為什麼未來的戰機要向著無垂尾翼方向發展?

Nicket


第一減阻、第二減少雷達波反射截面積!

飛機垂尾作為飛機尾翼的組成部分,主要提供飛機橫向的靜穩定性和橫向動穩定性,同時為飛機提供一定的可操縱性,但是垂尾在給飛機帶來這些好處的同時,還會附帶阻力。


▲飛機垂尾所附帶的阻力與飛機機翼的壓差阻力不同,其不僅有高速氣流的摩擦阻力還會曾大飛機的干擾阻力和激波阻力。

而飛機想要飛的快,最重要的手段就是“減阻”,就像通常為減少激波阻力,飛機的氣動外形要儘可能的在縱向設計上平滑的設計面積率分佈、增大飛機的長細比,而去掉飛機垂尾也是降低飛機阻力的一種手段。


▲“只要動力夠,板磚也能飛上天”,這句“至理名言”估計人人都聽過,但是光讓板磚飛上天不行,還需要高速、安全、可控的飛行,而想要讓飛機高速飛行,“減阻”其實是比“增推”更有效的手段,而飛機去掉垂尾恰恰是減阻的重要手段之一。

那麼既然去掉飛機垂尾可以讓飛機減阻,為什麼要等到六代機的概念階段才引起大多數人的重視呢?

這就是先進航空技術與數字化飛控進步的結果,在很早之前人們就知道飛機去掉垂尾就可以減阻,但是作為飛機重要操縱面和穩定面的垂尾,如果單純的去掉會影響飛機的穩定性和可操縱性。


▲1989年7月首飛的B-2隱形轟炸機,估計是現在大家最為熟知的無垂尾飛機了,但也正是因為沒有垂尾,才使得B-2的可操縱性不高。

而B-2首飛的年代,恰恰是先進航空電子技術進步和數字化飛控誕生的早期,而如今經過30多年的技術進步後,現在的先進航空電子技術與數字式飛控技術,已經可以解決無垂尾甚至無尾飛機的可控要求了。

▲2018年珠海航展上,用矢量噴管做機動飛行的殲10BTVC,飛機矢量系統誕生,為飛機去掉更多操縱舵面以減阻創造了可能,而飛機矢量系統的普及離不開先進航空飛控系統的進步。

而六代機去掉垂尾的另一大原因,就是可以提高飛機的隱身性能。

▲隱身技術包含的內容十分廣闊,不僅有雷達電磁隱身、還有紅外隱身、光學隱身、聲學隱身等多種技術,而飛機隱身技術目前主要以雷達電磁波隱身為主。

在現今六代機概念研究中,普遍將飛機的全面隱身技術列為第一要求,而隱身技術的關鍵,就是如何縮減飛機的雷達反射截面積,那麼減少垂尾相對來說,自然雷達截面積就越小了。







不過現在六代機普遍還處於概念研究階段,具體的技術要求各國還沒有一個統一的認識,各國都對自己未來的空戰環境有不同的要求,那麼各國的六代機也可能不近相同,未來六代機可能出現相較四、五代機更大的區別,不會像四、五代機那樣儘管看著百家爭鳴,但實際上同質化十分嚴重的現象。


軍事小科普


從目前各主要軍事強國公佈的下一代戰鬥機初步方案(存在的變數也很大)來看,無垂尾設計確實是主流。相對於目前三、四代戰鬥機的單垂尾/雙垂尾,無垂尾設計對提升戰鬥機隱身能力、降低飛行阻力等作用明顯,但是也對戰鬥機的飛控系統、製造材料等提出了更高的要求!個人認為下一代戰鬥機採用無垂尾設計的原因包括:
電影《絕密飛行》中的未來高度智能化的無人戰鬥機EDI,採用無垂尾+柔性機體材料設計!


法國達索公司公佈下一代戰鬥機方案

1)降低雷達反射信號、提升隱身能力:隱身能力是未來戰鬥機必備條件之一!對於現代戰鬥機而言,其主要的雷達反射信號來自於機頭及機身側面,而垂尾是影響側面雷達反射信號的關鍵因素之一,因此,目前的四代戰鬥機中,包括殲-20、F-22、Su-57、F-35等全部採用大傾角的垂危,目的就是要儘可能的降低側面雷達反射信號。對於下一代戰鬥機,其隱身性能必定更高,而且不僅要對短波雷達具有隱身能力,對於目前反隱身雷達普遍採用的長波也要具有隱身能力,因此,採用無垂尾設計也是大勢所趨


現役四代戰鬥機雷達反射信號對比,均採用大傾角垂尾設計!

