F-22 - 问题解答
介绍
最近,有关F-22的许多出版物出现在网络和新闻界中,主要分为两个阵营。 第一个包括奇迹的热情诗篇。武器装备能够与任何敌人在海上,陆地,空中和水下进行战斗。 在亚音速和超音速飞机上都具有微妙的超机动性,上一代飞机根本无法与之战斗。 第二个阵营汇集了诸如“ Reptor”之类的文章和名言-带翅膀的手提箱,里面装满了200亿个装有各种电子设备的电子设备,这些电子设备原则上可以飞行,但他并不需要它。 是的,还不清楚他如何同时在航展上展示所有这些技巧,或者不是他吗? 也许所有这些都是由该死的美国人在演播室拍摄的,就像登月吗?
同时,在激烈的辩论和唾液喷涌的阴影下,美国人创造了一个根本上崭新的战斗机这一重要事实仍然未被注意到 航空 技术,我们将在最后详细讨论。 现在,对有关F-22空气动力学问题的答疑答应了。
•F-22如何在大迎角时保持良好的稳定性和可控性,而不使用诸如下垂,CIP,机翼前缘的边缘和4一代战斗机特有的其他空气动力学元素等空气动力学技巧?
事实上,“猛禽”具有与4一代战斗机相同的旋转空气动力学特性。 对她极其严格的限制施加了隐形要求。 前机身侧面的边缘,进气口形成涡流的上边缘和机翼根部的小流入(图1)是造成涡流系统形成的原因。 进气口上边缘的实验开发特别困难。 在这里,几个相互矛盾的要求汇集在一起:隐形,进气操作,涡旋绳生成,道路稳定性等。
图2,3显示了涡流系统,它由F-22机身的前端部分组成。 左图显示了连续流动中的涡流系统。 从进气口的上边缘和鼻部的肋骨的涡流束从两侧沿着龙骨流动,并且来自流入物的涡流 - 翼和水平羽毛。 随着撕裂现象的发展(右图中的暗区),流动模式发生变化。 涡流线束从进气口的边缘分离并变成涡流片,其不允许形成分离电流的区域并因此保持垂直尾部对30度量级的迎角的有效性。 在大迎角时,小伸长翼的特性开始产生正效应,这与前缘的大角度扫掠有关。 由于压力的巨大差异,气体开始从机翼的下表面通过前缘流到其上表面,这形成涡流,防止与机翼的上表面分离并保持尾部的效率(图4)。
当然,翼的经典冲刺会更好。 毕竟,他解决了另一个问题。 当通过声速时,空气动力学焦点向后移动,结果,静态稳定性的余量增加并且发生额外的平衡阻力。 超音速的流入产生一个提升力(它在亚音速下很小),这会减弱焦点向后移动并降低平衡阻力(图5)。 “猛禽”处于隐身的最前沿。 但是额外阻力呢? 发动机很强大,有很多燃料,所以你可以忍受它。
另一件事是俄罗斯X-NUMX +一代战斗机使用了全方位的空气动力学改进,可以在很宽的马赫数和攻角范围内提高空气动力学质量。 这在第二部分[4]中有详细讨论。 几乎所有的“猛禽”的开发者都不得不放弃支持隐身。
•“Raptor”在展览中具有如此角度的滚转和旋转速度,因为它似乎是“无尾”计划的飞机的典型特征? 也许是在推力矢量的微分偏差?
实际上,对于机翼伸长率较小的所有飞机而言,不仅仅是无尾翼方案,对于跨度而言,空气动力载荷的分布通常比具有小扫掠的机翼更为有利,例如MiG-29,F-16,F-18 。 在这方面最好的是,空气动力学配置是具有近前水平尾翼(GIP)的“鸭子”。 如果主翼位于来自尾部的流的斜面的作用区域中,则被认为是这样的。 这种方案有时也被称为“双翼飞机 - 串联”。 先驱者的介绍是瑞典人用他们的“Wiggen”(图6)。 以色列拉维以同样的方式建造。
围绕单发动机飞机的纵向轴线的小惯性矩和沿着机翼的整个后缘定位的大面积横向控制主体的组合允许高旋转速度。 其中最好的是Mirage-2000。 在这方面,有趣的是比较F-15,F-16和F-22跟部速率(图7;圆圈标记为关闭推力矢量控制(UHT),其中UHT开启的方格)。 由于F-15是双引擎并具有适度后掠翼,而F-16是单引擎,因此Falcon应该优先考虑。 “猛禽”发动机位于质心附近,小伸长的机翼,前缘的大扫描和非常大的尾翼。 从理论上讲,它应该在中间的某个地方。
在零攻角时,所有三架战斗机大约相等(约为200度/秒)。 随着攻角的增加,F-16向前发展,并保持其对30角度的肉体优势。 即使在“猛禽”推力矢量控制的情况下。 而且只有在高攻角时,才有利于F-22。 正如预期的那样,局外人是F-15。
在图中 7显示没有UHT的F-22后跟率已经处于大约20度的攻角。 几乎等于F-15。 众所周知,Raptor发动机的喷嘴恰好在20迎角时被锁定。 UHT连接在大迎角时控制偏航角和侧倾角。 在这种情况下,喷嘴在一个方向上偏转,而不是差别,就像乍看之下看起来一样奇怪。 在大迎角时,随着脚跟角度的变化,滑移角也会发生变化。 当围绕速度矢量旋转时,喷嘴向上偏转,并且飞机在转向驱动的角落中表现得像后置发动机汽车。 滚动率显着增加。 如果需要围绕飞行器的纵向轴线进行旋转,则在不改变迎角的情况下执行该操纵。 以前,这些演习是在X-31上制定的。 由于尾部的差异和喷嘴襟翼的偏差,然后是一个,然后是另一侧,执行旋转。
•在滑行的大迎角进行机动时,F-22如何很好地控制偏航角? 似乎他可以自由地执行一个受控的扁平开瓶器。 事情是raznotyag引擎
“猛禽”节目中的节目不是一个扁平的开瓶器,而是围绕速度矢量(图8)以55冰雹的迎角旋转。 由于在这样的迎角下的滚动速度仅为每秒几度,并且进动速度为几十度/秒,似乎飞机像枫叶一样落下,这看起来像一个开瓶器,但这不是一个开瓶器。
通过多次重复图8中所示的操纵,飞行员可以在观察者中产生平坦旋转的错觉,这是美国人在航展上使用的。 再次回想一下,“猛禽”旋转过程中的喷嘴只能同步偏离。 从理论上讲,没有什么能阻止差动地使喷嘴偏转。 没有特殊的机械连接可以防止这种情况发生。 但是,从F-22的飞行动力学角度来看,这是完全无效的。 喷嘴彼此靠得太近并且与重心太靠近。 此外,喷嘴仅在大于20度的攻角下开始工作。这样,最大偏转角恰好是20度,即 拒绝他们在不同的方向没有多大意义。 密集定位的扁平超音速设计喷嘴具有高喷射能力;因此,两个喷嘴的向上偏转稳定了尾部机身上表面附近的垂直尾部之间的流动,这有助于轨道的稳定性,以及水平方向舵的有效性。
•F-22如何在近战中使用UHT,这种“铁”能否在不使用UHT的情况下赢得4一代战斗机的混战?
