说起现代战机常见的几种气动布局的话,大家或多或少会想到歼10/20使用的鸭式气动布局和更为常见的常规气动布局,以及像B2战略轰炸机等众多六代无人战机使用的飞翼式气动布局这些,当然细分的话还有一些比较特殊的气动布局。而在以上这些气动布局中飞翼式气动布局也被看作是未来主流气动布局,毕竟飞翼式气动布局最大的优势就是隐身能力更强,特别是放在当今这个全面隐身时代更是如此,但是我们看到中美俄新研发的五代隐身战机却都没有采用这一天生具备隐身优势的飞翼式气动布局,又是为何呢?
首先从飞翼式气动布局的优势说起,飞翼式气动布局虽然现如今依然不多见,但是这种气动布局早在二战前夕就出现了,其中最典型的原型机就是纳粹德国研制的霍顿229战斗轰炸机,由于没有传统战机常见的垂尾和水平尾翼这些强反射翼面,所以霍顿229战斗轰炸机的隐身能力相当出色,但是在那个电子技术不发达的时代,采用飞翼式气动布局的霍顿229战斗轰炸机也因为没有传统战机用于控制航向和稳定性的平尾和垂尾,频繁因为飞行控制失败而坠毁。
所以一直以来飞翼式气动布局虽然隐身能力出众,但是奈何于其对飞行控制要求更高,所以一直没有真正被外界接受。
当然飞翼式气动布局除了隐身能力出色外,还有一个更大的优势就是其采用的飞翼式气动布局整体看起来就是一架只有机翼的超大型飞机,等于是机翼表面的每一寸面积都在贡献升力,这也就导致飞翼式气动布局具有极佳的升阻比优势和更高的载荷效率这两大优点。首先升阻比高意味着相同飞行重量下,飞翼式气动布局的飞机飞行气动阻力更小,需要的发动机推力较小和经济性更高,或者是同样大的推力下飞翼式气动布局飞机的飞行距离更远/飞行时间更长。
所以整体来看,飞翼式气动布局有着优秀的隐身性能/更高的升阻比优势和载荷效率,特别是其最为出色的隐身性能可是其他气动布局不能比拟的。但是第五代战机像美国的F22/35和我国的歼20/FC31以及俄罗斯的苏57这五款隐身战机却都没有采用飞翼式气动布局也是因为飞翼式气动布局自身存在的一些无可避免的缺点并不适合战机。
首先对于飞翼式气动布局之所以不能应用于战机的核心原因还是在机动性上,我们知道五代隐身战机的衡量标准就是所谓的“4S”标准,在该性能标准中就有超机动性和超音速巡航要求,但是对于飞翼式气动布局的飞行器而言,首先由于没有传统气动布局所拥有的用于控制飞行方向的垂尾和机身姿态的水平尾翼/鸭翼,整个飞行姿态控制全凭机翼后缘的控制舵面差来完成飞行器的转向和俯仰等机动操作,比如当飞机需要转方向时,一侧的舵面就张开,增加这一侧机翼的阻力,飞机就得到了偏转的力矩,这时舵面就起到了方向舵的作用;如果飞机两侧舵面张开相等角度,两侧机翼都增加阻力,就起到减速板的作用;如果舵面上下两片结合起来一起向一个方向偏转,一侧向上,另一侧向下,就起到副翼作用,使飞机产生倾斜;如果左右两侧舵面同时向上或向下偏转,则这时舵面就起到升降舵的作用。
但是这么多的飞行姿态仅凭几块可以任意偏转的控制舵面实现,这不光对飞控系统的反应速度要求更高,而且在整个飞控系统的可靠性上更加重要。
飞翼式气动布局虽然没有垂尾和平尾,所有需要的零部件都囊括在这个巨大的飞翼内,再加之为了保持一定的升力要求,飞翼式气动布局机翼面积不光很大,而且机身较厚,那么在超音速飞行时会产生很大的气动摩擦阻力,所以也就很难实现超音速飞行了,再一个就算实现了超音速飞行,由于控制舵面的效率不高,对于超音速飞行飞控要求更高飞翼式战机而言,坠毁的可能性相当高,随着飞行速度提升飞行阻力超过临界点后直接在空中解体也不是没有可能。
相反对于机动性要求更高的战机而言,其在空中格斗等超机动飞行过程中,整架战机的飞行姿态处于随时可控不可复制的状态,所以这就要求保障战机完成超机动飞行姿态控制的飞控系统和飞控舵面能够以更高的效率运行,但是对于战机而言,仅仅依靠几块舵面的组合偏转想要达到超机动飞行要求还不太现实。
再加之控制飞行姿态的舵面都集中在飞翼尾部,这就造成飞翼式气动布局天生低头力矩更大的缺点,在尾舵面偏转过程中整架飞行器就会因为低头力矩过大问题而不停的点头,所以像B2这种飞翼式轰炸机为了避免这个缺点的放大,选择在整个飞行阶段保持一定的仰角来弥补这一缺点,但是对于战斗机而言水平稳定性差可不是什么好事,很可能随着飞行速度的增大点头更加猛烈,继而因为气动阻力过大而陷入失速或者尾旋导致坠毁。同时因为整架飞机的水平左右飞行姿态控制全凭尾部的控制舵面完成,而这些舵面在以组合的方式同时完成水平转向和俯仰时相互之间会产生很大的气动干扰,继而导致这种组合偏转控制效率远远低于传统的独立飞行姿态控制,所以最终的结果就是飞翼式气动布局的机动性差,也就难以应用于战斗机了。
当然飞翼式气动布局天生优秀的隐身能力是传统气动布局不可比拟的,所以这也是各国第六代战机原型机普遍采用飞翼式气动布局的原因所在。对于飞翼式气动布局对飞控系统要求高和飞控舵面效率不高的缺点,也随着具备全方位矢量推进技术的矢量发动机装机而有了新的希望,
未来在更加先进的飞控一体化控制下战机的矢量喷口+飞控舵面双重控制下,传统飞翼式气动布局机动性不佳的缺点也能迎刃而解,而且矢量喷口更加高效的姿态控制也能够助力战机更进一步的超机动飞行能力。
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