03.04 為什麼俄試戰機的機頭和機身都是有一個很大的向下角度?

悄悄瞄一眼


W君的專業就是這塊的,那麼可以詳細的開(zhuang)講(bi)了。

其實和發動機有關係!只不過俄國人處理的更好。

說到俄式戰鬥機目前大多數人腦子裡面就都是Su-27和Mig-29這一系列的戰鬥機,當年米高揚和蘇霍伊兩國設計局採用的中央勝力體佈局不得不說是一個鬼才的設計。稍後W君會細說。而在此之前俄羅斯的戰鬥機遵循的設計思路就是線條相當簡單的設計風格。例如mig-27和Su-24等戰鬥機。

甚至可以說Mig-27才是妥妥的俄羅斯風格戰機。

在後來各種重型戰鬥機大行其道的時候,發現一個噴氣式發動機的推力不足,就增加了一個噴氣發動機。雙發重型戰鬥機就開始被設計出來。其中很有代表性的就是F-4。

我們可以看到F-4的發動機距離很近,這是一個時代的烙印,當年發動機的故障率還是很高的,如果發動機距離過遠當一臺發動機出現故障的時候另外的一臺發動機工作就會造成一個偏航力矩,當年基本上無法自動的修正。發動機過近的F-4還有一個問題就是翼載荷很大。對於機動性會產生負面影響,直接導致了F-4在戰場上被機動性更高的Mig-21虐的體無完膚。

美蘇兩方在後面的戰鬥機設計中就不斷的增加了發動機之間的距離。

看F-4的接班人F-15:

F-15的發動機之間的距離比F-14加大了25.7CM,同時用了更加扁平的機身進一步的降低了翼載荷這樣的設計直接導致了F-15完成了一個驚人的舉動——一片機翼飛回家。

機身的結構充當了一部分機翼的功能。


而美軍誤打誤撞的一個設計典型就是F-14了,當年為了適配AIM-54導彈將F-14的機身特地加寬,發動機間距達到了3.73米,這樣扁平的機身一下子提供了巨大的升力。

使F-14在靈活性上超出了設計目標的31%,美軍軍機的設計就像撿到寶一樣一直展開了對大間距發動機機身的設計。


說回俄國的設計。俄國最早的雙發戰鬥機也走了一條和美軍相同的路徑,只不過俄國設計師更加敏銳的發現了機體升力的概念,提出了了中央升力體的概念,在此之後的Mig-29和Su-27都是使用的相似概念進行設計。


而題主提到的機頭下沉實際上是修形的結果。

先看下Su-27的原型機:

Su-27的最原始設計並沒有機頭下沉的設計思路在裡面,畢竟平直的機身設計在加工和成本上要優於下沉機頭的設計。但作為一箇中央升力體為核心的設計就是將整個機身的絕大部分設計為一個升力結構。大家都知道機翼除了副翼外還有一個襟翼,打開襟翼改變機翼弧度是提升升力的一個有效手段。

在Su-27原型機修型的過程中將機頭下沉同樣是起到了中央升力體佈局提高升力的作用。對比上面的前緣襟翼工作圖是否可以看出下面Su-27的機頭下沉的作用了嗎?

沒錯,下沉的機頭改變了Su-27整個縱向界面的彎曲度,使中央升力體佈局更有效率。

對於提高視野什麼的那是無稽之談,不可盡信。


還有人說su-27的下沉機頭是為了做眼鏡蛇機動而做的設計,實際上靜不安定佈局設計的戰鬥機只要推力夠大都可以作出眼鏡蛇機動,和下沉機頭沒關係,甚至F-16也可以做眼鏡蛇機動的。


軍武數據庫


這個設計主要基於幾點,戰鬥機視野要求,俯仰力矩要求。

從設計來講蘇27戰鬥機最嚴重,機頭下垂很多,原因之一就是三代機追求和敵機格鬥,座艙視野一定要好,好的標準在國家戰鬥機設計標準裡面都有,主要是前方,次要的是側下方左右下視角,飛機要保證良好的視野,前向儘量無遮擋,,保證14度左右的下視角,實際上,經過多番努力,蘇27還是沒有達到14度要求,實際產品只有12度。

