F-22究竟飞多快?装备2台强悍发动机,为何才飞2马赫?

震礼


只要发动机强,板砖飞上天?

F-22隐身战斗机是美国空军最为强悍的战机之一,也可以说是最为强悍的。而F-22隐身战斗机气动外形来看,F-22隐身战斗机并不是飞不了2马赫,甚至3马赫以上速度,但是这对于作战方面考虑来说,战术意义不大。因为一般发动机开足了3马赫后,仅仅能维持1-5分钟就完事了,并且发动机基本宣布报废,在战术上和效费比上一点意义没有。F-22隐身战斗机并不追求华而不实的3马赫速度,反之令F-22隐身战斗机可以在超音速状态下,连续巡航飞行超过半小时,而这才是F-22隐身战斗机最为厉害的地方。

这都是因为美国F-22隐身战斗机有了一对好的发动机,F-119涡扇发动机可谓是世界上当下最为先进的战斗机动力,其动力特点就是一次革命,其性能特点可以归纳为在不提供加力的请款下,超音速巡航,具备二元矢量推进,能为战机提供非常规机动能力,具有全权限数字电子控制系统,实现飞/推综合控制,具有较高的可靠性和良好的可维修性。

F-119涡扇发动机的推力比一般发动机要大1倍多,对F-22战斗机来说可以进行快速突防任务,大大提高了战机的作战能力,同时F-119涡扇发动机还第一次实现了性能、安全、可靠、维修、经济等指标的平衡,F-119涡扇发动机主要部件比普通发动机少了40%以上,耐久性更强,工作效率也更高,对地面保障设备和人员的需求减少了一半,定期维护减少了80%以上。

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军事天地


F-22“猛禽”是世界上第一种单座双引擎第五代隐形战斗机,它的作战能力为前一代主力机种F-15的3到5倍。主要任务是取得并确保战区的制空权,额外的任务包括对地攻击,电子战和信号情报。F-22于2005年进入美国空军服役,以取代上一代的主力机种F-15战斗机。洛克希德·马丁为主承包商,负责设计大部分机身、武器系统和F-22的最终组装。计划合作伙伴波音航太则提供机翼、后机身、航空电子综合系统和培训系统。

(F-22“猛禽”)

F-22是当代造价最昂贵的战斗机种之一,也是当今世界最先进战斗机之一。它配备了AN/APG-77主动相位阵列雷达、AIM-9X红外线空对空导弹、AIM-120C/D中程空对空导弹、二维F119-PW-100推力矢量引擎、先进整合航电与人机界面等。在设计上具备超音速巡航(不需使用加力燃烧室)、超视距作战、高机动性、对雷达与红外线隐形等特性。据估计其作战能力为F-15的2到4倍,是新一代重型战斗机。另外,在开发F-22期间所建立的许多先进技术,也沿用到中型的F-35“闪电Ⅱ”(Lightning II)身上。F-22被公认为现代上10大战斗机第1名。洛克希德·马丁公司宣称,猛禽的隐形性能、灵敏性、精确度和态势感知能力结合,组合其空对空和空对地作战能力,使得它成为当今世界综合性能最佳的战斗机。

(F-22“猛禽”超音速飞行)

F22在超音速下具有划时代的机动性,可以在15000米高度,以M1.6拉一个6G的稳定盘旋,而上一代战机只能在这个高度和速度下,拉到3G,并会损失速度,这意味着F22有选择交战还是逃离的能力,而其他战机没有。而在低速下,F22具有70度的可以攻角,在15海里空速下,机头依然可控,在0空速下,机头掉落可知。这种低速机动性也是划时代的。

(F-22“猛禽”发射AIM-120导弹)

