发动机
前面说过了,歼10的配套发动机是涡喷15,但是到90年代初,涡喷15依然在部件试制,距离仿制定型还遥遥无期,眼看歼10连样机都出了,发动机拖进度估计又要重蹈覆辙了。而此时,空军正好在计划从俄罗斯引进了第一批苏27,所以时任国防部长的张爱萍将军提出既然买了苏27,那干脆再配套多买点AL31F发动机,给歼10换上。但这个意见,成飞和航空部当时是坚决反对的,私下抱怨这又是外行领导内行,以为换发动机是换汽车轮胎么?歼10的设计从头到尾都是按涡喷15配套设计的,样机都出来了,这时候换发动机?又要修改设计,又要拖进度,还有完没完了?双方争执不下,最终刘华清将军拍了桌子,必须换!非换不可!没办法,刘副主席都拍桌子了,还能咋办?换吧。。。
1992年,宋文骢作为全权代表,前往俄罗斯进行AL31F的引进谈判,并签订了1台样机和数台试飞发动机的引进合同。为了适应歼10,AL31F做了若干改进,AL31F配套苏27战机,发动机机匣附件放在发动机上方,方便维护,但要配套歼10必须把机匣附件改到下放,此外还有一些小的技术细节进行了改进,改进后的型号被称为:AL31FN,也就是目前歼10的配套发动机。
而为了适应AL31FN,歼10做的改进更大,可以说基本又是一个推到重来。首先,AL31FN和涡喷15一个是涡扇,一个是涡喷,虽然最大推力一样,但推力曲线完全不同,原来的简单的不可调的椭圆进气道已经不能满足需要了,由于涡扇发动机高空性能不如涡喷,所以歼10换用了现在的矩形可调进气道,以保证各种高度和速度下的飞行性能;其次,
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AL31FN要比涡喷15长很多,所以后机身需要延长,相应的需要对整机重心做配平和调整,主翼翼根弦长也大大增加;由于换发,空军对歼10又提出了更高的要求,要求歼10要能够和苏27形成高低搭配,机动性要和苏27相当,这样一来又不得不对气动外形做小幅度更改以满足要求;另外,此时歼10也借鉴了很多米格设计局的设计,包括外置式双腹鳍,这些都是通过超7和米格设计局的合作中学来的。就这样,经过又一轮的设计更改,新歼10才有了现在歼10的造型,此时假如有全金属样机,那么这个样机的样子,已经和现在的歼10相差不多了。
到1994年6月,经过2年多的艰苦奋战,成飞完成了换发后歼10的全部设计工作,图纸全部完成,歼10的研制,开始进入新的阶段——原型机制造!
假如你问宋文骢,当时研制歼10时,他最担心的是什么,他一定会说——飞控,假如你问他,鸭式布局的歼10设计最难点在哪里,他一定还会说——飞控。 什么是飞控?
首先要从静稳定和静不稳定两种布局说起,所谓静稳定,很好理解,就是飞机在飞行时,整机的状态是稳定的,这种飞机的气动焦点位于整机重心之后,理论上,在飞行过程中飞行员即使双手不握杆,飞机也能够自动调整飞行状态,保持稳定飞行,飞行曲线是一个正弦曲线,静稳定飞机飞行稳定性更好,但牺牲了机动性能;而静不稳定,则是要把气动焦点放在重心之前,这样机动性会大大增加,飞机变得更加灵活,但同时飞行状态也极端不稳定,传统的机械操作方式,是无法操纵静不稳
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定战机的,这就需要找一个飞行员的替代物,也就是电传飞控系统。 电传飞控简而言之,就是飞控计算机代替飞行员,以每秒十几次的频率自动解算飞行状态并自动控制翼面,保持飞行状态,而在飞行员操作舵面时,也跟传统机械传动不同,飞行员并不直接操作舵面,而是通过操作驾驶杆,飞控计算机自动判断出飞行员想要做什么动作,然后解算出舵面所需的运动量,再控制舵面做相应运动,也就是说,飞行员从始至终在通过飞控计算机操作飞机,而不是传统机械传动式的直接操作舵面,电传飞控的出现,使得静不稳定布局的控制成为可能,战机的机动性得以大大提高。而且电传飞控在操纵品质上拥有一个巨大的优越性,飞行员不必担心拉杆过猛而造成飞机姿态失控,飞控计算机能够自动设置一个操作上限,实现所谓的“无顾虑操作”。
