为什么歼20早期的后机身与量产版的差距这么大?

知识就是力量啊

歼-20的验证机与量产版的外形差别较大,不止后机身,很多细节都经过修改,这对一款量产型战机来说很正常!

原因除优化外,一个最关键因素是发动机,下面详细解释。

首先是歼-20的外形优化、调整,观察歼-20的首架原型机、编号2001的“黑丝带”,即便不和量产版放在一起比较也可以发现,2001原型机的线条比较粗陋,不仅各处翼尖没有切尖,尾椎形状生硬,主翼边条也没有采用雷达隐身设计、完全是一个弧形边缘,很显然是在气动上求稳、先把验证机飞起来再优化隐身。

仔细观察歼-20的后机身,从仰视图可见,2001的后机身比较“有棱有角”,线条过渡不太自然,这种由平面构成的设计更简单,也有较好的雷达隐身效果,但不利于减阻,会拖累歼-20的飞行性能。

众所周知,歼-20项目进展顺利,配套的国产WS-15发动机却一拖再拖,无奈之下歼-20只能暂时使用俄罗斯AL-31F-M1、或性能类似的国产WS-10B。

这两款发动机的直径都比WS-15略小,推力也大幅度降低,约27~28吨的加力推力不足以支持歼-20实现原定的设计指标。

无奈之下,611所才修改了影响歼-20加速性、最大速度的后机身,拓宽尾部沟槽并适当“瘦身”,对消同一截面上由主翼增加的横截面积,利用“跨音速面积率”提升歼-20的加速性和最大速度,进而提升飞行性能。

在修改过程中,结合最新的计算机模拟技术,一并对歼-20机身线条进行优化,让各反射面的过渡更加自然,同时又不降低雷达隐身性能。

一个减阻瘦身,一个优化线型,两种因素的共同作用,导致了歼-20的量产版与原型机的后机身差别!

分析这样改动的原因,“优化线型”是技术进步的红利,“减阻瘦身”则有些无奈,目前媒体已有WS-15定型的消息,未来装机后,完全状态的歼-20或将再次修改后机身,以容纳直径更大的发动机。

届时歼-20将具备超音速巡航能力,作战性能也会迈上一个新的台阶。

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炎黄军武

歼-20威龙战机后机身,在目前的小批量生产型号上,是否发生了重大变化?这一问题还有不小的争议。

个人认为,实际上歼-20威龙小批量生产型号,后机身没有多大变化。

引申出来的核心问题是,歼-20威龙战机“后半身不隐身”的问题,目前是否有重大改变?个人认为,确实没有太大的改善。也许主要原因是歼-20威龙战机可以使用的发动机并没有质的突破,使得它的后机身也无法做重大修改。

必须等到传说中的中国战机大推力涡扇发动机彻底成熟,歼-20威龙的重大改良型号才会进行后机身隐身领域重新设计,补上这一短板。

其实,隐身飞机短暂的几十年历史里,一般认为F22“猛禽”、歼-20威龙等战机也主要保证前向隐身,也就是向前的RCS雷达反射截面积降低到最小。

假如歼-20威龙可以进行后机身修形,显著降低反射波,那么对方即便占据了针对歼-20威龙的较佳作战位置,探测距离也会跌至一半,甚至因为探测距离太短,被歼-20威龙战机轻松摆脱或规避。

可以肯定,歼-20威龙隐身战机的后机身必须进行深入修形,实现缩小几十倍的RCS雷达反射截面积,从而解决后机身不隐身的问题。

确实,F22“猛禽”彰显了美国强大的隐身技术。

它在前向的RCS雷达反射截面积依然被保密,通常认为只有F-15的一百到几百分之一,敌方传统战机、预警机雷达有效探测距离一下子缩小到了几到十几公里,实战中很可能根本没法发现浩瀚空域中的F22“猛禽”。

