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歼20如何在空中"刹车":舵面组合偏转效果夸张(图)

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战斗机在空中飞行时怎么加速?这个问题很简单,一般人都知道推油门就行了。但是战机如何减速呢?收油门就行了吗?即使发动机推力降到慢车状态,由于战机飞行阻力一般都不大,速度降低就不够明显。因此,战斗机需要制造额外的气动阻力,才能制造“空中急刹车”的效果。因此减速板又叫阻力板,是一块或几块活动面组成,由液压杆支撑打开和关闭,关闭时紧紧贴着机体表面。

现代高性能战机常把减速板设置在机背上,效果好、干扰小。但是减速板功能单一,而且必须设置额外的液压机构,无疑会增加机体结构重量,削弱飞机性能。对现代飞机来讲,哪怕一公斤重量都很宝贵;如果能用其他气动舵面组合达到减速效果,就能够取消减速板,额外减轻几百公斤的重量,对提高飞机性能大有好处。

美国从F/A-18E/F“超级大黄蜂”战斗机身上,率先取消了减速板设计,改用尾翼和副翼组合偏转的方式。向外倾斜的垂直尾翼,方向舵同时向外偏,产生水平阻力的同时,还会产生低头力矩;两块副翼向上偏转,产生水平阻力的同时,削弱升力;两块襟翼向下偏转,产生水平阻力的同时,增加升力;水平尾翼则适当偏转产生额外的抬头力矩,抵消方向舵产生的低头力矩,令飞机保持平衡。

在各个气动舵面的协同偏转下,战斗机垂直方向的受力全部抵消,剩下的就是水平方向的阻力了——于是就达到了明显的气动减速效果。这张图中就可以明显看到方向舵向外偏转,机翼外侧的副翼向上偏、内侧的襟翼下偏,达成组合减速的效果。很显然,要做到这一点,就需要精确计算和控制各个气动力矩,实时微调舵面,才能达到动态平衡。

偏转的方向舵,使巨大的垂尾顶端拉出了剧烈的涡流,襟翼和副翼处于明显的偏折状态。充裕的气动控制效率,再加上先进的飞行控制律,可以让战机在盘旋、滚转等各种剧烈动作中,仍然随时可以组合偏转减速,完成飞行员想要的战术动作。

降落时高速滑跑的F-22,舵面全部偏转,水平尾翼也大幅下偏,极大地增加阻力,令战机更快地减速,减少刹车片损耗。除了F-22,俄罗斯苏-35、中国歼-20也先后取消了减速板,改用了舵面组合减速。

中国歼-20在2001和2002号验证机上,仍然采用保守的机背减速板设计;但是进入原型机阶段后,就果断取消了减速板,改成了舵面组合减速。F-22毕竟是1990年代的设计,没有采用没有采用全动尾翼。相比之下,歼-20采用了两片外倾的全动式尾翼,尺寸更小、气动效果却更好,对向偏转产生的气动力矩更大,“空中刹车”效果更好。这体现了国产战机气动和飞控水平的巨大进步,已经跟上了世界领先潮流。

再加上两片巨大的全动鸭翼,降落滑跑时一偏转,就天然是两块巨大的减速板,明显减少降落滑跑距离。当然了,在飞行中,速度比降落时快得多,鸭翼是难以做出图中这么大幅度的偏转角度的;但是依靠全动垂尾,歼-20的空中减速效果就已经完全能满足需求了。(作者署名:妹子杨)

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