為什麼殲15要設計小鴨翼?

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J-15雖然有鴨翼,但是不是鴨翼佈局,是三翼面佈局。而且J-15的鴨翼基本就是個渦流發生器,並不承擔氣動控制任務。

J-15的研發歷程是這樣的。

中國在二毛子烏克蘭那裡買到了Su-33的原型機:T-10K

以T-10K為代表的Su-27三翼面變種,屬於Su-27系列的中期改型。所以在氣動特性上J-15和Su-33有很近的親緣關係,和Su-30MKI也有較近的親緣關係。

當時的情況是這樣的。早期的Su-27系飛機都有一個蛋疼的問題:軟骨病。其原因是因為當時Su-27系早期型號用的N-001雷達太重了,這個雷達算上相關的散熱系統,重量有1噸。

這是什麼概念?F-15C用的AN/APG-63重量還不到300Kg。

最早Su-27系的早期型號是打算直接上相控陣的,但是實在是太重了,退而求其次,搞出了N-001,N-001基本就是早期MIG-29那個N-019放大來的,倒置卡塞格倫天線,純機械掃描,搭配R-27ER,單次最多能用雷達彈攻擊2個目標(同期的F-15C已經能攻擊4個目標了)。

當然了,航電肯定不僅僅包含雷達,反正Su-27早期型號的航電賊重,結果就是飛機重心被拉到前面,靜不穩定度只有5%(設計階段的靜不穩定度是15%)。

對於靜不穩定的飛機,尾翼和機翼都提供升力,如果把重心往前抬就成了靜穩定的,那麼尾翼就要提供負升力。

在陸基戰鬥機上如果僅僅是性能下降倒還是可以接受的,但是T-10K是準備發展成艦載機的,航母起降對飛機的性能要求更高。

但是飛機重心前移也沒辦法避免,那怎麼辦?加個鴨翼,加個鴨翼之後氣動中心也往前提一段,這樣飛機總體仍能保證足夠的靜不穩定度,事實上T-10K加了個鴨翼之後也達到了預先的設計目標,15%靜不穩定度。

這下上船是沒問題了,但是三翼面也帶來了很多缺點,機身結構重量大,以及小迎角阻力大。

Su-27S是16.8噸的空重,到Su-33成了18.4噸,J-15沒說,不過有說是17.5噸的。

但是實際上J-15並不是一個太好的艦載機,也就是將就著用。


貞觀防務

這個問題要從當年蘇-33上艦開始說起。

蘇聯海軍於上世紀80年代初啟動了雄心勃勃的航空母艦發展計劃,其成果就是1143.5重型載機巡洋艦(也就是現在的“庫茲涅佐夫”號和“遼寧”號)。該艦採用滑躍起飛、攔阻降落方式,需要艦載戰鬥機具有較高的推重比,於是蘇聯海軍的未來艦載戰鬥機的競爭在米格-29和蘇-27之間展開。

蘇霍伊設計局立即用蘇-27的T-10原型機在尼特卡陸上航母訓練中心展開了陸地滑躍起飛測試,測試表明蘇-27能毫不費力地從甲板上滑躍起飛。同時蘇霍伊設計局開始以該機基礎研製蘇-27K艦載型,結果設計師發現需要對蘇-27進行大改才能滿足著艦要求。

這是因為與岸基降落相比,艦載機的著艦進近具有迎角小、速度低、下沉率高、無拉飄的特點,這都是為了讓飛行員能死死盯住航母上的助降燈,維持精確的下滑道控制,準確落在甲板上並勾住攔阻索。所以著艦實際上就是精確控制的墜落,以F-18“大黃蜂”為例,該機著艦時的平均垂直過載約2.7G,勾住一條攔阻鋼纜後的縱向減速過載為4G左右。

