F-22究竟飛多快?裝備2臺強悍發動機,為何才飛2馬赫?

震禮


F-22究竟飛多快?為何才飛2馬赫?

第一個問題的答案:F-22的極速大概是在2.2馬赫附近,這個速度已經很快了,但是比起米格-31這樣的截擊機在最大飛行速度上還是有較大差距,那麼這是為什麼?

我們首先要知道下最大飛行速度和什麼性能有關係,這樣才能知道F-22的極速性能為什麼只有2.2馬赫左右。

我們首先構建一個飛機定常平飛時的模型,當攻角接近於0時,我們可以分別從橫軸和縱軸上得到T=D和L=W。

也就是橫軸上的推力=阻力,縱軸上的升力=重力,此時飛機處於平衡狀態,飛行速度方向向左

而此時的推力又被稱為平飛需用推力Tr,平飛需用推力=阻力。(當然不同飛行高度和速度下的平飛需用推力也是有很大差別的)

我們現在知道了,要想飛機穩定在這個速度那麼我們需要提供相應的推力讓T=Tr,此時的T就是可用推力。可用推力也就是發動機能夠提供的推力。

最大平飛速度也是一樣的,如果飛機能夠穩定在這個速度,那麼它的阻力是一定等同於推力的。

也就是這幅圖中的Ta和Tr曲線交點,這一點時Ta=Tr,所以此點在橫軸上代表的速度就是飛機的最大飛行速度

所以想要儘可能的提高最大速度,無非就是兩個做法,一個是提高推力,一個是降低阻力。

提高推力就是從發動機著手,減小阻力就是從氣動外形著手。

我們知道現在的航空發動機一般都是渦輪風扇發動機,這類的發動機的風扇會壓縮空氣,被壓縮的空氣會被分成兩股,一股進入外涵道,一股進入外涵道,外涵道與內涵道空氣流量之比為涵道比。

圖中的就是簡單的渦輪風扇發動機,由於外涵道不需要經過高壓壓氣機,燃燒室所以是不需要消耗燃料的,所以涵道比越高就會更省油。而涵道比越小,相對來說推力就會越大,因為氣體經過高壓壓氣機,燃燒室等,自身的動量就會越大,而發動機的推力原理正是來源於動量定理

而我們知道,光考慮涵道比自身油耗和推力是不可以的,因為發動機隨著飛機飛行高度和飛行速度的變化,自身的轉速就算不變,推力也是會發生改變的。

意思就是海平面時,此發動機能夠提供1t的推力,90000米高空時,在轉速相同,速度相同的情況下,此發動機只能夠提供0.3t的推力。當然我只是舉個例子而已,沒有真實性的。

所以就有了發動機推力曲線:

比如此圖,就是渦噴關於高度的發動機推力曲線,縱軸上方描述的量是推力,下方是耗油率Cf,渦噴也是一樣的,一定程度上你可以將它想象成涵道比為0的渦扇發動機,舉個例子而已

現在我們知道發動機有推力曲線了,一般來說高涵道比的發動機更適合亞音速,低涵道比的發動機合適超音速,所以如何提高飛行器的極速,對於發動機的要求就是:推力盡可能大,涵道比儘可能低。(像渦輪前溫度這些,都可以大致歸入推力大的方面)

那麼現在我們來看氣動方面,如何降低飛機超音速後的阻力呢?我們首先要知道飛機超音速的阻力主要有哪些。

飛機超音速阻力主要有兩個:一個是在跨音速區間突增的波阻,一個是飛機配平是舵面轉動產生的配平阻力。當然其他阻力也是存在的,不過減小這兩個阻力是目前超音速飛機能夠實現的途徑。

波阻減小的方法有很多種,增加機身的長細比,機翼採用小展弦比大後掠角的設計,加大尖削比,面積率修型,減小機翼的相對厚度,減小機身的截面積等措施。

協和式客機就是典型的例子,大長細比機身,機翼厚度小,機身截面積小等措施,讓它成功的比一票戰鬥機飛得都快

米格-31這類截擊機極速高的原因長細比機身佔了很重要的原因

減小配平阻力的方法目前通用的有兩個:一個是採用遠距耦合鴨翼,一個是將飛機設計成靜不穩定性。

配平阻力其實就是力臂問題,飛機在天空中飛行的時候,是不可能時時保持一個平穩狀態的,所以這需要飛機的平尾,副翼和垂尾去維持飛機在俯仰,橫滾,偏航力矩的平衡。

所以就會產生配平阻力,我們都學過槓桿定理,知道力臂越長越省事,對應到飛機中也是一樣的。那麼我們如何去將力臂變長呢?

