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反駁下鴨式布局亞跨聲速機(jī)動(dòng)性較差的錯(cuò)誤觀點(diǎn)

2023-03-27 13:16 作者:FLYING翎羽  | 我要投稿

此文為本人原發(fā)于知乎:https://zhuanlan.zhihu.com/p/617215240

有這么一種觀點(diǎn),認(rèn)為鴨式布局超聲速性能較好,但是亞跨聲速機(jī)動(dòng)性相比常規(guī)布局要差。真的是這樣嗎?

亞跨聲速常規(guī)布局其實(shí)并不占優(yōu)勢(shì),通常認(rèn)為常規(guī)布局占亞聲速持續(xù)機(jī)動(dòng)性占一定優(yōu)勢(shì)是三代常規(guī)布局(F15/16/18、蘇27/米格29)由于主翼后掠角較小(30-45度)以及展弦比大(3.0及以上),因此相對(duì)鴨式布局的大后掠三角翼布局(50-55度)而言誘導(dǎo)阻力小些。但實(shí)際上到了四代機(jī)大家都是小展弦比機(jī)翼(F22也只有2.36的展弦比,而殲十展弦比則是2.5,F(xiàn)35展弦比也只有2.68),然后通過加大飛機(jī)機(jī)翼面積降低翼載荷(除了F35是高翼載),然后充分利用渦升力增升和升力體的升力優(yōu)勢(shì),實(shí)際上雖然小展弦比也有很強(qiáng)的亞聲速機(jī)動(dòng)性,只要推重比不拉胯就行,鴨式布局也是一樣,只要翼載低同時(shí)高推比,亞跨聲速性能也同樣很優(yōu)秀。

為什么這么說呢?先看下誘導(dǎo)阻力公式,式(7-4)是經(jīng)典的誘導(dǎo)阻力公式,與展弦比成反比(一般三角翼展弦比較低),且與需用升力系數(shù)的平方成正比(由此可見翼載高的飛機(jī)誘導(dǎo)阻力也會(huì)更高)。

但式(7-4)只適用于小迎角小升力系數(shù)范圍,中等及以上迎角時(shí)是不適用的,這時(shí)候需要用式(7-7)。

經(jīng)典的誘導(dǎo)阻力公式(7-4),但是該公式在中、高機(jī)動(dòng)迎角時(shí)其實(shí)并不適用,只適用于小迎角的情況
升力系數(shù)大于0.3后,上圖的式7-4即不再適用,對(duì)中小展弦比薄機(jī)翼可用式(7-7),一般來說三四代戰(zhàn)斗機(jī)都屬于中小展弦比薄機(jī)翼。
式(7-7),在迎角大于8度時(shí)有較好的適用性,此時(shí)誘阻系數(shù)其實(shí)只與需用升力系數(shù)和需用迎角的正切值相關(guān)。至于后掠角、展弦比什么的主要影響的其實(shí)也是升力系數(shù)斜率也就是需用迎角。

通常來說,鴨式布局由于大三角翼通常翼載都很低,因此做相同過載的機(jī)動(dòng)需用升力系數(shù)低不少,因此雖然大三角翼升力系數(shù)斜率較低(鴨式布局的渦升力可以大幅提高中等以上迎角的升力系數(shù)斜率),但是由于需用升力系數(shù)低(例如殲10的機(jī)翼面積38平米是F16的136%,假設(shè)重量相等那么做等過載機(jī)動(dòng)時(shí)需用升力系數(shù)只要達(dá)到F16的73%即可),因此需用迎角其實(shí)并不高,因此誘導(dǎo)阻力并沒有很多人以為的那樣會(huì)大很多。比較典型的例子,瞬盤很強(qiáng)的臺(tái)風(fēng)和殲十最大限制迎角其實(shí)只有24-26度(殲10后期型將可用迎角提升至了36度以提高大迎角性能),可用迎角其實(shí)和蘇27/F16差不多,他們之所以瞬盤很強(qiáng),主要得益于低翼載設(shè)計(jì)和鴨式布局本身并不差的升力系數(shù)斜率帶來的高升力(升力面積大)。 人們通常用幻影2000和鷹獅瞬盤很好但是穩(wěn)盤很差來舉例鴨式布局穩(wěn)盤很差,卻往往都忽視了這兩者推重比都非常之低(發(fā)動(dòng)機(jī)太弱),這才是導(dǎo)致二者穩(wěn)盤差的根本原因。另外幻影2000是60度后掠角的無尾三角翼布局,展弦比也更小,升力系數(shù)斜率比一般鴨式布局更低,因此對(duì)其穩(wěn)盤更為不利些,但即便如此,幻影2000-5在海平面0.9馬赫時(shí)其實(shí)也可以做9G穩(wěn)盤(空機(jī)推重比約1.26,作為對(duì)比殲10A約為1.41),至于鷹獅,那純粹就是推比太低的鍋,鷹獅C空機(jī)推比只有1.14,到鷹獅E換發(fā)后也才達(dá)到了1.2多點(diǎn)。

某些人經(jīng)常用印度MMCRA競(jìng)標(biāo)中的實(shí)機(jī)測(cè)試情況來證明鴨式機(jī)穩(wěn)盤不行,但是實(shí)際上結(jié)果其實(shí)恰恰證明鴨式布局穩(wěn)盤其實(shí)也很不錯(cuò),僅僅在低空稍稍低于優(yōu)秀的常規(guī)布局。