从工程角度来说,歼-20威龙战机后半身的隐身改良,可以采取这一系列的措施:改良后机身外部形状,减少凹凸不平的雷达反射强烈区域;令各个表面尽量齐平,减少反射散射的雷达波的方向与强度;修改发动机喷口外形,尽量采用二元矢量喷口,获得更好的隐身能力;修改翼面边缘,采取平行线外形边缘;争取形成更为有效的遮蔽,例如假如发动机长度缩短,有助于尾翼、机翼遮挡照射到喷口上的雷达波;改变后机身各种天线、口盖、光电窗口的设计。

虽然目前来说,歼-20威龙战机的后半球隐身实在不理想,整体隐身落后于最高水平,但是中国军工人必将彻底解决其后半球隐身问题!


加特林

国内的二代机,包括歼八和飞豹,它们在后机身结构上都采用的包覆结构,发动机安装受力的主要的承力结构是由围绕着发动机的框架实现的。结果就是整个后段的机身结构厚度大、重量大。而到了歼10和FC-1上,其后机身的主要承力结构就转变为机身后边条,发动机的重量、大过载飞行中的载荷,主要都是通过机身后边条的大梁向前传递到中机身。


图:F15这样的,发动机安装承力主要靠两发动机中间和外侧的高强度梁。而发动机上下表面承力极少,结构薄,阻力低又轻巧。
图:飞豹是典型的二代机设计,后机身的发动机承力采用笨重的包覆设计。事实上这是二代机和三代机结构设计中的一个重要技术进步。而在歼20原型机上,后机身的设计完全没有体现出机身边条侧梁承力的优势。而同样的双发重型机,看F15和F22都很明显,后机身截面从发动机前端开始就收缩,包裹发动机的机身结构越来越薄。

这是毛子苏27的原型机TK10,后机身典型的二代机的包覆式结构,全方位落后于当时的F15了。所以后面毛子直接推倒重来。
苏27的的后机身,是不是很有皿煮范。。。

歼20原型机后机身设计,从风格和技术规律上讲,表现不正常,完全达不到成都自己应有的设计水平。

但是后面看完这本书,大概也明白是怎么一回事了。原来如此,那这样一切都说得通了。被大锅饭了。

图:真以为歼20后来的原型机死命地给后机身结构减肥是吃撑了?


看看F22是怎么收缩后机身截面积,尽量把后机身承力结构的面积通过侧边条向两侧翼展方向延伸,形成升力气动外形的一部分的。如果要问怎么做最好,那当然是学F22;做不了两元喷管也该学发动机段的后机身结构外形处理。
其实歼10的后机身设计就采用侧边条承力了,很轻盈、流畅,所以说到这里大家都应该明白是怎么一回事了。


Yy利刃

在我看来J20早期验证机与现在的小批量量产阶段后半段机身的变化并不算太大。

从上图中可以看到J20的后部,主要是发动机的变化,开始都是AL31系列发动机,变化嘛有一点而已,实际上没啥太大差别,到了2016,采用了国产太行发动机,虽然推力要比AL31稍微大一点,但是总的来说并没有质变。

这主要是像俄罗斯方面的一个表态,如果俄罗斯不提供发动机,那么我们就会完全国产,这样避免被卡脖子的同时,俄罗斯方面也不敢在发动机上过度加价,主要是谈判筹码,最终还是要等待WS15发动机,这个最终的方案,就像很多人所说的那样,J20的后半球隐身是很差的,基本上和三代机没有差别。

F35采用的锯齿形尾喷管,能够有效对抗X波段雷达以及具有一定的红外抑制作用,也就是能够实现一定程度的红外隐身,毕竟作为现役推力最大的发动机,F135发动机的红外信号极为明显。

F22采用二元矢量发动机,矩形尾喷口才是隐身飞机的主流,比如B2也是矩形尾喷口,能够实现更好的全向隐身和红外隐身,比F35的矩形尾喷口好的多。

目前的J20发动机只有两侧的尾撑和腹鳍做了侧向的遮蔽,对于后半球仍然没有任何的改变,我认为这是等ws15的二元矢量发动机,到时候能够直接上矩形尾喷口,所以没有对尾喷口做什么改变。但是由于这个技术难度也是很大的,主要是要生产合格的耐高温钛合金和陶瓷的工艺是很难的,所以也有留作预备的轴对称矢量发动机的备份(实际上现在大多数人猜测J20未来采用这个方案)。

