牽一發(fā)而動(dòng)全身的飛機(jī)修型
現(xiàn)代噴氣式超音速戰(zhàn)斗機(jī)的流體力學(xué)情況相當(dāng)復(fù)雜,一些表面上的細(xì)節(jié)改變,都可能極大的影響飛機(jī)本身的整體飛行手感,有效改變飛機(jī)的飛行性能。同時(shí),由于當(dāng)代飛機(jī)內(nèi)部設(shè)備相當(dāng)龐大,對(duì)飛機(jī)外形的調(diào)整,往往涉及到深層次的機(jī)內(nèi)設(shè)備的調(diào)整改變,因此外觀修型后,往往會(huì)給飛機(jī)帶來翻天覆地的巨大改變。今天我們就來認(rèn)識(shí)幾款著名的經(jīng)過飛機(jī)修型后導(dǎo)致性能有較大的提升的案例吧。

1、蘇-27脊背和平尾修型案例

我們都知道著名的蘇-27飛機(jī)的“浴火重生”的案例,舊有的設(shè)計(jì)過于保守,無法滿足對(duì)抗美國三代機(jī)的需求,在西蒙諾夫接手后,對(duì)飛機(jī)進(jìn)行了脫胎換骨的重新設(shè)計(jì),但在一般人看來,前后兩架飛機(jī)的外觀差異似乎沒有那么巨大,但正是這細(xì)微差別的集合,使得蘇27的飛行性能大幅獲得了改善,今天我們就來認(rèn)識(shí)其中幾個(gè)重要的改變:
(1)機(jī)頭修型:
蘇-27基本型的機(jī)頭阻力較大,使得飛機(jī)的燃油性能不符合預(yù)期。在西蒙諾夫接手后,在保持整個(gè)機(jī)頭布局沒有大改的情況下,對(duì)幾個(gè)細(xì)節(jié)進(jìn)行了優(yōu)化:

第一是壓縮了飛機(jī)機(jī)頭的框架,縮小了機(jī)頭前部的橫截面積,第二是填充了座艙后部的凹陷,使得后部較為“豐滿”,這不僅降低了飛機(jī)飛行阻力,同時(shí)提升了座艙后1號(hào)油箱700升的燃料儲(chǔ)存空間,一舉兩得。


(2)平尾轉(zhuǎn)軸移動(dòng)

蘇27原始設(shè)計(jì)的平尾結(jié)構(gòu)不僅面積率分部不夠順滑,而且還有著平尾震顫的危險(xiǎn)隱患。經(jīng)過多輪調(diào)整,最終選擇移動(dòng)17.8%的平尾轉(zhuǎn)軸,并切掉外側(cè)尖端,來克服高速飛行時(shí)平尾尖端引發(fā)的震顫問題,這種設(shè)計(jì)不但避免了嚴(yán)重設(shè)計(jì)隱患,而且還減少了一定重量,優(yōu)化了整體的飛機(jī)阻力性能。


2、臺(tái)風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)加裝“渦流發(fā)生器”