印度中型戰(zhàn)斗機(jī)競(jìng)標(biāo)5000英尺(1524米)高度穩(wěn)盤實(shí)機(jī)測(cè)試結(jié)果

就拿臺(tái)風(fēng)來說吧,起飛推重比1.11只比F16的1.09高了0.02而已(也可見F16E/F block60的推重比其實(shí)非常高,僅僅稍稍低于臺(tái)風(fēng),絕非某些人說的F16E/F block60由于增重推比不如block50,所以block50穩(wěn)盤更好之類的,不看人家什么發(fā)動(dòng)機(jī)么?),而穩(wěn)盤角速度16.2度比F16的16.5度僅僅低了0.3度,由此可見鴨式布局的穩(wěn)盤劣勢(shì)非常小,而瞬盤優(yōu)勢(shì)則要強(qiáng)很多。這其實(shí)還只是在低空對(duì)比的結(jié)果,由于高度越高,空氣越稀薄對(duì)大機(jī)翼、翼載低的飛機(jī)越有利,因此到了中高空,臺(tái)風(fēng)/陣風(fēng)的穩(wěn)盤完全可以做到不亞于F16。這也是為什么意大利的臺(tái)風(fēng)飛行員說在3000米以下臺(tái)風(fēng)和F16機(jī)動(dòng)性差不多,但是到3000米以上高度,臺(tái)風(fēng)怎么樣都能摁死F16。同樣,這也是為什么我以前說殲10只要推重比不弱,穩(wěn)盤也不會(huì)比F16差多少的原因,尤其是在中高空,殲10完全有擊敗F16的能力。在低空時(shí)由于空氣密度大,摩擦阻力占比較高,因此相對(duì)F16這類高翼載的飛機(jī),翼載低的鴨式機(jī)會(huì)吃點(diǎn)虧(高海拔是空氣稀薄,摩阻也即零阻占比總阻力比例減小、誘阻占比上升反而對(duì)F16這類高翼載的飛機(jī)更為不利)。

殲10的機(jī)翼 后掠角53度,展弦比2.5,其實(shí)比臺(tái)風(fēng)的翼展弦比更大,臺(tái)風(fēng)機(jī)翼后掠角53度,但展弦比只有2.2左右(為了加翼尖掛架機(jī)翼切尖降低了展弦比),因此理論上殲十的升力系數(shù)斜率要比臺(tái)風(fēng)還好一些。而且殲10的大復(fù)合扭轉(zhuǎn)機(jī)翼本身誘導(dǎo)阻力就要小不少(改善了機(jī)翼升力的展向分布,使升力更多地集中在機(jī)翼內(nèi)段)。

當(dāng)年宋老爺子為了降低殲10的誘導(dǎo)阻力算是用盡了辦法
殲10的鴨翼渦和主翼渦主要集中在機(jī)翼內(nèi)段,半翼展前緣襟翼下偏后刻意減小了外翼段的渦流改善升力的展向分布以減小誘導(dǎo)阻力

實(shí)際上早期YF22和殲20一樣主翼都是后掠角48度展弦比2.2,如果后來沒改的話我估計(jì)其亞跨聲速性能還不如有鴨翼邊條翼的殲20。不過F22由于評(píng)估發(fā)現(xiàn)超聲速推力足夠大,即使減小后掠角也能滿足超巡需求,所以減小了機(jī)翼后掠角以盡可能提高些亞聲速機(jī)動(dòng)性。同樣,蘇57機(jī)翼后掠角也是48-49度,不過寬間距發(fā)動(dòng)機(jī)布置增加了翼展,因此展弦比稍微大些,但實(shí)際上其外露機(jī)翼也一樣是大后掠角小展弦比機(jī)翼,和殲20沒什么區(qū)別。因此并不能認(rèn)為常規(guī)布局亞跨聲速更有優(yōu)勢(shì),而且跨超聲速鴨式布局零阻更低,實(shí)際跨聲速還更占優(yōu)勢(shì)。

另外,大多數(shù)人認(rèn)為亞聲速性能較好的陣風(fēng)也是48度后掠角,展弦比2.2,和殲20的機(jī)翼一樣。只不過呢,陣風(fēng)是小鴨翼小邊條加雙中推,而殲20是大鴨翼大邊條加雙大推。另外殲20有升力體機(jī)身和更多的渦系組合(機(jī)頭渦、進(jìn)氣道唇口渦、菱邊渦等),陣風(fēng)則是常規(guī)的翼身融合布局。

飛設(shè)手冊(cè)截圖,邊條翼即帶邊條的常規(guī)布局,復(fù)合翼特則指雙三角翼布局。可見鴨式布局亞聲速零升阻力和常規(guī)布局相近,但跨超聲速零阻低不少。

所以,認(rèn)為鴨式布局亞跨聲速機(jī)動(dòng)性一定就差絕對(duì)是種錯(cuò)誤的觀點(diǎn),是對(duì)氣動(dòng)力和飛行機(jī)動(dòng)理論缺乏深入理解的表現(xiàn)。


反駁下鴨式布局亞跨聲速機(jī)動(dòng)性較差的錯(cuò)誤觀點(diǎn)的評(píng)論 (共 條)

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