午觉睡醒,外面太阳暴晒,温度起来了,继续窝在家里,现在赶稿,今晚出去逛逛。
#空客六代无人机简单估算。
昨天稿子写完,才发现有很多的遗漏,只能今天继续补上,先看该机的最简单的参数,那就是几个角度,前缘后后掠角,后缘前掠角等。
初步测量的结果很吓人,左右机翼测量后,得出的结果是,机翼前缘后掠角达到了夸张的65度!!!!这个数据着实很吓人,要知道,F-35的角度30出头,F-22才42度,歼-20和苏57也不过48度。
折算到过去追求高速的二代机时代,米格-21战斗机机翼前缘后掠角才不过57度,算是二代机机翼后掠角最大之一,英国著名的高速孕妇机闪电,机翼后掠角也不过60度,空客这个新飞机创造了更吓人的历史。
速度最快的黑鸟侦察机,机翼后掠角也就是60度,可以说,假如不考虑别的因素,比如推力,热防护,飞控能力等限制,空客这个飞机,飞3马赫也可能做得到。
德国人设计的新无人机,这机翼后掠角做的过分的极端,这种情况下,高速性能是非常好的,但是升力往往很差,最终他们也想了一些办法弥补,那就是鸭翼加边条,利用涡流增升,而且飞机的机翼也采用了不同寻常的兰姆达构型,机翼内侧做了一个大三角形,外侧做了切尖,这也是最近些年最热门的路子,英国法国的新型有人战斗机都是这种。
总体来说,这种机翼设计的特点是隐身限制下,对机翼后缘做切割,提高机翼的展弦比,使得飞机也兼顾巡航能力。
从MD公司的JSF战斗机方案开始,兰姆达机翼设计就开始大行其道,不过一直没有获得真实的型号应用,直到最近几年。
飞机的机翼后缘前掠角,经过测量,结果大约是23-24度,因为上图有点倾斜,实际结果会有点偏差,但是不影响结论,机翼后缘前掠角嘛,三代机正常都是0度,到了三代半,阵风日本F2战斗机这些飞机,设计更加精细的时候做了一个微小的前掠设计,主要是减低阻力,但是前掠角微乎其微,大约是2度左右。
到了隐身时代,机翼后缘前掠角就要求认真设计,目前知道的F-22和歼20,角度基本是12度前掠水平,空客这个新飞机,几乎提高了一倍,也算是隐身要求提升的表现,这个角度主要应对于尾部轮廓的后向反射波。
隐身设计相对任何设计师来说,是一个非常麻烦的苦差事,从飞机的气动外形开始,到飞机的材料,设备,操纵系统,提出了全新的更加苛刻的要求,这也是新一代飞机跨代的核心要求,不是普通国家能随便搞的。
到了新时代,六代机战斗机设计,则体现了更新的变化,飞机的机翼前缘后掠角继续扩大到极致,后缘前掠角也是如此,总体的变化是,飞机轮廓的法线反射方向数量不断减少,从过去的12对起,暴降到3-4对水平,这也给设计师带来了很多麻烦。
F22和NGAD战斗机的概念图对比,就可以看到这种变化,这种设计极大地降低了机翼的后掠角和展弦比,降低了飞机的巡航升阻比,对于高速飞行的加成更大一些。
NGAD机翼后掠角从F22的42度暴涨到了62度,各家的方案稍有差异,但是后掠角大多在60度这个范围,变化不大。
NGAD这个设计方案的机翼后缘前掠角只有12度,和F22,歼20几乎相同,未来真实飞机的图曝光后再说,从卫星图来看,成都设计的新一代飞机后缘前掠角也增大了不少,大家可以看这个。
这是中国六代机的概念方案,未来如何修改,还不得而知,但是大体样子就是这个,大型赤裸三角翼,没有垂尾平尾,也没有鸭翼(这一点内部也有争议)。
该机采用了EJ200发动机推动,这是所有估算的起点,大家都知道,该发动机的参数如下,最大加力推力(daN) 9000 ,中间推力(daN) 6000,加力耗油率(kg/daN/h) 1.66~1.73 ,耗油率(kg/daN/h) 0.74~0.81 ,推重比 10, 空气流量(kg/s) 75~77 ,涵道比 0.40 ,总增压比 26.0 ,涡轮进口温度(℃) 1477, 最大直径(mm) 863 ,长度(mm) 3556 ,质量(kg) 900。
