为什么歼15要设计小鸭翼?

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J-15虽然有鸭翼,但是不是鸭翼布局,是三翼面布局。而且J-15的鸭翼基本就是个涡流发生器,并不承担气动控制任务。

J-15的研发历程是这样的。

中国在二毛子乌克兰那里买到了Su-33的原型机:T-10K

以T-10K为代表的Su-27三翼面变种,属于Su-27系列的中期改型。所以在气动特性上J-15和Su-33有很近的亲缘关系,和Su-30MKI也有较近的亲缘关系。

当时的情况是这样的。早期的Su-27系飞机都有一个蛋疼的问题:软骨病。其原因是因为当时Su-27系早期型号用的N-001雷达太重了,这个雷达算上相关的散热系统,重量有1吨。

这是什么概念?F-15C用的AN/APG-63重量还不到300Kg。

最早Su-27系的早期型号是打算直接上相控阵的,但是实在是太重了,退而求其次,搞出了N-001,N-001基本就是早期MIG-29那个N-019放大来的,倒置卡塞格伦天线,纯机械扫描,搭配R-27ER,单次最多能用雷达弹攻击2个目标(同期的F-15C已经能攻击4个目标了)。

当然了,航电肯定不仅仅包含雷达,反正Su-27早期型号的航电贼重,结果就是飞机重心被拉到前面,静不稳定度只有5%(设计阶段的静不稳定度是15%)。

对于静不稳定的飞机,尾翼和机翼都提供升力,如果把重心往前抬就成了静稳定的,那么尾翼就要提供负升力。

在陆基战斗机上如果仅仅是性能下降倒还是可以接受的,但是T-10K是准备发展成舰载机的,航母起降对飞机的性能要求更高。

但是飞机重心前移也没办法避免,那怎么办?加个鸭翼,加个鸭翼之后气动中心也往前提一段,这样飞机总体仍能保证足够的静不稳定度,事实上T-10K加了个鸭翼之后也达到了预先的设计目标,15%静不稳定度。

这下上船是没问题了,但是三翼面也带来了很多缺点,机身结构重量大,以及小迎角阻力大。

Su-27S是16.8吨的空重,到Su-33成了18.4吨,J-15没说,不过有说是17.5吨的。

但是实际上J-15并不是一个太好的舰载机,也就是将就着用。


贞观防务

这个问题要从当年苏-33上舰开始说起。

苏联海军于上世纪80年代初启动了雄心勃勃的航空母舰发展计划,其成果就是1143.5重型载机巡洋舰(也就是现在的“库兹涅佐夫”号和“辽宁”号)。该舰采用滑跃起飞、拦阻降落方式,需要舰载战斗机具有较高的推重比,于是苏联海军的未来舰载战斗机的竞争在米格-29和苏-27之间展开。

苏霍伊设计局立即用苏-27的T-10原型机在尼特卡陆上航母训练中心展开了陆地滑跃起飞测试,测试表明苏-27能毫不费力地从甲板上滑跃起飞。同时苏霍伊设计局开始以该机基础研制苏-27K舰载型,结果设计师发现需要对苏-27进行大改才能满足着舰要求。

这是因为与岸基降落相比,舰载机的着舰进近具有迎角小、速度低、下沉率高、无拉飘的特点,这都是为了让飞行员能死死盯住航母上的助降灯,维持精确的下滑道控制,准确落在甲板上并勾住拦阻索。所以着舰实际上就是精确控制的坠落,以F-18“大黄蜂”为例,该机着舰时的平均垂直过载约2.7G,勾住一条拦阻钢缆后的纵向减速过载为4G左右。

大家都知道,战斗机在降落中的升力与迎角成正比,小迎角势必会降低飞机升力,提高着舰速度。那么如何在小迎角姿态下增加苏-27K的升力呢?苏霍伊设计局除了大幅增加苏-27K的襟副翼面积外,还与中央流体力学研究院合作,为该机研究了全新的三翼面气动布局。通过在主翼之前增加一个小面积鸭翼,在小迎角着舰中鸭翼除了能产生部分升力外,还能产生脱体涡对主翼表面气流进行有利干扰,大幅增加机翼升力,降低着舰进近速度,提高着舰安全性。

于是苏-27K就成为“侧卫”家族中第一种拥有三翼面布局的成员,但该机三翼面设计并不是为了提高机动性,而是为了着舰。最终苏-27K战胜米格-29K成为苏联海军的舰载战斗机,并获得苏-33的军用编号。2004年我国在从乌克兰获得苏-27K T-10K-7原型机,决定以该机为蓝本自行研制歼-15舰载战斗机,所以歼-15自然也拥有了鸭翼。


航空爱好者AMR

综观中国军事装备库,大多战机采用了鸭翼的设计。歼15作为我国首款舰载战斗机,也是我国舰载机中的主力机型,为什么给机身设计鸭翼的配置方式呢?原因我需要慢慢讲解一下:

我们先看一段历史背景:当年中国历经万苦从乌克兰买回来半成品瓦良格号,计划将其继续建造升级,成为中国的航母。但缺少舰载机的航母等同于赤手空拳,因此,中国以原瓦良格号搭配的舰载机苏33为原型,融合歼11B的技术设计了歼15舰载机。

由此看出,歼15的设计初衷,是为配合中国航母辽宁舰的使用。

那么,辽宁舰是如何影响歼15的机翼设计?