“猛禽”的特点是机翼负荷低,推重比高,空气动力学形式清洁,内部武器舱。 然而,它的机翼具有高电感,扁平轮廓,载体性能差。 由于需要放置四个武器舱,机身在中心区域的尺寸过大。
从该理论可知,具有高suo的战斗机在低攻角和低攻角时具有优势 - 具有小的suo。 因此,战斗中的“猛禽”应立即转向20冰雹的角度。 由于高推重比,他必须具有优势。 尽快做到,即 攻角的增加率应尽可能大。 比较不同战士的平衡方案(图9),我们可以得出结论,F-22的创造者也知道这一点。
“Raptor”非常接近质心,位于发动机喷嘴和非常大的水平尾部,呈现回来。 这种空气动力学方案提供的攻角力矩是没有任何UHT的F-16的两倍(图10)。 应用偏转喷嘴仅增加了优点。
因此,“猛禽”有机会,如何在有利的模式下与4一代战斗机进行密切的机动战斗,并摆脱它。 此外,高推力重量比使他在稳定转弯时具有优势,他可以达到攻击角度16 - 22冰雹。 (大多数第四代战士为10-12度),马赫数M = 0.5-0.8。 在F-16中,在大约11度的迎角处达到稳定反转的最大速度。
美国人取得了相当不错的成绩,即能够赋予战斗机新的品质(超音速和M> 1的机动能力),同时在传统模式下为他提供优势。 另一件事是,它宣布完全不同。 他们许诺了决定性的优势。
对于4+和4 ++代的战斗机,情况则有所不同。 他们中的许多人已经掌握了超临界迎角和高达每秒30度的转弯速度下的机动。 “ Reptoru”很难在既定的转弯上与他们战斗。 超级机动性库中唯一在“叛军”上展示的是瞄准武器的“俯仰角的暂时增加”(图11)。 仅有两枚导弹,近距离战斗中价值200亿美元的飞机可能并不幸运。
•F-22是否具有超强的可操作性,是F-22上使用的UHT,以增加机动性(减小转弯半径,增加转弯的角速度),为什么UHT不能以超音速应用?
UHT不在超音速下使用,因为战斗机对此没有足够的发动机推力。 回想一下,在M> 1时可用的过载下降了一个数量级[1]。 例如,在弹道导弹中,引导喷嘴是一种常见的技术解决方案,但推力与表面积的比值要高一个数量级。
对于F-22,当空气动力学控制表面的效率不足时,可偏转喷嘴仅在低速和高迎角时使用(图12)。
两个喷嘴的对称偏转用于控制俯仰和滚动,以增强低速和高攻角下水平尾翼的效果。 偏离喷嘴的使用增加了结构的质量15 ... 25 kg,而水平尾部面积的等效增加将使该质量增加180 kg。
为了产生超级机动性的效果,不使用UHT。 在这里有必要回顾一下5-X中1980一代超级机动飞机是如何呈现的。 人们相信这将是一架相对较小,价格低廉且机动性极强的飞机(图13)。
UHT用于产生直接的横向力,即 无论飞机的空间位置如何(图14),无论运动轨迹(图15)和轨迹如何,都参与空气动力学控制以控制飞机的空间位置。
超级机动性允许减少作用在飞机和飞行员上的过载,以及扩大武器的范围。 特别是设计师的广泛机会提供了全喷嘴。 该飞机配备有这样的喷嘴,理论上能够执行高度非常规类型的机动,例如,从空对空逃逸。 “猛禽”不知道如何做到这一点,永远无法做到,只是不需要它,它是由完全不同的,超音速的,微妙的,只是相对灵活的东西构思的。
然后其他几个趋势占了上风。 到1980-s开始时,5一代战斗机开始以超过35吨的大型飞机为代表,但是超级机动飞机,UHT喷嘴和各种空气动力控制装置(图16)。 为了研究它们的有效性,在1:2量表(图17)上开发了无线电控制模型。
5战斗机一代概念的最终发展的下一个方法是AFTI计划,期间计划使用模块化原理建造实验飞机(图18)。
在研究过程中,圆形和扁平喷嘴,不同版本的控制,包括全转翼,进行了比较。 “三平面”方案被认为是直接控制横向空气动力的必要条件。 所有这些创新都承诺战斗机在机动作战中的非传统能力,以及大尺寸 - 远程和重要弹药。
4-35吨飞机配备37-12短程,中程和远程导弹,配备两台14发动机 - 20吨UHT,22-10控制空气动力学表面和自卫系统审查。 它可能看起来像中国同志的有趣照片(图14,19)。 现在,顺便说一句,这个模型用于电脑游戏。
早年的应用概念就是这样的。 装备有强大雷达的战斗机以超音速机动,以截击方式向敌人开火。 我们并不特别关心隐身; 人们认为,为了将他们的主动权强加于战斗,雷达应该被打开,并且在那里不再是不起眼的。 人们认为,这种战斗机巡航导弹可以从距离至少25 km的距离发射,而敌方战斗机可以从50-70 km的距离发射。 在近战中,超级机动性和圆形自卫综合体是为了确保在前半球和后半部发射火箭。
逐渐清楚的是,通过转向新技术并移除武器舱中的武器,飞机可以制造得更加紧凑。 机翼和机身的更大程度的集成允许增加飞机质量中的燃料比例,以及空气动力学的新进展 - 以减少巡航燃料消耗。 结果,获得了根据“鸭”方案的尺寸从20到30 t的飞机,具有强平坦轴承的机身。 有了这样的方案,它被洗涤使用扁平喷嘴,因为 人们可以指望超级循环的影响。 一个例子如图1所示。 21,有点像我们的MiG - 1.42。
洛克希德在F-22项目中使用了哪些丰富的基础工作?
