.39%,远小于F-16A的29.66%和幻影2000的29.45%;不仅如此,在机体外型尺寸大于F-16幻影2000飞机13%-7%的情况下,机内载油反而小于后者10%左右(F-16A为3162公斤、幻影2000为3100公斤),因此,按机体比例,歼-10的载油量应为3300公斤比较合理,即在内油还剩400公斤时加油,可加2900公斤。而在内油3300公斤时载油系数为26.61%,虽然仍小于F-16A和幻影2000,但比起23.39%的载油率来说,显然更为可信。结论,歼-10的机内载油量估计在2900kg—3300kg之间。


第三,分析歼-10的平飞最小速度试飞


《航空知识》2007年第2期刊登了《歼-10试飞大曝光》的文章,文中写道:“天空中,李中华逐渐减慢飞机的速度,飞机在空中开始变得‘不安分’起来。随着速度的减小,李中华对飞机操纵越来越困难,最后,飞机的速度只有145千米/小时。……此时的飞机就像‘喝醉了酒一样’,摇摇晃晃,飞机机头逐渐仰了起来,并发出低沉的‘吼声’,李中华感到平时熟悉亲切的飞机变得异常可怕起来。歼-10飞机装有限制系统,飞机的‘迎角’超过26度时,限制系统就会工作,将飞机稳定在安全范围内。所以正常情况下,歼-10飞机的‘迎角’是无法超过26度以上的。但李中华采用了特别的方法,在使飞机减速到一定范围时,把驾驶杆突然推到杆位的最前面;当飞机机头刚要下沉时,再突然把杆拉到底,飞机瞬间抬头越过‘迎角’限制。”


“飞机超过26度‘迎角’时,飞机的语音告警系统向李中华发出‘迎角过大,迎角过大’的警告;当‘迎角’达到27度时,告警系统再次向李中华发出‘防止失速,防止失速’的警告。……李中华将驾驶杆压到底,再蹬舵到底,飞机瞬间进入了滚转状态,在空中横滚了4、5圈。此时,飞机告警系统再次向李中华提示:‘侧滑率大,侧滑率大’。李中华这次听从了‘警告’,将飞机调整到平飞状态。”


很明显,这是在试飞歼-10的平飞最小速度(表速),即最大平飞迎角试飞(飞机的最小平飞迎角通常是对应平飞最小速度), 而且是一次非常完美地试飞。


什么是平飞最小表速?空军的教材上对于这个概念是这样解释的:飞机的平飞最小表速:飞机做直线飞行时所能保持的最小表速,就是平飞失速表速。


由于记者不是专业人士,所以没有完整的述描整个过程,但我们还是可以从中看出一些门道来。应该说,歼-10由于有迎角的限制系统,正常的飞行是飞不到平飞最小表速的。所以李中华采用了一些特殊措施,并经过精心计算,才使得歼-10在瞬间达到最小平飞表速所对应的迎角。这个迎角大约在28度。从李中华压杆、蹬舵的操作看,之前,飞机已出现倾斜,而蹬舵、压杆是正常操作情况,飞行员下意识的操作习惯,目的是制止飞机的倾斜(通常是往反方向蹬舵、压杆),然而多年的经验表明,这种极限飞行中的正常操作,恰恰是错误的,并会导致飞机立即向蹬舵的一边进入螺旋。李中华不可能不知道这个情况,他这样做的目的,就是要试验歼-10是否如二代机一样立即进入螺旋。结果歼-10却并没有立即进入螺旋,而是进入了滚转状态。这种状态对二代机是相当危险的,因为在接近平飞最小速度前,如果飞机出现侧滑和滚转,飞机的临界迎角和最大升力系数会减小,飞机会提前失速。然而令人不可思议的是,歼-10竟然在高迎角下滚转了4、5圈还未失速,而且很容易调整到了平飞状态。由此可见,歼-10极限飞行的安全性,比起二代机来有了质的飞跃。


下面我们再来看一看歼-7平飞最小表速的飞行过程。


当表速减小到310~290公里/小时时,飞机出现轻微的抖动和左右摇晃,此时飞机已达到平飞抖动速度。继续减小速度,飞机的抖动强度没有明显的增加。当表速减小到260/小时时,飞机开始出现倾斜趋势,这时用副翼和方向舵还可以消除倾斜。当表速减小到220~210公里/小时时(歼-7的平飞最小表速度为210~220公里/小时),飞机出现的倾斜已控制不住,在方向舵和副翼处于中立位置时,飞机将出现不安定,机翼向一边下坠,同时机头下沉,这时飞机已减速至平飞最小表速了。


