浅析2011号歼20:外形气动接近生产状态

随着2011透露出的图片和其它信息越来越多,2011发生了哪些变化也更为清晰,一些网友问我对2011的看法,个人感到有点汗颜,我也就是一爱好者,气动方面也是半瓶子水,航空电子和雷达隐身之类的更是不懂,所以也就只能比较片面的谈谈个人看法。

一、气动方面的变化

就目前看到的2011与2001和2002的变化来看,与气动有关的变化是:

进气道上表面、鸭翼和垂尾切一小块尖、腹鳍向外移动、尾撑变薄,而垂尾、鸭翼、腹鳍面积基本没变,整体气动布局来说变化不大。

就这些改变而言,个人认为J-20的气动设计上比较成熟,所以没有太大调整。

进气道上表面变化比较明显,对于这个上表面的变化到底会带来什么样的影响,个人认为像这样的调整都是在试飞后作出,那么一定是有相关的数据,普通网友恐怕难以准确分析出到底因为什么做这样调整,在相当程度上是猜测。个人猜测应该与进气有关,因为目前看到的DSI进气道进气道的外侧唇口尖的地方都没有2001的高度与DSI鼓包的高度相类似。做了这样的调整后,从整个进气道位置的机身来看,纵向剖面会更接近机翼剖面,可能具有一定的增升作用,但毕竟面积不大,估计这个调整也未必就是为了这点增升。一些人猜测这样做有利于鸭翼前小边条涡的强度增大,个人认为未必如此,因为这样调整后进气道外侧边缘也形成了一个向前倾斜的面,这个向前倾斜的面不见得就比2001的侧面小边更容易生成涡。另外这个地方的面积比较小,所以即便有增加其幅度也不好说有多大,其生成的涡扫过的地方也比较有限。当然不排除网友设想的那种增强涡的可能,毕竟气动是实验科学不是眼球科学,我只是根据自己了解的知识猜测而已。

气动面方面另外一个比较明显变化时垂尾、切掉一小块尖,后来发现鸭翼也切一小块尖,有说法是可以降低雷达反射截面(具体可以见下面韩五记网友提供的图),个人估计可能也与颤振有关,实际上F-16、F-18的尾翼也都把尖截掉,因为这些被截掉尖的操纵面都是偏细长的翼面,而这些翼面也处在气流载荷比较大的地方,所以发生颤振的可能性比较大。那么综合这些可以说是两种可能性都存在,像四代机的气动设计和隐形设计是相互关联的,两种是要统一思考的,真有所谓一举两得的情况发生。

下面是韩五记提供的切尖对雷达反射降低的图:

浅析2011号歼20:外形气动接近生产状态


下面是我找到的F-16和F-18尾翼的图,也能看到水平尾翼的切尖:

浅析2011号歼20:外形气动接近生产状态



浅析2011号歼20:外形气动接近生产状态


另外一个不太明显的变化时腹鳍向外移动,个人以前有个帖子是从正面看2011和2001的变化,其中谈到了这一点,当然也有人认为现在不好判断是不是外移了。个人认为如果是外移的话可能与拉开与发动机尾喷管的距离有关,我们知道发动机尾喷管喷出气体温度非常高,尤其是在加力时温度更高,F-22的尾翼靠内侧切掉一部分就与避开高温气流有关,所以腹鳍靠外侧移动估计与此有关。腹鳍外移后腹鳍的安装位置就发生变化,所以尾撑的宽度要增加,而在保证强度情况下减少重量和体积,所以尾撑可以变薄,但尾撑的截面积大小可以维持不变,仍然可以满足强度要求。腹鳍外移后可能还有一个好处是腹鳍更接近机翼下面,迎面来流受机身影响更小,其气动效率有可能提升。另外个人认为腹鳍应该没有向后移动,对发动机尾喷管的遮挡和以前基本类似,当然不排除以后采用的发动机尾喷管有可能短能遮挡更多,但目前的情况来看没有多大变化。

综合气动面的变化来看,可以说当前这些变化基本属于小调整,不是翻天覆地的变化,这说明其气动设计趋于成熟,后面也有可能只是小的调整。而与气动相关的超巡等要求一定是验证过的,只不过在没有合适发动机情况下可以利用当前发动机开加力验证,只要发动机推力达到超巡需求能够进行测试获得数据即可,就是发动机开加力其工作时间没那么长而已。

二、其它结构方面的变化

论坛上曾经有人发帖子找不同,我挺佩服下面网友找到的不同,一些地方我都没有注意到。具体见下图(这里谢谢原图作者和找不同作者):

