如何看待殲二十的尾部設計?

_記憶中窺見


殲-20在W君看來最出色的設計就是尾部設計了。

先看下類似的鴨式佈局設計:EF-2000是四代機中設計最好的鴨式佈局戰機。

其一個很顯著的特徵就是有一個巨大的垂尾,在負責機身水平安定的作用下這個巨大的垂尾就成了機身的水平控制中樞。有好處——結構簡單,效率高。但也有壞處,巨大的垂尾造成橫向的阻力很大,不利於側翻等機動的敏捷性提高。並且在側方形成了一個巨大的雷達信號反射源。不利於隱身。


而20的尾部採用了多舵面設計,整個橫向阻力很小,並且也沒有太大的雷達投影。

算是殲-20為數不多的出色設計。

同時利用多個舵面也取得了相對於一個巨大垂尾的等同效果,設計很精彩。


軍武數據庫


“天真”估計問這個問題的童鞋,八成是看到殲20原型機後機身的數次重大變化才產生的疑問;


圖注:早期件20原型機2001號與後期2016號
的機腹對比,明顯可以看出後期2016號的變化,尤其是後機身部位變化最為明顯。

這種變化在網絡上來說,很多人的看法是“減重”,也有的人認為是結構設計的“落後”導致的,但這兩個看法,在“天真”看來恐怕都不太準確;

首先是“減重”說,其實航空/天器的減重第一是取決於材料,其次才是“設計”,因為航空/天器的設計是非常複雜的,不僅要涉及外部氣動外形的影響,還要涉及到內部承力結構的修改,尤其是隨著近年來複合材料技術的突飛猛進,航空/天器大量應用複合材料成為主流,所以現代航空/天器除非是在原始設計階段(也就是圖紙階段),否則是很少用修改設計的手段來為飛機減重的,而我們大型複合材料構件的設計水平一直不差,所以不太可能是因為複合材料不過關才用修改設計的方式來減重。

其次,航空/天器在項目設計之初,對整體空重是有一個預估的,也就是根據飛機材料重量、設計方案大致測算一下飛機最終造出來會有多重,然後再根據這個重量結合航發的推力、氣動外形設計,再經過一系列模擬測算來看一下飛機飛行性能,是否符合當初的設計指標。

說的直白一點,就是飛機在造出來之前,就要根據飛機的材料使用量,結構設計算出飛機的空重,然後再製造,不能提前設計出個“大胖子”然後再修改。


圖注:飛機在設計之初就要掛大量的圖紙,再根據材料水平和加工工藝來對最終的成品重量進行測算
,不可能是等造完了再去減重。

當然,因為製造工藝的原因,最終造出來的飛機“成品”重量肯定會和預估有一定差別,但這個差別很小一般在0.5%以內,也就是10噸重的飛機造出來時與設計之初的重量不會超出50公斤左右。

另一個說法是“結構設計落後”的原因,因為有一種觀點是;

像過去的二代機,由於材料技術落後與設計理念的原因,飛機的後機,身尤其是航發的承力結構多采用的是“包覆式”結構,發動機安裝的受力結構主要是由圍繞發動機的框架實現的,這樣做的缺點就是飛機的機身後段結構厚度大、重量大,同時也會增大飛機後機身的截面積增加飛機的飛行阻力。



而到了三代機隨著材料工藝、技術的進步,飛機設計理念的提高,飛機的後機身航發承力結構,就變成了“衍梁”式承力結構,航發是用機身兩側和中間的大梁吊起來的,這樣不僅可以減輕結構重量,也可以將飛機的上下表面做的很薄,還能減少飛機後機身的截面積,相對減少飛行阻力。
圖注:蘇27生產線待組裝的蘇27,注意其後機身航發的包覆結構很薄。

但是這個觀點其實也有問題,因為現代飛機無論是二代機、三代機還是四代機,其實它們的後機身承力結構都是“包覆式”的,說白了都是用框架套起來的,而像殲20這種四代機主要的不同就在於隨著材料工藝的進步,後面的框架結構可以做的很輕、很薄來減輕結構重量。

圖注:殲31與F35的後機身大框。


所以在“天真”看來,要解釋殲20後機身的重大變化,無論是“減重說”還是“設計落後說”其實都不靠譜。

而“天真”個人分析看來,很有可能是由於隱身設計技術進步與“減阻”的原因;

因為像過去一直有一種普遍的看法,那就是隱身飛機要想保證優秀的隱身性能,其外形設計一定要保證機體的表面的“平滑順暢”,尤其是飛機的下表面,由於直面地面防空雷達來波,更是不能有連續的多反射角,所以很多人除了在吐槽蘇57直筒子進氣道的時候,也對蘇57凹凸不平的下表面多加以批判。
圖注:蘇57機腹凹凸不平的下表面,過去一直被很多人認為是除直筒子進氣道之外,最大的雷達來波反射源。

但是在“天真”看了美帝F35以後,發現其實F35的下表面也不咋地,也是一樣的凹凸不平,所以單以飛機下表面凹凸不平就認為它隱身性不好,還是過於片面,當然,這裡也極有可能是美帝隱身技術大幅進步的原因,畢竟F35相對來說有巨大的後發優勢,而且F35下表面與蘇57相比還有一定的不同(F35更順滑)同時F35的進氣道下方也沒有“百葉窗”式進氣調節板。