此时,如果向前推杆,飞机就会以小迎角转入俯冲增速,恢复正常飞行;但如果想用反方向蹬舵、压杆来制止飞机的倾斜,其结果就会适得其反,飞机会立即向蹬舵、压力杆方向进入螺旋,这就是二代机与三代机的代差。


第四、选择歼-10平飞最小表速的重量数据


从已公开的数据来看,歼-10正常起飞重量为12400公斤,但这不可能是平飞最小表速的试飞数据,通常试飞平飞最小表速最多只挂2枚近距弹。那么,歼-10的平飞最小表速的试飞重量就得减去外挂的2枚DS-10导弹(重量398公斤)以及相应的导弹外挂梁(重量48公斤),并减去机内载油量的一半。机内载油分两种情况:一是载油2900公斤;二是载油3300公斤。减完后,歼-10试飞平飞最小表速的重量为10504公斤(内油按2900公斤的一半)、10382公斤(内油按3300公斤的一半)。


第五、选择发动机分力的迎角


根据试飞文章分析,歼-10的最大迎角试飞瞬时达到了28度,迎角取28度时的数据。


第六、选择歼-10平飞最小表速所需发动机推力


公式:P平需=G÷K。K选择4.5。重量为10504时P平需为2334公斤,重量为10382时P平需为2307公斤。


第七、计算歼-10海平面最大瞬盘旋可用过载


代入公式:V表失平飞=√2G-Psin(α+φρ)]÷Cy最大ρS


1、重量为10504时,Cy最大=(21008-1096)÷1624.1*×0.1255×40=2.45


2、重量为10382时,Cy最大=(20764-1083)÷1624.1*×0.125×40=2.42


式中sin28度=0.4695,V表失平飞取145公里/小时,ρ取标准气压时的数据,机翼面积按我在《歼-10飞机几何数据背后的秘密》中推算出来的40平方米计算(下同。由于机翼面积在公式中是除数,所以机翼面积越小,最大升力系数也就越大)。


由此可知,在平飞最小速度确定的条件下,歼-10的机内载油量越少,实际最大升力系数越大,但差别不是太大。


由于上述计算是按照标准气象条件的数据计算的,与实际情况可能还有些差距,因此,我们必须修正气象条件的误差。要修正气象误差,就必须知道试飞地在什么地方。从文章我们可以看到这样的描写:“迎着新世纪的曙光,中国航空科研试飞队伍的千军万马进驻古玉门关外的大漠戈壁。”


在描写李中华试飞平飞最小表速的那段中,开头是这样记述的:“在戈壁大漠深处,一条笔直的机场跑道如同镶嵌在荒漠中的银色地毯。起飞线上,一架墨绿色的歼-10飞机正发出低沉的轰鸣声。座舱内,李中华进行着起飞前的最后准备”。


从这两段描写中我们可以确定,试飞地是甘肃省的酒泉机场,而试飞的时间是8月到11月。经查有关气象资料,甘肃省西北地区最热的月份是7月,最高平均气温为26度。因此,我们将修正误差的地面最高气温确定在26度。修正后的最大升力系数为2.15。


由于有了正常起飞重量这个比较可靠的数据,歼-10的净重是多少已无关紧要了,我们只要用正常起飞重量减去机内半油的重重,就是作战重量了。


按机内载油2900公斤计算,半油的作战重量为10950公斤,翼载为274公斤;按机内载油3300公斤计算,半油的作战重量为10750公斤,翼载为269公斤。最大抖动升力系数取最大升力系数的90%,其他数据选择海平面0.4M数的数据。


机内载油2900公斤时,海平面M数0.4时的最大可用过载为8.2G;机内载油3300公斤时,海平面M数0.4时的最大可用过载为8.37G。


将上述G的数据代入角速度公式:


机内载油量为2900公斤的一半时,海平面最大角速度为33.5度/秒;机内载油量为3300公斤的一半时,海平面最大角速度为34.2度/秒。


这就是歼-10最真实的水平机能动性能了,即实考虑到其他不可预知的误差,在此水平上再扣减5%,歼-10的海平面最大瞬盘角速度也达到了32度/秒的惊人程度,这就难怪雷大校敢于夸口说F-16的水平盘旋能力与歼-10不是一个量级的,原来中国自行研制的歼-10确实有这个惊人的实力,凭这个实力,歼-10足以傲视三代机了(天龙,完稿于2009年5月3日,转贴请注明,侵权必究)。


带*的数据为平飞最小表速145公里/小时化为米/秒后的平方数。

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