F-22所使用的发动机是在1983年ATF计划所确定下而开始正式立项研发。参加发动机竞标只有普惠公司和通用电气公司两家。1984年,普惠和通用电气分别拿出各自的方案设计。普惠所给出的是采用低涵道比设计的PW-5000,并这款发动机能提供30000磅级推力(约13吨)。为了达到预计指标,普惠拿出了耐高温达1100°的三代单晶涡轮叶片。而通用电气拿出的则是GE-37,GE-37在设计上运用了可调涵道比设计,其涵道比能在0~0.25之间进行改变。这是为了满足ATF计划中所提出的低油耗和高速长航程矛盾指标的设计。通过对涡扇发动机涵道比的调节来进行油耗的调整。这款发动机有着高涵道比的巡航模式和低涵道比的涡喷发动机模式,在涡喷模式下,GE-37的推力要比W-5000要高。服役的F-22战斗机装备两台F119-PW-100低涵道比加力涡扇发动机,单台最大推力104千牛,加力推力156千牛,推重比超过10。相对于上一代战斗机使用的发动机,F119在零件数量少40%的情况下能多输出22%的推力,并且采用了推力矢量技术,发动机喷口能在纵向偏转±20度,使F-22具备了极佳的机动性和短距起降性能 。

(F119-PW-100低涵道比加力涡扇发动机)

F-22最大速度可能在2.4-2.5马赫,但是武器投放最大速度实验就做到了2马赫,原因是,飞机要求带一定的过载进行发射,就这种比较苛刻的要求,使得F-22战斗机的速度快速下降。

虽然F-22战斗机是世界第一款隐身战斗机,但是美国人还是努力做到最好,F-22战斗机在2马赫时候,可以做出5G盘旋,这种时候还可以发射导弹,这在当代战斗机中首屈一指,而且F22也尝试过高度1万米在1.8马赫速度下拉出8G巨大过载,F22战斗机打开加力,做5G机动包线远远超越F-15和F-35,这才是真实的战斗力。


铁杆军迷


F-22究竟飞多快?为何才飞2马赫?

第一个问题的答案:F-22的极速大概是在2.2马赫附近,这个速度已经很快了,但是比起米格-31这样的截击机在最大飞行速度上还是有较大差距,那么这是为什么?

我们首先要知道下最大飞行速度和什么性能有关系,这样才能知道F-22的极速性能为什么只有2.2马赫左右。

我们首先构建一个飞机定常平飞时的模型,当攻角接近于0时,我们可以分别从横轴和纵轴上得到T=D和L=W。<strong>

也就是横轴上的推力=阻力,纵轴上的升力=重力,此时飞机处于平衡状态,飞行速度方向向左

而此时的推力又被称为平飞需用推力Tr,平飞需用推力=阻力。(当然不同飞行高度和速度下的平飞需用推力也是有很大差别的)

我们现在知道了,要想飞机稳定在这个速度那么我们需要提供相应的推力让T=Tr,此时的T就是可用推力。可用推力也就是发动机能够提供的推力。

最大平飞速度也是一样的,如果飞机能够稳定在这个速度,那么它的阻力是一定等同于推力的。

也就是这幅图中的Ta和Tr曲线交点,这一点时Ta=Tr,所以此点在横轴上代表的速度就是飞机的最大飞行速度

所以想要尽可能的提高最大速度,无非就是两个做法,一个是提高推力,一个是降低阻力。

提高推力就是从发动机着手,减小阻力就是从气动外形着手。

我们知道现在的航空发动机一般都是涡轮风扇发动机,这类的发动机的风扇会压缩空气,被压缩的空气会被分成两股,一股进入外涵道,一股进入外涵道,外涵道与内涵道空气流量之比为涵道比。

图中的就是简单的涡轮风扇发动机,由于外涵道不需要经过高压压气机,燃烧室所以是不需要消耗燃料的,所以涵道比越高就会更省油。而涵道比越小,相对来说推力就会越大,因为气体经过高压压气机,燃烧室等,自身的动量就会越大,而发动机的推力原理正是来源于动量定理

而我们知道,光考虑涵道比自身油耗和推力是不可以的,因为发动机随着飞机飞行高度和飞行速度的变化,自身的转速就算不变,推力也是会发生改变的。

意思就是海平面时,此发动机能够提供1t的推力,90000米高空时,在转速相同,速度相同的情况下,此发动机只能够提供0.3t的推力。当然我只是举个例子而已,没有真实性的。

所以就有了发动机推力曲线:

比如此图,就是涡喷关于高度的发动机推力曲线,纵轴上方描述的量是推力,下方是耗油率Cf,涡喷也是一样的,一定程度上你可以将它想象成涵道比为0的涡扇发动机,举个例子而已

