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量产型歼20为何要修改边条设计 可容纳新型电子设备
送交者: 岚少爷 2017年03月14日19:20:00 于 [军事天地] 发送悄悄话

  歼20量产型翼根前面的边条由验证机的尖拱边条改为了直边条,自然是有其道理的。高深的空气动力学知识我没学过,仅从表像上分析一下,希望能对大家有所帮助。

  直接进入正题。局部迅速减压产生的凝结水雾可以显示涡流的走势。俯视照片可以看出验证机的翼根边条涡沿轴向向后延伸,受垂尾流场影响后拐弯向外破裂。而量产型修改成直边条后涡流走向变成了斜向外行,涡体轴心远远的避开了垂尾,完全延伸至襟副翼之后。所以我推测这个涡流走势的变化正是边条修改的主要目的。

  如果你明白了,下面内容基本就可以不看了。如果想看看美国人走的弯路,更深入的了解这个变化的意义,请接着往下看。

  涡流的充分利用是世界航空进入3代机时代的一个重要标志。充分利用涡流可以提高升力,增强舵效,改善飞机的大迎角性能,甚至也可以减小阻力,增加航程。但是看似“万能”的涡流其实也是一把双刃剑。用得好了,可以令飞行性能突飞猛进,用不好却可能导致机毁人亡。涡流是有利还是有害不是由强弱决定的,而是它出现在哪里。

  说到这里有请我们的坏典型出场,欢迎F/A-18大黄蜂。

  大黄蜂作为以边条涡为气动设计的核心而开发的第3代战斗机的杰出代表,第一次有了如此巨大的前缘边条,有了可以在大迎角时避开机身遮蔽有效利用边条涡流的外倾双垂尾。两种适合大迎角控制的结构结合在一起,而这两部分产生的气动力,给F/A-18带来大迎角时稳定升力和控制力矩。得到的,本该是梦幻般的大迎角性能……但是,却造就了长期困扰大黄蜂的弊病,为什么会变成这样呢?

  NASA经过研究发现原来是大黄蜂边条翼产生的强烈涡流在垂尾前部破裂,对垂尾产生了强烈的冲击,造成机体震颤和结构破损。如果不加以控制有可能造成垂尾断裂,严重危害飞行安全。

  为了解决这个问题,美国人首先想到了给垂尾补强……是不是错拿了俄毛的剧本了?

  图片来自空军之翼

  发现加强垂危只是治标不治本之后又在边条上表面加装了树立的扰流板,这样就能是边条涡提前破裂……,算是部分放弃了边条涡的增升效果的凑合手段吧。这种堵路式的修改即增加了重量,又降低了涡升力和尾翼舵效,但是至少飞起来不那么危险了。

  红圈内为添加的扰流板红圈内为添加的扰流板

  这一对边条涡与双垂尾的矛盾直到F/A-18E/F超级大黄蜂才算是彻底解决。超级大黄蜂加宽的尖拱边条在产生强劲涡流的同时,将涡流的轴线向外移动,避开了直击垂尾。既提供了全舷长甚至覆盖平尾上表面的涡流,也擦过垂尾外壁,增强了舵效。

  通过枭龙的研发改进,成飞对于尖拱边条的使用自然是得心应手。然而枭龙使用的是单垂尾,完全避开的涡流的不利影响。而采用了双垂尾鸭式布局歼20自然就隐藏了新的气动难题。

  此前我们知道了歼20通过多涡系耦合,将涡升力提升到了令人发指的程度。然而全动式垂尾因为其应力更为集中,所以对涡流的冲击也更为敏感。通过照片我们很容易看出歼20验证机的边条涡冲击垂尾的情况与早期的F/A-18情况很相似;所以有理由认为歼20验证机也有同样甚至更严重的困扰。

  美国顶尖专家安德鲁·埃里克森博士曾在了解了歼20验证机后称赞其设计师为真正的天才。在歼20改进定型过程中,天才们再次展现出他们的能力。通过看似简单的修形就有效解决了这一气动矛盾,既不破坏隐身,又增大了容积,甚至可能都没有增重。

  歼20量产型机翼上表面涡流的的效果其实和F-22的很相似,也是斜向流过垂尾外侧。

  另外,对于进气口上边缘由水平改为下垂,有人认为只是为了增强隐身效果。其实改动不只是外段下垂,也进行了更深入的修形,取消了验证机上进气口两侧向外突出的涡流发生器结构。很可能是为了减弱进气口边条涡流强度。毕竟这几组涡流是耦合的,不能独立设计其中某一两组涡流的状态。

  摄影作者为cGoneImage和JacKson bobo摄影作者为cGoneImage和JacKson bobo

  除了气动要求之外,边条还同时还提供了内部空间。从验证机开始就在边条下面突出的纺锤状鼓包其实就是给主机轮提供空间。然而到了量产型,边条以及下方的鼓包上覆盖的透波材料显示其容纳了某电子设备。

  歼20的每一个细节都饱含智慧,经验与技术。之后,我还会选取歼20或者其他机型一些有趣的局部和大家交流。在此,对无私共享歼20照片和视频的摄影师们表示诚挚的感谢,尤其是照片上署名的向老大哥致敬、Mackurt、卉sama、Air Sheep、cGoneImageJacKson。感谢空军之翼网站提供的宝贵资料。

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