蘇27盡了一切辦法,提高飛機的座艙視野,效果良好,雖然相對美國標準弱點



另外一個方面,蘇27採用了翼身融合技術,他們自己叫升力體設計,簡單點說就是機翼也變成機身形狀,上凸下平,而不是普通戰鬥機的機身上下都是凸起的,這麼設計的優點在機身就是一個大機翼,貢獻了多30%的升力,這就是蘇27戰鬥機憑藉2.25噸的垃圾航電,和幾乎兩倍內油還能和F15掰掰手腕的主要原因,但是蘇27這個升力體設計,問題很多,結合了邊條翼和後掠翼,氣動上過於靈活,抬頭趨勢特別嚴重,而且容易突破限制。


這就是蘇27的升力體設計,機身剖面都是機翼形狀


最終的設計,機頭下垂,也有減小抬頭力矩的作用,而且飛機還故意讓發動機噴管向上彎曲5度,隨時都產生低頭力矩,壓住這條狂躁的眼鏡蛇,而且還用電傳飛控故意限制太大的抬頭趨勢,使之安全無害,後果就是,飛機抬頭能力和低頭能力都不是很好,操縱起來有點呆,不如美國F16靈敏。


可以明顯看出蘇27發動機噴管有個5度的低頭設計,抑制飛機麻煩的抽風上仰病

這是蘇27,另外說說蘇57低頭,屁股翹起的設計。

蘇57可以發現一個飛機明顯低頭,屁股高高翹起的設計。

這個設計的目標是,機頭除了好視野外,還有一個作用就是滑跑的時候飛機壓地力量比較大,起飛時候不會容易被側風吹偏,這是俄羅斯的國情,冬天風比較大。


大水


並不是所有俄式戰機都這樣,蘇-27和米格-29選擇這種設計,是一種折中,為了能容納更大直徑雷達的同時,降低飛行阻力。

蘇-27的最初原型機T-10-1設計過程中並不是這樣,其機頭還是比較平直的設計。T-10-1號原型機

但是,在1976年,蘇聯從某種渠道得到F-15的一些性能數據,總設計師西蒙諾夫以非常大的勇氣,在已通過定型的情況下,進行推倒重來的大幅度修改。這次大規模改動修改了很多內容,在機首位置,最明顯的變化就是,整個曲線進行改動,機首大幅度下垂。T-10系列原型機側面變化,沒有西蒙諾夫在量產前拍板進行這樣大幅度修改,就不會得到一款出色的高性能戰機,這種自我否定,精益求精的態度非常讓人敬佩。

進行這種設計,最大的目的就是能夠容納更大的雷達,F-15的AN/APG-63雷達在當時堪稱“神器”,性能領先蘇聯至少10年以上,走電子管線路的蘇聯當時在航電領域幾乎走進了死活同,只能水多加面,面多加水。蘇-27最終搭配卡塞格倫天線N001雷達,重量達到550公斤,如果算上後部的電源和散熱設備,總重量將近1噸,而平面縫隙天線的AN/APG-63重量只有250公斤,性能還全面優於N001雷達。

傻大粗的N001雷達,用倒置卡塞格倫天下,重量嚴重超重。
F-15的AN/APG-63雷達在那個時代,完全屬於神器級別。

另一個目的就是為了降低跨音速階段飛行阻力,這點也是西蒙諾夫個人最得意的地方,將駕駛艙與進氣口那一段機身進行縮小,橫截面減少了20%,產生了前部大,中間小的“蜂腰”效果,有利於降低在跨音速階段飛行中的激波效應,從而減少飛行阻力。蜂腰設計在戰鬥機設計過程中採用比較普遍,不過普遍是應用在進氣道後那一段,紅圈為幻影2000戰鬥機的蜂腰段。

蘇-27將這種設計非常因地制宜的應用在這一段,非常有創意,有效的平衡了前部迎風面積增大所帶來的阻力增加,西蒙諾夫完全有資格驕傲。

至於為什麼向下傾斜,而不是向上,一來可以改善飛行員向下的視野,更加有利於起降。二來進氣道佈局是腹部翼下佈局,下部本身迎風面較大,向下傾斜增加的迎風面要小些。同時這也符合重力方向,結構上也好處理。

