深度剖析J20技术特点!气动部分

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导读:气动特点和升力特性 歼-20采用了“鸭翼+边条翼+升力体”综合布局结构,把全动鸭翼、边条翼、升力体三者结合一起。   歼-20鸭翼的主要作用,和歼-10一样,是为了产生的脱体涡,对主翼上翼段形成有利干扰,改善主翼的升力特性和操控性能。不过歼-20的鸭翼还带有上反角,这是因为为了隐身,鸭翼和主翼根部只能设置在同一个平面上,因此、需要拉开一段距离,发挥鸭翼的增升作用。歼-20既具有菱形机头的菱线机头边条,在鸭翼后和主翼前还见缝插针安排了一段边条翼。   而美国F-22、F-35、俄国T-50都只有变形

气动特点和升力特性


歼-20采用了“鸭翼+边条翼+升力体”综合布局结构,把全动鸭翼、边条翼、升力体三者结合一起。

歼-20鸭翼的主要作用,和歼-10一样,是为了产生的脱体涡,对主翼上翼段形成有利干扰,改善主翼的升力特性和操控性能。不过歼-20的鸭翼还带有上反角,这是因为为了隐身,鸭翼和主翼根部只能设置在同一个平面上,因此、需要拉开一段距离,发挥鸭翼的增升作用。歼-20既具有菱形机头的菱线机头边条,在鸭翼后和主翼前还见缝插针安排了一段边条翼。

而美国F-22、F-35、俄国T-50都只有变形的、大小不等的边条翼,拥有完整的鸭翼和边条翼的歼-20,在全球已有的四代战斗机中,升力特性最好、升力系数最高。这意味着中国四代有着更短的起飞距离和更优秀的稳定盘旋能力。


比F-22更先进的DSI进气口

DSI意为无分离板超音速进气口,Diverterless Supersonic Intake,首创者是美国F-35的研制承包商洛-马公司。它巧妙地采用一个经过流体力学计算设计得出的、形状复杂的三维鼓包,将边界层的呆滞气流层从中间一剖为二,引向进气口两侧的边角泄放,而不影响主要的“干净”气流层稳定地进入发动机。

这样,DSI 避免了F-22所使用的进气口边界层分离板,避免了前向隐身的一大隐患,而且还能对进气道形成一定程度的遮蔽,减轻了机身结构重量,一举多得。

之后成飞迅速于2006年在“枭龙”飞机的改进上也应用了这一先进的进气道技术,既而又在2008年运用到歼-10的改进上。和洛-马公司成为全球掌握并应用该技术的两家公司之一。


DSI进气口的局限性

不过DSI的鼓包尽管经过精心计算,但是不可调的。这意味着采用这种进气道的战机,尽管得到了减重、提高发动机效率的优势,但这种优势只能固定在某一速度范围,主要是高亚音速附近。也就是说它们的超音速性能受到了制约。

F-22使用传统的进气口边界层分离板,保证了较高的超音速飞行性能的需要。而DSI进气口一般只能适用于飞行速度比较低的战机,如F-35和“枭龙”。这两种飞机都是近50年来飞行速度最慢的战斗机,最高使用速度仅为1.6马赫。


歼-20采用了独创的“可调DSI进气道”

歼-20独创的“可调DSI进气口”,做出了新的创新,解决了DSI高速性能不佳的难题。歼-20进气口鼓包固定但是进气道侧面有可调挡板,可有效随速度变化改变进气量,从而达到从低到高各个主要速度段的优秀的进气控制能力,令发动机更为澎湃地工作,也将意味着更好的加速性、爬升率和超巡能力。同时可调挡板重量轻于传统的进气口边界层分离板,也不影响隐身性能。


