網(wǎng)傳照片曝光殲-20空速性能,最高居然可以飛到3倍音速?
昨天,有小伙伴發(fā)給大伊萬一張圖,內(nèi)容是某公司成功完成了代號為29某某項目的國產(chǎn)首臺大口徑超音速風(fēng)洞某個配件的研制任務(wù)。
據(jù)稱,該項目將為國產(chǎn)導(dǎo)彈、飛機(jī)和載人航天工程提供技術(shù)支撐,尤其是為殲-20戰(zhàn)斗機(jī)完成超音速三倍風(fēng)洞試驗,立下了汗馬功勞。
這位小伙伴就問大伊萬,既然風(fēng)洞試驗都已經(jīng)出來了,那是不是意味著殲-20具備最高速度為三倍音速的性能呢?其實(shí),大伊萬后來去搜了搜圖,這張照片并不是最近才出來的,而是出來起碼四年時間了。
至于照片中提到的某型裝備,你看它的用詞,甲方單位還是軍改之前總部機(jī)關(guān)沒有調(diào)整時的總裝,對于殲-20型戰(zhàn)斗機(jī)的描述還是四代機(jī),而不是我們最新劃代的五代機(jī),服務(wù)的還是殲-20戰(zhàn)斗機(jī)在初始設(shè)計階段的風(fēng)洞測試。這就充分證明,這張照片起碼得有八九年甚至十幾年的時間了。
不過,這張照片本身反映出來的問題還是有點(diǎn)意思的,那就是殲-20戰(zhàn)斗機(jī)的速度性能如何?最高速度能不能飛到3倍音速?超音速巡航性能又怎么樣?殲-20的超音速巡航性能,對于其整體作戰(zhàn)能力有什么影響?咱們一一分析好了。
空速性能的概念
從殲-20戰(zhàn)斗機(jī)的空速性能來說,我們都知道,飛機(jī)的速度并不是一個固定數(shù)值,而是受多種因素影響而時刻變化的:
比如,飛行高度越高,大氣密度越小,相應(yīng)的飛行阻力就越低,那么飛機(jī)的速度也就越大。相反的,如果飛機(jī)飛行在低空,大氣密度接近于海平面標(biāo)準(zhǔn),飛行阻力越高,那么飛機(jī)的速度也就越小。
再者,一架飛機(jī)的空速和真速,兩個數(shù)據(jù)也不是一回事,飛機(jī)空速指飛機(jī)靜壓管測量出來的速度,而真速則是指飛機(jī)的實(shí)際速度,二者由于空氣密度的影響,也大相徑庭。
所以,殲-20戰(zhàn)斗機(jī)能不能飛到3倍音速,最關(guān)鍵的問題,在于你怎么定義這個三倍音速,怎么定義它的測試條件。在低空肯定是沒戲的,我們都知道在四代機(jī)試飛的科目中,有一個低空大表速科目,用于測試飛機(jī)在低空大動壓條件下的機(jī)體強(qiáng)度。當(dāng)然,對于這架飛機(jī)的低空極速性能,也是一個很好的參照。測試條件是海拔高度1000米平飛,飛機(jī)光潔構(gòu)型,不帶掛架和任何外掛物,只有基本燃油以確保飛機(jī)的最佳飛行性能。
根據(jù)現(xiàn)役的幾款第四代戰(zhàn)斗機(jī)測試低空大表速的最終空速值:F-16A戰(zhàn)斗機(jī)低空大表速飛到過800節(jié),也就是1481千米/時;殲-10戰(zhàn)斗機(jī)由李中華試飛員披露過,最大飛到過1453千米/時;蘇-27戰(zhàn)斗機(jī)最大飛過1400千米/時(只有概略數(shù)字)。由于是在海拔1000米飛到的這個數(shù)據(jù),因此飛機(jī)的空速和真速差距不大,音速和標(biāo)準(zhǔn)大氣壓音速差距也不大。
換算下來的話,這些四代機(jī)的低空最大速度也就在1.2倍音速不到,五代機(jī)雖然機(jī)體強(qiáng)度比四代機(jī)高了很多,但是你要說它在低空能飛到三倍音速,那就是天頂星科技,是根本沒可能做到的。
殲-20的空速性能
