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歼20具备超音速巡航能力吗? 第1页

  

user avatar   du-zi-fang 网友的相关建议: 
      

首先现在歼20的气动特性飞行性能之类的都是绝密,任何贴出相关气动模型吹风数据的,都是喝茶节奏……回答这个问题只能基于不喝茶的公开资料以及合理猜测进行推断。

然后要回答这个问题,首先要定义好什么叫超音速巡航:超音速巡航是在不开启加力的情况下,实现长时间的超音速飞行,而且最好是维持1.5马赫或者以上的超音速飞行。从定义看可知,超音速巡航和开加力飙上超音速并不矛盾,或者说是否开加力加速到超音速,和是否具备超音速巡航能力这个问题没有关系。实际上像上世纪的协和式客机,在起飞爬升和加速阶段,也是需要打开加力的,只是进入高空高速的状态之后关掉后燃器巡航而已,但是它依然是具备超音速巡航能力的,而且是跨洋飞行的那种。

然后我们先抛掉什么油够不够用、发动机长时间超音速工作是否有不良影响,有外挂物会造成多大阻力,不同高度不同速度巡航之类的复杂变量,就简单讨论一下在全内置空战挂载,进入战区的油量的情况下,不开启加力全凭军用推力,是否可以在10000m高空维持1.5ma超音速飞行。

所谓维持某个速度飞行,说白了就是不掉高度不降速的匀速运动,稍有初中物理常识的都知道,也就是升力=重力,发动机推力=飞行阻力,整体受力平衡。因此我们只需要先设定歼20进入超音速巡航速度时的重量,得出所需的升力,根据升阻比计算飞行阻力,再和发动机的对应军用推力大小进行比对,就能得出现有发动机是否能维持超巡的结论了。


那么问题就来了,我们不知道歼20在1.5马赫时的升阻比啊?也不知道现在歼20用的发动机什么水平啊?这都是水表问题啊。

不要紧,那我们可以划定两条地板线,只要地板线的升阻比和地板线的发动机也能满足超巡的话,那歼20也就可以超巡了。

第一条地板线是F35A,南京航空航天大学有一篇硕士论文《f-35战斗机三维重建及气动、隐身特性分析》,通过建模进行过不同速度下的气动特性分析,可以进行一定参考。大家都是升力体机身的隐身机,升力特性都不会太差(当然可能F35A的升力系数更大些),而歼20采用鸭式布局,大后掠角的梯形主翼,而且全机长度较长,更为着重超音速减阻,因此大家的升阻比特性应该接近,甚至歼20的超音速升阻比会更大一点。

第二条地板线是su-27上的AL-31F,这个有比较完整的推力曲线图。歼20无论是早期试飞以及早期量产批次用的疑似AL-31FM2(或者说歼10B同款的AL-31FN sep3),还是试飞了一年多的WS-10某种改进型,都应该有比AL-31F更强的军用推力。


先看第一条地板线的,根据《F35三维重建》一文,F35A在1.5马赫的超音速巡航段,模拟的升阻比状况如下。

我们假设歼20的1.5马赫升阻比CL/Cd曲线也长这样(当然不同机型气动特性差异极大,这样非常不科学的但是没有办法,毕竟我又不开实验室更加不想喝茶),那我们还得知道他巡航的时候,应该是多少迎角(AOA),才能对照此图找出对应迎角下的升力系数。

目前猜测服役状态下的歼20,空重按悲观点的数据估计是19.5吨,那先假设进入超巡的四个状态:1、满油12吨+1.2吨空空弹药;2、进入战区2/3油+1.2吨弹;3、半油+1.2吨弹;4,1/3油打光弹药。根据升力=重力,可知需要升力分别为32.7吨、28.7吨、26.7吨、23.5吨。

根据升力公式,飞机升力L=1/2*空气密度p*速度V的平方*机翼面积S*升力系数C,升力系数随着迎角变化,是需要求的值。10000米高空空气密度为0.41271kg/m3,音速为300m/s,也就是说V=450m/s,歼20等效的主翼面积S=75平方米。代入公式可得,升力系数CL分别为0.1、0.09、0.08、0.07就够了。

按照同一编论文的升力系数变化曲线,按上边计算的升力系数CL去找AOA,对着量大概知道巡航时候迎角是1度、0.7度、0.25度、0度多一点点。再结合上边的升阻比曲线图,可得四个状态下升阻比分别为5、4.5、4、3。根据上述升力计算阻力,再除以2(歼20的两台发动机,由于攻角极小所以推力的垂直分量可以忽略),可得在四个状态下,每台发动机所需推力分别为32.05KN、31.25KN、32.71KN、38.38KN。

然后对照AL-31F的推力曲线图(左边为军推),可知在1.5马赫,11km的飞行高度下,单台发动机最大军用推力大约为36KN

对照上边假设的四种状态,AL-31F能勉强满足1/2/3状态下超巡,不能满足状态4下的超巡推力需求。而由于状态4已经是作战结束离开战区并返程,因此不能超巡不是太影响作战效能发挥,因此还是可以认定。即便是使用AL-31F的歼20,在10000米高空,依然能实现1.5ma的超音速巡航。

现在可以理解为啥歼20的飞行员说“进入超音速就是他的天下”了吧。

当然从上述推断还是可以看出AL-31F或者其改进型还是很勉强,未来换装推力更强的发动机,可以使得其在更广的速度范围或者更大的高度范围实现超巡,或者进行更强劲的超音速转弯,或者说实现更高速度下的超巡,甚至实现不开启加力也能进入超巡(以便降低红外辐射信号强度),对于歼20的作战能力的提升,还是大有裨益的。




  

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