對於俯仰配平阻力來説,我們可以尋找鴨翼,遠距耦合鴨翼到重心的距離比平尾到重心的距離更近,所以力臂更長,所以配平時舵面偏轉就小,產生的配平阻力就小。

颱風就是典型的遠距耦合鴨翼,其鴨翼位置這麼靠前的原因就是儘可能的遠離重心,這樣可以增強配平效率

靜不穩定其實就是全機的升力中心在重心之前,簡單地說就是,當飛機攻角增大時,飛機會自發抬頭讓攻角更大,攻角變小時,飛機會自發的低頭,這樣的飛機就是靜不穩定的。

現在我們來看第二個問題F-22的極速為什麼只有2馬赫?

我認為是由於F-22採用了兼顧亞音速性能與超音速性能的緣故,由於F-22是空優機和單純的截擊機是不一樣的,所以在設計時會考慮亞音速機動能力,是不可能將機身的長細比進一步放大的。所以儘管採用了F-119這樣的小涵道比發動機,F-22的極速也沒有米格-31這類單純的截擊機強。

不過,話說回來,極速越高不代表飛機的超音速機動能力強,因為升阻比不止要求阻力系數低,也要求升力係數高。

畢竟F-22選擇的是綜合,它的機動能力就遠不是米格-31比得上得了,不管是超音速機動能力還是亞音速機動能力。


英雄光


F22裝著世界上第二先進的2臺F119發動機,巡航速度都能達到1.87馬赫,為何最大速度才只能飛2.2馬赫(網絡上的數據),而體型更大的殲20才裝備2臺WS-10B發動機,性能可謂差了整整1個檔次,為了最大速度卻能達到2.5馬赫呢,這是為什麼?

首先這個沒有必然聯繫。F-22的發動機是推重比達到10的F119發動機,先進的發動機+完美的氣動佈局,讓F22達到1.87馬赫的超音速巡航能力。所謂的2.2馬赫的最大速度其實也就是傳說而已,可能是真的,也可能是假的。個人覺得如果美國要讓F22到達2.5馬赫速度也是完全可以的,但是美國人認為並沒有這個必要而已!

F-22並不太追求沒有意義的最大速度,畢竟這樣開著加力也就僅僅只能飛幾分鐘,人家追求的就是超音速巡航能力,而且是不開加力情況下達到這樣的能力。利用超音速巡航快速抵達戰場,利用隱身性和高於其他戰機的戰場感知能力,完成超視距鎖定攻擊後轉移,避免與敵方戰機近距離格鬥,所以在設計上的取向不同,其最大速度可能不如F15E的2.5馬赫也是很有可能的。

而且F22不開加力的巡航速度已經達到1.87馬赫,在美國看來這個速度已經足夠,因此在加力燃燒室設計上可能有所保留,這樣在設計上不但節約成本,而且能讓發動機擁有更長的壽命。長期開著加力燃燒室工作說白了就是讓發動機超負荷運轉,這樣的運轉對發動機壽命影響恐怕是比較大的,而F119壓根就不用超負荷運轉,甚至都達不到設計負荷元轉,這恐怕也是F119發動機能夠達到12000小時壽命的原因所在吧!

其實如果美國要提高F22的最大速度是意見很簡單的事情,想當年美國的XB70轟炸機,那麼大的傢伙讓其飛到3馬赫和3萬米高空,即使是F111這個土豚,最大飛行速度不也能達到2.5馬赫,讓更為先進的F22飛到2.5馬赫恐怕也不是太難的事情,甚至可能都不用換髮動機就可以,只是美國空軍認為沒有這個必要罷了!


狼煙火燎


F-22為四代機(國際通行的劃代方法,蘇俄稱為五代機),那麼要回答該問題,就要結合四代機的特點。

下面分三步回答該問題

F-22究竟能飛多快?

在航空術語中,戰鬥機的速度一般分為巡航速度最大速度。所謂巡航速度,就是戰鬥機能以該速度飛行得最遠,換句話說,是一種最省油的飛行速度。對噴氣式飛機而言,一般在9000-12000米的高度,以每小時800-900km的速度飛行是能飛得最遠的。那麼,戰鬥機處於巡航狀態時,其發動機的推力也稱為“巡航推力”,四代機以前的飛機,其巡航速度都處於亞音速。如果要超音速飛行,就得開“加力”。我們知道一旦戰鬥機開“加力”,燃料就會在15分鐘內耗盡,所以飛行員只會在萬不得已的情況下,才會有此騷操作。自從四代機F-22誕生以後,改變了這個局面。該機能在不開”加力“的的情況下,實現超音速巡航,巡航速度可達1.4-1.5馬赫。其最大速度可達2410km/h,也就是說接近2馬赫。

裝備2臺強悍發動機,為何才飛2馬赫?