那殲-20戰(zhàn)斗機(jī)在高空能飛到3倍音速嗎?可能性也不大:
其一,要考慮到熱障的因素。所謂熱障,也就是飛機(jī)在空氣中飛行時,空氣由于壓縮、動能轉(zhuǎn)化為熱能,使得飛機(jī)蒙皮表面溫度升高。一般來講,2.5倍音速是飛機(jī)熱障的臨界點(diǎn),高于這個速度之后飛機(jī)表面溫度急劇升高,需要采用特殊處理來克服熱障。
如SR-71偵察機(jī),就大量使用鈦合金蒙皮和結(jié)構(gòu)件來突破熱障,蘇聯(lián)的米格-25我們都知道,干脆使用高耐熱性能的不銹鋼來作為飛機(jī)蒙皮,以此突破飛機(jī)熱障,這樣才能確保飛機(jī)飛到3倍音速。
但即使如此,飛機(jī)要飛到三倍音速的話,對機(jī)體結(jié)構(gòu)影響也太大,即使具備這種極限性能,在最大使用性能上,往往也不會建議飛到這么高的速度。畢竟,以米格-25的情況來看,真正飛到3倍音速甚至以上的案例,飛機(jī)落地之后不是機(jī)體蒙皮變形,就是發(fā)動機(jī)嚴(yán)重?fù)p壽甚至不得不報廢。
而殲-20戰(zhàn)斗機(jī)作為第五代戰(zhàn)斗機(jī),除了考慮發(fā)動機(jī)是否支持飛機(jī)長時間在三倍音速下飛行而不損壞發(fā)動機(jī)等,還要考慮它機(jī)體表面涂覆的低可探測性涂料是否能滿足在高熱條件下的要求。
事實(shí)上,以美軍第五代戰(zhàn)斗機(jī)的情況看,第五代戰(zhàn)斗機(jī)在高速飛行時,機(jī)體表面隱身涂料的損傷非常嚴(yán)重。如F-35A戰(zhàn)斗機(jī)經(jīng)常被限制在使用空速不超過1.8倍音速,事實(shí)上經(jīng)常只飛到1.6倍音速。
一部分因素是它這個機(jī)體氣動設(shè)計和發(fā)動機(jī)的參數(shù)選擇,另一方面也有高速飛行時,對機(jī)體表面的隱身涂料損壞非常嚴(yán)重,每飛一次落地就要拉回來重新補(bǔ)涂料的因素。同樣的問題對,殲-20型戰(zhàn)斗機(jī)來說應(yīng)該也是客觀存在的。
其二,要考慮到飛機(jī)的機(jī)體強(qiáng)度、發(fā)動機(jī)的動力性能、機(jī)體迎風(fēng)面積等因素。根據(jù)空氣阻力公式F=1/2CρSv2,C是空氣阻力系數(shù),S是迎風(fēng)面積,V是速度,也就是說在相同的測試條件下,如果空氣阻力系數(shù)和迎風(fēng)面積相當(dāng)時,則空氣阻力和速度的平方成正比。
做個簡單計算,按照F-22A戰(zhàn)斗機(jī)的飛行手冊,在10000米高度測試時,可以飛到2.25倍音速(這個速度是真速)。那么換算成殲-20戰(zhàn)斗機(jī)的話,要是在10000米高度測試時飛到3倍音速,空氣阻力相當(dāng)于F-22A戰(zhàn)斗機(jī)的1.78倍。
這意味著,殲-20戰(zhàn)斗機(jī)的動力系統(tǒng)性能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于F-22A戰(zhàn)斗機(jī)。很顯然,殲-20型戰(zhàn)斗機(jī)即使改用了FWS-15發(fā)動機(jī),其動力系統(tǒng)性能也只能說和F-22A戰(zhàn)斗機(jī)旗鼓相當(dāng),升阻比性能比F-22A戰(zhàn)斗機(jī)要優(yōu)越,但也沒有達(dá)到接近2倍的跨代優(yōu)勢。
所以,說殲-20戰(zhàn)斗機(jī)在和F-22A戰(zhàn)斗機(jī)相同的測試條件下,可以飛到3倍音速,大伊萬認(rèn)為,可能性不大,它的動力和升阻比性能沒強(qiáng)到這樣。
