為什麼殲20早期的後機身與量產版的差距這麼大?

知識就是力量啊

殲-20的驗證機與量產版的外形差別較大,不止後機身,很多細節都經過修改,這對一款量產型戰機來說很正常!

原因除優化外,一個最關鍵因素是發動機,下面詳細解釋。

首先是殲-20的外形優化、調整,觀察殲-20的首架原型機、編號2001的“黑絲帶”,即便不和量產版放在一起比較也可以發現,2001原型機的線條比較粗陋,不僅各處翼尖沒有切尖,尾椎形狀生硬,主翼邊條也沒有采用雷達隱身設計、完全是一個弧形邊緣,很顯然是在氣動上求穩、先把驗證機飛起來再優化隱身。

仔細觀察殲-20的後機身,從仰視圖可見,2001的後機身比較“有稜有角”,線條過渡不太自然,這種由平面構成的設計更簡單,也有較好的雷達隱身效果,但不利於減阻,會拖累殲-20的飛行性能。

眾所周知,殲-20項目進展順利,配套的國產WS-15發動機卻一拖再拖,無奈之下殲-20只能暫時使用俄羅斯AL-31F-M1、或性能類似的國產WS-10B。

這兩款發動機的直徑都比WS-15略小,推力也大幅度降低,約27~28噸的加力推力不足以支持殲-20實現原定的設計指標。

無奈之下,611所才修改了影響殲-20加速性、最大速度的後機身,拓寬尾部溝槽並適當“瘦身”,對消同一截面上由主翼增加的橫截面積,利用“跨音速面積率”提升殲-20的加速性和最大速度,進而提升飛行性能。

在修改過程中,結合最新的計算機模擬技術,一併對殲-20機身線條進行優化,讓各反射面的過渡更加自然,同時又不降低雷達隱身性能。

一個減阻瘦身,一個優化線型,兩種因素的共同作用,導致了殲-20的量產版與原型機的後機身差別!

分析這樣改動的原因,“優化線型”是技術進步的紅利,“減阻瘦身”則有些無奈,目前媒體已有WS-15定型的消息,未來裝機後,完全狀態的殲-20或將再次修改後機身,以容納直徑更大的發動機。

屆時殲-20將具備超音速巡航能力,作戰性能也會邁上一個新的臺階。

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炎黃軍武

殲-20威龍戰機後機身,在目前的小批量生產型號上,是否發生了重大變化?這一問題還有不小的爭議。

個人認為,實際上殲-20威龍小批量生產型號,後機身沒有多大變化。

引申出來的核心問題是,殲-20威龍戰機“後半身不隱身”的問題,目前是否有重大改變?個人認為,確實沒有太大的改善。也許主要原因是殲-20威龍戰機可以使用的發動機並沒有質的突破,使得它的後機身也無法做重大修改。

必須等到傳說中的中國戰機大推力渦扇發動機徹底成熟,殲-20威龍的重大改良型號才會進行後機身隱身領域重新設計,補上這一短板。

其實,隱身飛機短暫的幾十年歷史裡,一般認為F22“猛禽”、殲-20威龍等戰機也主要保證前向隱身,也就是向前的RCS雷達反射截面積降低到最小。

假如殲-20威龍可以進行後機身修形,顯著降低反射波,那麼對方即便佔據了針對殲-20威龍的較佳作戰位置,探測距離也會跌至一半,甚至因為探測距離太短,被殲-20威龍戰機輕鬆擺脫或規避。

可以肯定,殲-20威龍隱身戰機的後機身必須進行深入修形,實現縮小几十倍的RCS雷達反射截面積,從而解決後機身不隱身的問題。

確實,F22“猛禽”彰顯了美國強大的隱身技術。

它在前向的RCS雷達反射截面積依然被保密,通常認為只有F-15的一百到幾百分之一,敵方傳統戰機、預警機雷達有效探測距離一下子縮小到了幾到十幾公里,實戰中很可能根本沒法發現浩瀚空域中的F22“猛禽”。

