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隐身战鹰-歼-20的外形会大改进么?   

2014-02-14 22:54:51|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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隐身战鹰-歼-20的外形会大改进么? - 小飞猪 - 小飞猪的博客

 歼-20的2011原型机,注意机头下面黄色的光电吊舱隐身战鹰-歼-20的外形会大改进么? - 小飞猪 - 小飞猪的博客

 2001正面照,可以看到两者存在的细微差异


近日,有海外媒体指空军对歼-20试飞结果不满意,需要大改进的消息,此媒体还言之确凿的说歼-20肯定要把鸭翼取掉云云,实际上随着歼-20全状态机已经出现,它的外形比歼-20并没有明显的变化,这说明空军对于前一阵试飞结果还是非常满意的。

从现在来看,歼-20的试飞已经进入航空电子、机载武器等深层次科目,从我国军用飞机研制程序来看,歼-20已经进入国家定型试飞阶段,并且已经接近设计定型,这表明它至少完成了全部飞行包线的80%,所谓空军对于试飞结果不满意,纯属臆测。

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苏-27早期的T-10原型机 


从飞机研制的一般程序来看,飞机比较重大的改进,尤其是外形改进一般集中在调整试飞阶段,也就是所谓的验证机阶段,这个阶段的试飞一般由科研单位主导进行,主要是发现一些初始性重大技术故障,然后有针对性进行修改,这个时候可能会涉及到飞机外形也就是气动布局方面的变动,如果试飞结果正常,就会进入国家定型试飞阶段,由于调整试飞的包线占到全部飞行包线的80%以上,如果没有问题,就说明飞机的气动布局与原来的论符合,后来的国家定型试验虽然也会出现故障,但是主要是机内系统,涉及到外形一般很少。

在这方面最明显的例子就是前苏联的苏-27战斗机,该机最初的原型机是T-101977年试飞以后,苏霍伊设计局发现飞行数据不理想,难以实现对抗F-15的目标,因此决定推倒重来,后来的T-10S原型机在气动布局上进行了一系列优化设计,包括重新设计机翼,调整飞机纵向横截面积分布、改变了起落架、减速板、发动机舱的结构,垂直后移,外形也进行了改变,安装位置由发动机舱上方移动到发动机舱外侧的尾撑上面,经过改进之后T-10S的性能有了较大的改进和提高,并且外形与T-10存在着明显的区别。

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 T-10S就与T--10有明显的区别


相比较之下,YF-22F-22的区别就没有那么大,后者只是根据试飞出现的一些问题进行有针对性的改进,如将机翼后掠角度由48度增加到42度,增加了展弦比,降低了诱导阻力,从而提高了高亚音速时的机动性能和航程。同时降低了机翼翼根厚度,以减少阻力,弯度和扭度也进行了修改,以提高超音速时候的性能,重新设计了平尾后缘,以进一步优化飞机的隐身性能,减少了垂尾面积,以减少阻力和重量,进气道唇口后移0.5米左右,以改善操稳性,同时缩短机身长度,座舱前移,以减少阻力和改善重心分布,从这里我们就可以看出,F-22只是针对YF-22暴露出的细节性问题进行了相应的改进,显现后者的试飞结果与此前的论证基本上相符合。所以不需要对气动布局和外形做重大的调整和修改。

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 YF-22和F-22在外形上几乎没有区别


    因此如果我们想知道空军对于歼-20的气动布局是否满意,从原型机的变化就可以清楚的知道,此前网络曾经出现过歼-20原型机的图片,从图片上来看,这架飞机采用了新型平显、有源相控阵雷达、分布式光电探测系统,显然是一件全状态的原型机,这表明这架原型机可能用地航空电子、机载武器等方面的测试,从这架飞机的图片为看,这架飞机在一些细节上与歼-20前几架原型机有所不同,但是并没有根本性的变化,实际上就可以认为空军对于此前试飞的结果是满意,飞机试飞数据与论证研究的结果基本上相符,因此不需要对气动布局进行太大的改进,只需要有针对性的对暴露出的问题进行细节上的修改,

