為什么說F15, F16甚至F22都無法做出像殲20一樣的落葉升動作。
首先,我聲明一下,落葉升動作是殲20首創(chuàng)(至少以前沒有過相同的表演動作),那什么扯F15,F16甚至F5都做過的,不用多說,肯定是假的的。所以某視頻宣稱的美國某著名侵略者中隊的飛行員(冒牌貨)出來說什么F15,F16都能做,而且做起來輕輕松松,絕對是扯犢子的。
所謂落葉升,其實就是在垂直(或者傾斜)方向上做爬升時同時做繞速度矢量滾轉(zhuǎn)。從目前的視頻來看,殲20做這組動作的當?shù)赜菓撛?0-30度左右,并沒有太大,因為太大的迎角加上垂直爬升時向下重力的影響,對發(fā)動機推力的要求過于苛刻,實際上是沒有誰能做得到的,否則轉(zhuǎn)不了兩圈飛機就得往下掉了。
【航展殲20新視角。這個角度,非常完美,唯一的缺點就是看不到失速飛控階段。-嗶哩嗶哩】 https://b23.tv/1esL8yi
從視頻種可以看出,殲20滾轉(zhuǎn)一周的時間大概是3秒鐘,也就是說這時候的滾轉(zhuǎn)率達到120度左右,在大迎角時,這是一個非??鋸埖臐L轉(zhuǎn)速率。為什么這么說呢,我們往下看。
換成F15/F16/或者F22,下面這張圖是洛馬公司高級工程師查爾斯.威爾遜在弗吉尼亞大學做學術(shù)演講時的PPT材料,給出了不同迎角下F15/F16/F22對應的滾轉(zhuǎn)率。

我們先以殲20做落葉升時的迎角下限來算,當迎角為20度時,F(xiàn)15的滾轉(zhuǎn)率只有大約40度,也就是說這時候滾轉(zhuǎn)一周需要約9秒鐘, 9秒鐘殲20至少已經(jīng)轉(zhuǎn)了3周。F16在20度迎角時滾轉(zhuǎn)率和F22差不多,約為100度左右,滾轉(zhuǎn)一周約為3.6秒,看起來與殲20相差不大,但是這只是殲20的下限,如果以30度迎角的上限來看, F15滾轉(zhuǎn)率只有約---10度/秒,基本可以忽略不記了。圖中F16在28度迎角時大概可以以60度滾轉(zhuǎn),按照下降軌跡推測30度迎角時滾轉(zhuǎn)率可能在45度左右,那么滾轉(zhuǎn)一周需要8秒左右,F(xiàn)22在30度迎角時大約可以以70度/秒進行滾轉(zhuǎn),滾轉(zhuǎn)一周需要5秒左右,這還是在推力矢量加持的情況下,如果沒有推力矢量,其實比F15也好不了多少(上圖中已經(jīng)分別給出了F22有矢量和無矢量下的滾轉(zhuǎn)率曲線)。
由此可知,F(xiàn)15是無論如何是不可能做出落葉升動作的,否則他就會從天上掉下來,和外網(wǎng)那個F15飛行員說的一樣。F16和F22倒是有做這個動作的潛力,但是只能做到殲20下限的程度,無法做出更大迎角的動作,否則滾轉(zhuǎn)率太低,就有點難看了。
下面看下某人宣稱的F16做落葉升的視頻:
【F-16表演剪輯 High-G Turn+“落葉升”-嗶哩嗶哩】 https://b23.tv/obMeEaE
首先這個爬升角度說是落葉升實在是有點勉強,滾轉(zhuǎn)前基本上是水平飛行狀態(tài),幾乎在滾轉(zhuǎn)開始前一秒增加迎角才有一點爬升的跡象,看起來高度在上升,其實是鏡頭焦距變化拉出來的距離感而已,而殲20是先大仰角爬升然后才開始繞速度矢量滾轉(zhuǎn)。視頻中F16滾轉(zhuǎn)一周大概是2秒,也就是說180度/秒的滾轉(zhuǎn)率,因為該視頻F16飛行速度比較大,所以看起來轉(zhuǎn)的動作很大,實際上迎角是比較小的,按照上面圖表中不同迎角下滾轉(zhuǎn)率看對應的迎角大概12-13度的樣子,離落葉升的迎角實在是差的有點遠,我估摸著也就和下圖八一表演隊的殲10S做的大仰角爬升滾轉(zhuǎn)時迎角差不多大。

