五代機系列——F-35 【飛羽社】F-35是機動性能最差的五代機麼？

關注我們收看非語社的更多精彩視頻 加入QQ粉絲交流群或關注我們的微博獲取最新動態 大家好 這裏是非語社 作爲F35系列的第二期 今天我們的主題本來應該是F35的機動能力和三種的型號定位的分析 但是經過慎重考慮 我們決定把這兩部分內容單獨成篇 今天我們只聊機動 這樣雖然會拖慢整體的節奏 但我們認爲這是值得的 因爲我們打算在分析F35之前先明確一個概念 那就是不同的機動設計方案有各自着重優化的速度區間 而每一型飛機着重優化的速度區間都與它的作戰目標和戰場定位息息相關 我們都知道機動型是一架飛機改變速度 高度 角度的能力 改變角度即改變機頭指向性 一般取決於機動桌面的效率 當然在編條 壓抑等渦流發聲器和推力矢量系統大規模應用後 升力差或者直接作用力產生的力矩也開始起到了非常重要的作用 但是對於前兩者 起到決定性作用的還是飛機的升足底和發動機推力 比如我們的戰鬥機需要在平飛狀態下加速 在這個瞬間飛機的重力是不變的 此時爲了不改變飛行高度 飛機產生的升力需要與重力維持平衡 那麼在此狀態下 戰機的阻力越小 或發動機的推力越大 水平方向上 戰機所受推力減去阻力的合力就越大 加速度也就越大 加速性能就越好 所以 通過改變多面偏傳角度 或使用減速板增大阻力 或者發動機迅速降低推力 就能做到快速的減速 所以 我們不難看出較大的升足底 且具有較寬的升足底變化範圍 對飛機加減速性能的影響具有重要意義 而當我們需要快速改變飛行高度時 通過改變機頭指向 在保持穩定引腳的情況下 加減速能力優秀的飛機就能獲得較大的穩定爬升或俯衝率 不過要注意的是 這裏的爬升率是保持穩定引腳的狀態下進行的飛行 而不是常見機動過程中 順時的機頭指向改變導致飛機爬升或下降 需注意區分 回到升足筆上 對於升足筆中的分子 升力 在蘇57的氣動篇 我們爲了壓縮篇幅並且考慮到受重問題 使用了最簡單的勃努力原理來解釋升力 那就是對翼面進行一定的射擊 使得翼面上下表面氣流流速不同 從而形成壓力差 拖擠飛機 但是這個說法其實是不完善的 因爲勃努力原理僅僅適用於不可壓縮流體 低速狀態下的氣流才與勃努力原理適用的條件相近 想要更進一步理解升力與阻力 需要理解兩個概念 一 氣流與機體以及氣流間的接觸是處於分子層面的 因此在氣流層與流速不同的氣流層之間 由於氣體分子碰撞會產生阻礙相對運動的摩擦力 也就產生了表現特徵的粘性 一般用雷諾數來表示 二 機翼不是無限延長的平面 因此需要考慮機翼邊緣的氣流流動問題 而這就會產生翼間渦流 翼面受面渦影響的抗打效應和氣流的衝壓作用等等 升力就是上述作用形成的下行氣流的反作用力的垂直分量 如果本期超過5000贊 我們可能會單獨做一期視頻 受限於篇幅 今天大家只需要知道一個結論 在激波形成前 機翼的升力會隨來流速度增大而上升 當然這個也是常識 還有就是 假設通過一表面特定範圍內空氣流量不變的情況下 機翼的升力會隨引腳增大而上升 因爲這會使氣流向下的分量更大 當然 機翼達到一定引腳後 氣流的粘性就不足以支持它厚着在翼面上了 就會產生失速 這個角度也就是我們常說的臨界引腳 而對於身足點中的分母 阻力則可以分爲四個部分 摩擦阻力 壓差阻力 干擾阻力以及誘導阻力 前三者我們一併將它稱爲廢阻力 因爲它們更多與外形設計相關 而與升力的產生沒有直接關係 摩擦阻力就是機體與空氣摩擦產生的阻力 與蒙皮的平整度直接相關 而壓差阻力則是由表面壓力形成的阻力 與機身最大一幅面積有關 而跨深速面積率 超深速面積率等 也可以粗略理解爲考慮了產生激波狀態下的 