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【校场答疑】黑鸟侦察机真的用了涡轮冲压发动机吗?

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问:黑鸟的J58不是变循环涡轮冲压发动机吗?小编为什么说它是涡喷发动机?

答:

J58发动机的工作原理确实非常复杂,但是“涡轮喷气发动机”是美国的官方叫法,也是比较贴近改发动机实际工作原理的一种叫法。至于“冲压”,其实J58只是参考了部分冲压发动机的工作原理,其中并没有完全“冲压”的部分。

J58发动机主要分三个大部分:进气道、发动机和二次气流混合喷嘴(secondary airflow and ejector nozzle)三大部分组成。我们先说发动机,这是整部发动机的核心部分,也是其之所以能够运转的核心。J58的发动机部分其实就是一款比较经典的拥有加力燃烧室的涡轮喷气发动机。从进气道被压缩、减速后的空气在发动机的压气机中被进一步压缩,之后进入发动机燃烧室与燃料混合并点燃,瞬间膨胀。之后,燃烧产生的废气通过涡轮进入加力燃烧室再次与燃料混合并二次点燃提供额外的推力。而第一次燃烧产生的废气在通过涡轮时可以使涡轮转动,并以此带动压气机的转动。

与其他涡喷发动机不太相同的部分是:经典涡喷发动机在飞行速度极高的时候,压气机会产生巨大的阻力。加之进气温度的激增导致推力下降,整个发动机的整体推力会急剧下降。因此,J58的发动机部分在第四级压气机处增加了6根通气管。在飞行速度较高时,通气管打开,将压气机中气流的一部分直接引入加力燃烧室。这部分气流没有经过涡轮前的第一级燃烧室,而是直接进入了加力燃烧室,在工作原理上与冲压发动机有一定的相似性。但由于这部分空气依旧要通过压气机,而压气机又是第一级燃烧室产生的废气推动的。所以即使是直接进入加力燃烧室的这部分也不能被视作一部冲压发动机。此外,这时完整走完压气机、燃烧室、涡轮的这部分虽然推力和阻力大致相当而不产生整体推力,但仍旧是整部发动机得以持续运作的根本。而并非很多网文中所说的“完全不工作”。所以此时J58的整体更不能被视作一部冲压发动机。

最后,即使是发动机中类似于冲压发动机的部分也不是J58发动机在高马赫数下的主要动力来源。J58的进气道在高马赫数下会将一大部分压缩空气压入发动机周围,为发动机提供散热。这部分空气会在我们刚刚提到的二次气流混合喷嘴处与从加力燃烧室喷出的高温废气相混合并被加热。这个过程也像涡扇发动机的外涵道一样会产生额外的推力。在3马赫以上时,发动机部分(包括已经不产生整体推力的涡喷部分和产生整体推力的类似冲压部分)仅提供17.6%的推力,而二次气流混合喷嘴则能产生28.4%的推力(另外54%的推力则是进气道激波产生的)。虽然这一部分推力的产生也和冲压发动机有一定的相似之处,但毕竟没有点火的过程而只是用废气对散热空气进行加热,因此也不能被叫做冲压发动机。

由于J58的工作原理比较复杂,往之前的任何一种经典发动机构型上靠都觉得好像有哪里不对。因此,美国人最后还是决定那就不费那事了,直接用J58最核心的部分——发动机部分的构型将其命名为“涡轮喷气发动机”。

问:既然现代战斗机会怕雷劈,那巡航导弹这样的制导武器会不会也怕雷劈呢?

