殲十B飛眼鏡蛇暴露機密:拆了矢量發動機,殲十靠刷機也能性能暴漲
原標題:殲十B飛眼鏡蛇暴露機密:拆了矢量發動機,殲十靠刷機也能性能暴漲
殲10B過失速表演
殲10眼鏡蛇
在珠海航展上,安裝有矢量推力版本太行改型發動機的殲10B,進行了建國以來含金量最高的飛行表演,而其中最重點的能力展示就在於過失速機動的演示。
戰機的機動性和汽車的機動性在某些層面上是相像的,比如汽車的過彎和戰機的盤旋。比如一些非常狹窄的急彎,機動性好的運動型小車可以用很高的速度入彎、出彎;但換了個麵包車、貨車,同樣的速度進去,結局就很可能是衝出彎道、翻車甚至車毀人亡。
高重心車天生不能急速過彎
戰機的機動能力在這方面是類似的,誰能用更高的速度、更短的時間、完成一個半徑更小的轉彎,誰的盤旋能力就更好。但是一旦超越極限性能,飛機也會陷入失控,而且比汽車更危險——它會陷入難以改出的失控狀態,墜向地面。
在沒有通過在飛控系統中加以人為限制,實現「無憂慮操作」以前;由於飛行員試圖實現超越性能極限以外的盤旋動作,最後導致飛機陷入失速而尾旋墜毀的事故非常常見,實際上在今天,這類事故仍不能完全避免。
F1賽車
汽車的過彎極限是比較容易理解的——重心要低、懸掛支撐要夠,讓車不易側翻;輪胎抓地力一定要夠,否則車就會在高速下抓不住路面,由於前沖的慣性而甩出去根本轉不過彎。F-1賽車,就是為了高速過彎設計而演變到極致的產物。
飛機在盤旋中的「抓地力」,就是飛機(主要由機翼)產生的升力。產生升力的大小,和機翼的相對角度是密切相關的;機翼相對於飛機前進方向翹得越起、迎角越大,升力也會越大。
迎角
失速尾旋
但到了一定程度以後,機翼就會抓不住附著在它表面的氣流,而是會把整個氣流撕得粉碎——有些像汽車高速開進全是砂礫和碎石的路面一樣;這種狀態,就叫做失速,飛機會喪失幾乎所有升力。
筆者之前的文章中用過一個現實生活中的例子,這次再用一次:早年一些廉價的塑料扇葉電扇,由於扇葉的外形和剛度設計就是胡搞,且動平衡精度很差;因此經常會陷入失速狀態——突然陷入急劇的抖動、雜訊驟然加大,風扇在轉但是風力極其微弱。
K8失速尾旋訓練
在軍用飛機的高速轉彎中,一旦進入失速狀態就不難想像了。因此長期以來,飛機盤旋能力的改進,一直在朝幾個方面努力:同樣迎角產生更大的升力,失速迎角來的更晚,就算機翼喪失大部分升力、依然有能力控制飛機。
F18HARV大迎角下邊條產生的渦流
前兩條放在汽車上,類比於調整重心和懸掛,改善輪胎橡膠配方、花紋設計,加大輪胎的尺寸(尤其是寬度)。放在戰機上,最大的突破就是利用鴨翼和邊條形成的渦流,極大的提高機翼形成升力的效率、強化機翼對上表面氣流的附著能力——這使得戰鬥機的最大可用迎角從接近20度一下擴大到接近、超過30度。
矢量推力
矢量推力的應用,則為第三條能力的實現提供了一個非常關鍵、非常重要的硬體基礎。在機翼乃至於其它翼面(比如平尾)陷入失速以後,它通過偏轉噴口實現的控制力,依舊是不打折扣的,能有力的控制飛機繼續抬頭或者低頭——特別是低頭。
F22反尾旋傘地面測試
空中開傘
殲10B尾部支架
殲10B噴口前方的幾個殘留的安裝座實際上也是通用的功效——它是反尾旋傘支架的安裝基礎;一旦飛機陷入尾旋,就能通過放傘在機身後方形成巨大的阻力,拽住戰機、強制戰機的迎角縮小到可控範圍以內,恢復機翼上的氣流附著。只是這樣的設計重量和阻力巨大,只能用於試驗樣機。
這對於某些氣動外形的機型來說,矢量推力實現突破過失速可控飛行不可或缺的基礎——比如蘇27系,沒有矢量推力的情況下,它只能完成眼鏡蛇這樣飛機姿態是自發恢復、而且恢復過程中不可控的過失速動作。
對另一些戰機來說,由於可以保證機翼超過失速迎角以後,平尾、方向舵仍然能有效控制機身姿態變化;因此它們不依賴矢量推力,也能實現很大程度的過失速可控——目前在三代機中,僅見於F18E/F系列。
F18HARV
F18E
F18E/F的這種能力,建築在F18 HARV的基礎上。NASA選了一架F18作為大迎角研究的驗證機平台,改裝了矢量推力和對應的飛控改進,進行了長期深入的過失速飛行研究;研究結果,被大量反饋在了F18E/F的設計過程中。
殲10B和整個殲10系列,不依賴矢量推力的情況下,過失速潛力特性是接近蘇27家族還是F18E/F,目前還不能準確判斷。但以時代背景和技術延續規律來說,殲20不依賴矢量推力也能實現很高程度的過失速飛行性能的幾率非常高,實際上在之前的成都上空,就有人拍到過殲20進行赫伯斯特機動的鏡頭。
僅就殲10系列本身來說,殲10B目前展示的能力代表著一個巨大的改善前景:長期以來,中國的試飛能力極為落後。系統性的尾旋試飛能力,實際上是90年代才派飛行員赴外學習、1999年才由李中華、李存寶成初步突破。
但是到殲10基本型定型為止,殲10的失速尾旋試飛都非常不完整。很多科目沒有做,或者只能以讓步的形式完成——比如縮比無人機代替載人真機進行高危飛行,給出近似的數據結論。這使得很長時期內,殲10有一部分的極限性能,基於安全性的顧慮,在飛控的電傳控制律中、培訓飛行員的飛行手冊中,被人為的「封印」了起來。
殲20有今天,靠的不是彎道超車,而是腳踏實地
現在殲10B在拆除反尾旋傘以後,公開表演大量的過失速機動飛行,代表對於殲10系列的過失速區域飛行特性,中國已經獲得了非常深入、紮實的研究成果,拉下的功課已經補全。在這個基礎上,解放殲10系列在極限性能附近的飛行潛力,純粹的技術性難度已經沒有了。
對於原生的數字電傳戰機來說,這樣的軟體改進並不困難——如果不考慮基於安全管理等因素,從而在維護制度、軟體、硬體上加以諸多的額外限制;實際上技術人員帶台電腦就可以像刷手機一樣,連接相關介面,給飛控打上新的補丁軟體包,根本不用返廠。
※殲十B飛眼鏡蛇暴露機密:不裝矢量發動機,殲十刷機也能性能暴漲
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