NO-TH-次。 动物账户任何一件事。 “RAPTOR” - 不是超级的。
•他们写道,推力的很大一部分会产生进气口。 但那么它们如何平衡,当扁平喷嘴的襟翼偏转时施加的力在哪里?
实际上,在超音速下,进气口会产生很大的牵引力。 通过考虑超音速进气口的设计(图.22)来解释这一点并不困难。 在直接震荡的背后,电流是亚音速的。 在进气口(扩散器)的膨胀部分中,流动继续受到抑制。 由于其中的压力高于环境中的压力,因此内壁上的压力分布给出了所得的向前方向。
对于发动机推力的产生是动量守恒定律。 正如许多人认为的那样,飞机不会排出喷射流,螺旋桨或压缩机的空气。 最重要的是,WFD的原则,包括UHT,在一本相当古老的书[2]中有所描述,但根据驱动因素,从那以后最好的教科书尚未发表。 一般来说,它包括以下内容。 进气口和压缩机用于压缩空气。 这对于向燃烧室供应的量是必要的,其量足以使燃料以最佳比率燃烧。 产生的燃烧产物使燃气轮机旋转,燃气轮机通过轴驱动压缩机。 接下来,气体进入喷嘴。 为了使飞机移动,必须使来自喷嘴的射流流出速度大于飞机的速度。
对于发动机的哪些部件施加推力并不是那么重要,但是在Pv图中(压力 - 速度增量)可以方便地追踪它。 在发动机中速度增加的区域中,产生推力。 可以看出,大部分推力是由喷嘴产生的(图23)。
相反,压缩机(部分BC)产生阻力。 由于动量守恒定律是矢量,射流的偏差允许人们获得指向相反方向的推力。 力施加到喷嘴的壁和翼片上。 这是对F-22上的UHT不直接用于增加机动性的确认。 没有什么可以平衡新兴时刻。 相反 - UHT用于平衡。 在MiG-29OVT上,这个问题不是,因为 喷嘴轴是间隔开的,喷嘴本身是全视图的,推力矢量可以通过质心引导。 鸭飞机没有问题。 这里PGO用于平衡。
•为什么全角度UVT喷嘴仅在加力燃烧室有效?
这可能来自好奇心。 显然,这是关于NPO的MiG-29和UHT CLIVT系统。 克里莫夫。 在该推力矢量控制系统中,并非所有的喷嘴,例如在Su-30中,都偏离,而是仅偏离喷嘴的超临界部分的襟翼。 当加力燃烧室关闭时,RD-33喷嘴会减小关键部分的直径。 采用这种配置,其超音速部件的襟翼根本不能被拒绝。
回想一下,在空气动力学控制表面缺乏效率的地方,UHT是有意义的。 在这种模式下,没有加力燃烧器的飞行不太可能发生在任何人身上。
要了解加力燃烧室本身与冲击波治疗的有效性无关,我们必须记住其操作原理。 加力燃烧室安装在涡轮机后面,仅加热燃烧产物,增加其内部能量。 如果涡轮机可以承受并且不必调节压缩机,则可以在涡轮机前面燃烧额外的燃料。 从理论上讲,可以放一个电加热器。 主要是喷嘴前面的气体总压力和温度。
•为什么在F-22上使用扁平喷嘴和在F-35上使用圆形喷嘴,它们的优点是什么?
扁平喷嘴的缺点是众所周知的:重量大,推力损失,弯曲载荷。 在海军陆战队的F-35变种中,这些因素至关重要,但隐身,只是逐渐消失。 因此选择圆形喷嘴(图24)。
气体动力学知道扁平喷嘴的另一个严重缺点,这使得它们在具有KVP的飞机上的使用变得复杂。 在圆形横截面过渡到矩形横截面的点处,出现强烈的喷嘴冲击(图25)。
在圆形喷嘴中,也可能出现喷嘴跳跃,但是较弱的喷嘴。 对于破坏喷嘴跳动的扁平喷嘴,可以安装纵向隔板,如F-117。 在短距离起飞和降落飞机上,喷嘴跳跃导致机场覆盖物的强烈侵蚀。
同时,扁平喷嘴在具有扁平机身的超音速飞机上很好地组装。 它们可以显着降低超音速时的底部压力,这可以产生高达40%的阻力。 对于F-22来说,这是至关重要的。 另外,扁平喷嘴相对简单地允许使用诸如柯恩达效应(喷射粘附到近表面)的空气动力学效应和超循环的效果,这显着增加了飞机的空气动力学质量。 这部分用于YF-23。
•F-119中臭名昭着的雷达阻挡器是什么,它对牵引力的损失有多大影响?