实际上歼-20早在2011年就开始试飞,按照常规进度来看,如果出现比较重大的问题,应该空军和科研单位显然早就知道,并已经开始对其进行改进性设计,那么飞机试飞相应的也会减少甚至中止,而从目前的情况来看,歼-20的试飞一直在有条不的进行,没有看到这样的迹象,同样以苏-27为例,T-1019775月首飞,不久苏霍伊设计局就发现试飞结果不理想,1979年西蒙诺夫就坚持对其进行重新设计,不会拖延这么长的时间。隐身战鹰-歼-20的外形会大改进么? - 小飞猪 - 小飞猪的博客 

从侧面来看 2011和2002几乎没有区别,这说明空军对于歼-20的设计是满意的

从相关图片来看,新的歼-20原型机在编号有所变化,由200X变为2011,这表明它应该是生产型飞机,对应国外应该是工程与制造阶段-EMD,从这个角度来讲,20112001之间的关系应该是YF-22F-22之间的关系,它也清楚的表明歼-20向着装备部队迈出了关键性的一步。

从相关图片我们可以清楚的看到20112001的外形并没有太大的变化,这实际上说明在此前的试飞之中,空军认为获得的数据和前期论证研究基本上是相符,所以不需要对原始设计进行较大的改进,不过如果仔细对经两者的图片,还是会发现这两架飞机有一些细节性的变化,这表明歼-20在前期的试飞也暴露出了一些问题。根据这些问题,设计单位对其进行了一些细节性的修改,这对于一架新设计的飞机来说,应该说也是正常的,就象前面YF-22进化到F-22也有许多细节性的修改一样。

 从相关图片来看,2011原型机与2001相比,在外观上最明显的区别可能就是进气口上表面向下倾斜,这个设计类似于F-35,因此可以这样说如果2001正在看起来与F-22相像的话,那么2011更加接近2011,众所周知,进气道及其与机体一化设计向来是空气动力尖端和难点,与以前战斗机的进气道相比,第四代战斗机的进气道功能更多,更加复杂,除了常规的进气之外,进气口和进气道还要采取弯曲或者其他隐身设计,同时进气道还是战斗机涡流产生的重要部位,这样就造成第四代战斗机的进气道比以前战斗机的进气道更长,也更为复杂,从国内外的资料来看,在大攻角飞行、投弹以及格斗等机动飞行时,处于飞机前部机身的进气道等部位会受到高量级的噪声振动激励,很容易造成进气道结构破坏,所以需要对相关部件进行有针对性的设计,2011进气道修改可能就有这方面的原因。

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 2011原型机的垂尾有一个明显的切尖


另外一个比较明显的区别就是2011的垂尾有一个明显的切尖,从相关资料来看,由于前机身边条翼或鸭翼产生的涡流,会对后部机身-垂尾结构造成很强的动压载荷,当动压载荷激励频率与结构主要模态频率吻合时,会导致诸如平尾、垂尾等结构发生抖振,从而产生振动疲劳破坏。美国的F-22飞机在试飞时就曾经出现过垂尾抖振现象,这是由于进气道产生的第二个分离涡拖出后扫到了垂尾造成的抖振,设计人员据此采取相应措施予以解决。从现在来看,我国科研人员采取了垂尾切尖的办法来解决这个问题。

另外2011的腹鳍的面积似乎也有所扩大,一般认为垂尾和腹鳍的主要作用是提高飞机在最大设计MA数和低速大迎角时的方向安定性,腹鳍的优点在于它安装在机身下部,飞机在大迎角状态的时候,不受机头涡及翼身组合体分离涡的影响,效率不随迎角的变化而变化,如果2011的腹鳍面积增加,说明飞机在进一步提高飞机大迎角时的安定性能,以进一步增强飞机的机动性能。