大家都知道,戰鬥機在降落中的升力與迎角成正比,小迎角勢必會降低飛機升力,提高著艦速度。那麼如何在小迎角姿態下增加蘇-27K的升力呢?蘇霍伊設計局除了大幅增加蘇-27K的襟副翼面積外,還與中央流體力學研究院合作,為該機研究了全新的三翼面氣動佈局。通過在主翼之前增加一個小面積鴨翼,在小迎角著艦中鴨翼除了能產生部分升力外,還能產生脫體渦對主翼表面氣流進行有利干擾,大幅增加機翼升力,降低著艦進近速度,提高著艦安全性。

於是蘇-27K就成為“側衛”家族中第一種擁有三翼面佈局的成員,但該機三翼面設計並不是為了提高機動性,而是為了著艦。最終蘇-27K戰勝米格-29K成為蘇聯海軍的艦載戰鬥機,並獲得蘇-33的軍用編號。2004年我國在從烏克蘭獲得蘇-27K T-10K-7原型機,決定以該機為藍本自行研製殲-15艦載戰鬥機,所以殲-15自然也擁有了鴨翼。


航空愛好者AMR

綜觀中國軍事裝備庫,大多戰機採用了鴨翼的設計。殲15作為我國首款艦載戰鬥機,也是我國艦載機中的主力機型,為什麼給機身設計鴨翼的配置方式呢?原因我需要慢慢講解一下:

我們先看一段歷史背景:當年中國曆經萬苦從烏克蘭買回來半成品瓦良格號,計劃將其繼續建造升級,成為中國的航母。但缺少艦載機的航母等同於赤手空拳,因此,中國以原瓦良格號搭配的艦載機蘇33為原型,融合殲11B的技術設計了殲15艦載機。

由此看出,殲15的設計初衷,是為配合中國航母遼寧艦的使用。

那麼,遼寧艦是如何影響殲15的機翼設計?

首先殲15是艦載機

與陸上戰鬥機最大的區別,就是艦載機要求在甲板長度有限的航母上起飛。遼寧艦甲板上供殲15起飛的短起飛跑道長105米,僅佔陸地跑道的十分之一。這就給殲15的起飛提出了很高的要求:增強升高能力、縮短起飛距離,實現迅速起飛。

航母上的降落比起飛難得多

因為艦載機發動機的尾焰對甲板侵蝕極大,降落產生的巨大沖力也會破壞甲板,因此除了依靠攔阻索輔助艦載機降落之外,也要求其降落時自身緩衝效果出色。

殲15作為一款重型艦載機

最大起飛重量是32500千克,起飛重量大對機身動力系統的推力要求相當高,這就迫切要求艦載機本身的機型設計要有利於起飛時迅速沖天,降落時不能觸艦過猛。

綜上,在常用的幾種機翼佈局中,採用鴨翼的設計是最佳選擇。原因如下:

1、從阿基米德槓桿原理來說:鴨翼的位置在飛機重心前方,在起飛時較低推動力情況下,鴨翼產生正偏轉,以正升力讓機頭抬升。

2、從牛頓力學角度來說:鴨翼設計的機型,可以通過較小的機翼升力,獲得全機的較大升力,利於降低飛機在結構上的重量。

3、從空氣動力學來說:鴨翼可以在主翼上方產生渦流,不僅能助力起飛時的滑躍起飛,也有助於大迎角飛行時提升飛機速度的穩定性,在降落時還能在一定程度上降低著艦速度。

4、從機身設計角度來說:鴨翼使機身整體設計設計更緊湊,在減少艦載機體積的情況下,同時實現負載量大、航程大的需求。

縱觀全球,能造航空母艦的國家屈指可數,不僅僅是因為航母難造,更因為配套使用的艦載機難造。中國建造遼寧艦配載使用的艦載機殲15,是綜合考慮了使用需求、技術難點,才採用了小鴨翼的機翼設計。國內首款艦載機殲15的順利起降,也彰顯了中國在國防軍事力量上的大國實力。


