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歼20的超机动:远距耦合鸭式布局和全动尾翼带来的超能力

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在所有隐身战机中,歼20和T50(现在应该叫它苏57了,没办法,真还不适应)是最注重机动能力的两款战机。但是,T50的超机动可以通过三维矢量发动机和强大的推力来实现,歼20则就比较悲催了:既无推力矢量,也无足够的推力,而还是所有五代机中重量最大的。没办法,只能从气动上来弥补了。

苏27的机动能力无疑是很强悍的,但是也存在瞬间指向能力差,滚转能力几乎是三代机中垫底的存在。由于T50的机身更扁、发动机间距更宽,苏27的这些问题在T50身上更加突出。不过好在,矢量发动机的存在弥补了这方面的不足。针对苏27的不足,这之后发展的三代机鹰狮、台风、阵风、歼10、甚至五代机战机歼20都采用了鸭式布局。可以说,近年来开发的战机,除了肥点F35,都是冲着苏27的缺点去的。

虽然这些战机都采用了鸭式布局,但是又存在很大的不同。其中,阵风和鹰狮战机采用了近距耦合鸭式布局;歼10采用的是中距耦合鸭式布局;而台风和歼20战机则采用了远距耦合鸭式布局。

这三种不同样式的鸭式布局都具有增加升力、提升大迎角操纵能力的特点,但是,在具体性能上还是存在差异的。其中,远距耦合鸭翼因为鸭翼安装角度大于主翼安装角,使得鸭翼比主翼更早失速。这种布局除了增加升力、配平阻力小的优点外,还防止了飞机进入失速尾旋。这对作战飞机特别是隐身战斗机十分重要。

由于强调超机动性,大迎角飞行成为了可行的作战模式,因此,隐身战机在空战过程中存在更多因误操作机动陷入尾旋的危险。这不仅威胁飞行安全,更是直接降低了作战时的生存率。远距耦合布局在提升机动性的同时,也降低了尾旋风险,这对隐身战机的大迎角机动飞行是至关重要的。

歼20为了超机动能力在气动上另一项重要设计是全动尾翼。传统上,战机的方向舵一般采用垂尾安定面铰接可动方向舵的设计。这种设计方式对材料、飞控的要求都较低,但确致战机的机动性受制于稳定性的尴尬境地(这也没办法,机动性和稳定性本来就是一对矛盾),对实现战机的超机动性带来了不利影响。

全动垂尾的设计使得战机的垂尾安定面和控制面实现一体化,整个垂尾要同时具有安定面与控制面的双重作用。这样设计存在的好处是同时增加了安定面与控制面的面积,并减轻了战机的结构死重。前面,歼20和T50都采用了这种设计方式。

这种设计方式虽然存在诸多优点,但是,缺点则是难于兼顾稳定和机动调节,操纵稍有不慎便容易导致因失控,造成的飞行事故。因此,全动垂尾对战机的飞行控制系统有着极高的要求。为了提高机动能力,歼20采用了全动垂尾设计和全动鸭翼相配合的方式。从公布的一些列视频中可以看出,歼20垂尾和鸭翼的偏转速度和偏转角度都相当大,证明了其全技术的成熟度。

另外,歼20更进一步还采用了更加先进的差动垂尾技术。这种技术在全动垂尾基础上实现了两个垂尾向不同方向偏转的运动。这种差动设计提高了战机的横向操纵性,减小飞行盘旋半径,对提升水平机动性有显著效果。

基于以上这些气动设计,歼20在推力相对不足的情况下,实现了不弱的机动能力。我们有理由相信,当歼20换装了推力更大,具有推力矢量技术的涡扇15之后,其机动能力一定是隐身战机最强的存在。

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