发动机重量900kg,这是最早宣传,最终产品重量大约是1024-1042kg之间,推重比没有到10,大约就是9的水平,飞机作战空重10吨,按照飞机的结构系数来看,按照高机动设计,取0.22,最终结果,飞机空重大约是4736kg。
如果考虑全内置载荷,重量系数0.20,空重就在5210,4736-5210kg这个重量就是非常理想的空重了,然后按任务载荷2枚AIM-120或者流星导弹算,400KG载荷,起飞重量10吨,可以携带4400KG燃油。
燃油携带比例都超过0.4了,达到0.44水平,非常强悍了,该方案的机翼后掠角较大影响了飞机的总体巡航升阻比,但是内油比例非常高,所以航程还是会很不错。
如果稍微放宽一点,适当降低飞机内油,燃油系数0.4,武器载荷800Kg,也可以获得不错的作战效果,该无人机将有3000-4000km的航程,作为战斗机的僚机,同时起飞,同时降落,部署的时候顶在有人战斗机前面几十公里,做炮灰和炮塔,这个作战效能,比欧洲现有任何战斗机都强悍。
这个飞机的设计,就无人机用途而言,尺寸过大,飞机机翼面积超过了60平米,飞机的摩擦阻力会比较大,造成航程有一些问题,而且更要命的是飞机的进气道长度,初步估算11米水平,非常的浪费,返祖到了米格-21的机头进气时代,内部管道太长,结构重量大,而且内流阻力大,并不算很好的一种设计。
#同样是鸭式战斗机,歼10丢掉的边条,为何在歼20上重新捡起来
大家都知道,从二代机开始,世界战斗机就从高空高速的飙车模式转向到跨音速高机动格斗模式,这个模式的转变,立马给战斗机设计带来了很多全新的元素,从外观来看,那就是飞机机翼普遍降低了机翼后掠角,提高了机翼面积,更为奇特的地方,那就是机翼前缘增加了边条,这几乎成了三代机的标配,F-16,F-18,苏-27,枭龙等,即使设计最保守的幻影2000战斗机,也在进气道侧面安装了一个小型的涡流发生器,充当另类的边条。
到了三代半时代,气动布局又有了巨大的转变,基本都从常规布局升级到了鸭式布局,鸭式布局的好处主要是,作为战斗机最重要的抬头机动,飞机鸭翼大部分时候都可以提供升力,不像常规布局大部分时候都是负升力,就这一点就能节省不少的阻力和重量。
但是三代半鸭式浪潮里面,还是有很多比较稀奇古怪的事情,欧洲的台风阵风鹰狮战斗机外加中国的歼10,算是鸭式战斗机的四大,从增升角度而言,鸭翼增升效果几乎是边条的2倍(按照同等面积计算)以上,所以大家都玩鸭翼,抛弃边条无可厚非。
边条的增升能力很强悍,按照大多数论文的结论,大体相当于边条面积2倍的机翼面积增加,而且增加阻力微乎其微,尤其在超过8-10度以后,边条的作用会越来越大,这就是三代机一窝蜂采用边条的原因。
边条的弱点也很明显,固定结构设计,完全不能运动,不能调节,只能被动的由飞机攻角引发作用,就这个角度让人非常不爽,所以大家都集体抛弃边条换鸭翼,但是在这个浪潮中,鸡贼的法国人却非常神奇的保留了边条,形成了鸭翼边条的独特组合。
在这一场抛弃边条的运动中,中国歼10做的最彻底,彻底没有边条的事,但是欧洲人则走向了另外一条路,阵风最早设计没有边条,但是90年代深入设计后,还是很决然的加上了边条。
而另外两种欧洲鸭式战斗机,鹰狮和台风战斗机,和中国的歼10起步一样,但是最终定型前,都很无奈的又在鸭翼之后加了涡流发生器,主要原因是,飞机在10度左右攻角情况下,飞机的操纵效能不够好,这是原来根本想不到的。
更离谱的是,台风战斗机和阵风战斗机多次空战演习,虽然具有更强悍的发动机,更高的推重比,更少的内油,但是多次失败,最终结果是,给飞机舵面增加面积,同时把EAP时代的边条又请了回来!!这就是AMK机动增强套件的由来。
就台风战斗机AMK套件的事情,充分说明,德国人和英国人合在一起,搞战斗机确实远远不是法国人的对手。