品讀武器裝備

好吧,又是一個帶有鄙視性的問題,為什麼殲15使用鴨翼設計,直接性回答"發動機瓶頸和航母設計導致"。

正在被彈射起飛的重型艦載機F-14戰機

在我國採用鴨翼設計的不止有殲15一款戰機,但凡我們自主研發機型,大都有鴨翼依賴症,殲10殲15殲20無一不採用鴨翼佈局設計,鴨翼的好處在於可以為戰機帶來較好上升力,其角度可調節,通過改變機頭翼面的角度來增加戰機的機動性,起飛時減小飛機助飛距離從而仰頭沖天。這尤其是在發動機推力不足情況下使用鴨翼才能獲取更強機動性。

但鴨翼也有缺點,增加了戰機氣動佈局,同時也增加了戰機操作難度,過多的機翼面積也導致戰機雷達反射面的增加,戰機翼面的增加也使空氣阻力增加,超音速機動性能不如常規動力。

目前現役三代戰機以採用鴨翼佈局為多,歐洲的颱風,法國的陣風,以色列的幼獅,瑞典的鷹獅,俄羅斯的蘇30/33等戰機,現役艦載機沒有采用鴨翼佈局的只有美國F18和俄印米格29。

圖為法國陣風艦載機鴨翼佈局

殲15和蘇33同屬於重型艦載機行列,最大起飛重量在30噸以上,早期殲15採用了有待提高AL-31加力發動機,雖然更換為國產太行發動機後動力提升明顯,但要在短小的航母甲板上做滑躍起飛,採用鴨翼佈局是最合適選擇。

圖為歐洲颱風戰機

而美國航母擁有蒸汽彈射裝置,不需要戰機以自身動力起飛,且F18採用兩具通用F414加力發動機,單臺推力為97千牛,雖然不如太行的132千牛推力,但推動一款最大起飛重量近20餘噸戰機而言綽綽有餘。


圖為美國航母蒸汽彈射裝置


精武館

殲15作為我國第一型艦載戰鬥機,脫胎於前蘇聯蘇27戰機,並參考了俄羅斯航母艦載機蘇33的相關技術,整體水平上屬於四代半戰鬥機。和國內另外幾種脫胎於蘇27的戰機殲11,蘇30,殲16等不同,殲15是我國唯一一種有鴨翼的“側衛”系列戰機,這和殲15航母艦載機的身份是分不開的。那麼艦載機的鴨翼有什麼好處呢?

我們知道,航空母艦不像陸地機場,雖然體型龐大,但飛行甲板也不過就那幾十米不到一百米,如何讓戰鬥機在這麼短的距離達到起飛速度,有這麼幾個措施,一是航母本身有一個速度,另外就是海面的逆風,再一個,就是鴨翼了。鴨翼指的是飛機主翼前面安裝的小型三角翼。它的主要作用就是協調飛機起降,因為在飛機起飛抬起機頭的時候,主翼會與前方氣流形成一個角度,這個時候飛機會損失一部分升力,而通過鴨翼的調控可以額外提供一部分升力,確保飛機能正常起飛。這就是鴨翼在起飛時的優勢,叫做提升飛機升阻比。另外鴨翼在降落時也有好處,飛機高度下降伴隨鴨翼負向偏轉,相當於一個減速板,可以有效縮短降落滑跑距離,而且佈置鴨翼後可以適當縮小主翼面積,從而減輕整機重量。這對於寸土寸金,寸重寸金的航母甲板也是莫大的好處,畢竟飛起輕一點就意味著能多帶一些燃油和武器。

縱觀全球那麼幾個有航母的國家,其實航母艦載機鴨翼設計並不少見,比如我國的殲15,俄羅斯蘇33,法國的陣風等。非艦載機採用鴨翼的也有很多。比如颱風,鷹獅,殲10等等。甚至連我國四代機殲20抖採用了鴨式佈局。由此可見,雖然鴨翼容易造成氣流不穩,隱身方面有一些細微的影響,但總體上還是有不少好處。


水鏡曉先生

圖注:中國殲15艦載機

殲15戰鬥機上的這一對鴨式前翼,由液壓作動筒驅動,能同向偏轉,不能反向差動。在飛行過程中,鴨式前翼與邊條在大迎角下,可以形成一股可控脫體渦,對主翼的上表面實現有利干擾,從而能夠有效增大升力係數。