边条及其对战机的意义

边条:指附加于机身或机翼机身结合处的水平狭长翼片,包括机身边条和机翼边条两种。

机身边条位于飞机头部两侧左右两侧,主要用来控制机身头部在大迎角时的涡流,改善飞机的横侧稳定性。

机翼边条则是位于机翼与机身结合的根部前缘处,加装的后掠角很大(65度~85度)的、一般近似三角形的细长翼条,也叫边条翼。


边条翼的发明

边条翼是60年代中期.美国诺斯罗普公司对F-5战斗机进行改进以提高其机动性时发明的。本想是是机体横截面的变化更均匀,使之更符合面积律的要求,减小跨音速时的激波阻力,。但结果惊奇地发现,采用边条翼设计不仅减小了飞机跨音速时的波阻,而且大迎角时升力还增加10%左右,大大改善了飞机的瞬时转弯性能。后来进一步研究发现,这种升力增量是由边条翼前缘产生的涡流影响了机翼翼面气流所致。

后来,除了诺斯罗普公司设计的F/A-18外,采用边条翼或者机身边条设计的还有美国F-16、俄罗斯的米格-29和苏-27等,它们都是80年代以来在气动设计上最有特色和大迎角机动性十分突出的优秀战斗机。


边条翼的效能

边条翼的气动特点是,在亚、跨音速范围内,当迎角不大时,气流就从边条前缘分离,形成一个稳定的前缘脱体涡称为边条涡,在前缘脱体涡的诱导作用下,不但可使基本翼内翼段的升力有较大幅度的增加,称为涡升力,还使外翼段的气流受到控制,在一定的迎角范围内不发生无规则的分离,从而提高了机翼的临界迎角和抖振边界,保证飞机具有良好的亚、跨音速气动特性。

在超音速状态下,由于加装边条后,使内翼段部分的相对厚度变小,机翼的等效后掠角增大,可明显降低激波阻力。因此,这种机翼也具有良好的超音速气动特性。

边条翼的缺点是,在小迎角范围内,飞机的阻力增加;它的力矩特性也不理想,力矩曲线随迎角的变化呈非线性,飞机需要配备数字飞控系统。


边条翼的发展


边条翼的发展经历了三个阶段,一是初始阶段,这时边条翼不管是协和客机的S形、F18的波浪形、还是苏27的三角形。都是后掠角很大,很细长。面积相当小,因为当时对边条的研究还不够透彻。所以不敢过于冒进。

二,以F/A-18E/F“超级大黄蜂”的哥特式大边条为代表。边条面积大,拉出的脱体涡流强劲。但这种大边条不适合高速。一般在2马赫以下。所以在四代重型机中我们没有找到他的影子。

三,以F-22、T-50和F-35为代表的第四代战机。边条与机身,进气道融为一体。在F-22、F-35上我们找不到传统意义上的边条翼和机身边条。但他的菱形机头的折边,进气口上沿、进气道与上表面之间的棱边就行使着边条的作用。

T-50的边条设计特点与F-22、F-35类似,不过还进一步创新出了“可动边条翼”或者“一体化鸭翼”的可动布局。


歼-20的气动设计极其重视超音速性能

美国人仰持强大的发动机和长期领先他人的技术优势,一贯对气动设计不够上心、较为保守,傻大笨粗是美国空军主战战机自二战以来给人的一贯印象。短粗的F-22和和为了兼顾垂直起降更为肥硕的F-35就是典型。俄罗斯T-50的机身设计扁平而宽大,这种构型的亚跨音速升阻比较好,但是超音速下会有巨大的阻力。

成飞设计的歼-20机身令人容易想起米格-31、1.44甚至歼-8、苏-15这种追求速度的截击机造型,或者从某种意义来说,这就是成飞70年代所设计的2.6倍音速的歼9的重生。

它采取了略显激进的、重视超音速性能的设计。这是对发动机暂不如人的一种弥补(有乐观的估计认为,甚至只使用中国现有的“太行”发动机或者其改型,歼-20也能实现超巡),也体现了中国空军一以贯之的追求速度的决心(实际上,歼-10的高速性能就相当突出,具有截击机的特点)。








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