從工程角度來說,殲-20威龍戰機後半身的隱身改良,可以採取這一系列的措施:改良後機身外部形狀,減少凹凸不平的雷達反射強烈區域;令各個表面儘量齊平,減少反射散射的雷達波的方向與強度;修改發動機噴口外形,儘量採用二元矢量噴口,獲得更好的隱身能力;修改翼面邊緣,採取平行線外形邊緣;爭取形成更為有效的遮蔽,例如假如發動機長度縮短,有助於尾翼、機翼遮擋照射到噴口上的雷達波;改變後機身各種天線、口蓋、光電窗口的設計。

雖然目前來說,殲-20威龍戰機的後半球隱身實在不理想,整體隱身落後於最高水平,但是中國軍工人必將徹底解決其後半球隱身問題!


加特林

國內的二代機,包括殲八和飛豹,它們在後機身結構上都採用的包覆結構,發動機安裝受力的主要的承力結構是由圍繞著發動機的框架實現的。結果就是整個後段的機身結構厚度大、重量大。而到了殲10和FC-1上,其後機身的主要承力結構就轉變為機身後邊條,發動機的重量、大過載飛行中的載荷,主要都是通過機身後邊條的大梁向前傳遞到中機身。


圖:F15這樣的,發動機安裝承力主要靠兩發動機中間和外側的高強度梁。而發動機上下表面承力極少,結構薄,阻力低又輕巧。
圖:飛豹是典型的二代機設計,後機身的發動機承力採用笨重的包覆設計。事實上這是二代機和三代機結構設計中的一個重要技術進步。而在殲20原型機上,後機身的設計完全沒有體現出機身邊條側梁承力的優勢。而同樣的雙發重型機,看F15和F22都很明顯,後機身截面從發動機前端開始就收縮,包裹發動機的機身結構越來越薄。

這是毛子蘇27的原型機TK10,後機身典型的二代機的包覆式結構,全方位落後於當時的F15了。所以後面毛子直接推倒重來。
蘇27的的後機身,是不是很有皿煮範。。。

殲20原型機後機身設計,從風格和技術規律上講,表現不正常,完全達不到成都自己應有的設計水平。

但是後面看完這本書,大概也明白是怎麼一回事了。原來如此,那這樣一切都說得通了。被大鍋飯了。

圖:真以為殲20後來的原型機死命地給後機身結構減肥是吃撐了?


看看F22是怎麼收縮後機身截面積,儘量把後機身承力結構的面積通過側邊條向兩側翼展方向延伸,形成升力氣動外形的一部分的。如果要問怎麼做最好,那當然是學F22;做不了兩元噴管也該學發動機段的後機身結構外形處理。
其實殲10的後機身設計就採用側邊條承力了,很輕盈、流暢,所以說到這裡大家都應該明白是怎麼一回事了。


Yy利刃

在我看來J20早期驗證機與現在的小批量量產階段後半段機身的變化並不算太大。

從上圖中可以看到J20的後部,主要是發動機的變化,開始都是AL31系列發動機,變化嘛有一點而已,實際上沒啥太大差別,到了2016,採用了國產太行發動機,雖然推力要比AL31稍微大一點,但是總的來說並沒有質變。

這主要是像俄羅斯方面的一個表態,如果俄羅斯不提供發動機,那麼我們就會完全國產,這樣避免被卡脖子的同時,俄羅斯方面也不敢在發動機上過度加價,主要是談判籌碼,最終還是要等待WS15發動機,這個最終的方案,就像很多人所說的那樣,J20的後半球隱身是很差的,基本上和三代機沒有差別。

F35採用的鋸齒形尾噴管,能夠有效對抗X波段雷達以及具有一定的紅外抑制作用,也就是能夠實現一定程度的紅外隱身,畢竟作為現役推力最大的發動機,F135發動機的紅外信號極為明顯。

F22採用二元矢量發動機,矩形尾噴口才是隱身飛機的主流,比如B2也是矩形尾噴口,能夠實現更好的全向隱身和紅外隱身,比F35的矩形尾噴口好的多。

目前的J20發動機只有兩側的尾撐和腹鰭做了側向的遮蔽,對於後半球仍然沒有任何的改變,我認為這是等ws15的二元矢量發動機,到時候能夠直接上矩形尾噴口,所以沒有對尾噴口做什麼改變。但是由於這個技術難度也是很大的,主要是要生產合格的耐高溫鈦合金和陶瓷的工藝是很難的,所以也有留作預備的軸對稱矢量發動機的備份(實際上現在大多數人猜測J20未來採用這個方案)。