高速壓縮流體產生的壓差阻力 干擾阻力是整機各個部件對整機流場的相互影響 與共同影響產生的 而誘導阻力則出現在我們千萬知道的 存在上下壓力差的機翼外緣氣流融合處 誘導阻力系數在簡化條件下與升力係數的平方成正比 因而它可以看作是升力的一種代價 在飛行速度增加時 氣體分子間距被壓縮 壓力增大 費阻力也會增大 尤其是壓差阻力的高速表現形式 激波阻力會隨速度的增加呈企鵝級數上漲 但對於誘導阻力來說 隨着速度增加 流場變化迅速 反而會使得機翼上下表面氣流在翼面上的融合減少 誘導阻力就會呈現下降趨勢 那麼對於總阻力來說 如果我們在其他條件相同的情況下 以速度爲自變量繪製兩條阻力曲線 就可以發現在誘導阻力與費阻力相等時 存在一個總阻力的對立點 而費阻力和誘導阻力的減速方法是完全不同甚至相反的 比如我們要減小誘導阻力 就要增加機翼展線比 減小後掠小 從而減少翼間摸對整機翼的影響 但是減小費阻力卻要減小展線比 增加後掠小 帶件小摩擦 以及推遲減弱機波的產生 這也就導致不同機種方案設計下總阻力的特性是不一樣的 反映到升阻比曲線上 我們就會發現在總阻力的最低點位置 存在一個飛機升阻比的最高點 而對比不同戰機最大升阻比曲線的差異 就可以分析出它們所着重優化速度區的不同 爲了講明白這個概念 花了本期視頻很大一部分的時間 但是理解這一點不僅僅是能方便你看懂本期視頻 如果你是航空方面的小白 這可以爲你更系統的理解飛機的氣動設計做一個補點 說了這麼多 F35的升阻比曲線究竟是什麼樣的呢 我們引用的資料還是上期視頻中提到過的那一篇論文 雖然該文的氣動模擬結果存在一定的誤差 但這也確實是唯一可以引用的資料 那麼我們就只能來試着解釋一下 該篇模擬論文出現誤差的原因 並給出一些修正 從該文結果來看 F35在0.5馬克 5度公角的情況下 該機可獲得13.62的最大升阻比 0.8馬克下也有11.09的升阻比 壓音速性能非常優秀 跨音速段則表現較平庸 整體呈下降趨勢 而到了超音速區 F35在1.3馬克下最大升阻比能在3.5左右 並且在1.5馬克出現回升趨勢 只不過回升的有點離譜 達到了8.5以上 明顯違反了常識 出現了這樣的誤差 其實是由於目前模擬軟件對機器線方程處理時存在漏洞而產生的 而這個漏洞 就是模擬軟件在求解納維斯多德方程時 很難模擬公角時序變化過程中的壓力 雷諾數等對線性變化參數帶來的影響 由於NS方程沒有解析解 所以只能使用SU-2等CFD求解器 對特定條件下的NS方程的簡化式進行求解 不同的CFD軟件 甚至同一軟件的共同版本 求解器參數不同 結果也不盡相同 雖然對這些非線性參數設置一個收縮頻率進行運算 就能帶來一定精度的提升 但是目前開箱技術並不成熟 大多數此類模擬仍然採用的是定常數計算 這也是我們一直強調模擬僅供參考的原因之一 但是這篇模擬論文所表現出來的趨勢卻是正確的 那就是F35着重優化了亞音速區和超音速區的機動性能 沒錯 F35是有優化超音速區飛行性能的 其深途比曲線在超音速區有一定回升 只不過回升的幅度不會太大 我們不負責任地猜一下 有可能在4以上 而F35之所以會在超音速段出現一定的深途比回升 我們猜測的原因有兩個 第一 在減阻上對機體進行了特殊的機體修行 或使用變彎度機翼 在1.5馬赫左右機座椎的深沉位置優化機體設計 使其更符合面積率 第二 在深力控制上 對機體外輪廓邊緣如前緣精翼 進氣道準口 機頭輪腳等在特定公角下的洞線面 進行特定角度設計 減少其產生的激波對主翼及翼身融合處深力面的影響 減少深力損失 不過這些措施基本都會損害其他速度區的機動性能 但是有一點要注意 