答:

会,而且由于制导武器都是不载人的(日本自杀式武器除外),智能化程度有限,因此精确制导武器往往比飞机这种载人武器更怕恶劣天气。

精确制导武器最容易受恶劣天气影响的部分是它们的导引系统。目前精确制导武器主要有以下几种导引方式:雷达、红外、电视、激光、惯性、GPS。对雷达制导武器来说,其雷达波的波长通常不会特别长,在X波段~Ka波段之间。这种波长比较短的雷达波穿透性比较差,非常容易被雷暴天气时经常出现的瓢泼大雨所干扰。此外,红外制导、电视制导和激光制导都属于光学制导的范畴,三者同样可能因为下大雨时能见度下降而失效。至于惯性制导和GPS制导则一般不会受雷暴、大雨等的影响。

另一个会影响精确制导武器的因素是雷暴天气经常会出现的大风。除了巡航导弹这种自身动力特别充沛且姿态控制能力较好的武器外,精确制导炸弹、滑翔炸弹、精确制导火箭弹等都要求发射平台本身就能够把弹药扔到八九不离十的地方。而大风会干扰武器发射后的弹道,是之“准头变差”。当误差大到一定程度,超过了精确制导弹药能够修正的范围,自然也就打不准了。

最后才是遭雷劈本身的问题。炸弹、火箭弹等本体多是钢制,一般不太在意雷劈的问题。然而其制导套件却未必同样是金属质地的,很多滑翔制导炸弹为了控制重量会使用复合材料制造弹翼。这时,如果弹翼直接被闪电击中,则有可能发生断裂并进而导致制导弹药失去控制。

此外,虽然如战斧这样的早期巡航导弹多使用铝作为弹体材料,可以在被雷劈时提供类似于法拉第笼的保护,但如JASSM、LRASM、暴风阴影这类采用了隐身设计的现代化巡航导弹都开始使用复合材料外壳。这也使其像F-35战斗机一样,更容易被雷电影响。更大的问题是,战斗机比这些导弹大得多,设备更加分散。而巡航导弹内部战斗部、油箱、电子设备等布置的非常紧凑,更加容易受到闪电的影响。

问:《战舰世界》里只能攻击航母和战列舰的深水鱼雷有历史原型吗?

答:

没有,但是绝大部分鱼雷都有控制自己航行深度的定深功能。早期的鱼雷多通过压力计和升降尾舵的联动来实现深度控制。举个例子来说,如果发射前鱼雷的航行深度被设置为5米。那么只要鱼雷上用来感知深度的压力计的水压读数小于水深为5米时的水压,就会认为鱼雷深度不足,从而与升降舵联动控制鱼雷下潜,反之亦然。

不过,这种比较早期的深度控制设备并不能让鱼雷稳定在某一个深度下,而是会在设定好的深度附近反复横跳。这个问题在19世纪中后期,被英国人怀特海德(Whitehead)解决了。他为传统的鱼雷定深器增加了一个摆锤。这个摆锤会随着鱼雷俯仰状态的改变而摆动,即可以感知鱼雷的俯仰状态。在压力计感知到鱼雷正好达到了发射时设定的深度时,摆锤如果感知到鱼雷的姿态并不是水平的,则会驱动鱼雷升降舵使之改平鱼雷的航行状态,以此达到稳定鱼雷深度的效果。这种定深器最早被应用在了怀特海德设计的白头(Whitehead)鱼雷上。

至于鱼雷为什么要进行定深,则有三个原因。其一是在舰队作战时,驱逐舰这样的浅吃水护航舰艇往往会驶入双方主力舰队的中间,这时向对方主力舰队发射的鱼雷很可能会被这些辅助舰艇“挡刀”。因此,就可以将鱼雷深度设定的比较深,来绕过这些浅吃水的辅助舰艇。另一个原因是水深越深,水压也就越大,舰艇被鱼雷攻击产生破口后进水速度也就越快,损管难度也就越大。因此在对付抗沉性比较好的大型舰艇时,定深比较深的鱼雷会比定深比较浅的鱼雷更容易造成致命损伤。最后一个原因则是鱼雷航行深度越深,其航行轨迹就越不容易被发现,鱼雷攻击就越容易得手。至于《战舰世界》中的鱼雷为何不能手动定深,而要采用“深水鱼雷”、“浅水鱼雷”的划分,可能只是为了方便玩家而对鱼雷的定深系统做了一定的简化。

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