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日志

 
 

重磅爆料:中国的海飞丝即将面世   

2016-10-29 13:50:11|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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?92军迷?
? 随着歼-20的量产列装、以及002型弹射航母即将开工,军备迷们开始关注我军第四代舰载机。其实不外乎是两种布局,一是类似于歼-20的鸭翼 + 小边条 + 无平尾的V形全动垂尾;二是类似于鹘鹰那样有平尾的正常布局。? ?
那么,是不是可以像歼-15那样,直接将歼-20或者鹘鹰加强机身结构、装上着陆钩和弹射的前起落架,就可以成为一架四代舰载机呢?没那么简单。我们先来看看下一代舰载机该选择中型还是重型。 ?
网友们一直都在争论海飞丝是采用中型机还是重型机。虽然之前三代舰载机中有法国的阵风,忽悠三哥的米格-33,绝大部分的先进舰载战斗机都是重型机,就连原本算是中型的虫子也改成最大起飞重量30吨的超级大黄蜂,已经算是重型机了。美国的四代舰载机F-35C的最大重量是31.8吨,这还是受限于单发。F-35C并非海军希望要的,只是因为经费被砍,不得不与海军陆战队的短距起飞、垂直降落战斗机、空军的多用途战斗机项目合并,结果搞成勉强隐身、空战不优、攻击不强,而且三家都不满意的所谓“四代机”。海军不打算全部换装,保留超级虫留待将来换六代机。
? 进入新世纪,英国下决心逐步转向独立外交,就必须建新型核潜艇和女王号大型航母,舰载机也将换成F-35。为什么大国海军都不约而同地选择30吨以上的重型舰载机呢?主张中型机的一方,主要是强调在相同的航母上可以增加载机数量。但是重型舰载机至少有以下六个方面的相对优势。 ?(1)舰载机要担负繁重的巡逻警戒任务,航程远、留空时间长的重型机占优。 ?(2)作战期间起降非常频繁,相同的攻击任务,采用中型机需要多出动 50%的架次。航母的起降原本就是个复杂的过程,而且起飞和回收期间又是航母最容易被偷袭的时候,应该尽可能缩短起降持续时间。中型或重型起降一次所需时间是一样的 ?(3)大编队在起降过程中,大部分飞机要在航母上空等候,重型机可以有更多的剩余油量;甚至在发现有敌机逼近时可以迎敌,中型机只能中断回收,紧急起飞几架在甲板留守的战机应急。 ?(4)中型机留空时间短、执行巡逻警戒所需的架次多,消耗在巡逻区域来回的路程也多,战机维护的工作量也就相应增加;同时,弹射所消耗的能源、弹射器的维护工作量也增加。 ?(5)飞行员每天只允许最多起降三次,多了会影响健康。 ?(6)重型机如果折叠翼设计的合理,舰上占用的空间并不会比中型机多50%。 ?
法国之所以采用中型舰载机,一是中型航母;二是海空军的战机都不多,无力分别研制,只能一机两型。中国的002是相当于小鹰级别的八万吨级大型航母,不可能配个中型舰载机。海军司令吴胜利三年前曾表示,下一代舰载机必须是具备4S的重型四代机。 ?
最近发现阎良的卫星图,图中一架采用鸭翼 + 三角翼布局的飞机,由于它是双发、且主翼前缘的角度又明显与歼十不同,更接近于歼-20。但又与歼-20有几处不同:看不清垂尾,实际上是垂尾的位置更靠前,所以尾撑也就不明显了。另外,主翼也更靠前、后缘有明显的前掠角。 ?
我们将它与成都黄田坝机场的歼-20卫星图对比。假设两机的机身长度相同,那么,这架飞机的翼展和翼面积比歼-20增加。如果翼展相同,那么,机身长度减小,但翼面积仍然要增加。加大翼面积显然是符合舰载机的要求。我们是不是可以理解为成飞研制的海飞丝,已经有原型机或验证机在试飞呢?? ?