飞控系统的核心,就是飞控程序,和电脑程序一样,飞控程序是在地面编写的,飞控程序编写质量的好坏,直接影响到飞机本身的气动性能能否得到发挥。就像显卡驱动,一款好的驱动,能够挖掘硬件的最大潜能,而不好的驱动,则会浪费一块好显卡,飞控的道理也是类似的。 除去静不稳定布局,我们还要多说一下“涡升力”,什么是涡升力?简而言之,就是尖锐而薄的翼面在飞行过程中,会把经过的气流切开,而被切开的气流会形成一个高速脱体旋涡。高速脱体涡空气压力很低,假如让脱体涡吹过主翼上表面,那么翼面的上下压力差就会大大增加,从而提高整个机翼的升力(如果这个都不理解,请百度飞机飞行原理),提高飞机机动性。而这种由脱体涡吹过主翼形成的额外升力增益,就叫做“涡升力”。有飞机设计师说过,飞机气动的进化,就是围绕涡升力而
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来的,在二代布局中,没有涡升力这个概念,而在三代机中,F16和苏27的小边条,F18和枭龙的大尖拱边条,还有双风和歼10的鸭翼,目的都有一个,就是作为涡流发生器,在飞行中切开气流,激起强烈的脱体涡,吹过主翼,从而大大提高升力进而增强机动性。而四代布局,则更进一步,这里就不细说了。
但是,涡升力具有强烈的非线性,无法用数学公式做线性计算,也是传统机械操作模式无法控制的,所以二代机无法利用涡升力,而只有三代机运用电传飞控之后,通过计算机的高速运算,才让涡升力的有效控制成为可能。所以说,三代机标准中的“先进气动布局”和“电传飞控”这两条同时出现,不是没有原因的。
回到鸭式布局,它的难点,就在于鸭式布局的鸭翼本身既是涡流发生器,又是配平和俯仰操纵翼面,在鸭式布局中,鸭翼置于主翼之前,除了激起涡流吹过主翼表面外,还要作为俯仰操纵面控制飞机,这本身就是极其复杂的。而且鸭式布局的小展弦比机翼本身也会切出涡流!鸭翼脱体涡和主翼脱体涡耦合,相互干扰,两个非线性的涡流相互干扰和融合,不用说你也知道这有多么的复杂。在鸭式布局上,涡流耦合导致的升力非线性要与操纵面的角度偏转配合好,难度就非常非常大,存在非常多的门限,搞不好,就会摔飞机。
可以说,鸭式布局的最大难点,就在于飞控,首先我们看看另外几款典型的鸭式布局,是如何解决问题的,
台风,为了解决涡流干扰和配平操纵之间的矛盾,直接把鸭翼扔的远远的,形成“远距耦合”,这种布局下,由于距离太远,鸭翼涡流对主
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翼的干扰已经很小了,但同样意味着台风放弃了涡升力这种有益的升力增量,鸭翼远离重心,仅仅作为俯仰操纵翼面。所以台风超音速性能优异,而亚音速性能一般。
而阵风,采用了相反的思路,把鸭翼放的与主翼很近,甚至有重合,这样的布局,鸭翼涡流和主翼涡流耦合后会非常强烈,带来很高的升力增量,但同时,由于距离太近,力臂过短,产生的力矩过小,阵风鸭翼的俯仰配平效果很差。阵风整体沿用了幻影2000无尾三角布局的操纵模式,其实可以认为阵风是幻影2000的发展,阵风的鸭翼,可以看作是一个可动的大的涡流发生器,而不是一个有效的操纵翼面。阵风与台风相反,是超音速性能一般,亚音速性能强悍。
说到这,也许你会发现,其实欧洲双风都是在回避问题,回避鸭翼非线性涡流和配平操纵之间的矛盾,而瑞典的JAS-39,是一个正面解决问题的例子,只不过不是太成功罢了。
JAS39采用“中距耦合”,也就是不回避矛盾,正面设计,同时兼顾涡升力和配平操纵,但是很杯具的是,由于飞控编写水平差,飞机根本无法正常起飞,连出事故,最后找万能的美帝出马,编写飞控,最终美帝大能,完美解决问题。不要以为美帝不用鸭翼是因为技术不够,而纯粹是人家懒得麻烦。
而歼10,和JAS39一样,没有选择回避问题,而是采用正面设计,中距耦合,兼顾涡升力和配平操纵,歼10的鸭翼面积是所有鸭式布局中最大的,说明其静不安定度更大,敏捷性更高,同时耦合涡流也会更强烈,设计难度也更大。更厉害的是,歼10的鸭翼可以差动,体现出来的
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