近日,世界最大,历史最悠久的航展之一,英国范保罗航展正在举办。英国、意大利和日本联合研制的“全球空战系统”(GCAP)战斗机高调亮相,成为各方关注的焦点。
从相关图片来看,GCAP战斗机与此前公布的设想图存在明显区别,机翼加大,成为纯粹的无尾三角翼战斗机。这个改进表明GCAP战斗机定位是一种高空高速战斗机,重视高速性能、航程载荷性能,这个转变也符合第6代战斗机的性能发展。
(GCAP战斗机亮相范保罗航展)
此前公开的GCAP战斗机设想图虽然也采用了无平尾设计,但是机翼后缘切了大块,呈现W形。这样设计主要是减少机翼面积,提高展弦比,改善飞机低空低速、起降等方面性能。设计者着重强调兼顾高空高速、低空低速两方面性能,为此在设计上进行了取舍。
(GCAP战斗机此前展出的模型,注意机翼的变化)
GCAP战斗机新的外形完全摈弃了此前的设计,机翼面积增加,成为纯粹的无平尾三角翼布局。无平尾三角翼布局优点就是展弦比小,激波阻力小,而激波阻力又是超音速飞行阻力主要来源,因此三角翼飞机的超音速性能优异。
三角翼的翼根长度大,与机身边接面长,刚度好,不容易发生颤振等气动弹性问题,还有就是结构强度大,在同样条件下有效降低了飞机结构重量。无平尾三角翼还取消了平尾,消除了机翼与平尾的气动干扰问题。取消了平尾,也减少了机身长度,进一步降低了飞机的结构重量。
无平尾三角翼布局的机翼面积较大,因此机翼内部空间大,可以设计大的机翼油箱,从而增加飞机的内油,提高飞机的航程与留空时间。
当然无平尾三角翼布局也有自己的缺点,首先是诱导阻力大,诱导阻力是高亚音速飞行阻力主要来源,因此无平行尾三角翼布局亚音速条件下性能不好,包括航程、机动性能等等。
另外飞机的起降性能也不好,这是因为它没有平尾,只能依靠机翼后缘副翼产生低头力矩,这样就会损失机翼的总升力。正是这些缺点,无平尾三角翼飞机在四代/四代半、五代战斗机设计之中被淘汰。
(拓展飞行包线是第6代战斗机发展趋势)
那么GCAP战斗机为何还要选择无平尾三角翼布局呢?答案非常简单,那就是第6代战斗机扩展飞行包线已经是一个趋势。从航空技术发展来看,自适应变循环发动机已经进入成熟阶段,为战斗机扩展飞行包线打下了坚实的动力基础。
全球航空业界认为,第6代战斗机最大速度应该提高到M3以上,巡航速度提高M1.5以上。这个时候激波阻力就是飞机阻力主要来源,无平尾三角翼布局重新焕发生机。
四代战斗机重视亚音速性能主要是机载武器限制,当时机载导弹性能有限,难堪大任,战斗机很有可能要靠航炮一决胜负。这个时候亚音速机动就变得非常重要,双方需要竭尽全力占据对方尾后位置。
随着空空导弹性能发展,航炮作用越来越小,中国歼-20隐身战斗机、美国F-35B/C隐身战斗机已经取消了航炮。
还有一点非常重要,那就是机载定向能武器发展方兴未艾,从现在发展趋势来看,机载定向能武器例如激光炮很有可能在2030年之后进入实用,激光炮是现有物理法则之下速度最快的武器,所见即所得,飞机只需要把机头对准目标即可,不需要花费心思占据对方尾后位置。
(中美第6代战斗机或都是无尾战斗机)
第6代战斗机采用了一系列高新技术,成本迅速攀升已成定局。美国空军就透露他们下一代战斗机单价可能达到数亿美元,装备数量很难超过200架。这样我们就只能用更少的飞机覆盖更大的战区,对于飞机的航程、载荷提出了更高要求。因此无平尾三角翼布局的优势再次得到显现。
至于无平尾三角翼的缺点也可以得到弥补,例如对于飞机低速性能不好,起降性能差等问题,可以引入推力矢量喷口来解决。推力矢量可以扩展飞机低速飞行边界,也可以提高飞机起降性能。这样无尾翼三角翼布局的缺点能够得到比较有效地弥补和完善。
从这里我们可以看到GCAP战斗机还是把握住了第6代战斗机发展脉络,在总体布局方面找准了方向。从这一点我们可以看到英国作为一个老牌航空国家,其航空技术积累还是不容小视。
当然GCAP战斗机还是有力有不逮之处,那就是它并不是一架完全的无尾战斗机,仍然保留了垂尾。中美第6代战斗机透露出来的方案均取消了垂尾,成为一架完全意义上的无尾战斗机,技术更加先进,性能也更好。
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