中國完全可以采用低風險低成本的中型5代,武器掛載采用類似隱身武器繭包的設計,重量依然不小,無論是任務擴展性還是隱身都遠不如重型的。
中國從沒有獨立研發(fā)重型機的經(jīng)驗,這一次,卻是例外!96臺海危機的陰影一直在我們心頭。進攻性是不能不具備的需求!
2 采用什么樣的外型?
1996之后,是時候檢視我們對策了。中國的研究人員仔細考察了F22的設計,同時原蘇聯(lián)S37和米格1。42驗證機先后暴光,但是對于我們自己的飛機,設計人員對于落后的工業(yè)體系依然心中無數(shù)。
采用類F22的常規(guī)布局是最穩(wěn)妥的,但是中國和俄國都意識到:在材料和發(fā)動機落后的情況下,常規(guī)布局是沒有指望能夠與F22對抗的。在2000年前,中國與俄國在技術方開展了合作,但是沒有就第5代戰(zhàn)斗機達成任何一致?梢钥隙,在611所宋總的《一種小展弦比高升力飛機的氣動布局研究》發(fā)表之前,中國已經(jīng)對第5代戰(zhàn)機的基礎進行了大量的研究,但是對于采用哪一種構型還沒有確定。
這里懶的寫,套用某大佬的原話:“宋老《一種小展弦比高升力飛機的氣動布局研究》論文中援引的方案是611上世紀90年代中期對四代氣動探索的一個過程成果,該方案的渦升力設計重點仍然在翼面形式的邊條、鴨翼、機翼的氣動耦合上;菱形機頭出于隱身和大迎角偏航穩(wěn)定性的優(yōu)勢被引入設計中,但尚未很好的融入整個布局,機頭渦被認為是鴨翼渦的一個不利干擾因素。今天的殲-10氣動是早期眾多方案中較為穩(wěn)妥的一個,沿用了殲-9計劃中大量現(xiàn)有的風洞資料,而更激進的雙三角翼方案因為風險過大而被放棄;《小展弦比》一文中的邊條翼鴨式布局方案應該就是由早年落選的鴨式雙三角翼方案逐步演化而來。”
宋老《一種小展弦比高升力飛機的氣動布局研究》在那時只是一種備選方案,沈飛也提出了自己的方案,在競爭中,沈飛601所似乎批評了鴨式布局的缺陷(以下會提到),闡明了三翼面對于配平,機動和升力的好處。但是有幾個問題是無法回避的:三翼面對于RCS的增加比鴨式和常規(guī)布局復雜,對于阻力的增加更是發(fā)動機不能承受之重的。對此,601所似乎還有常規(guī)布局作為后備,正是他們自己的不確定性和無絕對把握使他們輸?shù)袅酥匦蜋C的競爭。
但是,611所的方案比常規(guī)布局更具有挑戰(zhàn),為此,據(jù)說611下了軍令壯,于是殲20開始了它的真正腳步。
鴨式布局自然意為在前機身兩側有一對鴨式前翼,世界強國就有初步的研究,鴨式的布局在二戰(zhàn)前就有研究,在1960年代蘇聯(lián)也對米格21進行了深入的驗證。但它們都失敗了,鴨式非常規(guī)布局一直沒有起步。而中國在力圖擺脫蘇聯(lián)影響的1960年代,也對所謂“抬”布局進行了大量的研究。鴨式布局不是垃圾,但更不是超級布局,在1980年代前,飛控技術還不能解決鴨布局帶來的問題。只有在電子與氣動技術真正成熟起來,鴨式布局才遍地開花。
