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飛豹戰鬥機掉方向舵,增加角材補救,殲20大膽採用全動垂尾安然無恙

戰鬥機是一種高科技產品,但是也是一種高風險載具,試飛員經常需要操縱飛機,在各種掛載條件下,對不同高度速度,過載等等條件下進行極限實現,盡量摸清飛機的安全邊界,為戰鬥部隊做好預防,也讓設計師研發安全的飛機做好準備,試飛科目分成普通科目,和風險科目,風險科目中,最讓人頭痛的就是跨音速和超音速顫振試驗,輕則失控,重則就容易空中解體,機毀人亡!中國殲8,飛豹戰鬥機都在顫振試驗時試過苦頭,飛豹戰鬥機還飛掉過垂尾方向舵,差點造成重大事故。

中國戰鬥機在顫振試驗上長期以來吃了很多苦頭,應對策略方面往往偏於保守,常見的辦法就是,在方向舵面前方加一個90度角材筋條,提前製造一個正激波,使得後方方向舵不再直接面對強烈高速氣流的衝擊,減弱衝擊力,但是這種設計,還是帶來了巨大的弊端,增加阻力,降低飛行性能,如何能不影響飛行性能情況下,保證舵面的正常使用,就成了一個巨大難題!

但是這種設計,在新一代飛機上,完全失效,最根本的原因是,殲-20是一種隱身戰鬥機,對外表形狀要求苛刻,這種自帶角反射性質的加強筋條,將會使得飛機的隱身毀於一旦,所以,直接取消!

取消以後怎麽辦?殲-20戰鬥機為了達到高速,高機動,隱身設計,采取了比較極端的設計,對於氣動有巨大的好處,但是對於安全飛行來說,則是一個巨大的麻煩,這就是巨大的全動鴨翼和全動垂尾,傳統飛機為了回避舵面的顫振問題,採用了斜軸設計,但是殲-20是一款高機動戰鬥機,需要舵效更強,反應更靈敏,所以這種保守措施也不能使用,只能使用垂直軸設計,但是垂直軸設計天生具有顫振性能差的特點,多個國家的戰鬥機顫振試飛,曾經因為垂直軸出過事故,最有名的是對岸的IDF戰鬥機!

而且,中國軍方從2008年開始,發布了最新的軍用飛機結構強度規範,這個規範直接和美國接軌,要求和F-22戰鬥機完全相同,其中有很多苛刻的條款,包括根據國軍標要求,新一代戰鬥機的氣動彈性設計指標如下:

1) 在考慮 15%余量的全飛行包線範圍內不會發生顫 振 、 嗡鳴 、抖振、氣動伺服彈性( ASE)不穩定性和其它氣動彈性不穩定現象,2)所有結構模態阻尼系數≥3%;3) 各飛行控制回路:增益余量≥6db,相位余量≥60°。簡而言之,飛機一方面要留足余量,給飛行員足夠的安全保障,另外一方面還要足夠穩定,這是很難的要求。

而且中國殲-20還有很多特殊情況,全動舵面比美國F-22戰鬥機多一對,鴨翼相當於F-22戰鬥機的平尾,而且在機翼正後方,有遮擋效應,顫振更方便,而中國殲-20鴨翼正好在前方獨立面對高速氣流衝擊,這還不是最重要的,最難的是,殲-20戰鬥機為了提供機動性,而且減輕重量,破天荒採用了難度更大的全動垂尾,雖然同時代蘇-57戰鬥機也採用了全動垂尾,但是俄羅斯垂尾設計更寬大,而中國殲-20垂尾更細長尺寸更小,所以難度更大。

相比美國F-22戰鬥機,殲-20遭遇到的更大問題是,支撐剛度嚴重不足的問題,F-22戰鬥機採用了傳統的固定垂直安定面和活動的方向舵結合,其中固定垂直安定面和結實的鈦合金後機身相連,採用了4對垂尾接頭對接,而方向舵則採用3對接頭懸掛在安定面上,這種結構設計非常結實堅固,所以顫振性能非常好,而中國殲-20方向舵就一根光軸,而且支撐結構還在很薄的後機身邊條上,天生條件嚴重欠佳,但是經過努力,我們贏了!

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