f22图纸是如何得来的(F22的高性能从何而来)
f22图纸是如何得来的(F22的高性能从何而来)回到F22,F22的气动布局其实一定程度上继承了从F4到F15而来的特征,本身是架构并不复杂的常规布局,常规布局在航空界使用时间最长,也是研究最为细致充分的一个布局,它的优点是天生的稳定度比较好,在飞行控制手段比较原始的时期,这种布局的飞机比较安全,第三代机引入电传飞控以后,飞机不再需要依靠静稳定度来保持飞行安全,反而主动让飞机进入不稳定区域换取更加灵活的操控响应,电传系统和主动控制不能直接增加飞机的气动性能,但是能允许飞机进入到条件更苛刻的迎角区域换取更高的性能。边条翼加42度梯形翼,通用动力F16借鉴了米格21成功之路,最小的机体包裹一个最大推力的发动机没有超强的发动机,比如法国,发动机只有二代机水平,它选择了无尾三角翼,幻影2000推重比之低,在整个三代机中都是倒数,没有之一,但是幻影2000的性能绝对不是三代机中倒数,它速度能力超过所有的单发机,盘旋能力和机头指向能力三代第一,飞行
从1990年ATF验证机YF22,YF23亮相以来,美国第四代战斗机出现已经27年了,巨大的技术跨越形成的壁垒让其他国家在这27年里都感觉力不从心,追赶不上美国的步伐,F22直到今天还是绝顶孤傲,一骑绝尘。
在隐身战斗机竞标之前,美国就推出了几十上百种战斗机方案,经过大浪淘沙F22,最终拔得头筹
美国战斗机的高水平是多方面技术与工业水平的结晶,由于飞机是多重矛盾的综合体,总是需要为均衡而做出让步,所以,它并不在某一项技术上做到极致。空气动力学是飞机赖以生存的基础,气动布局水平的高低,决定一架飞机的基本性能和发展潜力,对于不同的设计基础条件,对气动布局的选择会出现非常大的不同,比如,美国F15战斗机作为典型的第三代战斗机,它的气动布局并没有什么特殊之处,它甚至没有应用第三代战斗机典型的边条涡升力的设计,F15只凭借高推重比发动机,和超强超轻的机体结构,就创造了一个三代机难以超越的标准,严格的说,F15的气动布局介于2代和3代水平之间。
发动机超强,雷达轻,材料好,板砖也能当王牌,虽然气动设计简单粗暴还是成就了F15的美誉
没有超强的发动机,比如法国,发动机只有二代机水平,它选择了无尾三角翼,幻影2000推重比之低,在整个三代机中都是倒数,没有之一,但是幻影2000的性能绝对不是三代机中倒数,它速度能力超过所有的单发机,盘旋能力和机头指向能力三代第一,飞行品质三代第一,幻影2000的气动布局也没有多么神奇,它只不过用了无尾三角翼超低的阻力来弥补发动机的孱弱,应用了电传飞控而已。
美国F15:飞控糟糕发动机补,法国幻影2000:发动机烂到家靠飞控补,补得达索鬼哭狼嚎
由此可见气动布局的技术是和飞机设计的其他技术条件相辅相成,没有绝对的优势布局,但是气动技术的进步叠合好的发动机条件还是会诞生奇迹的,F16就是典型气动技术和发动机技术,结构技术都达到三代水平的产物,它是今天最畅销最受欢迎的战斗机,也是三代机中最接近飞行性能顶端的飞机,推重比1.2的F16常常能够战胜 推重比1.4的F15,他们推力间的差距,恰恰是气动布局技术进步带来的差距。
边条翼加42度梯形翼,通用动力F16借鉴了米格21成功之路,最小的机体包裹一个最大推力的发动机
回到F22,F22的气动布局其实一定程度上继承了从F4到F15而来的特征,本身是架构并不复杂的常规布局,常规布局在航空界使用时间最长,也是研究最为细致充分的一个布局,它的优点是天生的稳定度比较好,在飞行控制手段比较原始的时期,这种布局的飞机比较安全,第三代机引入电传飞控以后,飞机不再需要依靠静稳定度来保持飞行安全,反而主动让飞机进入不稳定区域换取更加灵活的操控响应,电传系统和主动控制不能直接增加飞机的气动性能,但是能允许飞机进入到条件更苛刻的迎角区域换取更高的性能。
F15:发动机牛,飞控烂点也凑合,F22:发动机机牛,飞控也牛,这就牛的飞起了