根据文章开头的分析,中国的四代舰载机是重型机,那么即使是歼-31的2.0版,甚至装上四代中推,它也还是一架中型机,无法满足海军的要求。31001只是一架沈飞自己筹资的验证机,主要是验证隐身战斗机的机体设计,包括隐身的外形和气动布局、因应机内弹仓而带来在机内设备和油箱的布置,以及激光增材等先进制造技术带来的机体设计经验。要竞标海飞丝至少得放大、装WS-15H、还要有侧弹仓,这就等于推倒重新设计。 ? 这样来看沈飞在竞标中并非占有先机,虽说有歼-15改进的经验,但是成飞有歼-20这样真正四代机的研制经验,而且已经定型。比起推倒重来的沈飞,何况歼-31只有一架,试飞数据远远不足,有歼-20作为基础,成飞设计一型鸭式布局的重型机,应该说难度更小。至于舰载机对机体强度的特殊要求,由于中航内部的预研是共享的,而且技术难度也不会高于四代机超音速机动性对机体的要求。 ? 那么,成飞是不是就可以像歼-15那样,直接拿歼-20来加强机体就可以参加竞标呢?当然不是。我们知道比起陆基战斗机,舰载机在着舰时的航线下滑角和飞机的仰角都比较大。看下图的歼-15在尾钩挂住阻拦索瞬间的仰角。对比歼-20相近仰角的图,机尾容易擦地。如果将发动机向前移,就会缩短主弹仓的长度,四代舰载机更需要大弹仓来装载反舰导弹,所以不可取。较可行的解决办法是:将主起落架适当向后移动。这样着舰时可以允许更大范围的飞机仰角。 ?
在起落架舱向后移动之后,由于该处机身内部是发动机舱,那么起落架间距会增大,改善战机在摇晃不定的航母上降临时的安全性。如果不好理解就想想,从台上跳下去,双腿是并拢还是分开更容易站稳?不过这样改动之后,机身后部以及机翼中后部的翼根处,会出现了一个比较显眼的鼓包,歼-20只是在小边条之下有个小鼓包。付出的代价:破坏了机翼根部下表面的平滑,以及后机身的面积率,需要做隐身修型和减阻处理。? ? 尽管美国在舰载机的设计上有丰富的经验,但是F-35C还是犯了个低级错误。看下图,因尾钩设计得太短,导致着舰困难而备受批评。相信我们的设计师会确保主起落架与尾钩的间距、以及尾钩有足够的长度。? ? 接着我们来看看机翼有什么变化: ?(1)由于舰载机的起飞距离短,着舰入场的速度慢,因此相对于陆基战斗机,要求单位翼载要更小,同时舰载机需要加强机体结构,那么相同的作战任务下,起降飞机的重量就会增加,要较好地解决这对矛盾只能靠增大机翼面积。 ?(2)仅靠增加翼展,机翼面积增加有限,而且会增加停机的面积。仅仅增加翼根长度又会加大机翼的后掠角,这样迎角的变化对机翼升力变化的影响会加大。较为可行的办法是主翼往前移一些,同时主翼后缘改成前掠,这样三角翼就变成不对称在蝶形翼,既明显增加机翼面积,翼展和机翼前缘的后掠角基本不变。 ?(3)由于着舰时要求较大迎角,过于靠后的垂尾效率会减低,尤其要在超低空,所以,全动垂尾可能会稍微更靠前,这样还可以缩短机身的长度,尾撑也不会突出发动机喷口末端。 ? 以上三点正好解释了前面那幅阎良卫星图上的变化,如下图红线所示。?
