歼十大战机的进气口为何不与机身融为1体?

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歼十大战机的进气口为何不与机身融为1体?

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资料图:歼-20出现的神秘六边形

最近有报道称,美国空军今年要在欧洲布署F-35A,而俄罗斯T-50研制进度迟缓,可能需要向中国采购歼-20来对抗F-35。

问题:歼10战斗机的进气口为什么不与机身融为一体?

  2011号歼-20是我国最新研制出的一款第四代战斗机,相比之前试飞的歼-20型号,2011号很不一样,也因此备受关注。光从外表上看,就能很明显地看出2011号歼-20的独特之处:主翼动作筒缩小、进气口形状改变、机头下方安装有EOTS(光电瞄准系统)传感器、垂直尾翼切尖、发动机尾喷管缩短、座舱盖加装加强框等等。

这个消息确实够震憾的,以前都是中国购买俄罗斯飞机,从苏-27到苏-30,再到苏-35,如今真的要倒过来,俄罗斯从中国购买飞机吗?

回答:

  近日,更多的2011号歼-20新图曝光,军迷们的关注点也从那些显而易见的“大改”处转移到了更为细节的地方。一张2011号歼-20进气道外侧的神秘六边形装置的图片,就引起了不少军迷的高度关注。从外形上看,这个装置以规则的六边形附着在进气道外侧,内部有类似网格的构造,一前一后共有两个,如同两扇小窗。那么,这个神秘的六边形装置到底为何物?又有何功能?

如果仅从技术角度分析,歼-20相对T-50确实占有优势,俄罗斯应该有购买意向。

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  1、“高大上”的等离子隐身装置?

歼-20比T-50先进,也许有人不相信。但事实就是如此。

题目说的歼-10,应该是指歼-10A,进气口在机身下侧,两者之间还有一条不算宽的沟槽,看起来,似乎会增加阻力,但到后来的歼-10B、歼-10C就变得平滑了很多,几乎和机身融为一体了。

  等离子隐身技术的名号听起来就让人倍感科幻,其实已经不是什么新鲜概念。早在上世纪60年代,美苏两国就开始着手等离子体吸收电磁波的研究。其基本原理是将等离子体放电管作为天线元件,当放电管通电时就成为导体,能发射和接收无线电信号;当断电时便成为绝缘体,基本不反射敌探测信号。

T-50至今仍没有打开弹舱的照片,而歼-20和F-22、F-35打开弹舱的照片则早已满天飞。要知道,隐身弹舱是四代机的标配,是其区别于三代机的重要标志。见不到T-50打开弹仓的照片就无法判断其弹仓能否使用甚至是否存在。

歼-10A进气口与机身之间的缝隙,叫“附面层隔道”,作用十分关键。

  目前我国在等离子隐身技术理论研究方面已经获得突破。国内有关研究单位提出了将高气压强电离气体放电方式产生的非平衡冷等离子体用于隐身。并展开了相应的研究,认为利用强电离气体放电方法产生非平衡冷等离子体的实用型等离子体发生器,可望解决当前等离子体隐身技术普遍存在的一些主要问题。

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战斗机在大气中飞行,速度很快,迎面而来的气流也很快,正好给发动机进气、提供燃烧需要的氧,但是空气动力学上有一个效应,飞行中的战机,表面附近的一层空气会被“带跑”,速度与战机相近,看上去就好像黏附在了战斗机的表面,这就是所谓的“附面层”。

  数年前的一篇关于等离子隐身技术的文章曾引起不小轰动,据说作者是西部某大学的博士生,该文章披露,2005年,大连海事大学环境工程研究所下属的高气压强电离放电辽宁省重点实验室,在高气压强电场电离放电理论及方法的研究取得了突破性进展,强电离放电间隙中大多数电子具有的能量足以把氨、氧等作为空气成分的气体分子电离成高浓度等离子体。其等离子体浓度也可能达到1015/cm3左右(而用于隐身技术的临界电子浓度在1012/cm3这个量级),远高于弱电离放电7个数量级。

歼-20打开弹舱

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  文中写道,大连海事大学环境工程研究所下属的高气压强电离放电辽宁省重点实验室,研制的等离子体产生器件是一种薄片式器件。外型尺寸为:厚0.15cm。宽
4cm,长5cm、10cm、20cm三种规格,根据要求选取,它可贴附在电磁波强散射部位或进气壁上。

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从战斗机的角度看,附面层的空气,虽然也在向后流动、速度却很低,而附面层以外的空气流速则很高(理论上应该和飞机前进的速度一样),速度截然不同的空气,如果一起被进气口吸入,发动机轻则熄火,重则损坏叶片而发生事故。

  从以上信息来看,歼-20采用等离子隐身技术并非是绝无可能的,至少有一定的理论基础;而且从这个神秘六角形装置的大小、安装位置来看,也与我国目前制造出来的等离子隐身器件吻合。

F-22打开弹舱

正因如此,战斗机的进气口,都要考虑如何避免吸入附面层,简单的做法就是设置一条狭窄的“附面层隔道”,让附面层沿隔道向后流动,探出在外的进气口只吸入正常速度的空气。

  认为新一架歼-20采用等离子隐身技术的网友分析,从神秘六边形装置出现的位置来看,也可以得出是等离子隐身设备的结论。众所周知,翼面的大幅扇动会造成隐身暴露,而这两个“等离子贴片”的位置刚好位于歼-20鸭翼的前下方,可以在必要的时候开启,用等离子层对鸭翼形成“包裹”以达到隐身的目的。