3倍音速與超音速巡航
其實(shí),對于這種第五代戰(zhàn)斗機(jī)來講,或者說對任何戰(zhàn)斗機(jī)來說,能不能飛到3倍音速,也沒有想象中的那么重要。畢竟,戰(zhàn)斗機(jī)的極限性能只是衡量飛機(jī)性能的一個尺度。但是從作戰(zhàn)的角度來看,對于第五代戰(zhàn)斗機(jī)來講,超音速巡航飛行性能才是更為重要的性能。
我們之前一再強(qiáng)調(diào)過,超音速巡航性能,并不是為了讓第五代戰(zhàn)斗機(jī)在戰(zhàn)斗出動的時候,飛的更快一點(diǎn),到達(dá)戰(zhàn)場的時間更快一點(diǎn),或者說,超音速巡航的主要目標(biāo),并不是為了單純的快速抵達(dá)戰(zhàn)場。
超音速巡航對于第五代戰(zhàn)斗機(jī)最為重要的戰(zhàn)術(shù)意義,在于配合五代機(jī)較強(qiáng)的超音速升阻比和超音速可用過載的情況下,可以確保第五代戰(zhàn)斗機(jī)有超強(qiáng)的、在超音速速段的可用機(jī)動性。
簡單舉例說明,就是第五代戰(zhàn)斗機(jī)在擁有超音速巡航能力時,在超視距攔射時,可以使用超音速接敵,憑借極大的初始能量,發(fā)射出去的空對空導(dǎo)彈也將擁有極高的動能,相同的空對空導(dǎo)彈可以打出更高的不可逃逸包線。
而接敵之后,第五代戰(zhàn)斗機(jī)可以不進(jìn)行降速,直接在超音速速段進(jìn)行接觸和脫離機(jī)動,迅速擺脫敵方戰(zhàn)斗機(jī)打出來的中距彈的不可逃逸包線,在這個過程中幾乎可以不用掉速度。如果可以開加力的話,甚至可以把交戰(zhàn)速度提高到2倍音速左右,然后迅速轉(zhuǎn)回來實(shí)施新一輪攻擊,攻擊完畢之后,再次脫離接觸。
當(dāng)然了,這種超音速接敵的戰(zhàn)術(shù),第四代戰(zhàn)斗機(jī)打開加力也可以做。但問題是,第五代戰(zhàn)斗機(jī)超音速巡航只需要打開軍推,第四代戰(zhàn)斗機(jī)卻要開加力,耗油率幾乎是五代機(jī)的三倍,實(shí)施不了幾次攻擊就沒有油了。
五代機(jī)由于空對空導(dǎo)彈內(nèi)置,機(jī)體幾乎相當(dāng)于光潔構(gòu)型,阻力比空對空導(dǎo)彈外置、而且超視距攔射時中距彈、格斗彈都掛在機(jī)體上的四代機(jī)小得多,機(jī)動性也更好。
五代機(jī)不開加力、超音速巡航轉(zhuǎn)一圈又可以轉(zhuǎn)回來攻擊了,四代機(jī)打開加力攻擊之后回轉(zhuǎn),還需要重新進(jìn)行加速,調(diào)整到超音速速段才能發(fā)起攻擊,交戰(zhàn)節(jié)奏比五代機(jī)整個慢一拍。
因此,超音速巡航對于第五代戰(zhàn)斗機(jī)來說,幾乎將賦予它碾壓式優(yōu)勢。
所以,我們最后的結(jié)論是:殲-20型戰(zhàn)斗機(jī)能不能飛到三倍音速?低空肯定沒戲,高空比較困難,也許到2萬米的高度之后,可以飛到這個數(shù)據(jù),但是這個數(shù)據(jù)屬于殲-20戰(zhàn)斗機(jī)的極限性能,戰(zhàn)術(shù)意義并沒有那么強(qiáng)。
殲-20戰(zhàn)斗機(jī)真正厲害的還是它的超音速巡航能力,這將賦予殲-20戰(zhàn)斗機(jī)相對于第四代戰(zhàn)斗機(jī),甚至部分加速性不佳的第五代戰(zhàn)斗機(jī)極高的戰(zhàn)術(shù)優(yōu)勢,大概就是這樣。
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