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 2001的垂尾没有切尖处理


从相关图片来看,2011原型机的平显也不是2001上面的多光学器件衍射平显,而是简洁的多的无框全息衍射平显,2001上面采用的多光学器件衍射平显,是我国第一代衍射平显,配备在我国歼-11B、歼-10B和歼-15战斗机上面,它的最大特点是采用了三块全息光学器件,因此它的光路比较复杂,需要经过多次发射才能显示给飞行员,它的优点就是让系统的入射光与反射光夹角尽可能的减少,以便减少像差,相关部件的加工也比较简单,这就是我国选择这个光学方案的主要原因,但是它的缺点就是设备相对较多,光线需要经过多次反射才能显示,因此透光性相对较差,重量和体积也相对较大,所以我国在新一代航空电子系统中对其进行了重新设计,采用了无框设计,大大降低了系统的体积和重量,这也表明2011配备的应该是新一代航空电子系统。

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 2001使用的我国第一代衍射平显,前伸的全息光学组件是其主要特点

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 2011的衍射平显更加先进


2011原型机另外一个比较明显的外部特点就是机头下面多了一个整流罩,从它的色彩和外形来看,相当于F-35EOTS,这表明歼-20的光电系统与F-35相当或者相近,此前有消息说,歼-20可能配备有类似于F-35EODAS分布式光学孔径系统,根据F-35的设备分工,EODAS主要用于对空探测、导弹逼近告警及战场态势感知等,而EOTS主要对地探测、目标标定和精确制导等任务。

从目前的情况来看,在第四代战斗机上面光电系统作用越来越重要,美国就计划对AIM-9X进行改进加大射程,同时配备双向数据链,配合EODAS,增加对对方隐身飞机的打击能力,而EOTS主要提高战斗机的对地打击能力,目前F-22在投放JDAMSDB这样的精确制导武器的时候,利用的是机载雷达的合孔孔径模式,这样的话机载雷达在开机工作的时候,就容易被对方探测和发现,如果用光电系统,实现静默探测,那样暴露概率就要小的多。显然我国在研制新一代战斗机的时候,汲取了F-22的教训。

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 F-35先进的光电系统


分布式光学孔径系统对于机载航空电子系统提出了更高的要求,由于需要把分布在机体不同部位传感器获得的信息进行处理、融合,获得统一的战场态势图像,这对于机载航空电子系统的信息传递和数据能力要求极高,甚至F-22的航空电子系统都无法胜任,必须采用光纤高速总线和基于交换的数据处理系统才能完成这样的任务,因此这也在一方面显现歼-20的航空电子系统达到了非常高的水平。

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中国需要自己的F-119

 

其实歼-20最令人担心的并不是气动布局,而是发动机,早期试飞使用的是AL-31FN涡扇发动机,这种发动机最大推力只有125千牛,推重比接近8,各方面的性能与F-22F119涡扇发动机差距甚远,F119的加力推力达到156千牛,而F-35F-135涡扇发动机更是达到惊人的190千牛,传说的歼-20配套的发动机是国产涡扇-15,它的各方面性能与F119相当或者相近,但是这种发动机短期内还无法投入使用,目前堪用的国产发动机是涡扇-10,但是它的推力与AL-31FN相当,有消息说我国正在发展涡扇-10的性能增强型,它的加力推力可以达到140千牛,不过根据海外的资料,它还处于工程验证阶段,显然难以赶上歼-20的研制进度,所以2011使用的可能是俄罗斯的AL-31FN-M1涡扇发动机,它的加力推力提高到135千牛,AL-31FN-M1虽然性能有所提高,但是与F119的差距仍旧巨大,所以歼-20配备这种发动机显然无法达到预期的战术技术指标,首先是推重比严重降低,飞行包线变窄,超音速巡航也无法实现,因此也就无法完成对抗F-22的目标。这一切需要涡扇-15投入使用之后才能得到改善。

因此对于歼-20来说,未来发展的关键可能并不在于飞机本身,而在于配套的涡扇-15进度,这也印证了那名名言,限制一个国家设计什么样飞机的不是飞机设计师,而是发动机设计师,对于中国航空发动机工业来说,可谓任重而道远。


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注:

参考资料:

1、动强度与综合环境专业技术现状与未来发展

2、飞机总体设计

3、世界飞机手册

4、本文配图来源于网上,权利归原作者所有

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