F35對超音速區進行了優化 不代表它擁有了同代戰機中較好的超音速性能 按照業界比較認可的說法 美軍的F22在亞音速區的深途比有9以上 在超音速區則能達到5以上 某亞翼五代機在超音速區更是有達到6的深途比 和F35橫向對比一下 你是否更形象地理解了我們開頭所說的 不同氣動設計方案有其特定優化速度區這個概念呢 通過這種對比 我們不難看出F35是一種亞音速性能爆表 但超音速性能並不怎麼樣的五代機 雖然說這個結論並不需要什麼數據分析就能看出來 因爲F35爲了實現較強大的多用途功能 以中型機的體格強行設計了屬於重型機的大彈艙 再加上爲了預留垂直起降B型升力風扇的空間 在機體設計上顯得臃腫不堪 內部空間侷促的情況下 大量設備被迫安裝在中型的鼓包中 進一步增大了阻力 而其整機較小的長細筆 稍大的機翼展形筆和34度的後背角 都表明其不會具有很強的超音速能力 美國哈德遜研究所分析師布萊恩·克拉克說 超音速飛行並非F35的重要特色 F35有能力進行超音速飛行 但你要跟F35飛行員聊聊 他們會說他們會在有限的時間和情況下進行超音速飛行 那麼F35爲什麼要在先天雷落的超音速區 再進行以犧牲其他速度區機動能力爲代價的垂死掙扎呢 結合AF1提出的馬賽克戰概念 我們可以得出一些有趣的結論 但請容我們留到後面兩期再說 在F35整體飛行性能的評價定調後 我們可以來聊聊幾個細節 比如其多窩系偶合增深的技術 巴黎航展上 當時F35的飛控並沒有對飛行包線右端完全開發 最大貨載被飛控限制在七級 並且沒有矢量發動機的配合 但它依然飛出了諸如落葉飄 G-turn等高難度過失速機動動作 而無推力矢量系統的飛機 想要在低速條件下滿足操作需求 做出G-turn這種動作 需要在機體出現側滑角的時候 帶來足夠的偏轉力矩 這就需要飛機前身有很強的渦流 同樣做得出類似鄧總的FA-18EF 通過其標誌性的大邊條 產生強渦流來滿足機動要求 而F35則是通過多系渦流偶合技術實現的此目標 這項技術最早從F22開始使用 並在殲20 F35身上得到進步與發展 F35機頭棱邊 進氣道上脣邊與主力的多窩系偶合 給它帶來了足夠大的前肌膜 使其在大洋角狀態下獲得了良好的深度比 並且在無矢量的情況下 依舊可以進行復雜的過失速機動 而F35的機動能力 不僅僅來自於其氣動設計 EHA也就是電競液自動器的應用 也爲其帶來了一定的性能提升 F35是首先使用電競液自動器 也就是EHA的飛機 EHA相比傳統機械連桿 或液壓自動器控制負載的速度 方向 位移 力度 更加精準 反應更加迅速 反饋給主控制器的信號更加敏敏 體積更小 但也一定程度上增大了全系統耗電量和脆弱性 不過總體上來說仍然是利大於弊 不過這些細節上的提升 都是建立在總體氣動設計性能之上的 根據上任得出的結論 我們可以總結一下 F35可以說擁有五代機中最強大的亞因素能力 和有限的超因素能力 這種極強的亞因素能力 是爲了讓其在近距離空中支援 等對地打擊任務的低速環境下有更好的表現 但是缺點也很明顯 在空着空任務中 尤其是防禦性制空任務 也就是截擊中 這是很大的缺陷 但是由於美國空軍總體實力的強大 空式制空任務是美國空軍的主流作戰模式 所以在優秀的航電性能提高其攻佔能力後 低速路邊的並不是不可以接受 所以說其氣動設計的特點是與其作戰定位相契合的 這也是我們一直在提的需求牽引設計 不過通用F35客戶的海空陸戰隊三軍的需求 其實存在一定差別 所以這裏就有一個很尷尬的事實存在 那就是F35作爲一款三軍通用戰機 最滿足的是誰的需求 而誰是被省錢思維上頭的國會老爺們摁頭搶買的呢 我們下期再見