浅析2011号歼20:外形气动接近生产状态



浅析2011号歼20:外形气动接近生产状态


从图上看,除了上面有关气动面的变化外,变化有:涂装的改变,座舱盖、座舱设备、机头下光电探测器、各种舱门外形的改变、进气道外侧安装新的设备等。

从这些变化中可以看出,一些是根据隐形需要作出的调整,譬如涂装和舱门外形以及前面所说的切尖等,这都说明一定是经过了隐形测试然后作出一些调整的。当然这也很正常,因为试飞三年了,四代机的4S中非常重要的隐形性能不测试是不可能的,而以前也传出在阎良对前两架中的涂装的改变,应该都是与隐形测试相关。我对隐形技术不了解,但就所了解的一些知识来看,隐形达标也不是一撮而就,因为隐形是个细活,体现在很多细节中,恐怕得专搞这方面的人从细节中发现更多东西。

座舱盖的调整个人比较欣赏,一体化座舱盖看上去的确很美,但重量重弹射不方便,改成当前结构重量降低,隐形性能应该可以接受,弹射也方便了。

各种舱门的改变个人认为与隐形有关,也与气动有关,可能也与生产有关,这些变化都称不上是根本变化,都是根据试验结果适度调整,我们只需要知道其调整的更接近实际生产装备状态就行。

机头的光电探测设备安装也是在意料之中,主要是以前曾经有人透露过这样的东西。这个光电探测设备与F-35上的类似,有人分析说与对地攻击有关。个人以前在谈J-20弹舱与F-22弹舱的对比时提到J-20的弹舱更规整且深度更大,其多用途能力比F-22要强,所以能够对地攻击也是正常的,而F-22本身也发展了小直径攻击弹,这说明重型四代机大家虽然都要干好空中优势这个活,但多用途能力也没有放弃,因为毕竟四代机太贵了,只干空优有点浪费。需要指出的是F-22早期发展也提出要有红外设备,后来因为进度和费用以及苏联解体的原因没有开发,但F-22预留了相关空间(这个信息来源于杨伟他们编写的关于F-22的书中)。

另外进气道外侧设备和其他设备的安装,这说明内部设备状态在逐渐完善中,一些设备已经堪用或者是至少已经可以投入测试。

三、关于发动机和未来气动变化

最后不得不说发动机的问题,的确发动机是我们的短板,而未来发动机是什么样的矢量喷管不好说,从和机身融合设计来看个人希望是矩形二元喷口,因为这样在气动上有减阻增升功效。对于未来使用矢量喷管后是否保留腹鳍,个人看法是腹鳍有可能保留,这主要是大迎角气动方面的一些要求,虽然矢量推力在大迎角时也能起作用,但四代机都有要求在矢量推力失效时能够飞机能够正常使用,所以腹鳍未必取消。而一些人认为腹鳍会影响隐形,个人认为可能会,但腹鳍的面积与机身侧面面积相比较并不算大,也可以采取一些隐形措施来降低,另外腹鳍是斜面,而发动机尾喷管如果是圆形的话就是个多片圆形金属,其雷达反射截面恐怕会比平面的腹鳍更大。

所以未来即便使用矢量推力,也未必就对当前气动面做多大调整,而矢量推力介入后对飞行控制做调整是必须的。这是个人看法,未必对,供参考。

四、回顾以前关于J-20的观点

在2011年2001首飞后不久,对于J-20的状态到底是验证机、原型机等有不少讨论和争执,一些人说2001也就是只是相当于YF-22状态,一些人说还不如YF-22的状态,其依据主要是发动机不是正牌的超巡矢量发动机,另外还包括YF-22当年在几十次试飞时就验证了很多技术,而2001还看不到这些。个人当时看法是,2001比YF-22更接近实际生产机,虽然其是所谓718工程验证机,但基本上是按照工程发展机去研制的,面对的需求也比较明确,只不过对我们而言也还是采用了很多新技术,所以称为是工程验证机。现在回头来看2011和2001以及2002的变化,从外形上来看可以说变化没有YF-22到F-22变化那么大,YF-22到F-22时机翼后掠角、水平尾翼、垂尾、机头、起落架收起方向等都发生了变化,可谓是重新设计,而相应的2011和2001就气动方面变化来说真的不大。

实际上之所以出现上述的不同判断,个人的根据是YF-22和YF-23在竞争试飞时其实老美的需求没有最后明确,YF-22和YF-23更多的是能力展示,展示出能力后军方再根据具体能力提需求,然后再进入工程研制,这是因为老美作为探索者所面临的必然问题,因为谁也无法准确把控技术发展,很多时候是摸着石头过河。到J-20上,4S和研制要求基本上是明确的,老美已经证明什么样的路能够走通,我们需要做的是根据自己的情况尽快在路上追赶,所以2001本身就是冲着项目去的,所以在整个工程进度上不能说没有YF-22快,而在某种程度上可以说比YF-22更快。现在回头来看,个人的判断基本正确。

五、小结

2011和2001、2002相比气动设计没有大调整,而各个细节更为完善,内部设备也逐步到位,其首飞会会有更多更细测试,测试过程中和完毕后估计还会有调整,但就可以说2011外形气动方面接近生产状态,相信经过几年的测试后,在2020年前有可能装备部队并形成作战能力(因为我们的空防压力的确越来越大了)。


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