首先歼15是舰载机

与陆上战斗机最大的区别,就是舰载机要求在甲板长度有限的航母上起飞。辽宁舰甲板上供歼15起飞的短起飞跑道长105米,仅占陆地跑道的十分之一。这就给歼15的起飞提出了很高的要求:增强升高能力、缩短起飞距离,实现迅速起飞。

航母上的降落比起飞难得多

因为舰载机发动机的尾焰对甲板侵蚀极大,降落产生的巨大冲力也会破坏甲板,因此除了依靠拦阻索辅助舰载机降落之外,也要求其降落时自身缓冲效果出色。

歼15作为一款重型舰载机

最大起飞重量是32500千克,起飞重量大对机身动力系统的推力要求相当高,这就迫切要求舰载机本身的机型设计要有利于起飞时迅速冲天,降落时不能触舰过猛。

综上,在常用的几种机翼布局中,采用鸭翼的设计是最佳选择。原因如下:

1、从阿基米德杠杆原理来说:鸭翼的位置在飞机重心前方,在起飞时较低推动力情况下,鸭翼产生正偏转,以正升力让机头抬升。

2、从牛顿力学角度来说:鸭翼设计的机型,可以通过较小的机翼升力,获得全机的较大升力,利于降低飞机在结构上的重量。

3、从空气动力学来说:鸭翼可以在主翼上方产生涡流,不仅能助力起飞时的滑跃起飞,也有助于大迎角飞行时提升飞机速度的稳定性,在降落时还能在一定程度上降低着舰速度。

4、从机身设计角度来说:鸭翼使机身整体设计设计更紧凑,在减少舰载机体积的情况下,同时实现负载量大、航程大的需求。

纵观全球,能造航空母舰的国家屈指可数,不仅仅是因为航母难造,更因为配套使用的舰载机难造。中国建造辽宁舰配载使用的舰载机歼15,是综合考虑了使用需求、技术难点,才采用了小鸭翼的机翼设计。国内首款舰载机歼15的顺利起降,也彰显了中国在国防军事力量上的大国实力。


品读武器装备

好吧,又是一个带有鄙视性的问题,为什么歼15使用鸭翼设计,直接性回答"发动机瓶颈和航母设计导致"。

正在被弹射起飞的重型舰载机F-14战机

在我国采用鸭翼设计的不止有歼15一款战机,但凡我们自主研发机型,大都有鸭翼依赖症,歼10歼15歼20无一不采用鸭翼布局设计,鸭翼的好处在于可以为战机带来较好上升力,其角度可调节,通过改变机头翼面的角度来增加战机的机动性,起飞时减小飞机助飞距离从而仰头冲天。这尤其是在发动机推力不足情况下使用鸭翼才能获取更强机动性。

但鸭翼也有缺点,增加了战机气动布局,同时也增加了战机操作难度,过多的机翼面积也导致战机雷达反射面的增加,战机翼面的增加也使空气阻力增加,超音速机动性能不如常规动力。

目前现役三代战机以采用鸭翼布局为多,欧洲的台风,法国的阵风,以色列的幼狮,瑞典的鹰狮,俄罗斯的苏30/33等战机,现役舰载机没有采用鸭翼布局的只有美国F18和俄印米格29。

图为法国阵风舰载机鸭翼布局

歼15和苏33同属于重型舰载机行列,最大起飞重量在30吨以上,早期歼15采用了有待提高AL-31加力发动机,虽然更换为国产太行发动机后动力提升明显,但要在短小的航母甲板上做滑跃起飞,采用鸭翼布局是最合适选择。

图为欧洲台风战机

而美国航母拥有蒸汽弹射装置,不需要战机以自身动力起飞,且F18采用两具通用F414加力发动机,单台推力为97千牛,虽然不如太行的132千牛推力,但推动一款最大起飞重量近20余吨战机而言绰绰有余。


图为美国航母蒸汽弹射装置


精武馆

歼15作为我国第一型舰载战斗机,脱胎于前苏联苏27战机,并参考了俄罗斯航母舰载机苏33的相关技术,整体水平上属于四代半战斗机。和国内另外几种脱胎于苏27的战机歼11,苏30,歼16等不同,歼15是我国唯一一种有鸭翼的“侧卫”系列战机,这和歼15航母舰载机的身份是分不开的。那么舰载机的鸭翼有什么好处呢?

