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黑鳥偵察機真的用了渦輪衝壓發動機嗎?
送交者: 一劍破天 2021年07月30日18:20:09 於 [軍事天地] 發送悄悄話

  問:黑鳥的J58不是變循環渦輪衝壓發動機嗎?小編為什麼說它是渦噴發動機?

  答:

  J58發動機的工作原理確實非常複雜,但是“渦輪噴氣發動機”是美國的官方叫法,也是比較貼近改發動機實際工作原理的一種叫法。至於“衝壓”,其實J58只是參考了部分衝壓發動機的工作原理,其中並沒有完全“衝壓”的部分。

  J58發動機主要分三個大部分:進氣道、發動機和二次氣流混合噴嘴(secondary airflow and ejector nozzle)三大部分組成。我們先說發動機,這是整部發動機的核心部分,也是其之所以能夠運轉的核心。J58的發動機部分其實就是一款比較經典的擁有加力燃燒室的渦輪噴氣發動機。從進氣道被壓縮、減速後的空氣在發動機的壓氣機中被進一步壓縮,之後進入發動機燃燒室與燃料混合併點燃,瞬間膨脹。之後,燃燒產生的廢氣通過渦輪進入加力燃燒室再次與燃料混合併二次點燃提供額外的推力。而第一次燃燒產生的廢氣在通過渦輪時可以使渦輪轉動,並以此帶動壓氣機的轉動。

  與其他渦噴發動機不太相同的部分是:經典渦噴發動機在飛行速度極高的時候,壓氣機會產生巨大的阻力。加之進氣溫度的激增導致推力下降,整個發動機的整體推力會急劇下降。因此,J58的發動機部分在第四級壓氣機處增加了6根通氣管。在飛行速度較高時,通氣管打開,將壓氣機中氣流的一部分直接引入加力燃燒室。這部分氣流沒有經過渦輪前的第一級燃燒室,而是直接進入了加力燃燒室,在工作原理上與衝壓發動機有一定的相似性。但由於這部分空氣依舊要通過壓氣機,而壓氣機又是第一級燃燒室產生的廢氣推動的。所以即使是直接進入加力燃燒室的這部分也不能被視作一部衝壓發動機。此外,這時完整走完壓氣機、燃燒室、渦輪的這部分雖然推力和阻力大致相當而不產生整體推力,但仍舊是整部發動機得以持續運作的根本。而並非很多網文中所說的“完全不工作”。所以此時J58的整體更不能被視作一部衝壓發動機。

  最後,即使是發動機中類似於衝壓發動機的部分也不是J58發動機在高馬赫數下的主要動力來源。J58的進氣道在高馬赫數下會將一大部分壓縮空氣壓入發動機周圍,為發動機提供散熱。這部分空氣會在我們剛剛提到的二次氣流混合噴嘴處與從加力燃燒室噴出的高溫廢氣相混合併被加熱。這個過程也像渦扇發動機的外涵道一樣會產生額外的推力。在3馬赫以上時,發動機部分(包括已經不產生整體推力的渦噴部分和產生整體推力的類似衝壓部分)僅提供17.6%的推力,而二次氣流混合噴嘴則能產生28.4%的推力(另外54%的推力則是進氣道激波產生的)。雖然這一部分推力的產生也和衝壓發動機有一定的相似之處,但畢竟沒有點火的過程而只是用廢氣對散熱空氣進行加熱,因此也不能被叫做衝壓發動機。

  由於J58的工作原理比較複雜,往之前的任何一種經典發動機構型上靠都覺得好像有哪裡不對。因此,美國人最後還是決定那就不費那事了,直接用J58最核心的部分——發動機部分的構型將其命名為“渦輪噴氣發動機”。

   

  問:既然現代戰鬥機會怕雷劈,那巡航導彈這樣的制導武器會不會也怕雷劈呢?