有人要問,裝備2臺如此強悍的發動機,為什麼才飛2馬赫?甚至在開“加力”的情況下,速度也不會提高多少。

要回答這一問,還是回到四代機的話題上。眾所周知,第一代噴氣式戰鬥機的速度不快,高度也不高,所以第二代的時候,拼命地追求高空高速,到第三代的時候,其速度也與第二代相當,但航程較遠。

到第四代的時候,戰鬥機的設計理念發生了顯著的變化。比如,美國軍方在向“洛克希德”、“波音‘和”通用電力公司“提出四代機的需求時,一共提了:機動靈活性、隱身、超音速巡航、高可靠性易維修、有致命武器等8項要求,但並沒有提出速度要有多快、能飛多高這樣的要求。所以,到F-22的時候,速度已不是人們追求的主要指標了。

那麼,配2臺強悍的發動機做何用呢?這樣做的目的,主要是能讓F-22能達到高機動靈活性、超音速巡航和能有較大的載彈量等這些指示,而不是為了單純地提高飛機的速度。再說也沒有必要無限制地提高飛行速度,因為此時超視距空戰的思想已經主導了整個空軍。所以,F-22的最大速度也就接近2馬赫而已。

結論,到四代機以後,進行的是超視距空戰,兩架戰鬥機進行空中纏鬥的情形基本上就不存在了。如果我們從這個作戰理念的轉變進行思考,就能很好地理解F-22的各項指標,因為武器裝備的發展是受作戰思想的指導的。有什麼的思想,就有什麼的裝備。

一家之言,敬請批評指正!


止戈軍是我


F-22“猛禽”是世界上第一種單座雙引擎第五代隱形戰鬥機,它的作戰能力為前一代主力機種F-15的3到5倍。主要任務是取得並確保戰區的制空權,額外的任務包括對地攻擊,電子戰和信號情報。F-22於2005年進入美國空軍服役,以取代上一代的主力機種F-15戰鬥機。洛克希德·馬丁為主承包商,負責設計大部分機身、武器系統和F-22的最終組裝。計劃合作伙伴波音航太則提供機翼、後機身、航空電子綜合系統和培訓系統。

(F-22“猛禽”)

F-22是當代造價最昂貴的戰鬥機種之一,也是當今世界最先進戰鬥機之一。它配備了AN/APG-77主動相位陣列雷達、AIM-9X紅外線空對空導彈、AIM-120C/D中程空對空導彈、二維F119-PW-100推力矢量引擎、先進整合航電與人機界面等。在設計上具備超音速巡航(不需使用加力燃燒室)、超視距作戰、高機動性、對雷達與紅外線隱形等特性。據估計其作戰能力為F-15的2到4倍,是新一代重型戰鬥機。另外,在開發F-22期間所建立的許多先進技術,也沿用到中型的F-35“閃電Ⅱ”(Lightning II)身上。F-22被公認為現代上10大戰鬥機第1名。洛克希德·馬丁公司宣稱,猛禽的隱形性能、靈敏性、精確度和態勢感知能力結合,組合其空對空和空對地作戰能力,使得它成為當今世界綜合性能最佳的戰鬥機。

(F-22“猛禽”超音速飛行)

F22在超音速下具有劃時代的機動性,可以在15000米高度,以M1.6拉一個6G的穩定盤旋,而上一代戰機只能在這個高度和速度下,拉到3G,並會損失速度,這意味著F22有選擇交戰還是逃離的能力,而其他戰機沒有。而在低速下,F22具有70度的可以攻角,在15海里空速下,機頭依然可控,在0空速下,機頭掉落可知。這種低速機動性也是劃時代的。

(F-22“猛禽”發射AIM-120導彈)

