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中國的發動機不行,殲-20才用鴨翼?
送交者: 一劍破天 2025年04月04日15:24:21 於 [軍事天地] 發送悄悄話

這是一個讀者的回覆:

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說曾經看到過一個節目中的專家說殲-20的鴨翼設計就是為了彌補發動機推力不足的問題。

當然了,還有有很多說法說為什麼F-22和F-35不用鴨翼就是發動機動力充沛的表現。

但是,殲-20的鴨翼設計真的就暴露出發動機推力不足的“短板”嗎?今天又到了回復時間,咱們展開來聊聊這個問題。

首先不可否認的是F-22的設計是一個相當出色的設計,別人有長處咱們得看得到。給大家放一個20秒的小視頻大家就能很直觀的看到F-22的氣動設計優越性。


從F-22在高速機動的時候我們可以看到雖然F-22並沒有安裝鴨翼,但是其超大的邊條設計在實質上已經起到了鴨翼的效果,在大迎角飛行的時候依然對流經主翼根部的氣流形成了有效的擾動,讓主翼擁有了極高的升力提升。

為什麼W君說F-22是一個相當出色的設計呢?我們看視頻的最後5秒,你會發現經過邊條擾動的氣流精準的避開了垂直尾翼的作用空間,既起到了增升的效果,又不會對垂尾的氣動特性造成過多的負擔。這就讓人對F-22的“常規”氣動設計有了“重劍無鋒,大巧不工”的感覺。

為了能達到這個效果F-22的機身截面被精心的設計過,F-22的機身截面並不像很多人的想法一樣是一個平面而是精心調教過的大R值曲面。

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若幹個調節過大曲面縱向排列出來則讓F-22的機身本身雖然看着寬大平坦,但是依然讓F-22的機身成為了氣動設計中重要的組成部分。

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簡單的理解就是——F-22的機身同時也是機翼的一部分。很多的航空設計者看到F-22的機身設計的時候無不感嘆洛克希德設計師的鬼才就是這個原因了。這是洛克希德浸潤在常規布局設計中幾十年的一個積累結果。其實,F-35被很多人詬病臃腫肥大,但在核心的氣動設計上還是繼承了F-22的設計精要的。

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那麼F-22繼承於誰?答案是F-16,這就是一個設計演進的過程了。

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無論是洛克希德·馬丁、諾斯羅普、波音、麥道,它們都有自己的設計基因。例如很多人在驚嘆B-2是外星人的技術的時候,要知道的是諾斯羅普在螺旋槳時代就已經開始搞飛翼布局了。

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所謂的外星人科技,其實是人家不斷演進的結果。

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那麼我們的殲-20又是怎麼演進到現在的設計呢?

和美國不同,美國的飛機企業實際上都是相對自由的軍工企業,並不歸國家所有。因此它們的設計會更自由更奔放一些百花齊放的各種設計都會出現,當然了這是一句高情商的評論,得細品。咱們的飛機設計單位其實都是掛着“國有”這個前綴的。就更能集中精力去搞一些已經確定和明確的項目。

所以我們自己的飛機的設計傳承性是更明顯的。

我們的設計來自於哪裡呢?初期的設計是來自於老大哥的米格機的。對中國航空工業影響最深的一款米格機就是米格-21。它奠定了我們近半個世紀的戰鬥機發展路線。

注意看這裡:

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不是談殲-20的鴨翼嗎?怎麼又扯到米格-21的尾鰭了呢?太能扯了吧?慢慢讀下去,你會了解我們的整體航空設計脈絡。在米格-21的基礎上我們自己搞出來了一型飛機叫做殲-7,和米格-21最大的不同是改進了主翼,由米格-21的三角翼布局改成了雙三角翼布局。

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我們對比兩者的機翼就會發現殲-7的機翼前緣並不像mig-21一樣是一條直線,而是一條折線。這就是雙三角翼設計,主翼的外側後掠角變小,更加突出了在低空低速的時候的飛行性能。這是一個錦上添花的設計。但你要注意的是,尾鰭還在。