在這里我們依然引用大佬的原話:“到60年代初,二代戰(zhàn)斗機的氣動布局設計主要特點仍是保持附著流型以避免和抑制氣流分離;但對機動性的追求要求可使用迎角不斷加大,分離不可避免。隨著近距耦合固定鴨翼的瑞典SAAB-37戰(zhàn)斗機將渦升力的應用實用化,實現(xiàn)了對氣流分離的控制和利用,脫體渦流型開始被廣泛的應用直到今天。戰(zhàn)斗機對渦升力的應用,主要是依靠氣流從渦流發(fā)生器(鴨翼,邊條)前緣分離出穩(wěn)定的漩渦,高速旋轉的氣流提高了機翼表面的負壓,漩渦強度隨迎角增大而增大,產(chǎn)生很大的渦升力,在升力線斜率上表現(xiàn)出明顯的強烈性,非線性。因此渦升力在帶來巨大升力收益的同時,也對戰(zhàn)斗機的控制技術提出了同樣巨大的挑戰(zhàn)。從對渦升力的應用水平(同時也大致代表了主動控制水平)來看,三代機的氣動水平可以劃分為三個階段。第一個階段以F-15為典型,這種早期的三代機并沒有渦流發(fā)生器,沒有應用渦升力,靜穩(wěn)定布局,控制增穩(wěn);第二個階段是F-16(真正的第一款三代戰(zhàn)斗機)和蘇-27,以小邊條作為渦流發(fā)生器是其共有的特征,并開始放寬靜穩(wěn)定度,模擬電傳足以滿足控制需求;第三個階段,一方面是使用大邊條的F/-18E/F和我國的FC-1,另一方面是使用可動鴨翼的歐洲臺風,陣風,鷹獅和我國的殲-10,這個階段的戰(zhàn)斗機都已經(jīng)采用高度靜不穩(wěn)定設計,模擬電傳已經(jīng)不能滿足需求,數(shù)字電傳成為標準配置?偟膩碚f,越大的氣動收益,就有越大的控制難度和風險。在常規(guī)布局戰(zhàn)斗機中,作為俯仰操縱面的水平尾翼一般處在機尾的位置,在很多型號上為了追求最大的控制力矩,平尾還要延伸到尾噴管以后,一定程度上可以近似的認為氣流經(jīng)過平尾以后便不再對飛機本身造成影響;而鴨式布局中作為俯仰操縱面的鴨翼放置在機翼之前,經(jīng)過它的氣流還要持續(xù)的參與進整個機身的流場,尤其是鴨翼還身兼渦流發(fā)生器的作用,鴨翼狀態(tài)改變直接導致機翼上方渦流體系的變化,因此鴨翼偏轉對整機的影響遠比平尾來的復雜而劇烈。常規(guī)布局并非對渦流發(fā)生器兼具氣動操縱能力的優(yōu)勢沒有認識,比如像可動鴨翼靠攏的可動邊條技術,但是因為效能和代價的問題并沒有實用化。更為復雜而劇烈的影響,就意味著更大的潛力。全動鴨翼的鴨式布局戰(zhàn)斗機在氣動理論上和主動控制水平上的需求遠高于常規(guī)布局,包括三代后期的大邊條常規(guī)布局。這也是該類飛機普遍出現(xiàn)晚,飛行性能好的一個原因;一度有人把使用全動鴨翼的鴨式布局稱為三代半布局,如果僅僅從氣動和主動控制技術看,這個說法不無道理。”
但是凡事都有兩個方面:鴨式布局會帶來巨大的好處,但是鴨式布局不等于超機動,而是帶來比常規(guī)布局更好的渦升力和靜不穩(wěn)定。對于發(fā)動機羸弱的國家來說,這是福音。但是也存在很多麻煩,除過飛控的復雜外,還有一個難以解決的地方。鴨翼可以有兩個作用:1、提供可控的渦升力,2、配平和俯仰控制。可控渦升力在前面已經(jīng)提到,配平和俯仰控制是另一個巨大的作用,這正是鴨式戰(zhàn)機對比常規(guī)布局最難以解決的地方。
任何飛機有重心和升力中心,要是兩者完全重合,飛機在天上就是平衡的。鴨翼雖然這兩個作用都可以做到,但不同位置的鴨翼對兩者有所側重。僅僅對于鴨翼的放置,就是令人頭疼的問題。