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中美第五代战斗机的技术博弈已经结束 快来看答案

2021-01-21 10:43:39 来源:荆州人网
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中美第五代战斗机的技术博弈已经结束 快来看答案

J20是我国空军首个性能遥遥领先于国际先进水平的大型主战装备

前面一篇文章我们谈到了中美两国的第五代战斗机的的性能对比,我国J20战斗机的航电系统架构领先F22战斗机一代和F35是同代。J20的火控雷达采用的是数字阵列雷达,比F22和F35使用的主动有源相控阵雷达领先一代。J20的雷达功率器件使用了第三代半导体器件氮化镓功率器件,技术上比美国F22和F35火控雷达使用的砷化镓功率器件领先一代。氮化镓功率器件的功率可以达到上一代砷化镓功率器件的十倍。在雷达性能上,J20的火控雷达对第三代战斗机大小的目标可以达到300公里左右的探测距离,要比F22的200公里探测距离远得多,比F35的160公里探测距离领先更多,配合300公里射程的PL15远程空空导弹,可以做到抢先发现,抢先攻击。J20配套的PL15远程空空导弹射程也比美国AIM120D的130公里远得多,导致美国不得不启动AIM260项目来追赶PL15。在讨论区很多人说你这里到处都是领先一代,那不成六代机了,要说明的是这里说的都是单项技术的代次,和战斗机的划代不是同一个概念。这是回顾上一篇的内容。

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军事专家证实WS10B也是有矢量喷管的 这个其实我们去年的文章都已经聊过了

那么这篇文章我们就来接着聊,前一篇文章的讨论区里很多人又开始喷发动机。那么,J20的发动机目前是什么水平呢?很多人认为J20装备的是俄罗斯的AL31发动机,其实根本就不是,J20从首飞开始到服役用的都是WS10B发动机,而且是带矢量喷口的。关于J20的首飞发动机,实际上在2011年年底央视就已经公开了,只是很多人当时并没有注意。换句话说这件事其实早就官宣了,我们去年有一期视频节目就有当年的央视节目为证,感兴趣的可以看下本号的视频节目。然后我们来说说WS10B的性能,WS10B虽然看编号像是WS10A的改进型号,但实际上变化非常大。因为WS10B用的核心机不是WS10A的核心机而是高推核心机。WS10B的中间状态推力在97千牛左右,加力推力144千牛。这些参数深圳卫视在报道J10C服役时曾提到,只是中间状态参数说的比较含蓄,说超过90千牛。其实如果大家对发动机有所了解的话,就应该知道即使90千牛的中间状态推力也比WS10A的7.5吨中间状态推力要高出20%以上。这样的性能提升已经是跨代的性能提升,是原来太行发动机的核心机绝对做不到的。换句话说WS10B的核心机已经换了。虽然跟F22战斗机使用的F119发动机相比性能上仍有差距,但不是代差。而且WS10B采用的是三维矢量喷口比F22采用的二维矢量喷口强大的多,两者完全不在一个维度上。

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J20矢量尾喷管偏转动作明显

实际上J20的飞行性能比如超音速巡航速度和空中机动性能一点都不比F22差。既然WS10B的性能和F119相比仍有差距,为什么会出现这种情况呢。因为战斗机作为一个复杂的系统,和其它战斗机比拼时,实际上是从系统顶层的性能开始比拼的,并不是一上来就把零部件性能拿出来,谁的发动机性能先进谁就赢了。因为系统性能高低比如飞行速度的高低、空中机动性能并不完全取决于动力,还要看气动设计水平。飞行性能体现的是动力和气动的综合能力。如果气动设计不当,即使使用推比10一级的发动机,也无法实现超巡,F35就是现成的例子。

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这是17年前顾诵芬写的文章 今天再来看数据仍然有些保守 原因你懂的

