淺談戰機垂尾,殲20為它操碎了心

首先,種種跡象表明我國的殲20戰機已經進入了量產階段。這是我國空軍歷經數十年的落後之後,第一次擁有一款毫無疑問的世界頂級戰鬥機,第一次真正用一款國產戰機抹平了與美空軍之間的代差。這是我國國民經濟長期高速發展的結晶,是軍工夜以繼日奮鬥不止的回報。從此,祖國的海空將築起一道新的長城。

淺談戰機垂尾,殲20為它操碎了心

  • 有句話挺有道理:優秀的戰機一定是漂亮的戰機。

關於殲20,我們可以寫出很多東西。不妨今天,我們就聊聊他身上頗為特殊的全動V型垂直尾翼

我們先說說垂直尾翼。垂尾這東西一直以來都是戰機設計中不可或缺的元素。大體上,它的設計可分為單垂尾,垂直安裝雙垂尾和V型垂尾這幾種。它的作用很多。首先它是一個氣動安定面,機翼產生的渦流從垂尾兩側流過可以使戰機保持水平穩定。同時,垂尾後半部一般會有一個可動的舵面,我們稱為“尾舵”,它的偏轉可以修正戰機航向,或者在側風情況時保持戰機穩定,等等.....

能用單垂尾就儘量避免使用雙垂尾,這是戰機氣動設計的一條規律。因為多一個垂尾就會多一組傳動系統,增加重量和系統設計複雜性。所以,輕型和中型戰機基本都選擇單垂尾。歐洲的各種“風”,美國F16,中國殲10等等,無一例外。

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淺談戰機垂尾,殲20為它操碎了心

但是,單垂尾幾乎無法被用於重型戰機。重型戰機塊頭大重量也大,正常大小的單垂尾尾舵的偏轉很難產生足夠的氣動效果來“掰動”戰機,所以重型戰機不得不使用雙垂尾的佈局(多個幫手多一把勁)。在三代戰機時代,重型戰機的雙垂尾一般會與機身之間呈一個直角的角度來安裝。這種垂尾佈局在尾舵偏轉時不會產生垂直方向的分力從而使得飛控不會相比單垂尾佈局更為複雜(下文會提到的V型垂尾則大不然),所以典型的三代重型戰機都用這種佈局。比如蘇27,F15。


淺談戰機垂尾,殲20為它操碎了心

  • 吸粉無數的F14同樣是垂直雙垂尾

在戰機進入第四代後,隱身成為了一項讓所有人破費心力的考量。垂直雙垂尾和單垂尾有個很大的問題恰恰是其比較容易與入射的雷達波形成直角,進而形成較為嚴重的雷達回波。線面呈直角相交是隱身設計的大忌。所以,V型雙垂尾成了不二選擇。

V型雙垂尾可以明顯降低雷達波垂直入射到自己身上的概率從而達到隱身效果。目前問世的所有四代戰機無一例外都使用這種垂尾佈局。

但為什麼唯獨殲20卻採用了全球獨家的全動式V型垂尾呢?這個問題還得從V型垂尾的優劣勢說起。

V型垂尾除了隱身,其在氣動方面還頗有些額外的好處。由於其尾舵在偏轉時會產生一個垂直方向的氣動分力,利用這一特性,戰機在起飛時V垂尾的兩個尾舵同時向內偏轉會產生一個下壓的力從而加速戰機的抬頭,縮短戰機的起飛距離。反之,在降落時尾舵向外側偏轉則可以起到部分減速板的作用。這種特性也使得V型垂尾對於戰機的機動性會是一個很有效的補充。淺談戰機垂尾,殲20為它操碎了心

  • V型垂尾+矢量發動機+平尾,造就了F22絕佳的短距起降性能

但正是由於V型垂尾的這一氣動特性,使得其在橫向的氣動效果相比於垂直安裝的垂尾佈局有明顯的降低——有部分力被分到垂直方向上了那麼橫向的氣動力自然就減小了。所以,V型垂尾的佈局的飛控由於自身這一特殊的氣動特性變得更為的複雜。

美俄兩家不用過於擔心這個問題。因為矢量發動機尾噴口的偏轉完全可以彌補V型垂尾的這一缺點,所以他們兩家的四代戰機的垂尾都依然保持使用傳統的尾舵設計。然而,殲20沒有矢量發動機,全動垂尾也就成為了最好的選擇,但同時也進一步增加了飛控的難度。“全球獨家”的設計的背後,其實寫滿了設計者在航空技術落後這一背景下所付出的艱苦探索。淺談戰機垂尾,殲20為它操碎了心

