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中国如何设计出先进四代机 从歼10起步不断改改改
2020-01-12 05:03

2011年1月11日,中国第一款隐身战斗机歼-20战斗机2001架首飞,经过6年多的紧张试飞,最终于2017年交付中国人民空军部队,从此中国成为继美国之后,世界上第二个研发成功隐身飞机的国家,超越传统战斗机两大巨头:欧洲和俄罗斯,排在世界第二,中国人民用自己的努力改写了世界航空史:欧洲隐身战斗机将在2040年服役,而俄罗斯苏-57战斗机或隐身能力差。

歼-20战斗机是一款世界先进的四代隐身战斗机,融合了隐身,高机动,大载重,远航程,高度信息化,飞机综合了F-22战斗机的隐身高机动超音速巡航,外加F-35战斗机的高度信息能力,这一切是如何发生的?要知道中国歼-10战斗机2004年才定型,漫长的18年研发,中国设计师几乎跑遍了全世界,到处拜师学艺,除了自身的努力之外,俄罗斯发动机和导弹技术,欧洲飞控,美国航电,都是中国歼-10战斗机成功不可或缺的基石!

2004年,歼-10战斗机上班班去了!

而到了歼-20研发时代,这一切良好的外界条件都完全消失了,四代机的总体气动,航电,隐身技术只有美国人才有,严加保密,中国没有任何机会得到援助,欧洲和俄罗斯对我国关系相对良好,但是他们也没有隐身战斗机,也不知道如何设计,即使愿意帮忙,那也无从谈起,最后逼得中国设计师走自己的路!

怎么办?那就从歼-10战斗机起步吧,这就是著名的局座张召忠接受采访所说的:歼-20就是一个歼-10战斗机改进型号罢了,外界觉得是战略忽悠,实际上,这是真话,不折不扣的真话,原因很简单,成都飞机设计研究所当时手头只有歼-10的技术,对鸭式布局已经入门!虽然还没走到大家的程度!

这就是歼-20的第一个版本,说是双发歼-10并不算过

面对美国F-22战斗机的挑战,中国设计师如何应对,首先考虑单发还是双发,新型战斗机为了提高飞机机动性,更远航程,为了隐身必须使用弹仓,提高机动性必须提高飞机推重比,而提高航程必须增加内油,使用弹仓也极大增加了飞机迎风面积,所以,飞机尺寸重量体积大幅度增加,必须使用2台大推力涡扇发动机,歼-10战斗机的单发设计必须抛弃!双发势在必行!

采用双发确定后,飞机的气动布局发生了很大变化,和歼10战斗机相比机身变得很宽,而且机翼面积大幅度增加,为了保证隐身,飞机还必须采用大型倾斜双垂尾,这一切都是顺理成章的,对于飞机的隐身,设计师仔细研究了美国F-117和F-22战斗机,对飞机机翼鸭翼垂尾采取了边缘平行设计原则,而且歼-10的进气道唇口也修改成两侧斜角设计和鸭翼以及机翼前缘平行,而且飞机采用大型后边条,向后延伸出飞机喷口,这种设计可以减轻飞机超音速阻力,这也是歼-10战斗机复盘后的改进设计之一。

歼-20第一版本鸭式布局和歼-10有很大的继承性

剩下最大的问题在于,如何继续发挥鸭式布局的优势,为了降低风险,设计师继续采用歼-10A战斗机的腹部进气道,这就引发了另外一个难题,飞机鸭翼和机翼如何配置,最终设计师沿用了歼-10战斗机的设计,鸭翼位置比主机翼更高的设计,但是也采用了阵风战斗机的设计特点,主机翼前缘根部采用了小型的三角边条翼设计,这种设计在中国80年代开始研发歼-10A战斗机时候,设计师没有认真研究过,事后对阵风战斗机气动布局的吹风和计算研究,确认了鸭翼边条三角翼的组合的气动优势,既然试验证明有效,那就跟进!

谁都没想到,这个气动布局进入中国四代重歼竞标之后,遇到了巨大的麻烦!深入研究表明,配合机载武器厂家提供的武器参数和外扩尺寸,很快就面临一个巨大难题,原始设计弹仓不足以容纳厂家提出的巨大尺寸,而且腹部设计带来了巨大的麻烦,上层是机身油箱,下层是弹仓,而中间是巨大而且完全中空的进气道,这种设计带来了巨大的重量和阻力问题,中空的进气道壁板要悬挂大量武器,需要巨大的结构重量加强,而且这种叠罗汉式的设计,进一步加大了飞机机身高度,带来了预想不到的巨大阻力,尤其中国航空发动机极度落后,巨大的增重和阻力使得飞机性能直线下降,如何在发动机靠不住的情况下得到一款先进战斗机,设计师必须继续想办法。

上世纪90年代中俄航空交流,中国得到了一部分俄罗斯米格1.44的资料,事后发现问题很多

而且飞机机头采用了尖锥棱边设计,大迎角飞行时,机头涡和鸭翼涡相互干扰,使得飞机横侧向严重不稳定,飞机大迎角飞行无法控制,飞机气动布局存在巨大问题,如何继续?

最终经过计算,设计师毅然抛弃歼-10A战斗机的腹部进气道设计,转而改为两侧进气设计,这种设计一下子解决了巨大的问题,弹仓设置和大迎角飞行稳定性搞定了!飞机鸭式布局从原来的高低布局变为串列布局:鸭翼和主机翼在同一平面,阻力更小,而且机身经过拍扁横向拉伸后,飞机具备更强的升力体效应,飞行性能更强!

设计师总是习惯自己现成的路径,不到万不得已不会随便修改设计,歼-20经过多轮优化才定型

经过认真计算后,发现新型布局阻力比原定布局阻力大幅度下降,对航空发动机的推力要求也下降不少,最终定型,以此为基点不断前进,最终就是现在的歼-20战斗机!

歼-20战斗机并不是天上掉下来的,而是中国设计师一点点从歼-10战斗机起步,不断解决发现的各种问题,一点点优化,从而登顶,这个过程中,我们除了自己之外没有任何人能靠得住!(作者署名:大水)

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