该装置如图1所示。 26是一种叶轮。 它关闭了敌人雷达站的涡轮叶片。 涡轮叶片的轮廓和反射波在所有方向上都不比角反射器差。 同时,照片中可见的叶片覆盖了红外制导导弹头的加力燃烧室的热元件。 由于气体主要在喷嘴中加速,并且雷达阻挡器安装在其前面,因此在流速小的区域中,推力损失相对较小。 在任何情况下,它们都小于从圆形喷嘴过渡到扁平喷嘴所造成的损失。
•使用F-119时,不清楚第二回路的空气位于何处。 这似乎是传统的DDRDF方案,其涉及在风扇之后将空气引入第二回路并且在后燃器前面混合涡轮机后面的第一和第二回路的流动。 使用F-119,二次空气仅用于冷却。 原来它是单回路? 或者在制造商的网站上发布的图纸 - 虚假信息?
有两种TDRD方案,有和没有流量混合。 由于主飞行模式是未成形的,为什么所选择的方案没有混合流动是令人惊讶的? 风扇产生一些推力。 此外,来自第二回路的空气被排放到环境中,但这不会使发动机成为单回路。 在加力燃烧室模式为基本的发动机中,例如在D-30F中,流动在加力燃烧室前面混合。
•结论。 F-22作为一种新型作战飞机。
在关于影子第五代战斗机的本质的第一个讨论中,保留了最重要的事实-美国人创造了一种新型的航空技术。 比喻主战 一个坦克 F-22可以称为主要战斗机。 这是第一架战斗机,几乎可以同时扮演拦截器和前线轰炸机的角色。 世界航空参加这项活动已有40年了。 您是如何做到这一点的?为什么没有更早发生呢?
创造通用飞机的第一次尝试以一流的F-111轰炸机的出现而告终,迄今为止在美国尚未超越。 然后他们试图创造一种基于F-15战斗机的多功能车。 由此产生的F-15E获得了攻击地面目标的能力,同时保持了空战的高潜力。 很长一段时间他都没有直接的类比,直到Su-27MKI出现。 然而,低翼载荷和前缘的适度扫掠导致在低空飞行时不可接受的震动。 因此,F-15E影响能力被认为是平庸的。
在1980开始时,崭露头角的飞机开始形成。 这应该是一架能够超音速投掷以逃离战斗机罢工的飞机,机动性足以在没有炸弹负荷的情况下进行反导弹机动。 事实是,中东战争的经验表明,战斗轰炸机可以承受高达80%的损失。 因此,轰炸机需要大翼和高推重比。 这反过来又使轰炸机被设计成一种有效的载体,即 炸弹载荷和燃料的质量可以是飞机质量的重要部分。 增加范围。
但是,在大型机翼的情况下如何处理在极低空飞行时增加的大气湍流? 最简单的方法是在“鸭子”方案中[PGO]的帮助下完成的。 自动控制系统可以抵抗振动。 后来发现了正常空气动力学配置的解决方案。 具有大扫掠前缘的机翼本身可抵抗垂直阵风。
所以,如果从本段所说的所有内容中撤回炸弹负载,会发生什么? 这是正确的,拦截器,除了具有非常大的动作半径和弹药。 意识到这一点,以色列开始设计“Lavi”,他们称之为具有高度机动性的攻击机。 在苏联,与此同时,C-37(第一个有此名称)开发的数据甚至更高,被认为是攻击机,战斗机轰炸机和前线战斗机的替代品。
F-22代表了这个方向的真正突破。 AFAR同样适用于地面和空中目标。 内部隔间包含炸弹和空对空导弹。 还记得多少年来写道,不可能带来这种普遍的飞行员? 不要! 具有相同滑翔机和飞行数据的轰炸机和拦截器将继续进行攻击。 让一些飞行员成为近距离机动作战的主人,而后者只会受到训练,投掷炸弹,以超音速从敌人身上脱离。 这将是向前迈出的一大步。
奇怪的是这些美国人。 宣布为不同类型的部队F-35创建一架飞机,并获得总设计不超过35%的汽车。 他们创造了一种飞机,在单一的滑翔机和装备的基础上,世界上第一次实际取代了前拦截器和前轰炸机,并且保持沉默。 统一滑翔机是:MiG-25P和MiG-25РБ,但是一架飞机绝对是第一次。 充分研究在战斗机和轰炸机的版本中应用F-22的练习策略并保持安静。 但是很奇怪。
文学
1。 PV 布拉特。 关于以超音速从舱室发射火箭的问题。
2。 喷气发动机理论。 埃德。 技术博士。 科学S.M. Shlyakhtenko,M。,“机械工程”,1975,568 p。
最近,有关F-22的许多出版物出现在网络和新闻界中,主要分为两个阵营。 第一个包括奇迹的热情诗篇。武器装备能够与任何敌人在海上,陆地,空中和水下进行战斗。 在亚音速和超音速飞机上都具有微妙的超机动性,上一代飞机根本无法与之战斗。 第二个阵营汇集了诸如“ Reptor”之类的文章和名言-带翅膀的手提箱,里面装满了200亿个装有各种电子设备的电子设备,这些电子设备原则上可以飞行,但他并不需要它。 是的,还不清楚他如何同时在航展上展示所有这些技巧,或者不是他吗? 也许所有这些都是由该死的美国人在演播室拍摄的,就像登月吗?