我们知道,航空母舰不像陆地机场,虽然体型庞大,但飞行甲板也不过就那几十米不到一百米,如何让战斗机在这么短的距离达到起飞速度,有这么几个措施,一是航母本身有一个速度,另外就是海面的逆风,再一个,就是鸭翼了。鸭翼指的是飞机主翼前面安装的小型三角翼。它的主要作用就是协调飞机起降,因为在飞机起飞抬起机头的时候,主翼会与前方气流形成一个角度,这个时候飞机会损失一部分升力,而通过鸭翼的调控可以额外提供一部分升力,确保飞机能正常起飞。这就是鸭翼在起飞时的优势,叫做提升飞机升阻比。另外鸭翼在降落时也有好处,飞机高度下降伴随鸭翼负向偏转,相当于一个减速板,可以有效缩短降落滑跑距离,而且布置鸭翼后可以适当缩小主翼面积,从而减轻整机重量。这对于寸土寸金,寸重寸金的航母甲板也是莫大的好处,毕竟飞起轻一点就意味着能多带一些燃油和武器。

纵观全球那么几个有航母的国家,其实航母舰载机鸭翼设计并不少见,比如我国的歼15,俄罗斯苏33,法国的阵风等。非舰载机采用鸭翼的也有很多。比如台风,鹰狮,歼10等等。甚至连我国四代机歼20抖采用了鸭式布局。由此可见,虽然鸭翼容易造成气流不稳,隐身方面有一些细微的影响,但总体上还是有不少好处。


水镜晓先生

图注:中国歼15舰载机

歼15战斗机上的这一对鸭式前翼,由液压作动筒驱动,能同向偏转,不能反向差动。在飞行过程中,鸭式前翼与边条在大迎角下,可以形成一股可控脱体涡,对主翼的上表面实现有利干扰,从而能够有效增大升力系数。

这对于歼15而言,具有以下几方面优点:第一,提高歼15在航母上的起降能力。航空母舰在大海中航行时受风浪影响,会产生较大的摇摆和升沉运动,舰载机在滑跃起飞、主起落架离开甲板的瞬间,由于飞机空速较低,气动舵面控制能力不足,很有可能导致飞机尾部与摇摆中的起飞甲板首部发生碰撞,造成飞机失事;在着舰的过程当中,由于航空母舰的降落甲板远小于陆地机场,而且同样处于升沉和摇摆的运动中,也要求飞机具备更高的控制能力。而较大的升力系数,则能有效提高舰载机的控制能力和起降能力。

第二,提高飞机在机动飞行时纵向俯仰的操纵响应性能。这即意味着歼15舰载机的格斗机动能力相比原来歼-11B战斗机,有进一步的提升。较大的机动性,可以让舰载机在航母上空就能够有较大把握夺取制空权,保证航母的自身安全。估计歼15舰载机可以达到的最大过载可能是8~9,比美国的F/A-18要好些,因为F/A-18飞机没有鸭翼,主机翼上表面没有脱体涡流过,主机翼的升力不会比歼15高,最大过载也可能没有歼15的大,机动性没有歼15好。

当然,增加一对鸭式前翼,对于歼15而言,也有一些弊端,例如空重增加,隐身性能减弱等,但总的来说,利大于弊。


兵工科技

首先歼15的小鸭翼问题,要看15的前身苏33,因为前苏航母的先天原因没有弹射器,所以只能靠滑跃起飞。




美国舰载机比苏式的个头小一号,但航母却是比苏联的要大30%,所以苏式的舰载机在其航母上起降属于大机小船,在难度上是要比美式舰机高得多。




再加上苏联工业本身特有粗大壮,造成苏33机身较重,又没有弹射器为了保证起降的可操控性(这里已经暂时忽略了作战效能),加装了机头小翼,其目的是为了增加苏33的抬头力矩。这种三翼面的布局设计现役军机里是苏33,但不是苏联发明,美国的NF-15B敏捷鹰就是这样的布局,只是没有投入现役而已。





佬噶尊67087145

这些问题,是否有待解决去除小鸭翼,可是要造成飞行上浮得以平稳,随着战机起飞加速加上大气压气流使战机直冲兰天

我建议改进机翼使机翼角度1.5度大机翼去掉小机翼,使战机更加平稳爬升,更能减少战机的空中阻力,苏一33,F一22都没有小鸭翼,改进材质使战机发挥最大效能。


怀念战友153072259

歼15和老毛子的苏33很像,他们的原型机都一样属重型战斗机,空机重量歼15会轻一点,飞起来也更灵活一些。但是航母的飞行甲板是滑跃起飞,加速度没有强射起飞来的快,如果没有小鸭翼,起飞时的升力就不够,小鸭翼能在低速情况下保持升力。

不过这样的气动布局带来了较大的阻力,飞行速度会有一定影响。老毛子更先进的苏35曾经也使用这样的布局,后来取消鸭翼的原因是使用了推力矢量发动机,灵活性和速度都能保证。美国的航母由于有弹射器且舰载机重量轻,所以不使用鸭翼。在未来的国产航母加装弹射器后很可能会取消鸭翼,并对边条翼和发动机进行改进。


Hiccup22

毛子的雷达太重了,搞个鸭翼就为抬头的,和卖给三哥家那个MKI是一个路数。苏27的翼载本来就低,加上大边条,增升本来本事问题,至于推力,12.5*2在三代机里也不算小了。美帝空军的15和16都完成过滑跃起飞和阻拦降落的。也没用鸭翼。16是准备上舰的。15是作为跑道被打烂的情况下紧急起飞,降落的应急手段


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