可以說殲20目前獨創(chuàng)的落葉升機動,很好地體現(xiàn)了殲20大迎角條件下各軸極佳的穩(wěn)定性和操控,可以說已經(jīng)具備了過失速機動的基本條件,那為什么目前還沒有看到做出更大迎角的過失速機動呢。主要原因可能還是在縱向配平上,由于沒有矢量發(fā)動機,雖然殲20實際上具備在更大迎角下的低頭能力,但是為了保證在做大迎角機動時有足夠的機頭下俯余量,目前的飛控實際上對最大可用迎角還是有限制的。這從殲20做落葉升動作后半截鴨翼的下偏角度可以看出,此時為了配平抬頭力矩,鴨翼已經(jīng)有較大角度的下偏。因此要想繼續(xù)加大可控迎角,實現(xiàn)過失速條件下的無憂慮操作,估計矢量推力還是必不可少的。

到這或許某些人又開始要聒噪殲20不行了,說不能像F35,F18那樣無矢量做過失速機動,但是乃們別忘了,F(xiàn)35和F18能做無矢量過失速機動是以犧牲超聲速性能為代價的,而這恰恰是殲20最看重的性能部分(注: 其實大迎角矢量滾也是過失速機動的一種, 殲20飛行員在采訪中也明確說過殲20具備超機動性)。

而且和殲20同樣注重超音速性能的F22其實也是不具備無矢量做過失速機動的能力的。為什么這么說呢?下圖是來自與前面那張圖同一個PPT的F22的配平能力圖表。

圖標上沒有給出坐標刻度,縱軸是迎角坐標,橫軸是配平力矩,在中間軸左側(cè)表示機鼻上仰,在中間軸右側(cè)則表示機鼻下俯,內(nèi)側(cè)陰影部分是沒有推力矢量時的配平(最內(nèi)側(cè)是單純機體,不考慮發(fā)動機噴流引射氣流影響(JET EFFECT)的情況),外側(cè)的輪廓線則是有矢量時的配平力矩,我們可以看出,在不考慮發(fā)發(fā)動機氣流引射效應(JET EFFECT)的時候,中縱軸中間的某個位置(紅色箭頭處),F(xiàn)22實際上已經(jīng)失去了低頭配平的能力(配平輪廓線處于中線左側(cè)),當考慮發(fā)發(fā)動機氣流引射效應時,F(xiàn)22在某些迎角下才勉強具備一定的低頭力矩。但是,作為一架作戰(zhàn)用到飛機,必須要考慮做大機動時有足夠的下俯余量,因為很多時候在做劇烈機動時還會產(chǎn)生一些動態(tài)條件下附加的氣動力矩和慣性力矩。我們都知道F16的最大迎角被限制在25度左右,而且必須是在平飛時才可以,做9G機動時限制迎角則變?yōu)榱?5度,這就是因為要考慮足夠的下俯余量的需求。
從下圖可以看到,F(xiàn)16在25度迎角時下俯余量還是足夠的,下俯余量力矩系數(shù)大約-0.1左右。 而進入深度失速(即無法下俯)迎角大約在45度左右,但是,要注意到,此圖中F16在0度迎角時實際上是靜穩(wěn)定的,也就是平尾無偏轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生機頭向下的力矩(F16的重心位于重心后限時才是中立穩(wěn)定,也就是說F16在大多數(shù)情況下其實都是靜穩(wěn)定的)

同樣,我們看到,前一張F22的配平能力圖表中當平尾不偏轉(zhuǎn)時機體也是中立穩(wěn)定的,這可能是F22某種負載的試驗條件下氣動中心剛好與重心重合,但是我們都知道F22實際上是大幅放寬靜無穩(wěn)定度的飛機,最大靜不穩(wěn)定度高達-15%MAC(重心位于重心后限時),那么可以認為它在絕大多數(shù)情況下都是處于靜不穩(wěn)定狀態(tài)的,需要平尾上偏一定角度才能達到中立穩(wěn)定,因此,上面的低頭配平力矩還要減去靜不穩(wěn)定度帶來的抬頭力矩, 不帶矢量時原本就小的可憐的下俯力矩余量可能就已經(jīng)被完全吃光甚至在某些迎角下進入深度失速而無法下俯。因此,可以確定,F(xiàn)22在沒有矢量的情況下,也是做不出過失速機動動作來的,更做不出落葉升的動作出來。