同时,在激烈的辩论和唾液喷涌的阴影下,美国人创造了一个根本上崭新的战斗机这一重要事实仍然未被注意到 航空 技术,我们将在最后详细讨论。 现在,对有关F-22空气动力学问题的答疑答应了。
•F-22如何在大迎角时保持良好的稳定性和可控性,而不使用诸如下垂,CIP,机翼前缘的边缘和4一代战斗机特有的其他空气动力学元素等空气动力学技巧?
事实上,“猛禽”具有与4一代战斗机相同的旋转空气动力学特性。 对她极其严格的限制施加了隐形要求。 前机身侧面的边缘,进气口形成涡流的上边缘和机翼根部的小流入(图1)是造成涡流系统形成的原因。 进气口上边缘的实验开发特别困难。 在这里,几个相互矛盾的要求汇集在一起:隐形,进气操作,涡旋绳生成,道路稳定性等。
图。 1。 涡旋F-22元素的底视图
图2,3显示了涡流系统,它由F-22机身的前端部分组成。 左图显示了连续流动中的涡流系统。 从进气口的上边缘和鼻部的肋骨的涡流束从两侧沿着龙骨流动,并且来自流入物的涡流 - 翼和水平羽毛。 随着撕裂现象的发展(右图中的暗区),流动模式发生变化。 涡流线束从进气口的边缘分离并变成涡流片,其不允许形成分离电流的区域并因此保持垂直尾部对30度量级的迎角的有效性。 在大迎角时,小伸长翼的特性开始产生正效应,这与前缘的大角度扫掠有关。 由于压力的巨大差异,气体开始从机翼的下表面通过前缘流到其上表面,这形成涡流,防止与机翼的上表面分离并保持尾部的效率(图4)。
图。 2。 借助于涡旋线束稳定轨道稳定性。 攻击角度22冰雹。
图。 3。 用旋转板压制螺旋形螺钉的失速。 攻击角度22冰雹。
图。 4。 旋风从翼的前缘突破
当然,翼的经典冲刺会更好。 毕竟,他解决了另一个问题。 当通过声速时,空气动力学焦点向后移动,结果,静态稳定性的余量增加并且发生额外的平衡阻力。 超音速的流入产生一个提升力(它在亚音速下很小),这会减弱焦点向后移动并降低平衡阻力(图5)。 “猛禽”处于隐身的最前沿。 但是额外阻力呢? 发动机很强大,有很多燃料,所以你可以忍受它。
图。 5。 机翼的经典根源及其对空气动力学特性的影响
另一件事是俄罗斯X-NUMX +一代战斗机使用了全方位的空气动力学改进,可以在很宽的马赫数和攻角范围内提高空气动力学质量。 这在第二部分[4]中有详细讨论。 几乎所有的“猛禽”的开发者都不得不放弃支持隐身。
•“Raptor”在展览中具有如此角度的滚转和旋转速度,因为它似乎是“无尾”计划的飞机的典型特征? 也许是在推力矢量的微分偏差?
实际上,对于机翼伸长率较小的所有飞机而言,不仅仅是无尾翼方案,对于跨度而言,空气动力载荷的分布通常比具有小扫掠的机翼更为有利,例如MiG-29,F-16,F-18 。 在这方面最好的是,空气动力学配置是具有近前水平尾翼(GIP)的“鸭子”。 如果主翼位于来自尾部的流的斜面的作用区域中,则被认为是这样的。 这种方案有时也被称为“双翼飞机 - 串联”。 先驱者的介绍是瑞典人用他们的“Wiggen”(图6)。 以色列拉维以同样的方式建造。
图。 6。 biplan串联空气动力学配置的一个例子。 萨博“Viggen”
围绕单发动机飞机的纵向轴线的小惯性矩和沿着机翼的整个后缘定位的大面积横向控制主体的组合允许高旋转速度。 其中最好的是Mirage-2000。 在这方面,有趣的是比较F-15,F-16和F-22跟部速率(图7;圆圈标记为关闭推力矢量控制(UHT),其中UHT开启的方格)。 由于F-15是双引擎并具有适度后掠翼,而F-16是单引擎,因此Falcon应该优先考虑。 “猛禽”发动机位于质心附近,小伸长的机翼,前缘的大扫描和非常大的尾翼。 从理论上讲,它应该在中间的某个地方。
图。 7。 足跟角度对攻角的依赖性
在零攻角时,所有三架战斗机大约相等(约为200度/秒)。 随着攻角的增加,F-16向前发展,并保持其对30角度的肉体优势。 即使在“猛禽”推力矢量控制的情况下。 而且只有在高攻角时,才有利于F-22。 正如预期的那样,局外人是F-15。
在图中 7显示没有UHT的F-22后跟率已经处于大约20度的攻角。 几乎等于F-15。 众所周知,Raptor发动机的喷嘴恰好在20迎角时被锁定。 UHT连接在大迎角时控制偏航角和侧倾角。 在这种情况下,喷嘴在一个方向上偏转,而不是差别,就像乍看之下看起来一样奇怪。 在大迎角时,随着脚跟角度的变化,滑移角也会发生变化。 当围绕速度矢量旋转时,喷嘴向上偏转,并且飞机在转向驱动的角落中表现得像后置发动机汽车。 滚动率显着增加。 如果需要围绕飞行器的纵向轴线进行旋转,则在不改变迎角的情况下执行该操纵。 以前,这些演习是在X-31上制定的。 由于尾部的差异和喷嘴襟翼的偏差,然后是一个,然后是另一侧,执行旋转。
•在滑行的大迎角进行机动时,F-22如何很好地控制偏航角? 似乎他可以自由地执行一个受控的扁平开瓶器。 事情是raznotyag引擎
“猛禽”节目中的节目不是一个扁平的开瓶器,而是围绕速度矢量(图8)以55冰雹的迎角旋转。 由于在这样的迎角下的滚动速度仅为每秒几度,并且进动速度为几十度/秒,似乎飞机像枫叶一样落下,这看起来像一个开瓶器,但这不是一个开瓶器。
图。 8。 动态U-Maneuver使用围绕速度矢量的旋转
通过多次重复图8中所示的操纵,飞行员可以在观察者中产生平坦旋转的错觉,这是美国人在航展上使用的。 再次回想一下,“猛禽”旋转过程中的喷嘴只能同步偏离。 从理论上讲,没有什么能阻止差动地使喷嘴偏转。 没有特殊的机械连接可以防止这种情况发生。 但是,从F-22的飞行动力学角度来看,这是完全无效的。 喷嘴彼此靠得太近并且与重心太靠近。 此外,喷嘴仅在大于20度的攻角下开始工作。这样,最大偏转角恰好是20度,即 拒绝他们在不同的方向没有多大意义。 密集定位的扁平超音速设计喷嘴具有高喷射能力;因此,两个喷嘴的向上偏转稳定了尾部机身上表面附近的垂直尾部之间的流动,这有助于轨道的稳定性,以及水平方向舵的有效性。
•F-22如何在近战中使用UHT,这种“铁”能否在不使用UHT的情况下赢得4一代战斗机的混战?
