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        大力出奇迹?F-35和L-15飞多快就看发动机吗

        2018-08-29 06:19:23 点击: 来源: 止戈网 反馈
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        作者:张亦驰

        据流传于坊间的说法,航空界在设计飞机时都信奉一条规律:大力出奇迹。发动机好,哪怕是块板砖也能飞上天。

        确实,发动机的推力、推重比的大小对战斗机的加速性能、爬升性能、稳定盘旋性能都有很大影响。但是有些性能,根发动机好坏完全没关系。

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        F-135是目前推力最大的战斗机发动机。

        比如说瞬时盘旋能力。瞬时盘旋角速度完全取决于气动。 具体点就是最大升力系数和翼载荷。最大升力系数越高、翼载荷越低,他们就能在较低的速度下实现更大的过载,瞬盘能力就更强。在三代机中发动机几乎是最弱的幻影2000,就是靠着无尾三角翼超低的翼载荷和中等偏上的最大升力系数(三角翼的失速迎角较大,最大升力系数也较高),在广泛采用边条、鸭翼等依靠涡升力技术的第三代战机中,获得最强的瞬盘能力的。

        当然,双机交汇后相互咬尾,“第一杆”之后如果没有形成绝定性的优势,那这种情况下的转弯还要看发动机。因为这时候双方都在掉速度和高度,如果没能迅速占领角度优势,那基本上是谁的发动机差、阻力大、能量低谁就先挂。

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        这个角度很容易对比出机身的长细比,包括机头、座舱的长细比,F-22都更大,更利于降低超声速阻力。

        除了瞬盘以外,最大飞行速度也不是光靠大力就能出奇迹的

        F-35的发动机无论是最大推力还是推重比,都可谓是当今战斗机发动机的翘首。最新型的F-135计划将加力推力增加到22吨!即便是初期型号,也有18吨之巨。

        然而F-35不仅不能像F-22那样实现真正的超音速巡航,而且最大速度也只有区区1.6马赫。当然,它的空战推重比要逊色于F-22不少,但它的最大速度和和三代机比都垫底。

        有人说F-35和F-22师出同门,在很大程度上继承了F-22的布局,为啥F-22能超巡,而F-35开加力却只能达到1.6马赫呢。除了推重比稍逊以外,主要就是因为气动布局的原因——超音速阻力比较大。

        首先是机体胖。人们都说“球电”、“球电”,这个比喻很形象。其实,这里的胖不仅仅是指横截面大,而且它还短。超音速飞行阻力主要是波阻,降低波阻对于机体来说,最简单粗暴的方法就是增大长细比,减小截面积,想想导弹、火箭的长细比就知道了。我们都说歼-8长的不协调,其实也是为了降低波阻,它继承了二代机中超音速阻力系数最小的米格-21的思想,米格-21的机身长细比为9.5(米格-19为7.2)。歼-8采用了机头进气的初期型号,其铃声阻力系数可能是所有战斗机中最低的。这一插一句话,米格-21以远比米格-19低的推重比,轻松达到了M2级别的最大速度,主要就是因为超音速阻力降低。反观F-35,对降低波阻的考虑就不那么上心。

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        F-35的机翼和F-22的相似,都采用了梯形翼。F-22只不过切了个边。但是F-35的机翼后掠角较小,相对厚度大,展弦比也更大,并不利于超音速飞行。

        当然,再讲究点你就要考虑面积律分布。但是跨音速面积律、超音速面积律也不是遵循相同的规律。超音速面积要根据激波斜面计算。所以,一架飞机的设计点有很多处,很难面面俱到。F-22虽然能超巡,但是最大飞行速度却不如F-15就是这个道理,设计点侧重不同。