圖注:其實F35下表面也不平坦,但是相比蘇57更順滑。

殲20的後機身變化也可能是這個原因,但在這個原因之外,“天真”覺得應該還有個更重要的“減阻”的原因。

在以前分析“殲20”超音速巡航能力的問答中,“天真”曾向大家解釋過,飛機超音速巡航最重要的關鍵是“減阻”,因為只有讓飛機跨過“跨音速”階段的激波阻力,飛機才能夠超音速巡航,而飛機減阻的關鍵又在於減少飛機的“截面積”、提高飛機的“長細比”。

而殲20後機身的主要問題其實就是“截面積率”的問題,說白了就是機身後部太厚了,不能形成類似機翼剖面形狀的面積分布,這樣超音速狀態下的飛行阻力就相對較大。



圖注:殲20的後機身最大的問題其實是太“厚”,這點相對F22一眼就可以看出來。

而原因說白了就是發動機的問題,我們的航發真的是唉……一聲嘆息吧!

如果我們有好的航發,完全可以採用美帝F22的那種二維矢量噴管,不僅可以可降低後機身的截面積分佈,還能把腹鰭取消提高殲20的隱身性能。


國內對矢量噴管的研究其實很早,90年代就搞出了三維矢量噴管和二維矢量噴管等比例模型了,(386還親手用遙控器試過)但是就因為發動機……

像F119、F135這麼牛逼的玩應兒我們沒有啊……增加發動機推力都來不及誰能用的起推力損失5%-7%的二維矢量噴管啊,所以現階段殲20只能使用老土的腹鰭,後期改進型號估計也是三維矢量噴管(不是軸對稱)。

所以殲20的後機身設計,真的是沒辦法的辦法,巧婦難為無米之炊!


天真小科普


斗膽說一句,尾部設計稀爛無比。

沈飛搞的後機身,有沒有因為製造原因而對後機身設計進行更改這個確實不好說,我個人認為,肯定動過手腳,不然殲20後機身應該沒有這麼爛,所以這鍋讓沈飛來背應該不會冤枉。

老哥原來認為網上這些傳聞是杜撰出來黑我沈飛的,但好像確實是這麼回事,沈飛弄的這個後機身和尾部,水平確實讓人不敢恭維,完全就是一個三代機的水平。



完全不隱身!殲20前向和側向隱身設計水平很高,絕對不弱於F22,但是後向壓根不隱身,不論對雷達還是紅外來說後機身隱身效果都太差,好像到了後機身這裡隱身效果就沒怎麼考慮。這當中固然有發動機的原因,但是也不能這麼將就吧,好歹拿出來個認真的態度,好好研究一下,把現階段能做的都做好,也為將來換髮打個好底子。

殲20的腹鰭太大,貌似對尾噴口的紅外輻射有一定的遮蔽作用,但是對雷達反射面積貢獻不小,我個人認為通過較好的飛控設計完全可以取消這兩塊腹鰭,F22,F35,T50都沒有這兩塊腹鰭了,殲20的這兩塊腹鰭早晚應該取消。



發動機尾部這塊設計的太毛糙,改動也比較多,最新版的設計還行。網上有人說是成飛改過的,我覺得可以相信,第一版設計的實在是無語,細長的弧形,難道是給矢量發動機留夠空間?改成現在這樣至少能多裝幾十枚干擾彈,對不隱身的後部至少是多一點防護措施。

兩發動機並列,間距太小,如果用軸對稱矢量噴口勢必要加長髮動機長度,加長以後偏轉角度可能受到影響。殲20這種雙發佈置方式明顯對二元矢量噴口兼容性較好,個人認為應該學F22一樣,上二元矢量噴口。



下部分佈式孔徑系統的光窗突出機體,如果設計成內埋式對隱身肯定更有利。

以上觀點個人愚見,殲20的設計肯定不是我等網友能指點的,希望殲20越改越好!


胡侃軍事


其實對於隱身戰機,殲20的尾部設計是不完美的,這也是無奈之舉。但是設計的也有討巧的地方。符合中國目前的技術狀態。

其實對於隱身戰機,美國F22的發動機二元矢量的尾噴管對隱身性最有幫助,發動機的尾噴管擋板可以有效的遮蔽雷達反射波,而且飛行過程中引入新鮮空氣給發動機尾氣降溫,降低紅外特徵。而作為隱身戰機的殲20,尾部的設計就比較簡單,只是有個尾鰭簡單的遮蔽發動機的雷達反射波,推斷並不是完全的技術狀態,只有等到渦扇十五的動力系統的成熟才能達到完整技術狀態。

其實中國的設計師也是無奈之舉,F22的二元矢量尾噴管的設計對發動機推力的損失比較大,但是發動機的技術先進,推力大,不在乎這點損失。反觀我國就需要時刻在空氣動力學上將就發動機的推力。相信未來我們的渦扇十五的成熟一定能做到推力和隱身的兼顧。


車動態


尾部隱身最重要的是發動機熱輻射。而這一點殲20做的相當好。可以看到無論什麼時候的視頻,它一直是噴藍色火焰。紅外熱輻射抑制系統非常給力,這一點其它飛機不具備。這個必須頂。這是中國的原創,值得誇耀!!!


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