现在我们知道发动机有推力曲线了,一般来说高涵道比的发动机更适合亚音速,低涵道比的发动机合适超音速,所以如何提高飞行器的极速,对于发动机的要求就是:推力尽可能大,涵道比尽可能低。(像涡轮前温度这些,都可以大致归入推力大的方面)

那么现在我们来看气动方面,如何降低飞机超音速后的阻力呢?我们首先要知道飞机超音速的阻力主要有哪些。

飞机超音速阻力主要有两个:一个是在跨音速区间突增的波阻,一个是飞机配平是舵面转动产生的配平阻力。当然其他阻力也是存在的,不过减小这两个阻力是目前超音速飞机能够实现的途径。

波阻减小的方法有很多种,增加机身的长细比,机翼采用小展弦比大后掠角的设计,加大尖削比,面积率修型,减小机翼的相对厚度,减小机身的截面积等措施。

协和式客机就是典型的例子,大长细比机身,机翼厚度小,机身截面积小等措施,让它成功的比一票战斗机飞得都快

米格-31这类截击机极速高的原因长细比机身占了很重要的原因

减小配平阻力的方法目前通用的有两个:一个是采用远距耦合鸭翼,一个是将飞机设计成静不稳定性。

配平阻力其实就是力臂问题,飞机在天空中飞行的时候,是不可能时时保持一个平稳状态的,所以这需要飞机的平尾,副翼和垂尾去维持飞机在俯仰,横滚,偏航力矩的平衡。

所以就会产生配平阻力,我们都学过杠杆定理,知道力臂越长越省事,对应到飞机中也是一样的。那么我们如何去将力臂变长呢?

对于俯仰配平阻力来説,我们可以寻找鸭翼,远距耦合鸭翼到重心的距离比平尾到重心的距离更近,所以力臂更长,所以配平时舵面偏转就小,产生的配平阻力就小。

台风就是典型的远距耦合鸭翼,其鸭翼位置这么靠前的原因就是尽可能的远离重心,这样可以增强配平效率

静不稳定其实就是全机的升力中心在重心之前,简单地说就是,当飞机攻角增大时,飞机会自发抬头让攻角更大,攻角变小时,飞机会自发的低头,这样的飞机就是静不稳定的。

现在我们来看第二个问题F-22的极速为什么只有2马赫?

我认为是由于F-22采用了兼顾亚音速性能与超音速性能的缘故,由于F-22是空优机和单纯的截击机是不一样的,所以在设计时会考虑亚音速机动能力,是不可能将机身的长细比进一步放大的。所以尽管采用了F-119这样的小涵道比发动机,F-22的极速也没有米格-31这类单纯的截击机强。

不过,话说回来,极速越高不代表飞机的超音速机动能力强,因为升阻比不止要求阻力系数低,也要求升力系数高。

毕竟F-22选择的是综合,它的机动能力就远不是米格-31比得上得了,不管是超音速机动能力还是亚音速机动能力。


英雄光


F22装着世界上第二先进的2台F119发动机,巡航速度都能达到1.87马赫,为何最大速度才只能飞2.2马赫(网络上的数据),而体型更大的歼20才装备2台WS-10B发动机,性能可谓差了整整1个档次,为了最大速度却能达到2.5马赫呢,这是为什么?

首先这个没有必然联系。F-22的发动机是推重比达到10的F119发动机,先进的发动机+完美的气动布局,让F22达到1.87马赫的超音速巡航能力。所谓的2.2马赫的最大速度其实也就是传说而已,可能是真的,也可能是假的。个人觉得如果美国要让F22到达2.5马赫速度也是完全可以的,但是美国人认为并没有这个必要而已!

F-22并不太追求没有意义的最大速度,毕竟这样开着加力也就仅仅只能飞几分钟,人家追求的就是超音速巡航能力,而且是不开加力情况下达到这样的能力。利用超音速巡航快速抵达战场,利用隐身性和高于其他战机的战场感知能力,完成超视距锁定攻击后转移,避免与敌方战机近距离格斗,所以在设计上的取向不同,其最大速度可能不如F15E的2.5马赫也是很有可能的。

而且F22不开加力的巡航速度已经达到1.87马赫,在美国看来这个速度已经足够,因此在加力燃烧室设计上可能有所保留,这样在设计上不但节约成本,而且能让发动机拥有更长的寿命。长期开着加力燃烧室工作说白了就是让发动机超负荷运转,这样的运转对发动机寿命影响恐怕是比较大的,而F119压根就不用超负荷运转,甚至都达不到设计负荷元转,这恐怕也是F119发动机能够达到12000小时寿命的原因所在吧!

