据“北青网”报道,2025年9月17日时,解放军空军多个表演队以及歼16、歼20等先进战斗机,就已经进行了长春航空展的预演。
其中歼20拉出了相当漂亮的,能印证自身技术牛到极致的“脱体涡流”。
这引得网友纷纷开始调侃,歼20搞这么帅,不如2029年的阅兵庆典等活动上,让歼20代替歼10拉彩烟吧!
而在相关视频下,也有很多网友询问“脱体涡流”是什么?接下来我们不妨就来聊聊它,顺便说说为什么“脱体涡流”能印证歼20使用了牛到极致的先进技术。
浅谈战机的“脱体涡流”
在相关专业文献中,“脱体涡流”是被这样介绍的:
流体因为机翼上下翼面的压差产生横向流动,与流体相对机翼的纵向移动在脱离机翼后合成的螺旋状流动。
是不是觉得“都是常见字,怎么合成一句话就不认识了”?
那我们说的直白一点。
其实就是战机机翼上下的气流被压缩了,压缩到极致后这些气流在脱离战机机翼的瞬间,形成了螺旋状的流动。
【脱体涡流示意图】
这种流动状态我们用肉眼是很难观察到的,但因为在气流骤然被压缩的过程中大量放热,涉及区域内的气流因此开始解除压缩状态,解除过程中大量吸热,又造成涉及区域内温度骤降,从而导致空气中的水汽凝结,产生了白色的“雾”,然后就被我们看到了。
这里要强调一个细节,你在战机机背看到的所有“雾”,并非都是脱体涡流,还有一部分是附着涡流。
“附着涡流”的专业定义是这样的:
一种固定在机翼上,随流体同步运动的螺旋流动。
附着涡流能被人肉眼捕捉的原理和脱体涡流类似,都是气流骤然被压缩再解除压缩的过程中,在涉及区域剧烈放热再吸热,使空气中的水汽凝结出了雾状。
关于脱体涡流和附着涡流是如何为战机提供升力的,因为篇幅限制我们不展开讲,这里主要结合具体例子讲讲怎么分辨。
看下面这张拍摄下歼20产生涡流瞬间的照片↓
其中能很明显看到歼20鸭翼和边条翼部分有相对凝实的“雾”,它像是一条越来越虚扩散开的线,这便是脱体涡流;
【图中箭头指向就是脱体涡流】
除此以外,我们还能看到歼20主翼靠尾部分布着相对大片且均匀略虚的“雾”,就像是蒙着一层轻纱,这就是附着涡流了。
【主翼靠尾部的附着涡流一般要更明显一些】
“脱体涡流”说明歼20牛到极致
接下来我们再来说歼20拉出漂亮的“脱体涡流”,为何能印证它所使用的技术之牛。
我们要知道,产生脱体涡流的“脱体涡”,人类对它的利用是在20世纪70年代才开始的,在此之前,人类所研制的战机,大多依靠能产生附着涡流的“附着涡”提供。
附着涡产生的升力呈现线性增长,于战机的稳定性大有裨益,但现代高性能飞机所需要的可不光是稳定性。
就拿歼20来说,它要跻身五代机行列,至少得满足“4S标准”,即“隐身性(Stealth)、超音速巡航(Supercruise)、超机动性(Super-maneuverability)和超级信息感知(Superior Avionics)”。
【歼20】
其中的超音速巡航和超机动性,若想要实现,要么搞一款动力惊人的先进航空发动机,要么设计一种极致完美的气动布局。
当问题是,中国研发歼20那会儿,航发技术积累少的可怜,这第一条路就走不通了,我们得从气动布局下手。
这个气动布局,肯定不能使用超音速飞机的经典设计原则,在航发不行的情况下根本够不到五代机的超音速巡航和超机动性标准。
最后,中国工程设计人员锚定了鸭翼布局。
【歼20采用了鸭翼布局】
鸭翼布局和超音速飞机的经典气动布局可不一样。
高速飞行状态下,其前置鸭翼能产生“脱体涡”,带来可非线性增长的升力,而鸭翼后方的主翼能产生“附着涡”,鸭翼与主翼保持一定仰角后,这两种涡就能对主翼形成明显的有利干扰,增加主翼的升力,从而确保战机拥有更为优秀的超音速巡航和超机动性。
看到这里可能有人就会产生疑问,美国是老牌航空大国,也是世界上第一一个研制出五代隐身战机的国家,他们还拥有足够先进的航发技术积累,那为什么美国设计F22的时候没想过用鸭翼布局?
【美国的首款五代隐身战斗机F22】
其实美国也想过,但卡在了“鸭翼会破坏隐身性”这块。
五代机最主要的追求,还是在隐身性上,而在保隐身性的基础上还想使用鸭翼,那最好是让鸭翼和主翼处于同一个平面,但前文我们也说了,鸭翼得要和主翼得存在一定的仰角,这样才能最大程度的利用“脱体涡”和“附着涡”联合产生的“1+1>2”的升力,这显然会破坏战机隐身性能。
美国的F22研发时间可要比中国早太多太多,那时候的人类技术实在是无法实现鸭翼布局下的优越隐身性,美国只好锚定高性能航发去了。
【美国的首款五代隐身战斗机F22】
但中国却是将鸭翼布局堪称完美的融于五代隐身战机设计当中——我们直接搞出了“可动鸭翼”。
再配合锯齿状舱盖接缝等细节处理,以及先进隐身涂料、技术运用,大大消除了鸭翼对歼20隐身性能的影响。
同时又确保鸭翼和主翼能时刻保持最佳仰角,让歼20机翼接受的升力最大,如此便充分保障了其超音速巡航能力和超机动性。
当然了,航发毕竟是战机的心脏,歼20要迈入“完全体”,自然也少不了一款动力足够澎湃的航发,而这一点我们在多年的进取努力中,也收获了“喜人的果实”。
【中国如今的涡扇15,不逊于美国最先进的航发】
最后我们再看回长春航空展上的歼20,那漂亮的脱体涡流,无疑证明中国已经充分掌握了先进气动布局设计原理,并能完美运用,再加上飞速追赶上了航发技术水平……
说句自傲的话,我们在五代机乃至更先进的战斗机研发方面,无疑已经超越了美国。
参考资料:
【1】《利用脱体涡获得高升力》 航空知识杂志[2007.3.21.] 【2】《附着涡》 中国百科[2024.7.3.] 【3】《鸭式旋翼/机翼飞机悬停及小速度前飞气动干扰实验研究》 实验力学[2009.6.]
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