图。 9。 比较F-22和其他战斗机的平衡方案
“猛禽”的特点是机翼负荷低,推重比高,空气动力学形式清洁,内部武器舱。 然而,它的机翼具有高电感,扁平轮廓,载体性能差。 由于需要放置四个武器舱,机身在中心区域的尺寸过大。
从该理论可知,具有高suo的战斗机在低攻角和低攻角时具有优势 - 具有小的suo。 因此,战斗中的“猛禽”应立即转向20冰雹的角度。 由于高推重比,他必须具有优势。 尽快做到,即 攻角的增加率应尽可能大。 比较不同战士的平衡方案(图9),我们可以得出结论,F-22的创造者也知道这一点。
“Raptor”非常接近质心,位于发动机喷嘴和非常大的水平尾部,呈现回来。 这种空气动力学方案提供的攻角力矩是没有任何UHT的F-16的两倍(图10)。 应用偏转喷嘴仅增加了优点。
图。 10。 攻角的变化率
因此,“猛禽”有机会,如何在有利的模式下与4一代战斗机进行密切的机动战斗,并摆脱它。 此外,高推力重量比使他在稳定转弯时具有优势,他可以达到攻击角度16 - 22冰雹。 (大多数第四代战士为10-12度),马赫数M = 0.5-0.8。 在F-16中,在大约11度的迎角处达到稳定反转的最大速度。
美国人取得了相当不错的成绩,即能够赋予战斗机新的品质(超音速和M> 1的机动能力),同时在传统模式下为他提供优势。 另一件事是,它宣布完全不同。 他们许诺了决定性的优势。
对于4+和4 ++代的战斗机,情况则有所不同。 他们中的许多人已经掌握了超临界迎角和高达每秒30度的转弯速度下的机动。 “ Reptoru”很难在既定的转弯上与他们战斗。 超级机动性库中唯一在“叛军”上展示的是瞄准武器的“俯仰角的暂时增加”(图11)。 仅有两枚导弹,近距离战斗中价值200亿美元的飞机可能并不幸运。
图。 11。 瞄准目标武器的攻击角度暂时增加
•F-22是否具有超强的可操作性,是F-22上使用的UHT,以增加机动性(减小转弯半径,增加转弯的角速度),为什么UHT不能以超音速应用?
UHT不在超音速下使用,因为战斗机对此没有足够的发动机推力。 回想一下,在M> 1时可用的过载下降了一个数量级[1]。 例如,在弹道导弹中,引导喷嘴是一种常见的技术解决方案,但推力与表面积的比值要高一个数量级。
对于F-22,当空气动力学控制表面的效率不足时,可偏转喷嘴仅在低速和高迎角时使用(图12)。
图。 12。 UHT在高攻角下用于平衡
两个喷嘴的对称偏转用于控制俯仰和滚动,以增强低速和高攻角下水平尾翼的效果。 偏离喷嘴的使用增加了结构的质量15 ... 25 kg,而水平尾部面积的等效增加将使该质量增加180 kg。
为了产生超级机动性的效果,不使用UHT。 在这里有必要回顾一下5-X中1980一代超级机动飞机是如何呈现的。 人们相信这将是一架相对较小,价格低廉且机动性极强的飞机(图13)。
图。 13。 AMDAC实验飞机的图片,可直接控制横向气动力和超循环效应
UHT用于产生直接的横向力,即 无论飞机的空间位置如何(图14),无论运动轨迹(图15)和轨迹如何,都参与空气动力学控制以控制飞机的空间位置。
超级机动性允许减少作用在飞机和飞行员上的过载,以及扩大武器的范围。 特别是设计师的广泛机会提供了全喷嘴。 该飞机配备有这样的喷嘴,理论上能够执行高度非常规类型的机动,例如,从空对空逃逸。 “猛禽”不知道如何做到这一点,永远无法做到,只是不需要它,它是由完全不同的,超音速的,微妙的,只是相对灵活的东西构思的。
图。 14。 超强的机动性。 控制飞机在轨道上的位置
图。 15。 超强的机动性。 轨迹控制
图。 16。 由HiMAT计划开发的有前途的战斗机的外观
然后其他几个趋势占了上风。 到1980-s开始时,5一代战斗机开始以超过35吨的大型飞机为代表,但是超级机动飞机,UHT喷嘴和各种空气动力控制装置(图16)。 为了研究它们的有效性,在1:2量表(图17)上开发了无线电控制模型。
图。 17。 无线电控制模型HiMAT
5战斗机一代概念的最终发展的下一个方法是AFTI计划,期间计划使用模块化原理建造实验飞机(图18)。
图。 18。 高机动AFTII战斗机模块化对比测试的概念
在研究过程中,圆形和扁平喷嘴,不同版本的控制,包括全转翼,进行了比较。 “三平面”方案被认为是直接控制横向空气动力的必要条件。 所有这些创新都承诺战斗机在机动作战中的非传统能力,以及大尺寸 - 远程和重要弹药。