前起落架舱门锯齿明显变大,起落架舱门破坏表面连续性,增大回波信号强度,由于升空后方才关闭,无法在地面采,取处理措施,需依靠外形设计控制回波方向。2001 和F35采用的锯齿仅对厘米波段威胁有效,面对S/L波段雷达而言近似于平直前缘。J20利用隐身性能穿透敌方的重重空中设防,直接攻击后方的预警机,加油机,电子侦察机等重要的低机动性的辅助飞机,所以尾喷管自然最好的方案就是F22的矩形尾喷口,如果实在做不到采用轴对称矢量,那么也不会采用F35那样的较小锯齿形,而是采用这种更大的锯齿形,目的就是要在对方预警机的眼皮下干掉预警机。


从上下对比图就能明显看到J20验证机与量产机后部的变化,主要就在发动机舱中间的沟更深更长,以及两侧机身的收腰设计,这是很明显的超音速设计,J20机体纤细,本身超音速升阻比就是目前各类战斗机中最好的。空空导弹的重量体积有限,携带的燃料不能支持太长时间的主动段飞行,那么载机在发射时提供的初始能量就至关重要,J20的设计使得它能够一边机动一边超音速也能很快发射导弹,而三代机的升阻比普遍在2左右,哪怕开了后燃器进行超音速飞行,一旦进行转弯这类很简单的机动,也会立马掉速度,导弹性能相当,但是初始能量的不同,不可逃逸区的差别将是天差地别。


糖宝贝Y

非常正常,任何一款飞机,原型机工厂试制机与量产型或多或少都有一些差别。

产生 差别的原因,就是经过不断试飞,试验不断改进完善设计。例如苏27航空界戏称是补出来的飞机,就是在试飞过程中不断发现设计制造问题,一边试飞试验一边改进。沈飞正在试飞的FC31参加航展的原型机和最新的试飞原型机外形改变更大,像两架不同的飞机……这就是原型试验机在试飞中发现和暴露出来问题,气动外形经过试飞不断修形,优化的结果。那么J20也一样,试飞原型机和量产有差别就不难理解了。所以说是正常的。即便是已经量产型号,随着科技进步,使用情况,仍然会不断改进。一些飞机的批次不一样,或多或少都有一些变化。


孔乙己乱弹

很正常,电脑设计并非万能,前半截迎风面的气流走向比较简单,后半截背风面的气流就复杂得多,通过验证机得到数据后进行修改是必经之路,随着技术的进步,量产型后续批次的外形很可能还会继续修改。以F18为例,C/D型之前的大黄蜂气动设计存在巨多硬伤,比较有名的就是边条形成涡流的位置不对影响到垂尾的寿命,发生多次事故后通过在背上加装导流片临时解决,最终到E/F型超级大黄蜂,基本上已经是完全不同的飞机了,只是长得像而已。


鹤舞白沙L

机身的后半段是沈飞设计的。但是由于体制问题,为了给亲儿子争面子,通过行政手段将设计任务分为两段,沈飞负责后半段,而不知道沈飞是出于何种目的,机身后半段明显不符合截面积律,在试飞中发现机身后半段跨音速阻力极大,因此成飞方面拼了老命给后机身减肥。


南之心4

1 量产型与原型机的鸭翼经过了修型切尖,翼根边条外形大幅变化,尾撑尺寸大增并安装了干扰弹发射器。

2 机腹上能看到疑似翼下挂点的预留接口,F-22也有类似设计,可以远程机动时挂载副油箱,可能挂载弹药。

3 发动机中间的凹陷也是加大,弹舱段与发动机段的过度更明显,后部更瘦,有利于降低阻力,作动筒整流罩体积明


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