緊接着在殲-7的基礎上放大,我們生產出了殲-8,這其實就是咱們飛機設計的另外一個里程碑。殲-8在殲-7的基礎上簡單粗暴的進行了放大。懟進去兩台發動機,依然採用機頭進氣道設計。

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殲-8的最大特點就是一個字——“長”。機身長度過大的問題又成了咱們戰鬥機的另一個設計基因。但是這時候咱們的飛機設計就和老大哥開始分道揚鑣了。

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在殲-8上你還可以明顯的看到尾鰭的存在。到了殲-8II的時候殲-8的尾鰭就更加激進了。

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起降的時候殲-8II的尾鰭會摺疊收起,在高速飛行的時候尾鰭會打開。

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巨大的尾鰭和垂尾為殲-8II的飛行縱向安定性提供了保障。但是也會讓殲-8II付出更大的結構重量。

到此,我們的戰鬥機設計路線其實就已經基本定型了。為什麼說是定型了呢?設計一架戰鬥機並不是畫圖、做模型、吹風洞這麼簡單的事情。實際上戰鬥機的設計是數學。尤其是在結構選擇和操控戰鬥機的時候,更是要把諸多的參數結合在一起形成“設計公式”。

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這些設計公式中有一些是理論公式、還有一些是驗證公式(近似公式)、再有一些是經驗公式。所謂的理論公式類似於升力、阻力的計算公式,這些東西在理想條件下都是成立不變的;再有就是驗證公式就更貼近於現實情況例如飛機的包線構成、控制面角度的設計;最後就是經驗公式例如上圖中kp,對於菱形機翼和掩護機翼的取的不同的數值就是經驗公式或者說是經驗數值,至於為什麼是1或者是4/3沒有人說的清楚,或者說是需要更複雜的推導過程,因此就會取一個相對正確的經驗數值或者經驗算法。所有東西都是數學,所以別說飛機在天上飛,就連飛機在地面上轉個彎都有數學公式在裡面被驗證和保障設計的有效性。

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能理解這點,也就能理解為什麼W君在說一些事情的時候會在讀者出其不意的情況下扔出來一兩個公式,雖然看W君的文章不是數學和物理課,但有的時候用公式來說明問題本質上是比文字更準確的。

殲-8的設計和積累的數據就奠定了我們的戰鬥機設計會向某一個方向和角度演進。“臨時跳門”行不行呢?這事情還真不行,一個飛機的設計過程中會用到幾萬個甚至幾十萬個剛才說的kp這樣的經驗數值。如果臨時跳門去走另外的設計路線,這些幾十年積累下來的經驗數值就會被清空大部分,新的路線也就相當於從0開始。

那麼殲-8給我們積累了哪些數據呢?——長機身穩定軸線飛行的設計數據和結構數據。所以,讀到這裡以後你在喝酒吹牛的時候就可以和大家清楚的講出來為什麼我們的殲-20是五代機裡面最長的。

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也會明白為什麼殲-8的設計是一個里程碑,更會注意到為什麼殲-20的雙三角翼布局是有歷史傳承的。

但機身長這件事可以保證飛機在飛行軸線上的穩定性,或者說飛機在飛行的過程中太過於安定了。例如:這個東西在飛行過程中軸線方向上是最穩定的。

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大家沒有異議吧?只要不是印度造的,基本上都能遵循最基本的氣動原理。

但是戰鬥機是需要作戰的,需要有機動性,它們並不是上圖中的火箭,如果真飛的那麼穩定並不是一件好事。

怎麼改?加大控制力矩唄,你能想到什麼?沒錯響尾蛇導彈!

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在響尾蛇導彈的前部有四片可以活動的機翼,這個位置上是對導彈控制力矩的最優解,再靠前一些更好,只不過那樣做的話導引頭就沒有地方放了。

在殲-8突出了高空高速性能的優勢下,我們也意識到了殲-8過於穩定的問題。於是就有了殲-9的預研究計劃。

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其實在殲-9的計劃中我們就一直在尋求一種能夠讓做得“很長”的戰鬥機獲得更加靈活的機動性的設計方案。但是當年還是由於技術問題殲-9下馬了或者說是被擱置了。

直到殲-10的出現。

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殲-10與其說是一個量產機,不如說是一個驗證機。殲-10驗證了我們的“遠耦合”鴨翼的控制技術,並積累了大量的經驗數據。

遠耦合是什麼概念?