這對於殲15而言,具有以下幾方面優點:第一,提高殲15在航母上的起降能力。航空母艦在大海中航行時受風浪影響,會產生較大的搖擺和升沉運動,艦載機在滑躍起飛、主起落架離開甲板的瞬間,由於飛機空速較低,氣動舵面控制能力不足,很有可能導致飛機尾部與搖擺中的起飛甲板首部發生碰撞,造成飛機失事;在著艦的過程當中,由於航空母艦的降落甲板遠小於陸地機場,而且同樣處於升沉和搖擺的運動中,也要求飛機具備更高的控制能力。而較大的升力係數,則能有效提高艦載機的控制能力和起降能力。

第二,提高飛機在機動飛行時縱向俯仰的操縱響應性能。這即意味著殲15艦載機的格鬥機動能力相比原來殲-11B戰鬥機,有進一步的提升。較大的機動性,可以讓艦載機在航母上空就能夠有較大把握奪取制空權,保證航母的自身安全。估計殲15艦載機可以達到的最大過載可能是8~9,比美國的F/A-18要好些,因為F/A-18飛機沒有鴨翼,主機翼上表面沒有脫體渦流過,主機翼的升力不會比殲15高,最大過載也可能沒有殲15的大,機動性沒有殲15好。

當然,增加一對鴨式前翼,對於殲15而言,也有一些弊端,例如空重增加,隱身性能減弱等,但總的來說,利大於弊。


兵工科技

首先殲15的小鴨翼問題,要看15的前身蘇33,因為前蘇航母的先天原因沒有彈射器,所以只能靠滑躍起飛。




美國艦載機比蘇式的個頭小一號,但航母卻是比蘇聯的要大30%,所以蘇式的艦載機在其航母上起降屬於大機小船,在難度上是要比美式艦機高得多。




再加上蘇聯工業本身特有粗大壯,造成蘇33機身較重,又沒有彈射器為了保證起降的可操控性(這裡已經暫時忽略了作戰效能),加裝了機頭小翼,其目的是為了增加蘇33的抬頭力矩。這種三翼面的佈局設計現役軍機裡是蘇33,但不是蘇聯發明,美國的NF-15B敏捷鷹就是這樣的佈局,只是沒有投入現役而已。





佬噶尊67087145

這些問題,是否有待解決去除小鴨翼,可是要造成飛行上浮得以平穩,隨著戰機起飛加速加上大氣壓氣流使戰機直衝蘭天

我建議改進機翼使機翼角度1.5度大機翼去掉小機翼,使戰機更加平穩爬升,更能減少戰機的空中阻力,蘇一33,F一22都沒有小鴨翼,改進材質使戰機發揮最大效能。


懷念戰友153072259

殲15和老毛子的蘇33很像,他們的原型機都一樣屬重型戰鬥機,空機重量殲15會輕一點,飛起來也更靈活一些。但是航母的飛行甲板是滑躍起飛,加速度沒有強射起飛來的快,如果沒有小鴨翼,起飛時的升力就不夠,小鴨翼能在低速情況下保持升力。

不過這樣的氣動佈局帶來了較大的阻力,飛行速度會有一定影響。老毛子更先進的蘇35曾經也使用這樣的佈局,後來取消鴨翼的原因是使用了推力矢量發動機,靈活性和速度都能保證。美國的航母由於有彈射器且艦載機重量輕,所以不使用鴨翼。在未來的國產航母加裝彈射器後很可能會取消鴨翼,並對邊條翼和發動機進行改進。


Hiccup22

毛子的雷達太重了,搞個鴨翼就為抬頭的,和賣給三哥家那個MKI是一個路數。蘇27的翼載本來就低,加上大邊條,增升本來本事問題,至於推力,12.5*2在三代機裡也不算小了。美帝空軍的15和16都完成過滑躍起飛和阻攔降落的。也沒用鴨翼。16是準備上艦的。15是作為跑道被打爛的情況下緊急起飛,降落的應急手段


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