4-35吨飞机配备37-12短程,中程和远程导弹,配备两台14发动机 - 20吨UHT,22-10控制空气动力学表面和自卫系统审查。 它可能看起来像中国同志的有趣照片(图14,19)。 现在,顺便说一句,这个模型用于电脑游戏。
图。 19。 关于超级机动战斗机的中国观点
图。 20。 直接控制气动力
早年的应用概念就是这样的。 装备有强大雷达的战斗机以超音速机动,以截击方式向敌人开火。 我们并不特别关心隐身; 人们认为,为了将他们的主动权强加于战斗,雷达应该被打开,并且在那里不再是不起眼的。 人们认为,这种战斗机巡航导弹可以从距离至少25 km的距离发射,而敌方战斗机可以从50-70 km的距离发射。 在近战中,超级机动性和圆形自卫综合体是为了确保在前半球和后半部发射火箭。
图。 21。 由AFTII计划开发的公司“Rockwell”视图中的5战斗机
逐渐清楚的是,通过转向新技术并移除武器舱中的武器,飞机可以制造得更加紧凑。 机翼和机身的更大程度的集成允许增加飞机质量中的燃料比例,以及空气动力学的新进展 - 以减少巡航燃料消耗。 结果,获得了根据“鸭”方案的尺寸从20到30 t的飞机,具有强平坦轴承的机身。 有了这样的方案,它被洗涤使用扁平喷嘴,因为 人们可以指望超级循环的影响。 一个例子如图1所示。 21,有点像我们的MiG - 1.42。
洛克希德在F-22项目中使用了哪些丰富的基础工作?
NO-TH-次。 动物账户任何一件事。 “RAPTOR” - 不是超级的。
•他们写道,推力的很大一部分会产生进气口。 但那么它们如何平衡,当扁平喷嘴的襟翼偏转时施加的力在哪里?
实际上,在超音速下,进气口会产生很大的牵引力。 通过考虑超音速进气口的设计(图.22)来解释这一点并不困难。 在直接震荡的背后,电流是亚音速的。 在进气口(扩散器)的膨胀部分中,流动继续受到抑制。 由于其中的压力高于环境中的压力,因此内壁上的压力分布给出了所得的向前方向。
图。 22。 进气口设计
对于发动机推力的产生是动量守恒定律。 正如许多人认为的那样,飞机不会排出喷射流,螺旋桨或压缩机的空气。 最重要的是,WFD的原则,包括UHT,在一本相当古老的书[2]中有所描述,但根据驱动因素,从那以后最好的教科书尚未发表。 一般来说,它包括以下内容。 进气口和压缩机用于压缩空气。 这对于向燃烧室供应的量是必要的,其量足以使燃料以最佳比率燃烧。 产生的燃烧产物使燃气轮机旋转,燃气轮机通过轴驱动压缩机。 接下来,气体进入喷嘴。 为了使飞机移动,必须使来自喷嘴的射流流出速度大于飞机的速度。
对于发动机的哪些部件施加推力并不是那么重要,但是在Pv图中(压力 - 速度增量)可以方便地追踪它。 在发动机中速度增加的区域中,产生推力。 可以看出,大部分推力是由喷嘴产生的(图23)。
图。 23。 在TRD的不同部分产生牵引力
相反,压缩机(部分BC)产生阻力。 由于动量守恒定律是矢量,射流的偏差允许人们获得指向相反方向的推力。 力施加到喷嘴的壁和翼片上。 这是对F-22上的UHT不直接用于增加机动性的确认。 没有什么可以平衡新兴时刻。 相反 - UHT用于平衡。 在MiG-29OVT上,这个问题不是,因为 喷嘴轴是间隔开的,喷嘴本身是全视图的,推力矢量可以通过质心引导。 鸭飞机没有问题。 这里PGO用于平衡。
•为什么全角度UVT喷嘴仅在加力燃烧室有效?
这可能来自好奇心。 显然,这是关于NPO的MiG-29和UHT CLIVT系统。 克里莫夫。 在该推力矢量控制系统中,并非所有的喷嘴,例如在Su-30中,都偏离,而是仅偏离喷嘴的超临界部分的襟翼。 当加力燃烧室关闭时,RD-33喷嘴会减小关键部分的直径。 采用这种配置,其超音速部件的襟翼根本不能被拒绝。
回想一下,在空气动力学控制表面缺乏效率的地方,UHT是有意义的。 在这种模式下,没有加力燃烧器的飞行不太可能发生在任何人身上。
要了解加力燃烧室本身与冲击波治疗的有效性无关,我们必须记住其操作原理。 加力燃烧室安装在涡轮机后面,仅加热燃烧产物,增加其内部能量。 如果涡轮机可以承受并且不必调节压缩机,则可以在涡轮机前面燃烧额外的燃料。 从理论上讲,可以放一个电加热器。 主要是喷嘴前面的气体总压力和温度。
•为什么在F-22上使用扁平喷嘴和在F-35上使用圆形喷嘴,它们的优点是什么?