2)降低飛行阻力、提升飛行速度:下一代戰鬥機的動力將會更強勁、飛行速度更高(預計最大飛行速度應該在3-5馬赫),高速飛行時任何降低阻力的措施都將會是設計考慮的重點,垂尾雖然迎風截面已經很小,但是,要是在3-5馬赫等速度下,其產生的阻力也是十分可觀的。下一代戰鬥機採用無垂尾設計也是必要的措施之一。


三、四代戰鬥機的垂尾等常規翼面,阻力貢獻也很可觀美國下一代戰鬥機方案

無垂尾設計能夠提升隱身和飛行性能,但帶來的問題是如何保持戰鬥機的機動性能,這方面個人認為未來主要通過2種方式來實現:一是採用矢量發動機,二是機體採用柔性材料!矢量發動機的技術目前已經比較成熟,通過調整發動機噴管方向也可以使戰鬥機產生機動力拒,未來矢量控制技術肯定也會更加高效、方便;機身採用柔型材料,在不同的飛行狀態下可以適當調整機體結構,同時也可以使整個戰鬥機機體成為一個可變的調節面,同樣也能保證戰鬥機的機動性。


下一代戰鬥機採用的矢量噴管將更加靈活、方便!

雖然目前全球範圍內也僅有為數不多的幾個國家研發、裝備了四代戰鬥機,但是,各航空強國在下一代戰鬥機的研發上早已開始了競爭。未來的軍事對抗,掌握制空權仍是第一要務,誰掌握了天空誰就掌握了主動權!雖然我們的殲-20才剛剛形成初步戰鬥力,但相信我們的軍工科技人員早就做好了應對未來空中挑戰的準備!
美國下一代戰鬥機的變循環發動機已經取得技術突破


下一代戰鬥機的競爭已經悄然開始!

(圖片源自網絡,侵刪!未經允許,嚴禁轉載、洗稿!)


威吶解析


目前裝備的第五代戰鬥機與第四代戰鬥機還是有許多相似的地方,包括各種氣動部件等一樣都不缺,其中最為顯著的就是垂尾等組件,而這是對於雷達隱身影響最大的部件。在美國研製的B-2A戰略轟炸機上已經看不到垂尾這個機構了,而目的就是為了減少雷達反射截面積。

包括美國海軍未來要裝備的MQ-25無人機系統就是採用沒有垂尾的氣動佈局,隨著科技的進步,飛行器對於垂尾的需求越來越弱,這也會是未來多款機型取消垂尾的一個原因。目前的科技手段已經可以通過別的方式來保證飛行中的穩定性,而機動能力也可以通過使用佈置在各處的小型的矢量噴口來進行。

第五代戰鬥機的一個的特色就是隱身能力,但是就目前的氣動佈局設計還不能做到完全的雷達隱身,其中很大一部分原因就是在於垂尾的存在,包括英國和法國等研製的未來的第六代戰鬥機上已經在考慮取消垂尾結構。

目前世界上已經明確要進行第6代戰鬥機研製的國家中除了法國,英國之外還有美國,但是到目前為止美國還沒有拿出相關的模型等資料,所以還不清楚美國的研製方向。不過從美國研製的無人機看,美國對於沒有垂直尾翼的設計是相當有信心的。


航空視界


主要還是因為隱身性能的需要,以前的戰機即使應用了傾斜的雙垂尾,在特定的方向和角度,雷達反射面積也是很大的,做不到全向隱身。而像美國b2轟炸機那樣的簡潔外形,全向隱身性能做得非常好。而且飛機雖然少了很多的操縱面,但是以現在飛機的飛控系統進化的程度來說,電腦控制下的電傳操控系統已經足以靈活正常的控制戰機,甚至比人為操作做得還要好。


柔然大少


因為為了隱身!


瀟瀟夏雨


機動性和隱身性更好!


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