這種應用設計也比較普遍,比如早期F-16連火控雷達都不設計,機頭很小,前部非常尖銳筆直

到後面,要求攜帶能夠滿足中距離攻擊的火控雷達,必須增加前部重量和空間,也設計成機首向下傾斜的方式。


五嶽掩赤城


俄羅斯的蘇式戰機大多都是機頭向下傾斜的姿態,而且俄羅斯對這種機型一直都十分青睞,其實這種機頭佈局有很大的好處,下垂機頭的氣動佈局更流暢、作戰使用也方便,對增加飛行員視野、減小正面雷達反射面積都有很大的便捷之處和優勝的地方。

在二戰的戰鬥中,空戰是決定勝負的重要戰鬥,戰鬥機在二戰中無論是海戰還是陸地站還是沙灘登陸戰,都發揮的極大的作用,因此戰機在二戰中都得到的極大的考驗,但是在二戰中使用的飛機,都不能有很好的視野,對作戰的機動性和察覺敵人有很大的障礙,因此俄羅斯吸取了這個寶貴的經驗,大多的蘇式戰機都是機頭向下的樣子。

另外機頭向下有著很好的機動性能,這樣的機頭佈局減小了很大的阻力,能為戰鬥機提供一定的升力,因此可以提升戰鬥機的機動性,而且在飛機降落的時候,戰鬥機的前輪能更好的緩衝接觸地面,而機頭向下傾斜能夠解決此問題,使飛機降落的時候起落架能夠很好及時滑跑。

飛機起飛後,機頭向下能夠給飛機一個很好的迎角,但是飛機在平飛的狀態下時,從飛機的正面看去,飛機的機頭其實是處於一個水平的平面上,並沒有影響飛機的重心和飛機的飛行姿態,但是能夠提升飛機性能。

大家都知道,飛機是一個龐然大物,每秒都產生著上百萬的信號傳輸,尤其是動力系統很強的戰鬥機,因此戰鬥機就需要一個很強大的信息處理系統,所以在機頭部分的雷達和信息系統很佔空間,機頭向下很好的解決了這個問題,能為飛機提供更多的搭載雷達和信息系統的空間。


利刃號


戰鬥機的設計是需要考慮飛行和起降過程中的視野的,這個本身就是一個非常深奧的學問,並不僅僅是俄羅斯的戰鬥機機身和機頭有一個很大的向下的傾角,其實歐美戰鬥機也是類似的情況,包括歐洲聯合研製的颱風戰鬥機,從地面上看就是類似的情況。

戰鬥機在起降過程中必須保證良好的視線,而這個需要考慮戰鬥機座艙的位置和角度,戰鬥機一般在起降過程中都帶有一定的仰角,這就讓設計者必須考慮到飛行員在座艙中能夠看到跑道,所以就成為戰鬥機機上所謂的機頭和機身有一定的角度了。

當然有些戰鬥機是通過加裝潛望鏡的形式解決飛行員視野的問題,這個在俄羅斯的幾款戰鬥機上就有,包括米格-29的雙座型號,由於米格-29的設計問題,正常情況下後艙飛行員是無法看到前面的場景的,聰明的設計師們就在座艙上加了一個潛望鏡來解決這個視線問題。

其實從美國的F-16戰鬥機看其設計也是讓機頭與機身有一定的傾角,這些設計無一例外都是為了解決飛行員看的見的簡單問題啊。


航空視界


這是俄戰機氣動設計的綜合考慮。首先俄戰機無論蘇霍伊的側衛家族,還是米格的支點家族,都採用了當時俄羅斯航空界極為推崇的“中央升力體”設計,隨之也便有了翼身融合的概念。