F22的设计要求中,对气动布局约束最大的是超音速巡航和超级机动性,F22隐身需求飞机必须内置武器,所以它比三代机的设计条件还要恶劣,超音速阻力和飞机截面积直接相关,要实现超音速巡航,不仅要消化比普通三代机大30%的截面积,还要比三代机提高80%的超音速升阻比,因此,ATF计划之初,几乎所有的公司都认为常规布局不大可能完成这样的任务,所以设想图里鸭式布局,无尾三角翼布局成为主流。
歼20这种构型在早期被认为是气动效益最高的布局,但是风险太大,从我国的试飞测试也得到了证明
确实,常规布局很难在ATF的设计条件下满足要求,诺思罗普选择无尾三角翼,飞机的超巡和隐身能力就异常出色,F22也考虑过无尾三角翼,无尾最大的问题是飞行控制几乎都靠襟翼,尾容量小,高机动时负担太重,于是F22取了一个巧,它设计了一个混合无尾三角翼和常规布局的玩意,平尾前端深深的切入机翼,直到襟翼根部,平飞时,平尾大半部分嵌入机翼,成为机翼的一个部分,外露部分很少,额外引起的阻力也很少,飞机整个阻力特征和无尾三角翼类似,而大机动动作的时候,平尾提供大的控制力矩,细心的朋友可以从F22的一些照片中看到,在动作幅度不大的机动中,比如上仰,F22是先动襟翼像无尾三角翼那样,然后平尾才动,这时候平尾更像一个开缝襟翼。
F22战斗机平尾切入机翼根部,小动作的时候几乎变呆鸟一样不动
飞行表演时候经常可以看到,F22平尾不太动,襟翼副翼却动的很厉害
F22的气动布局本身既简单又不简单,首先是带边条的机翼,混合无尾和常规布局,取值必须兼有两家的条件限制,因此F22的机翼载荷必须像无尾三角翼那样比较低,F22空战时机翼载荷大约为260-280KG/m2 高于传统无尾三角翼要求的220 KG/m2,小于常规边条翼的330 KG/m。
.其次,F22的机体部分是按照升力体结构设计的,船型截面的机头形成的机头涡主要作用到机体上,形成一个升力组件,边条和进气道上棱口拐角形成另一个涡,作用到机翼,形成另一个升力组件,为了保证在大迎角时飞机的俯仰规律不出现大的变化,升力斜率不出现大的变化,这两个部分的升力中心应保持一致,两者结合在攻角超过20度以上时,机头涡从弱逐渐变强,将机翼涡卷积到一起形成一个组合的大涡,而机翼涡则引导这个大涡向外移,主要流经飞机机翼面积最大的区域。这种两级阶梯升力体组合合一的设计非常巧妙,但是对重心和气动中心的限制也非常严格,取值范围非常窄。
F22涡流由机头边条涡流1和进气道边条涡流2复合而成,在大攻角飞行时候偶尔能看到
F22那对巨大的垂尾对飞机的性能也很关键,F22的布局本身纵向稳定性放的比较宽,从0到负3,极限是接近负5,这影响方向稳定性,F22在方向上实际上是静稳定的飞机,外倾的垂尾在气动上对飞机的性能是个衰减,至少能让飞机损失12-20%的升力,因此F22把它的安装位置尽量靠前,以减小垂尾对升力造成的损耗,靠前的垂尾意外的获得了超过45度以上大迎角的自然稳定性,以及这种状态下横轴方向的舵面的有效性,从而造就了F22超高的大迎角飞行和控制能力。
F22硕大无比的垂尾,狠狠的败了一次家,依靠无敌的发动机,最终在超大攻角性能上得到了巨大的回报
F22出现以后,俄罗斯,中国都用高精度缩比模型对F22的气动进行了风洞研究和大气无动力抛投,研究其气动布局水平和特征,结合美国AIAA逐步放开的F22相关的气动研究资料,F22的气动布局水平其实并不算很高,飞机最大升力系数不到1.93,全机最大可用升力系数不到1.6,比F16这样的三代机提高大约0.2;阻力系数方面进步较大,零升力阻力系数小于0.025,超音速零升力系数小于0.03~0.035。
F22,阻力大点怕啥子,发动机好,板砖都能飞,吃瓜群众:发动机为一切设计背锅
显然,F22的设计思路还是如同F15那样传承美国的大力出奇迹,依靠发动机的勇猛,F22超越F15可以在空战中推重比高达1.5,正常任务时,不开加力的起飞推重比都接近1,可以比幻影2000空战重量下的加力推重比了。
歼20:我气动好,我飞控好,我腿长弹仓大,吃瓜群众:一切设计为三流发动机背锅,总师辛苦了