我們知道,臺(tái)風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)一開始是考慮到高空高速截?fù)籼K聯(lián)轟炸機(jī)而誕生的,所以飛機(jī)為了追求較低的飛行阻力,滿足超音速巡航的減阻需求,臺(tái)風(fēng)采用了間隔較大的鴨翼設(shè)計(jì),其產(chǎn)生的渦流效應(yīng)和主機(jī)翼耦合效率較低。(在這里解釋一下所謂的“遠(yuǎn)中近耦合鴨翼”,其實(shí)現(xiàn)實(shí)中只有近距耦合鴨翼和遠(yuǎn)距不耦合鴨翼兩種定義,所謂耦合,指的是鴨翼產(chǎn)生的渦流效應(yīng)會(huì)和主翼的渦流產(chǎn)生共同效應(yīng),使得整體有效升力增加;而遠(yuǎn)距不耦合鴨翼,則是兩者渦流不產(chǎn)生共同效應(yīng),鴨翼只是一個(gè)單純的控制面。至于所謂的”中距耦合鴨翼“,其實(shí)本質(zhì)仍屬于近距耦合鴨翼的)但是這樣一來,臺(tái)風(fēng)飛機(jī)在亞音速段的仰俯和滾轉(zhuǎn)性能就無法得到渦流耦合效應(yīng)的加持了,使得它亞音速格斗性能有所弱化。
所以,在2015年前后,臺(tái)風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)的研制方在臺(tái)風(fēng)戰(zhàn)機(jī)服役中期升級(jí)時(shí),提出了一個(gè)設(shè)計(jì):在機(jī)身鴨翼后端加裝一對(duì)渦流發(fā)生器,配合主翼面前緣的渦流發(fā)生器,產(chǎn)生渦流增升效果,使得飛機(jī)在低速段能夠獲得類似于近距耦合鴨翼的渦流增升的效果,使得飛機(jī)滾轉(zhuǎn)和仰俯機(jī)動(dòng)性大幅改善。不過,由于F-35飛機(jī)的強(qiáng)勢(shì)進(jìn)入歐洲市場(chǎng),臺(tái)風(fēng)飛機(jī)的現(xiàn)代化升級(jí)步履遲緩,如今臺(tái)風(fēng)飛機(jī)最大的兩個(gè)使用國-英國和德國都沒有大規(guī)模加裝渦流發(fā)生器的相關(guān)跡象。
在飛機(jī)上加裝渦流發(fā)生器來提升低速段增升并非只有臺(tái)風(fēng)一個(gè)案例,其實(shí)早在1980年代,蘇聯(lián)開發(fā)蘇-33艦載機(jī)時(shí),就特地為蘇-33安裝了一對(duì)鴨翼,來提升它的低速升力效果,后來進(jìn)一步發(fā)展為老蘇-35飛機(jī)的“三翼面”布局,之后也被沈飛繼承到了殲-15的生產(chǎn)中;米格設(shè)計(jì)局開發(fā)米格29K艦載機(jī)時(shí),則選擇了加裝渦流發(fā)生器,增加甲板起飛時(shí)的升力效果,就沒有使用三翼面布局了。



3、三角翼改雙三角翼

三角翼飛機(jī)是冷戰(zhàn)初期為了降低超音速激波阻力而開發(fā)出的一種氣動(dòng)布局,也是迄今廣泛存在的一種常見翼型。相比于后掠翼飛機(jī),三角翼飛機(jī)的后掠角可以做得更大,而且由于機(jī)翼和機(jī)身連為一個(gè)整體,使得它整體強(qiáng)度比同等后掠角的后掠翼要好很多,因此很多戰(zhàn)斗機(jī)都采用三角翼設(shè)計(jì)。不過,三角翼較大的后掠角,也導(dǎo)致它的機(jī)翼面積下降,在低空低速階段尤其是起降階段都有不利的影響,需要較大的進(jìn)場(chǎng)速度和起飛速度。為此,在1960年代,很多國家都開始為三角翼飛機(jī)改裝雙三角翼,使得它起降性能得以很大的改善。中國也在1980年代將殲7E改為雙三角翼,有效改變了殲7系列飛機(jī)起降困難的問題,并使得亞音速格斗能力明顯改善。這也很大程度延長(zhǎng)了殲7的服役壽命,使得它到了2022年還能以某種姿態(tài)存活在解放軍空軍的序列之中。
不過,三角翼改雙三角翼并非萬能,它改善了低空起降性能的代價(jià)是損害了高速的性能,所以到了第三代飛機(jī)和第四代飛機(jī)時(shí),三角翼飛機(jī)通常搭配鴨翼和前緣邊條解決低空低速性能問題,而不再采用雙三角翼設(shè)計(jì)。