  答:

  會,而且由於制導武器都是不載人的(日本自殺式武器除外),智能化程度有限,因此精確制導武器往往比飛機這種載人武器更怕惡劣天氣。

  精確制導武器最容易受惡劣天氣影響的部分是它們的導引系統。目前精確制導武器主要有以下幾種導引方式:雷達、紅外、電視、激光、慣性、GPS。對雷達制導武器來說,其雷達波的波長通常不會特別長,在X波段~Ka波段之間。這種波長比較短的雷達波穿透性比較差,非常容易被雷暴天氣時經常出現的瓢潑大雨所干擾。此外,紅外製導、電視制導和激光制導都屬於光學制導的範疇,三者同樣可能因為下大雨時能見度下降而失效。至於慣性制導和GPS制導則一般不會受雷暴、大雨等的影響。

  另一個會影響精確制導武器的因素是雷暴天氣經常會出現的大風。除了巡航導彈這種自身動力特別充沛且姿態控制能力較好的武器外,精確制導炸彈、滑翔炸彈、精確制導火箭彈等都要求發射平台本身就能夠把彈藥扔到八九不離十的地方。而大風會干擾武器發射後的彈道,是之“準頭變差”。當誤差大到一定程度,超過了精確制導彈藥能夠修正的範圍,自然也就打不准了。

  最後才是遭雷劈本身的問題。炸彈、火箭彈等本體多是鋼製,一般不太在意雷劈的問題。然而其制導套件卻未必同樣是金屬質地的,很多滑翔制導炸彈為了控制重量會使用複合材料製造彈翼。這時,如果彈翼直接被閃電擊中,則有可能發生斷裂並進而導致制導彈藥失去控制。

  此外,雖然如戰斧這樣的早期巡航導彈多使用鋁作為彈體材料,可以在被雷劈時提供類似於法拉第籠的保護,但如JASSMLRASM、暴風陰影這類採用了隱身設計的現代化巡航導彈都開始使用複合材料外殼。這也使其像F-35戰鬥機一樣,更容易被雷電影響。更大的問題是,戰鬥機比這些導彈大得多,設備更加分散。而巡航導彈內部戰鬥部、油箱、電子設備等布置的非常緊湊,更加容易受到閃電的影響。

  問:《戰艦世界》裡只能攻擊航母和戰列艦的深水魚雷有歷史原型嗎?

  答:

  沒有,但是絕大部分魚雷都有控制自己航行深度的定深功能。早期的魚雷多通過壓力計和升降尾舵的聯動來實現深度控制。舉個例子來說,如果發射前魚雷的航行深度被設置為5米。那麼只要魚雷上用來感知深度的壓力計的水壓讀數小於水深為5米時的水壓,就會認為魚雷深度不足,從而與升降舵聯動控制魚雷下潛,反之亦然。

  不過,這種比較早期的深度控制設備並不能讓魚雷穩定在某一個深度下,而是會在設定好的深度附近反覆橫跳。這個問題在19世紀中後期,被英國人懷特海德(Whitehead)解決了。他為傳統的魚雷定深器增加了一個擺錘。這個擺錘會隨着魚雷俯仰狀態的改變而擺動,即可以感知魚雷的俯仰狀態。在壓力計感知到魚雷正好達到了發射時設定的深度時,擺錘如果感知到魚雷的姿態並不是水平的,則會驅動魚雷升降舵使之改平魚雷的航行狀態,以此達到穩定魚雷深度的效果。這種定深器最早被應用在了懷特海德設計的白頭(Whitehead)魚雷上。

  至於魚雷為什麼要進行定深,則有三個原因。其一是在艦隊作戰時,驅逐艦這樣的淺吃水護航艦艇往往會駛入雙方主力艦隊的中間,這時向對方主力艦隊發射的魚雷很可能會被這些輔助艦艇“擋刀”。因此,就可以將魚雷深度設定的比較深,來繞過這些淺吃水的輔助艦艇。另一個原因是水深越深,水壓也就越大,艦艇被魚雷攻擊產生破口後進水速度也就越快,損管難度也就越大。因此在對付抗沉性比較好的大型艦艇時,定深比較深的魚雷會比定深比較淺的魚雷更容易造成致命損傷。最後一個原因則是魚雷航行深度越深,其航行軌跡就越不容易被發現,魚雷攻擊就越容易得手。至於《戰艦世界》中的魚雷為何不能手動定深,而要採用“深水魚雷”、“淺水魚雷”的劃分,可能只是為了方便玩家而對魚雷的定深系統做了一定的簡化。


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