F-22所使用的發動機是在1983年ATF計劃所確定下而開始正式立項研發。參加發動機競標只有普惠公司和通用電氣公司兩家。1984年,普惠和通用電氣分別拿出各自的方案設計。普惠所給出的是採用低涵道比設計的PW-5000,並這款發動機能提供30000磅級推力(約13噸)。為了達到預計指標,普惠拿出了耐高溫達1100°的三代單晶渦輪葉片。而通用電氣拿出的則是GE-37,GE-37在設計上運用了可調涵道比設計,其涵道比能在0~0.25之間進行改變。這是為了滿足ATF計劃中所提出的低油耗和高速長航程矛盾指標的設計。通過對渦扇發動機涵道比的調節來進行油耗的調整。這款發動機有著高涵道比的巡航模式和低涵道比的渦噴發動機模式,在渦噴模式下,GE-37的推力要比W-5000要高。服役的F-22戰鬥機裝備兩臺F119-PW-100低涵道比加力渦扇發動機,單臺最大推力104千牛,加力推力156千牛,推重比超過10。相對於上一代戰鬥機使用的發動機,F119在零件數量少40%的情況下能多輸出22%的推力,並且採用了推力矢量技術,發動機噴口能在縱向偏轉±20度,使F-22具備了極佳的機動性和短距起降性能 。

(F119-PW-100低涵道比加力渦扇發動機)

F-22最大速度可能在2.4-2.5馬赫,但是武器投放最大速度實驗就做到了2馬赫,原因是,飛機要求帶一定的過載進行發射,就這種比較苛刻的要求,使得F-22戰鬥機的速度快速下降。

雖然F-22戰鬥機是世界第一款隱身戰鬥機,但是美國人還是努力做到最好,F-22戰鬥機在2馬赫時候,可以做出5G盤旋,這種時候還可以發射導彈,這在當代戰鬥機中首屈一指,而且F22也嘗試過高度1萬米在1.8馬赫速度下拉出8G巨大過載,F22戰鬥機打開加力,做5G機動包線遠遠超越F-15和F-35,這才是真實的戰鬥力。


鐵桿軍迷


只要發動機強,板磚飛上天?

F-22隱身戰鬥機是美國空軍最為強悍的戰機之一,也可以說是最為強悍的。而F-22隱身戰鬥機氣動外形來看,F-22隱身戰鬥機並不是飛不了2馬赫,甚至3馬赫以上速度,但是這對於作戰方面考慮來說,戰術意義不大。因為一般發動機開足了3馬赫後,僅僅能維持1-5分鐘就完事了,並且發動機基本宣佈報廢,在戰術上和效費比上一點意義沒有。F-22隱身戰鬥機並不追求華而不實的3馬赫速度,反之令F-22隱身戰鬥機可以在超音速狀態下,連續巡航飛行超過半小時,而這才是F-22隱身戰鬥機最為厲害的地方。

這都是因為美國F-22隱身戰鬥機有了一對好的發動機,F-119渦扇發動機可謂是世界上當下最為先進的戰鬥機動力,其動力特點就是一次革命,其性能特點可以歸納為在不提供加力的請款下,超音速巡航,具備二元矢量推進,能為戰機提供非常規機動能力,具有全權限數字電子控制系統,實現飛/推綜合控制,具有較高的可靠性和良好的可維修性。

F-119渦扇發動機的推力比一般發動機要大1倍多,對F-22戰鬥機來說可以進行快速突防任務,大大提高了戰機的作戰能力,同時F-119渦扇發動機還第一次實現了性能、安全、可靠、維修、經濟等指標的平衡,F-119渦扇發動機主要部件比普通發動機少了40%以上,耐久性更強,工作效率也更高,對地面保障設備和人員的需求減少了一半,定期維護減少了80%以上。

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軍事天地


2410km/h的速度換算成馬赫是2.48M,這個速度和F-15、Su-27幾乎一樣。海平面音速是334m/s,11000米高空是270m/s。


邊疆遼遠洪荒


美標的五代機F-22最高速度確實不到兩馬赫,但各國發展四代機就已經不盲目追求高速了,因為超音速飛行特別耗油,還需要發動機開加力,實際上就只能維持幾分鐘,作用不是很大。

而F22因為飛機動力強、外形阻力小,恰恰可以不開加力就能超音速飛行,也就是所謂的超音速巡航,能夠持續半小時以上,最高能到1.8馬赫。如果這麼一算,F22的實際速度可比四代機快多了。


五雷


戰鬥機的發展經歷了追求高空高速得階段,但實踐證明戰鬥機並不是速度越快越好,飛機的速度和氣動外形以及發動機推力有直接關係,有利於高速飛行得氣動外形,不利於戰鬥機的機動性,而大部分空戰都是在高亞音速進行,所以現代戰鬥機兼顧高速和機動性,一般最高速度都在兩馬赫左右


一杯清茶182860292


F22:"你以為我願意爬這麼慢 !?地球就限速2馬赫,我能怎麼辦!??[捂臉][捂臉]


ZX10131882


你好2馬赫是可以巡航的這個不得了,目前地球上只要這一架能做到,可以說天下我國武功唯快不破,已經是獨孤求敗了。