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解放军重型战机机翼的设计全有缺陷?
送交者: 三把刀 2017年11月12日23:09:15 于 [军事天地] 发送悄悄话

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  △采用升力体结构的苏-27

  苏-27作为当前我国近半主力战机的雏形,相信不少人对它的各类数据已是如数家珍。其中一些极其“非主流”的数据、特点,如近10吨的内载油、看似不合理的机翼设计等等,都令人印象深刻,也有着不少争议。

  尤其是最近有观点认为苏-27的机翼设计有缺陷,如果确实如此的话那么解放军从歼11系列到歼15、再到歼16必然也都有问题,那事实真的如此吗?今天,北国防务就来简单说说这两个问题。

  苏-27有着10吨级的燃油储存空间,平常区分成5-6吨的正常燃油,以及约4吨的“内置副油箱”在使用。那么这个“内置副油箱”是苏联设计师为了航程加上去的么?其实并非如此。

  多出来的4吨油箱空间可以说是采用升力体机身后,“自动会多出来”的空间。

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  △采用箱式机身的米格-31

  在结构特性上,像F-15、米格-25这种箱式机身,机翼与机身的交接方式,就像是一块平面以90度插在箱子上,这样的设计,应力很难用蒙皮去承担。而像苏-27、F-16这样的升力体,机身很平滑的过渡到机翼,因此翼根处的横截面积就会类似三角形,这先天就有结构强度,因此很容易设计成让蒙皮去承担部分应力,这样在一样的结构强度下,重量反而比较轻,而且也有助于减少表面积(也就是减少摩擦力)以及移除机翼与机身的不利气流干扰,再加上这样一来机身又很容易设计成机翼剖面,能贡献可观升力,于是可以提升飞机的升阻比,那么在达到需要的升力的情况下,结构又可以再减轻。

  因此升力体结构其实是有助于减重,而且前面提到这样的结构的翼根会“自动”出现空间,这就可以放油,所以这是多出来的好处,并非增重而来。当初苏-27确定用升力体设计后,做细部设计时才发现可以多出4吨燃油。

  所以是升力体为先,发现可以多放4吨燃油。而不是为了多放4吨燃油,去弄升力体。而且升力体在结构上反而有助减重。

  需要指出的,这个多出来的油箱储量本来确实有可能造成增重,但在军方与生产方技术规格的协调后,这事情并没有发生。详细的过程是,设计师发现升力体机身可以容许多余的4吨燃油,不过按照苏联标准,必须在携带85%内燃油情况下发挥需要的飞行性能,包括8.5G的最大G力。这样一来结构确实就必须要增加,例如20吨跟25吨做出9G,分别需要承受180吨与225吨的升力,那结构要增加就必须要增重,而当时T-10已经面临航电超重问题。

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  △早期苏-27凭借强大的内载油足以完成国土防空任务,因此没有空中加油设计。后来用途、任务需求发生变化后,各种衍生型号开始基本上都具备了空中加油能力

  如果这时候照着规范走下去,增加结构重量、然后又挑战发动机.....等一系列的恶性循环。然而事实是设计局与军方协调,最后妥协出来的结果是,不要把多出来的4吨油当作内燃油,而是当成“内置副油箱”,这样就完全没问题了,符合原来的航程需求,也排除必要时使用副油箱造成的气动损失与挂点损失。

  关于苏-27的机翼,有观点认为它的后掠翼有缺陷。这也是值得商榷的,当然,F-15这样类似三角翼的主翼,翼根比较长,因此强度大,而且后掠角很大,所以超音速效率好。不过这是就机翼而言,而飞机还要看整体,苏-27用升力体,机身负担部分升力,而且在翼前缘延伸的涡流作用下,升力中心会往翼跟靠,因此在满足升力需求的情况下,机翼翼根的负担不见得比F-15的大。这样一来如果用三角翼,强度当然会更大,但是飞机的设计是要取平衡,强度够用了那就可以追求别的。

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  △F-15与F-35一起

  用苏-27这种机翼,展弦比比F-15大,掠角比F-15小,这样亚音速升力系数、诱导阻力系数都会比较小,有利于亚音速机动能力。超音速效率则会不如F-15的机翼,不过这代飞机主要作战速度本来就是亚音速,所以不能说这是苏-27的缺点。

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