機頭向下在這一前提下,可以達到一系列的效果,一是增加飛行員正前方視野範圍和側面下視角度。

二是讓流經機頭上方的氣流速度加快,產生壓差,讓氣流流經機頭開始便已經能產生升力。

三是對機頭兩側的氣流做出導向,讓機頭兩邊側後邊條翼能夠產生機背渦流,提供渦升力,提高起降性能。

四是讓大迎角飛行狀態下,能“兜住”更多的氣流,減小盤旋半徑,這也是西方戰機怕俄系戰機狗斗的原因。

總之氣動佈局是一個很複雜的東西,不可說太細,其中任何一個點,或許都牽涉到全局,之所以如此,是因為要為設計之初預定的目標而服務,這是頂層設計的決定。其次各個細節綜合之下的統合,這是配套設計的決定,任何一部分都可能牽一髮動全身,這其中無非是在當時技術條件,理論條件下權衡取捨的最優解罷了。

所以機頭設計,翼形設計,動力配置等…各個部分都會相互影響彼此作用。


夏日蟬時雨


目前只有前蘇聯/俄羅斯在第三代空優戰機的設計上採用此種設計。具體:蘇霍伊設計局的蘇-27/30/33/34/35系以及蘇-47驗證機,還有米高揚·格列維奇設計局在米格-29繫上使用這樣“較極端”的造型設計。

這樣的“下壓機頭”造型設計,首先從整體上看,機頭可以設計地更長以安裝更多更大的電子裝備。例如大直徑多譜勒相控陣雷達系統……它和機翼平滑過渡設計一個道理--戰機高速飛行機翼上方氣流與下方流速不同從而形成最終的升力。前蘇聯/俄羅斯的設計團隊告訴你--戰機不僅僅是靠機翼來提供升力的……這樣的設計佈局整體性更佳均衡,升力更大、失速更小,大G過彎性能也提高了,加上性能不錯的大推力航發為基礎,那戰機的戰場機動性的提升是槓槓滴。

還有,這樣的設計最大的好處是:飛行員的左、右、前方視野也更好,視角更大(雖然蘇-27及以後的都採用了“水泡式”艙罩設計,但還是不可避免地有缺陷--後視差,後視不佳在傳統意義空戰中,是非常危險的!所以蘇霍伊只能通過後視鏡及後視傳感器及攝像頭來彌補、有限改善,更有甚者在某些早期型號還採取“機尾輔助雷達”,需要習慣……)。至於前、側視野猶如開大卡車一般的視野和小跑車的當然不可同日而語咯……

如今隨著科技不斷髮展,製造工藝的不斷提高,作戰理念的不斷與時俱進:超視距作戰,殺人於無形之中……這樣過分強調傳統空戰機動性的“下壓機頭”也似乎走到了生命力的盡頭。這一點在俄毛的新一代(第四代)空優蘇-57戰機的整體設計上也得到了印證。

題外話:

其實啊,前蘇聯/俄羅斯絕不是把“下壓機頭”設計耍地最極致的。最極致的要數英-法聯合研製的“協和”超音速客機!起飛/降落時機頭機械式變換角度下壓以獲得必要的飛行員視角(機頭有點長)……後來俄羅斯也有類似的貨--“圖波列夫-144”……但只是“追存在”而已,飛機的內在品質差遠了。

回答完畢!


大衛26374968


第一次看俄式飛機還是在電影裡,當時心裡默默地感嘆這飛機太漂亮了。經過很長時間才弄明白那是俄式飛機的su27,當時還以為是美國的呢!

要說為什麼向下,作為一個不專業的人來講,我的感覺就是視線好。至於那些專業的解釋看了很多,也沒必要在搬來充明白人了。


影迷人鏡頭


首先是飛行員視野,機頭下垂,這樣飛行員能有較好的視野,蘇27的邊條翼從機頭開始,這樣機頭向下就會有較好的大迎角性能,飛起來的時候,戰機就一直有一個迎角,這樣有利於戰鬥機空戰。向下的機頭,對進氣道的空氣有預壓縮作用,尤其是在低速大迎角時,優勢比較大。


xxxxyyyy9


雷達相對有點重,也有點大,所以機頭的直徑就大了點,為了保證飛行員的視野,機頭就做成向下的角度。27的角度就比29明顯。在美國飛機裡,14也有這個現象,不過不明顯,15就沒有這個必要了,但是,機頭上半部的線條也是明顯下切的比較大


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