抛弃边条又请回来的潮流,中国也发生过,从歼10到歼20,虽然都是鸭式战斗机,但是最大的不同就是,鸭翼和机翼之间增加了一个很大面积的长边条,这就是历史的轮回。
从歼10到歼20的气动布局变化,也是中国设计师对欧洲3鸭上的边条的认识,虽然鹰狮和台风彻底没有了边条,但是采用性能稍差的涡流发生器做了平替。
这里就稍微补充一点鸭翼和边条的优缺点知识。
边条的有利作用,方面来源于前缘涡产生的涡升力,同时边条涡与机翼的有利干扰、推迟机翼分离的发生和发展也起着重要的作用。因此,希望边条涡的强度大和稳定性好。
虽然边条有各种不同外形,但总的来看它类似于细长机翼。为了增加涡的强度和推迟。它的破裂,需要尽可能地加大机翼的后掠角。对于直线前缘边条,其前缘后掠角最好不小于70°~75°。
边条宽度增加也有好处,主要是增大面积,加大边条长度可以提高边条大迎角的涡升力。与宽度变化,不同的是,在a<20°(攻角)时,边条长度变化对升力无明显影响,而在a>20°以后,对升力的影响比宽度变化更为明显。
F18战斗机算是全世界吃边条红利最狠的飞机,边条和机翼面积比例世界最高,造成了该机超强的大攻角特性,ABCD时代就可以稳定的飞70度,稳稳的世界第一,EF时代品质更好,这就是美国的经验,边条用得好,大攻角不用愁,但是该机也是有名的低速王高速亡,飞机有利包线明显偏向左下角区域(低空低速)。
在小迎角时,边条并不增大升力线斜率,而只是提高大迎角时的升力和CLnmax。对升力特性的这种影响是有利的,不但提高了飞机的机动性,而且对低空突防有好处,减小突风的影响。相对于无边条的基本机翼,边条提高CLmax的百分比为:边条1 --- 24%,边条2--54%,边条3---99%,边条展长的增大(亦即面积的增大)对提高大迎角时的升力有明显的好处。
边条也改善了大迎角范围的极曲线,扩大可使用的升力范围,减小大升力系数的力。这种好处主要是边条提高大迎角升力的影响,因为有边条与无边条相比,或大边条与小边条相比,在同样CL机动的迎角要小得多。
鸭翼和边条各有优劣,上世纪70年代开始的研究,鸭翼虽然有更大的潜力更强的性能,以及更大的操纵效能,最终也没有彻底干掉边条。
边条鸭翼的某个对比模型的升力来看,在a=15°到CLmax的迎角范围内,边条布局不但升力比鸭式布局高,CLmax也高。边条布局CImx的迎角为约28°,而鸭式布局为33°,因此边条布局大迎角的阻力也较鸭式布局低。
在Crmx以后,即涡破裂以后,两种布局的升力相差不大。从单独边条或单独鸭面与机翼的升力之和的曲线看,两种布局方案也有所不同。在中等迎角.直到a≈30°,单独鸭面加机翼的升力大于单独边条加机翼的升力,因为边条是一个展弦比非常小的细长的机翼,它本身的升力在大迎角时才能显示其优越性。
气动设计是一件非常烧脑的事情,花钱很多,对设计师的考验超级的强,飞机的外形可以轻松从图像视频获得,但是特性和优劣,则非常的艰难,需要自己做很多的细致研究,这不是一件容易的事情,尤其要自己使用,则必须做到定量和精确化,需要很长的时间和很多的投入。
单独鸭面加机翼的升力曲线更早地达到最大升力状态,而a>30°以后,边条加机翼的升力不但较高,而且还继续增长,这些都是鸭面和边条作用不同引起的差异(两种方案机翼平面形状相同)。
鸭翼虽然强悍,但是接近20度,就开始出现了机翼最常见的气流分离,继续提高攻角,麻烦就开始出现,实际使用鸭翼的最大攻角都不大,最有意思是,在30-40度攻角这个对于三代机比较危险的区域,采用边条却可以使得飞机可以获得稳定的控制特性,这也是同样是双发鸭式战斗机,台风战斗机最大攻角只有26,但是阵风战斗机却有36度,活活气死人!这就是边条的特色,折腾了30年,中国设计师终于看清了边条和鸭翼的优劣,也理解了欧洲三鸭的折腾,抛弃边条到重拾边条。
PS:累了,歇一歇!