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耦合的“遠”和“近”是針對於飛機的氣動中心來做的,一個口訣“近耦增升,遠耦增控”,近耦合機翼由於接近飛機的氣動中心,因此鴨翼擾動所帶來的升力增加更為明顯,但也正因為靠近氣動中心,近耦合機翼所帶來的氣動力矩就被縮小了,因此它對機動性的提升很小。

相對應的,遠耦合鴨翼對於由於遠離氣動中心,因此對飛機機動性的提升效果明顯——畢竟力矩大是有優勢的。

網上傳的很瘋的一句話“鴨翼的最好位置是在別人的飛機上”,其實說的就是遠耦合機翼。很多人的往往會以片面的言論做真理。例如“男女授受不親”,是男人女人不能接觸嗎?人家原文是“男女授受不親,禮也;嫂溺,援之以手者,權也。”,完整的意思是“男女授受不親,情急從權”,說的是“救人命比遵守禮節更重要”,而不是孔老二死活不讓你拉大姑娘手。

對於“鴨翼的最好位置是在別人的飛機上”的論述其實最早出現在nasa的個關於X-29的文章中,原文是這樣的:

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這段話翻譯過來是說“由於鴨翼安裝位置接近氣動布局的中心,其通過增加誘導阻力換取的控制增益並不顯著。通過擴展控制力矩,可以在相同的阻力條件下提高控制增益。以至於我們堅定地認為,‘鴨翼的最佳位置是安裝在別人的飛機上’。”

典型的遠耦合鴨翼機就是我們的殲-10和殲-20.。其實說句讓大家舒心的話,發動機的推力並不完全是評價一架戰鬥機機動能力的標準,那位網友回覆中所謂的“專家”說的話不可盡信。合理的氣動布局是可以提高機動性的,但加了鴨翼阻力會增加這是事實,阻力增加也會更加削減發動機的推力這才是真相,所謂的推力不夠氣動來湊其實是違背基本物理常識的。

至於美國為什麼不發展鴨翼三角翼?這件事並不是美國認為常規布局優於壓抑,還是要看傳承的。在上世紀60年代美國的航空企業也有研製鴨式飛行器的熱潮,只不過生不逢時,鴨翼的控制相對困難,當年的航電系統其實想跟上鴨翼的發展還是比較困難的,因此當時雖然有研究熱潮但是成功的不多,這裡面北美航空就是其中一個很典型的代表。

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大家熟悉的就是XB-70女武神轟炸機了。其餘的產品實際上北美航空還有很多。

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當時洛克希德也搞了一個L-113的計劃

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只不過資本主義社會嘛……一切以賺錢為目的。在北美航空XB-70項目被取消了之後,一直期望的軍方大單就沒有到手,就這樣在鴨翼領域內已經掃平競爭對手北美航空就逐漸凋零了。最後的鴨翼作品其實就是B-1B

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通過遠耦鴨翼增加B-1B在低空突防時候的控制性能。雖然這個時候B-1B被很多人認為是羅克韋爾(2001年併入波音)的產品,但是B-1B的真正開發者正是北美航空。

北美航空和羅克韋爾合併、羅克韋爾又被波音收購,美國的鴨式布局的門派也就漸微沒落了。在鴨翼的事情上算是美國自己自廢武功了,這就是制度的問題了。

美國現在搞鴨翼布局能不能搞呢?其實這也是一個“臨時跳門”的舉動,和我們猛然間去搞一個F-22一樣都面臨着基礎數據的積累問題。

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所以說,現在你再看殲-20 是不是就知道傳承在航空設計中的價值了吧,再看殲-20的小尾鰭是不是就有親切感了?

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