? 舰载机的机翼少不了折叠机构,下图是苏-33与F-35C机翼折叠机构的对比。由于四代机的机翼更薄,所以歼-15的机翼折叠机构不可能照搬。? ? 机翼折叠的位置也有讲究。如果对比美苏两国的舰载机就会发现,折叠后的机翼宽度,美制飞机要比俄制的宽。这是因为美国的航母面积大吗?笔者认为至少不是主要原因。美国舰载机的机内载油系数相对较小,所以像超级虫无论是执行对空巡逻还是对地攻击,靠近翼根的那个挂点基本上是挂副油箱(下图右上),还要留出一个重挂点来挂对地(舰)导弹。? ? 我们知道机翼外段上折时只可以带空空弹,外段要挂重弹必须把上折的机翼复位。换句话说,必须要在机翼展开时外侧才可挂对地(舰)弹药,前几年有个歼-15的模型,上折的机翼上还挂着鹰击反舰导弹,显然要错误的。所以超级虫和F-35C在折叠处内侧需要留两个挂点(上图左下),否者,挂副油箱之后,无法在折叠状态下挂重弹,会影响弹射效率。 ? 歼-15和苏-33不需要带副油箱,所以折叠机构内测只需要留一个挂点(上图),折叠后的宽度也就较小。中国的四代舰载机无论是采用什么布局,都会保留像歼15、歼20那样较大的机内载油系数,那么,折叠后的飞机是窄而长(下图红线),宽度略大于鸭翼宽度,歼-15在尾翼也要折叠在;美国飞机折叠后是短而宽,两者在占地面积并无太大区别。? ? 笔者更倾向于海飞丝会采用鸭式非常规布局,这跟哪个所研制的无关,成飞和沈飞都为我国航空事业腾飞作出不可替代的贡献,而是源于下图。这是宋文聪老先生的一篇论文截图:在宋总的论文中,无鸭翼、非升力体的最大升力系数为1.10。升力体鸭式+边条翼布局的最大升力系数是2.12。采用升力体鸭式边条翼布局,相对于无鸭翼的非升力体,最大升力系数能够提高181%;比类似于歼-31常规布局的升力体,则提高144%。歼20按照13m的翼展计算,实际翼面积70m2,海飞丝的翼面积必然更大。 ? 着舰重量一定的情况下,最大升力系数较高,则最低进场速度可以较小,着舰更安全。同时,视频中歼-20的超常规机动、以及大量清晰图片显示,鸭翼与小边条产生的脱体涡增升效果,都预示无论前面那副模糊的卫星图是否真实,海飞丝采用鸭翼 + 小边条的无尾翼布局,要比鹘鹰的放大版的可能性更高。? ? 下图是F-22的机翼骨架(右下)、以及F-35机身梁框和机翼骨架。F-35的机身梁框是采用激光增材技术,且镶入机翼,这样既能减重又可提高结构强度。???? ? ?歼-31去作机体强度破坏试验的路上,是机身和机翼连在一起运输的,说明它比F-35更进一步。无论歼-20是否采用相同技术,大尺寸的激光增材技术一定会用于海飞丝的机体制造。下图是近年来3D打印技术是飞机机体制造上的成果展示,并已经用于多型飞机。?? 在前面的一篇公众号文章里,我们比较了歼-20主弹仓相对于F-22的优势,是更长更深,可利用的空间大,可挂载对地(反舰)导弹。F-35为了克服F-22的缺点、并结合单发,在发动机两侧布置可以装载防区外攻击武器的较大弹仓。但从下图来看,弹仓内依然显得凌乱而拥挤。 ?这是因为F-35采用单发、却又是重型机,机体内部空间捉襟见肘,增大机身体积就会大大增加阻力。这样就导致没有侧弹仓不说,机身外部还带各种大小鼓包,破环了隐身性能。相信采用两台WS-15H的海飞丝,不仅有较大的弹仓,采用方形弹体的导弹射程更远,机身外观也会像歼-20一样流畅优美,隐身性能自然要更胜一筹。? ? 海飞丝需不需要有超巡和超音速机动能力呢?当然需要。因为:(1)超巡能让战机迅速接敌,把敌人拦截在距离航母更远的空域,让其无法到达反舰导弹的射程之内;(2)超巡在执行攻击任务时加强了突防能力,并可缩短退出战场的时间;(3)还可以在发射导弹时赋予导弹更高的初始速度,延长导弹的有效射程。 ?
超音速机动则在面对三代机空战时有代差的机动优势,在面对F-22空战时,有战胜的基础。虽然美国航母以及周边国家只部署F-35,但F-22可以派往美国在世界各地的基地,我们家门口就有日本、菲律宾、新加坡,它们都是与美国有军事盟约。所以,除了装WS-15H,还要配矢量喷管,它对舰载机在较高海况下的起降安全性也有帮助。 ?
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