J20为什么可以在动力性能落后的情况下实现超越F22的飞行性能呢,核心原因在于J20的气动设计水平比F22高得多。J20的最大升力系数在2.1~2.2,而F22最大的升力系数最多在1.7左右。十几年前国内就有专业文献提到J20的升力系数,今天再来看还是有些保守。无论怎么说J20的升力系数相对F22都有30%左右的优势,甚至实际数字可能比这个还要高。这是因为J20的鸭式气动布局要比F22的常规气动布局强大很多。我们知道现代战斗机气动性能的提升都跟涡流有关。J20有两套涡流发生器,一个是鸭翼,一个是机身边条。鸭翼能够产生的涡流比F22使用的常规气动布局能够产生的涡流要强大得多。因为F22产生涡流主要靠进气道侧嵴,但是这东西的展向尺寸太小,产生的涡流尺寸和强度都很有限。而鸭翼的展向尺寸要大得多,产生的涡流尺寸就要大得多,这样涡流在经过机翼和机身上方时,气流速度更快而且压力更低,机身和机翼上下的压力差就更大,所以升力系数就更大。而且不仅如此,流经鸭翼下方的空气压力比上方大,经过鸭翼下方后会向上越过机翼上方,这样可以进一步向涡流补充能量,进一步加强涡流强度。这就是鸭式气动布局升力系数远高于常规气动布局的根本原因。

首先,升力系数更高带来的是机动性上的巨大优势,因为升力系数高就意味着翼载荷更低,这就意味着J20的机翼载荷比F22低30%以上。有人说了,F22的机翼面积78平米,而J20只有68平米左右,这不影响机翼载荷吗。实际上这完全不影响机翼载荷,这是因为鸭式气动布局和常规气动布局的配平方式是不同的。常规气动布局重心在前,机翼升力在后,为保持平衡,平尾升力为负,这样才能平衡,也就是说F22机翼的升力等于机翼产生的升力扣去平尾产生的负升力。我们知道F22的平尾面积大概是10平米左右,78平米扣掉10平之后就是68平米,和J20基本一样。但J20产生正升力的不光有机翼还有鸭翼,也就是机翼面积还要加上鸭翼的面积。因为鸭式气动布局也叫抬式气动布局。重心在中间,鸭翼和机翼产生的都是正升力,三者相互平衡,这是鸭式气动布局的配平方式。同时因为J20机身上方的涡流强度和尺寸比F22更大,所以J20机身产生的升力也要超过F22机身产生的升力。因为五代机普遍是机身升力体设计,J20机身面积其实也比机翼小不了多少,这就进一步加强了J20的翼载荷优势。正是因为鸭式气动布局在气动上的巨大优势,再加上本来就不差的发动机,以及高出一个维度的矢量喷口。J20空中机动性都要比F22强大很多。

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很多年前J20就做过三倍音速飞行的气动实验

很多人以为靠目前J20的发动机是实现不了超音速巡航的,其实这也是一个错误观点。因为虽然J20的发动机和F119比起来性能上还有些差距,但是差距不大,大家是同代动力,没有代差,推力大小还在同一个台阶上。WS10B的中间状态推力在97千牛左右,跟F119的105千牛相差不大,加力推力144千牛和F119的155.7千牛也相差不了太多。而J20的气动阻力要远小于F22。首先J20的长宽比更大,这样有利于减小超音速阻力,翼展在12.88米左右比F22战斗机13.56米的翼展更小,而且后掠角度更大,机翼面积和垂尾面积也要小不少,这些对减小超音速飞行时的波阻和摩擦阻力都非常有利。F22二维矢量喷管阻力小的优势早就淹没在系统阻力里面了。而且作为鸭式气动布局不存在常规气动布局带来的配平阻力问题,因为常规气动布局的平尾为了产生负升力会产生配平阻力,而鸭式气动布局则完全没有这一问题。J20在阻力系数上至少比F22有领先15%以上的优势,这就完全抵消了F119在推力上的技术优势而且还有剩余。所以J20在WS10B的推动下飞行速度不比F22差,最大飞行速度肯定是超过2马赫的,这一点从多年前J20就做过飞行速度3马赫的试验就可以看得出出来。因为两年前就有报道提到J20一分钟可以战斗巡航52公里,这就是2.5马赫以上的速度了,如果是高空以平流层的音速计算可以达到2.92马赫,这就是为何J20要做三马赫飞行试验的原因。

实际上经过多年发展,我国航空发动机的水平现在又向前走了很远。WS15发动机已经经过多个小批次量产,目前已经到了可以进入部队服役的状态。如果服役试用一段时间没问题,就可以设计定型了。WS15发动机性能比WS10B又提高,中间状态推力在108千牛左右,加力推力156千牛。可以说已经追上F119发动机了。而且加力耗油系数只有1.98,比F22的2.4要好得多。发动机大修间隔已经提到4000小时,完全够用了。后续加力推力18吨左右的改进型号可能已在试飞当中了,这些都已经算锦上添花了。


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