前起落架艙門鋸齒明顯變大,起落架艙門破壞表面連續性,增大回波信號強度,由於升空後方才關閉,無法在地面採,取處理措施,需依靠外形設計控制回波方向。2001 和F35採用的鋸齒僅對釐米波段威脅有效,面對S/L波段雷達而言近似於平直前緣。J20利用隱身性能穿透敵方的重重空中設防,直接攻擊後方的預警機,加油機,電子偵察機等重要的低機動性的輔助飛機,所以尾噴管自然最好的方案就是F22的矩形尾噴口,如果實在做不到採用軸對稱矢量,那麼也不會採用F35那樣的較小鋸齒形,而是採用這種更大的鋸齒形,目的就是要在對方預警機的眼皮下幹掉預警機。


從上下對比圖就能明顯看到J20驗證機與量產機後部的變化,主要就在發動機艙中間的溝更深更長,以及兩側機身的收腰設計,這是很明顯的超音速設計,J20機體纖細,本身超音速升阻比就是目前各類戰鬥機中最好的。空空導彈的重量體積有限,攜帶的燃料不能支持太長時間的主動段飛行,那麼載機在發射時提供的初始能量就至關重要,J20的設計使得它能夠一邊機動一邊超音速也能很快發射導彈,而三代機的升阻比普遍在2左右,哪怕開了後燃器進行超音速飛行,一旦進行轉彎這類很簡單的機動,也會立馬掉速度,導彈性能相當,但是初始能量的不同,不可逃逸區的差別將是天差地別。


糖寶貝Y

非常正常,任何一款飛機,原型機工廠試製機與量產型或多或少都有一些差別。

產生 差別的原因,就是經過不斷試飛,試驗不斷改進完善設計。例如蘇27航空界戲稱是補出來的飛機,就是在試飛過程中不斷髮現設計製造問題,一邊試飛試驗一邊改進。沈飛正在試飛的FC31參加航展的原型機和最新的試飛原型機外形改變更大,像兩架不同的飛機……這就是原型試驗機在試飛中發現和暴露出來問題,氣動外形經過試飛不斷修形,優化的結果。那麼J20也一樣,試飛原型機和量產有差別就不難理解了。所以說是正常的。即便是已經量產型號,隨著科技進步,使用情況,仍然會不斷改進。一些飛機的批次不一樣,或多或少都有一些變化。


孔乙己亂彈

很正常,電腦設計並非萬能,前半截迎風面的氣流走向比較簡單,後半截背風面的氣流就複雜得多,通過驗證機得到數據後進行修改是必經之路,隨著技術的進步,量產型後續批次的外形很可能還會繼續修改。以F18為例,C/D型之前的大黃蜂氣動設計存在巨多硬傷,比較有名的就是邊條形成渦流的位置不對影響到垂尾的壽命,發生多次事故後通過在背上加裝導流片臨時解決,最終到E/F型超級大黃蜂,基本上已經是完全不同的飛機了,只是長得像而已。


鶴舞白沙L

機身的後半段是沈飛設計的。但是由於體制問題,為了給親兒子爭面子,通過行政手段將設計任務分為兩段,沈飛負責後半段,而不知道沈飛是出於何種目的,機身後半段明顯不符合截面積律,在試飛中發現機身後半段跨音速阻力極大,因此成飛方面拼了老命給後機身減肥。


南之心4

1 量產型與原型機的鴨翼經過了修型切尖,翼根邊條外形大幅變化,尾撐尺寸大增並安裝了干擾彈發射器。

2 機腹上能看到疑似翼下掛點的預留接口,F-22也有類似設計,可以遠程機動時掛載副油箱,可能掛載彈藥。

3 發動機中間的凹陷也是加大,彈艙段與發動機段的過度更明顯,後部更瘦,有利於降低阻力,作動筒整流罩體積明


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