  • 矢量發動機通過兩個噴管不同角度的扭轉甚至可以完全替代平尾和垂尾的作用,這是中國必然需要攻克的技術

這就是殲20使用全動V型垂尾的本質原因。但這還沒完,因為一直以來垂尾設計都有一個比較大的困擾:戰機呈仰角姿態時由於迎面方向的氣流被機身遮蔽而使得垂尾的安定效果大打折扣。在三代機範疇內,美國和歐洲對於這個問題的解決思路不盡相同。美國選擇使用一對“腹鰭”,歐洲則選擇加大垂尾高度。這兩種做法倒並沒有明顯的優劣——當然,歐洲長期並沒有一款像樣的重型戰機,所以在這一點上,中俄與美國保持一致的做法似乎更為妥當。

然而在四代機身上,美俄不約而同地選擇放棄腹鰭的設計唯獨中國依然保留,這又是為什麼呢?

首先,V型垂尾在常規氣動佈局下完全可以避免迎面氣流在仰角姿態時被機身遮擋。其次,依然要說到矢量發動機。其實理論上,在擁有推理矢量技術後垂尾這一設計甚至都是完全可以被省略的,更何況腹鰭。所以美俄兩家自然完全沒有理由保留這一設計。

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  • 其實F18就選擇了V型垂尾設計。圖為F18正在進行低速大迎角飛行表演,由圖可見如果這樣的迎角換成垂直垂尾那麼機身就將擋住迎面氣流使得垂尾喪失作用。但需要指出的是,在其腹部兩個發動機之間依然保留著一小塊腹鰭,雖然比較小

但殲20的問題較為獨特。殲20是目前四代機中唯一一種使用鴨式三角翼佈局的戰機。有了三角翼,戰機在仰角姿態下V型垂尾依然會被遮擋而無法得到足夠的迎面氣流,再加上自身又不具備推力矢量技術,腹鰭自然就不可以被取消了。當然,殲20的腹鰭的安裝位置也同時兼顧了對於圓形尾噴口的遮蔽,這一點又反而成了一樁功德。

淺談戰機垂尾,殲20為它操碎了心

  • 論一副好菊花對於戰機氣動設計的重要性......由此可以想見,在中國掌握推力矢量技術後,全動V型垂尾+矢量發動機的殲20將會以何等恐怖的面貌出現淺談戰機垂尾,殲20為它操碎了心

    • 話說有一副好菊花卻沒有使用V型垂尾的蘇35同樣保留著腹鰭的設計,原因無外乎就是垂尾設計。論航空技術發展的複雜性.....真心不懂網上有些人何德何能去抨擊人戰機設計團隊

淺談戰機垂尾,殲20為它操碎了心

  • 一副好菊花還得V型垂尾來搭配,這才終於讓蘇霍伊在T50身上取消了腹鰭設計。殲20完事具備,只差一副更給力的菊花

兩片垂尾,足夠讓旁觀的我們學習好一些知識了。由此可以想見,殲20的設計團隊恐怕是為它操碎了心。話說,網絡空間保證了人們言論的自由,卻因此也出現了一系列的《我比設計師懂得多系列語錄》,甚至有時網絡上對於殲20的抨擊的惡毒程度讓人心寒。一會大喊“戲子誤國”“抵制日韓”“抵制蘋果”,一會又對於設計者辛勤的勞動橫加無理地指責——由此可見,許多國人在心態上依然是個矮子在靈魂上依然是個懦夫,根本配不上中國經濟科技軍事的發展成果。奉勸這些網絡垃圾言論的製造者們,如果你的基礎知識積累不夠,就多讀書多學習少發五毛言論,別人沒有義務清掃你自己思想中的糞便以及靈魂中的垃圾.....
淺談戰機垂尾,殲20為它操碎了心

  • 展望將來航空技術的發展,垂尾這種技術恐怕在不久的將來就會被掌握最頂尖航空技術的美國所淘汰。美軍下一代艦載戰鬥機的發展已經啟動,波音公司拿出了一款無垂尾無平尾的設計甚為惹眼。這恐怕是下一代戰機發展的方向了吧。而這種設計的基礎就在於先進的矢量發動機和更高端的飛控。額.....那些聲嘶力竭喊著“殲31更適合上艦”的朋友們請看過來,你們真的有信心認為殲31這個無甚特色的小塊頭將來能與之抗衡嗎????


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