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这种设计在三代机上很常见,如F-16、苏-27、歼-10A、EF2000等都有:

  不过,综合来看,歼-20采用等离子隐身的说法有点太过于“浮夸”,作为我国第一款第四代隐形机,中国军工走的还是踏踏实实、一步一个脚印的路子。虽然等离子隐身技术在理论上已经实现,但毕竟没有大规模使用的先例,歼-20采用此等超前技术的可能性不大。而且相比发动机尾喷口直接裸露造成的隐身性能下降,用等离子层包裹鸭翼得来的补偿也是不足以对整体有大的影响。与其花费心思去做“高大上”的等离子隐身,还不如在发动机喷口的进一步改进上下功夫来得值。

F-35打开弹舱

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  2、普通的进气/排气道?

T-50严重拖进度,仍在试飞,且延续了苏-27系列的常规气动布局。其气动“亮点”,位于进气道入口正上方的一对可动边条并不神奇:一是其面积不大,作为襟翼或小边条使用尚可,不能取代鸭翼,其机动性仍不如鸭式飞机;二是由于其位置特殊,作为进气道可调斜板使用尚可,若在机动中大幅偏转,则会引起进气道气流畸变,使发动机喘振或停车;三是其全机舵面达到了12块(另有前缘襟翼、后缘襟翼、副翼、平尾和垂尾各一对),比常见飞机多2块以上,工程技术上讲究机构越简单越好,越复杂可靠性越低,对于电子和控制技术较落后的俄罗斯,这不是优点。所以,其“亮点”应是无附面层隔板隐身进气道技术未突破,又追求进气效率的无奈之举。我国无附面层隔板隐身进气道早已成熟,现已多种批产机型上应用。

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  2011号歼-20进气道侧面的这两块神秘六边形装置,仔细观察我们可以看到这是两个被网格覆盖的开口。对比F-22、F-117A、B-2等几款机型可以发现,也有类似的设备,不过一些是做成网格状,一些是可开闭的多边形窗口。不同的开口都有着不同的功能,主要分为以下几类:

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  (1)进气道辅助进气门、放气门;

至今仍未见T-50打开弹舱的图片

但是附面层隔道的设计,会形成一个反射腔,不利于隐身,四代机上就很少见到类似的结构,美国F-22设计年代较早,采用复杂的隔道设计来避免破坏隐身,到F-35就采用了DSI进气道。

  (2)机体附面层泄放口;

T-50外形隐身设计不明显,抛开其他外形隐身设计缺陷——其进气道为直通型,无S形转弯,根据相关理论,单台发动机风扇正面即可造成3平米以上的雷达反射面积;虽可在其前面安装吸波材料制作的倾斜导流格栅,但有代价:据大量公开论文,我国曾在歼-11飞机进气道中试用该装置,但隐身效果一般,进气效率下降引起发动机推力下降,而俄罗斯相关研究公开报道较少。俄在外形隐身技术方面,明显落后于国际先进水平。我国已有外形隐身达到国际先进水平的歼-20飞机服役,类似的“鹘鹰”飞机也试飞多年,还有多种大型隐身无人机装备或试飞。

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  (3)辅助动力装置(APU);

在等离子隐身技术方面,俄研究水平较先进,但仍未报道解决设备能耗高和体积重量大等问题,T-50应未采用。此外,等离子体发光暴露目标,会招致光电探测设备的跟踪;其对飞机材料有腐蚀,其高温也可损坏机体材料;其隐身的有效频率范围一般在20GHz以内,尚无适用更高频段的报道;其本身有高能射线辐射,飞行员需全身重型防护才能在全机隐身状态下飞行,这对操作飞机不利;其不仅吸收外来雷达波,对内部通信设备和雷达也有屏蔽作用,飞机与外界隔绝,无法进行态势感知。这些明显缺点决定等离子体用于全机隐身还需努力。

我国则从歼-20开始使用DSI进气道,逐渐推广到歼-10B、“鹘鹰”和FC-1上。

  (4)环控系统散热进、排气口;

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  (5)嵌入式大气数据传感器;

中国歼-20战斗机已经开始装备部队,并参加了对抗演练,将很快形成战斗力

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  战斗机的进气道辅助进气/放气门主要用于调节发动机的进气量,当战斗机在低速时,开启进气门以弥补进气量不足;而在高速进气量超过发动机需要时,打开放气门。所以进气道的辅助进气/放气门一般做成可开闭的窗口状,只有在使用时才会打开。可开闭式的设计比网格的隐身性能更好,从这一点来看,可以排除2011号歼-20进气道两侧的六边形装置是辅助进气/排气门的可能。

俄在新材料、新工艺和结构设计新技术等方面落后较多,飞机空重较大,苏-35空重最新公布数据已超过19吨。T-50尺寸接近,虽有改进,但空重应大于17吨,很可能达到苏-35试飞时18.4吨,这对全机推重比和翼载荷影响恶劣。而我国这些方面进步很大,歼-20空重控制很成功——15吨级。所以别看歼-20发动机推力比F-22(空重19吨级)小一些,实际上整机推重比还占优势。假定未装发展近二十年(2014年9月25日航空报报道我国轴对称隐身矢量喷管研制成功)的矢量喷管,歼-20气动特性仍优势明显,全机推重比较大,翼载荷较小,稳定机动性比F-22好得多。F-22瞬时机动性有一定优势,二者各有所长。

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