其实如果美国要提高F22的最大速度是意见很简单的事情,想当年美国的XB70轰炸机,那么大的家伙让其飞到3马赫和3万米高空,即使是F111这个土豚,最大飞行速度不也能达到2.5马赫,让更为先进的F22飞到2.5马赫恐怕也不是太难的事情,甚至可能都不用换发动机就可以,只是美国空军认为没有这个必要罢了!


狼烟火燎


F-22为四代机(国际通行的划代方法,苏俄称为五代机),那么要回答该问题,就要结合四代机的特点。

下面分三步回答该问题

F-22究竟能飞多快?

在航空术语中,战斗机的速度一般分为

巡航速度最大速度。所谓巡航速度,就是战斗机能以该速度飞行得最远,换句话说,是一种最省油的飞行速度。对喷气式飞机而言,一般在9000-12000米的高度,以每小时800-900km的速度飞行是能飞得最远的。那么,战斗机处于巡航状态时,其发动机的推力也称为“巡航推力”,四代机以前的飞机,其巡航速度都处于亚音速。如果要超音速飞行,就得开“加力”。我们知道一旦战斗机开“加力”,燃料就会在15分钟内耗尽,所以飞行员只会在万不得已的情况下,才会有此骚操作。自从四代机F-22诞生以后,改变了这个局面。该机能在不开”加力“的的情况下,实现超音速巡航,巡航速度可达1.4-1.5马赫。其最大速度可达2410km/h,也就是说接近2马赫。

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装备2台强悍发动机,为何才飞2马赫?

有人要问,装备2台如此强悍的发动机,为什么才飞2马赫?甚至在开“加力”的情况下,速度也不会提高多少。

要回答这一问,还是回到四代机的话题上。众所周知,第一代喷气式战斗机的速度不快,高度也不高,所以第二代的时候,拼命地追求高空高速,到第三代的时候,其速度也与第二代相当,但航程较远。

到第四代的时候,战斗机的设计理念发生了显著的变化。比如,美国军方在向“洛克希德”、“波音‘和”通用电力公司“提出四代机的需求时,一共提了:机动灵活性、隐身、超音速巡航、高可靠性易维修、有致命武器等8项要求,但并没有提出速度要有多快、能飞多高这样的要求。所以,到F-22的时候,速度已不是人们追求的主要指标了。

那么,配2台强悍的发动机做何用呢?这样做的目的,主要是能让F-22能达到高机动灵活性、超音速巡航和能有较大的载弹量等这些指示,而不是为了单纯地提高飞机的速度。再说也没有必要无限制地提高飞行速度,因为此时超视距空战的思想已经主导了整个空军。所以,F-22的最大速度也就接近2马赫而已。


结论,到四代机以后,进行的是超视距空战,两架战斗机进行空中缠斗的情形基本上就不存在了。如果我们从这个作战理念的转变进行思考,就能很好地理解F-22的各项指标,因为武器装备的发展是受作战思想的指导的。有什么的思想,就有什么的装备。

一家之言,敬请批评指正!


止戈军是我


美标的五代机F-22最高速度确实不到两马赫,但各国发展四代机就已经不盲目追求高速了,因为超音速飞行特别耗油,还需要发动机开加力,实际上就只能维持几分钟,作用不是很大。

而F22因为飞机动力强、外形阻力小,恰恰可以不开加力就能超音速飞行,也就是所谓的超音速巡航,能够持续半小时以上,最高能到1.8马赫。如果这么一算,F22的实际速度可比四代机快多了。


五雷


战斗机的发展经历了追求高空高速得阶段,但实践证明战斗机并不是速度越快越好,飞机的速度和气动外形以及发动机推力有直接关系,有利于高速飞行得气动外形,不利于战斗机的机动性,而大部分空战都是在高亚音速进行,所以现代战斗机兼顾高速和机动性,一般最高速度都在两马赫左右


一杯清茶182860292


你好2马赫是可以巡航的这个不得了,目前地球上只要这一架能做到,可以说天下我国武功唯快不破,已经是独孤求败了。


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