        这样来看F-35的机体,从机头到座舱的长细比都和F-22有着明显的差别。再加上两个大型的几乎是什么都能装的弹舱,整个一个“矮锉胖”。

        我们再看机翼。F-35的机翼看上去也是前缘后掠,后缘前掠,似乎和F-22“差不多”,只不过多切了点尖。但实际上飞行性能就差多了。F-22前缘后掠角为42度,而F-35只有35度。它使用的是一种梯形翼,展弦比较大,后掠角较小。这种机翼的特点是升力线斜率要比三角翼、后掠翼高,相同速度、迎角下升力大,亚音速飞行升阻比较高。但是临界M数比较低,而且超音速飞行的波阻比较大了。除了与后掠角有关以外,波阻还和机翼的相对厚度(最大结构厚度与弦长的比值)有关,相对厚度越小,波阻就小,就有利于超音速飞行。想想F-104那对能够削土豆的机翼,就能理解了。而F-22的机翼无论是绝对厚度还是相对厚度都要远远低于F-35。看看F-22那外漏的襟翼、副翼作动筒就知道了,要是机翼够厚,就没必要让作动筒外露增大RCS了,这样还得进行纺锤形修形

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        F-35的最大速度不大,但是在亚音速范围内性能不差。他装的油甚至悟空彩票时时彩,航程更远。

        所以说,气动上来看,F-35就不是为了超音速巡航和高速飞行而设计的飞机。即便以后发动机能力再提升,能够进行超音速巡航了(目前据说能够在俯冲后短暂保持超音速飞行能力),如果不在气动上修改,其巡航效率也不高。

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         最大速度除了受限于推力、阻力,还受到航向稳定性的限制。航向稳定性很大程度上取决于垂尾。而F-35的两片小型垂尾,在超音速情况下提供的航向稳定性有限。

        除了推力、阻力的因素,要高速飞行,你还得确保能稳定飞行。特别是航向稳定性。这很大程度上取决于垂尾的面积、形状。有的飞机推力足够大,阻力也够小,但是受限于航向稳定性,也不能飞太快。F-35那两片小型的垂尾,大概也是按照1.6马赫时的航向稳定性来设计的。

        当然,看空天认为,对于F-35来说最大飞行速度1.6马赫还不是一个大问题。因为它的设计点,主要区域就在1.6马赫以下。尽管不能在速度上再冲高,但是在这个速度区间内性能是满足要求的。在这个速度区间的加速性能可能并不差。从目前透露的情况来看,其亚、跨音速飞行的加速性能不低于三代机中比较强的型号的裸机状态,强于他们携带导弹的状态。这对于超视距空战就十分重要,加速快,占位快,导弹扔得远,然后就脱离。

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        F-35翼根边条除了可增大低速大迎角条件下的升力以外,还可以通过降低等效后掠角和相对厚度降低波阻力。

        这里,我们在说说F-35翼根那个小的三角形边条发挥了不可替代的作用。这个不起眼的小边条,通过在大迎角小下产生脱体涡,进一步提高基本翼的升力,提高了亚音速的最大升力系数。它还增大了机翼的等效后掠角,降低了相对厚度,也有利于超音速飞行,可谓四两拨千斤。唯一的不足是稍微增加了前侧向的RCS。

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        “猎鹰”与“肥电”同病相连,惺惺相惜。图片来自网络,版权由摄影者所有。

        其实,在速度方面,大力没能出奇迹的不光是F-35。国产“猎鹰”高级教练机当初的一个重要卖点就是超音速飞行能力,这是他的表哥雅克-130和M346所不具备的。但最终,战斗入门型的“猎鹰”(也就是使用了带加力的AI-222K-25F)的最大速度也只有1.4马赫,这可是在它的推重比秒杀F-35,赶超F-22的情况下得到。究其原因,还是因为超音速阻力大。它的双座布局非常胖,而且考虑减少表面面积以尽量降低亚音速的摩擦阻力,机体也不是很长。这种构型也是和设计方最初的考虑有关的。当年研制该机的时候,洪都公司向雅克寻求咨询。显然,“猎鹰”最终借鉴了雅克-130的前机身和机翼。应该说雅克-130/M346凝结了东西方空气动力的智慧,其气动设计无疑是十分优秀的,目前该机几乎垄断了欧洲的五代机飞行员训练。但是,雅克-130在设计之初就是奔着亚音速飞行设计的。让他超音速飞行,不是给发动机安个加力就能解决的。战斗入门型的“猎鹰”虽然有所改进,比如拉长机身,增大机身长细比,但无奈基本设计已定,超音速飞行能力始终难以有更大突破,对于该机来说无疑是一个遗憾。

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