扁平喷嘴的缺点是众所周知的:重量大,推力损失,弯曲载荷。 在海军陆战队的F-35变种中,这些因素至关重要,但隐身,只是逐渐消失。 因此选择圆形喷嘴(图24)。
图。 24。 发动机VTVP F-35
气体动力学知道扁平喷嘴的另一个严重缺点,这使得它们在具有KVP的飞机上的使用变得复杂。 在圆形横截面过渡到矩形横截面的点处,出现强烈的喷嘴冲击(图25)。
图。 25。 扁平喷嘴内的喷嘴冲击
在圆形喷嘴中,也可能出现喷嘴跳跃,但是较弱的喷嘴。 对于破坏喷嘴跳动的扁平喷嘴,可以安装纵向隔板,如F-117。 在短距离起飞和降落飞机上,喷嘴跳跃导致机场覆盖物的强烈侵蚀。
同时,扁平喷嘴在具有扁平机身的超音速飞机上很好地组装。 它们可以显着降低超音速时的底部压力,这可以产生高达40%的阻力。 对于F-22来说,这是至关重要的。 另外,扁平喷嘴相对简单地允许使用诸如柯恩达效应(喷射粘附到近表面)的空气动力学效应和超循环的效果,这显着增加了飞机的空气动力学质量。 这部分用于YF-23。
•F-119中臭名昭着的雷达阻挡器是什么,它对牵引力的损失有多大影响?
该装置如图1所示。 26是一种叶轮。 它关闭了敌人雷达站的涡轮叶片。 涡轮叶片的轮廓和反射波在所有方向上都不比角反射器差。 同时,照片中可见的叶片覆盖了红外制导导弹头的加力燃烧室的热元件。 由于气体主要在喷嘴中加速,并且雷达阻挡器安装在其前面,因此在流速小的区域中,推力损失相对较小。 在任何情况下,它们都小于从圆形喷嘴过渡到扁平喷嘴所造成的损失。
图。 26。 雷达阻挡器
•使用F-119时,不清楚第二回路的空气位于何处。 这似乎是传统的DDRDF方案,其涉及在风扇之后将空气引入第二回路并且在后燃器前面混合涡轮机后面的第一和第二回路的流动。 使用F-119,二次空气仅用于冷却。 原来它是单回路? 或者在制造商的网站上发布的图纸 - 虚假信息?
有两种TDRD方案,有和没有流量混合。 由于主飞行模式是未成形的,为什么所选择的方案没有混合流动是令人惊讶的? 风扇产生一些推力。 此外,来自第二回路的空气被排放到环境中,但这不会使发动机成为单回路。 在加力燃烧室模式为基本的发动机中,例如在D-30F中,流动在加力燃烧室前面混合。
•结论。 F-22作为一种新型作战飞机。
在关于影子第五代战斗机的本质的第一个讨论中,保留了最重要的事实-美国人创造了一种新型的航空技术。 比喻主战 一个坦克 F-22可以称为主要战斗机。 这是第一架战斗机,几乎可以同时扮演拦截器和前线轰炸机的角色。 世界航空参加这项活动已有40年了。 您是如何做到这一点的?为什么没有更早发生呢?
创造通用飞机的第一次尝试以一流的F-111轰炸机的出现而告终,迄今为止在美国尚未超越。 然后他们试图创造一种基于F-15战斗机的多功能车。 由此产生的F-15E获得了攻击地面目标的能力,同时保持了空战的高潜力。 很长一段时间他都没有直接的类比,直到Su-27MKI出现。 然而,低翼载荷和前缘的适度扫掠导致在低空飞行时不可接受的震动。 因此,F-15E影响能力被认为是平庸的。
在1980开始时,崭露头角的飞机开始形成。 这应该是一架能够超音速投掷以逃离战斗机罢工的飞机,机动性足以在没有炸弹负荷的情况下进行反导弹机动。 事实是,中东战争的经验表明,战斗轰炸机可以承受高达80%的损失。 因此,轰炸机需要大翼和高推重比。 这反过来又使轰炸机被设计成一种有效的载体,即 炸弹载荷和燃料的质量可以是飞机质量的重要部分。 增加范围。
但是,在大型机翼的情况下如何处理在极低空飞行时增加的大气湍流? 最简单的方法是在“鸭子”方案中[PGO]的帮助下完成的。 自动控制系统可以抵抗振动。 后来发现了正常空气动力学配置的解决方案。 具有大扫掠前缘的机翼本身可抵抗垂直阵风。
图。 27。 上37
所以,如果从本段所说的所有内容中撤回炸弹负载,会发生什么? 这是正确的,拦截器,除了具有非常大的动作半径和弹药。 意识到这一点,以色列开始设计“Lavi”,他们称之为具有高度机动性的攻击机。 在苏联,与此同时,C-37(第一个有此名称)开发的数据甚至更高,被认为是攻击机,战斗机轰炸机和前线战斗机的替代品。
F-22代表了这个方向的真正突破。 AFAR同样适用于地面和空中目标。 内部隔间包含炸弹和空对空导弹。 还记得多少年来写道,不可能带来这种普遍的飞行员? 不要! 具有相同滑翔机和飞行数据的轰炸机和拦截器将继续进行攻击。 让一些飞行员成为近距离机动作战的主人,而后者只会受到训练,投掷炸弹,以超音速从敌人身上脱离。 这将是向前迈出的一大步。
奇怪的是这些美国人。 宣布为不同类型的部队F-35创建一架飞机,并获得总设计不超过35%的汽车。 他们创造了一种飞机,在单一的滑翔机和装备的基础上,世界上第一次实际取代了前拦截器和前轰炸机,并且保持沉默。 统一滑翔机是:MiG-25P和MiG-25РБ,但是一架飞机绝对是第一次。 充分研究在战斗机和轰炸机的版本中应用F-22的练习策略并保持安静。 但是很奇怪。
文学
1。 PV 布拉特。 关于以超音速从舱室发射火箭的问题。
2。 喷气发动机理论。 埃德。 技术博士。 科学S.M. Shlyakhtenko,M。,“机械工程”,1975,568 p。
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