LCA這一紙面性能秒殺“梟龍”,但是實戰中或被扭轉

在介紹幻影2000的文章中指出,憑藉超大的翼面積獲得的超低翼載荷(翼載荷也就是每平米機翼負擔的飛機重量,就好比人的體脂率,越低越有利於機動)以及不算低的最大升力係數,幻影2000的瞬時盤旋能力在三代機中傲視群雄。


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相對於那麼小的軀體,LCA的翼面積超級大,翼載荷超級低。

而印度LCA在達索的幫助下,繼承了幻影2000的無尾三角翼佈局。當然,發展到LCA,達索對無尾三角翼的理解就更近了一步。儘管受限於結構強度,基本型的LCA是一種最大過載8G的飛機,但是其瞬時盤旋角速度仍然至少是蠅量級三代戰鬥機中最高的,大概率超過了素有小F-16之稱的、最大過載同樣為8G的梟龍。

和幻影2000相比,LCA的優勢在於進一步增大了相對的機翼面積。幻影2000的三角翼佔據了從進氣口後方到尾噴口前的弦長,而LCA的機翼則延長到了進氣口前方。LCA以那麼小的身軀,獲得了38.5平米的翼面積(比重得多的F-16還要大),進而獲得了比幻影2000更低,大約202公斤/平方米的空戰翼載荷。


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LCA的三角翼切根設計,非常有利於增大翼面機。試想,如果飛機縱向佈置的是純62.5度的機翼,那麼翼面積會小很多。

另外,在機翼翼根切根了一刀,形成了一個複合三角翼的構型。LCA機翼的外段後掠角為62.5度,切根後形成的內段前緣後掠角為50度(幻影2000則為58度),展弦比只有大約1.8。

這種切根設計最早見於瑞典的薩博-37。薩博-37三角翼切根主要是考慮減小前面鴨翼的下洗作用。當年搞鴨翼的最初的想法很簡單,就是通過正配平,讓鴨翼也產生正升力,它和機翼把飛機抬起來,這樣增大飛機的整體升力。但是後來發現,鴨翼後緣下偏,會對機翼形成下洗氣流,相當於降低了機翼的迎角,降低了機翼升力,這就把鴨翼的正配平優勢給抵消了,甚至負面作用還更大。當然,後來人們發現了近距耦合作用,所以鴨翼總體上仍然收益很大。


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幻影2000比LCA強的一點是進氣口兩側有兩個很小的渦流發生器,可以產生一些脫體渦,有

如何降低鴨翼氣流的下洗對機翼的影響?切掉那塊受到下洗氣流影響的機翼翼根不就行了,這就是薩博最初的想法。欲練神功,必先切根。

LCA的鴨翼也切了根,但是它前面又沒有鴨翼,湊什麼熱鬧啊。其實,這裡蘊含了空氣動力學的另一個道理。


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F-16XL吹風圖,翼根兩撇紅色氣流是脫體渦。不過,這兩個脫體渦不是因為切根產生的,切根後機翼後掠角變大,不利於產生渦。這兩個小脫體渦實際上是切根後對機翼修形的小型邊條產生的。所以說,LCA純粹的切割,其設計思想與F-16XL並不完全相同。

很多人都說,切掉這塊的作用是為了產生脫體渦,與機翼上的氣流形成有利干擾,增大升力。讓我們再回顧之前談到的關於產生脫體渦的條件。對,要有足夠大的後掠角。LCA的機翼切根後,翼根的後掠角沒有增大,反而減小了,所以這並不利於產生脫體渦。

讓我們看看LCA在28度迎角、0.7M的吹風圖,這幾乎是它最大可用迎角了,此時或達到了最大升力係數。從流場來看,由於後掠角較小,切根段產生的是弱渦,而主翼段產生的強渦,他們的旋轉方向相同,主翼段的渦控制了翼根產生的渦。


LCA這一紙面性能秒殺“梟龍”,但是實戰中或被扭轉


由於後掠角較小,切根段產生的是弱渦,而主翼段產生的強渦,他們的旋轉方向相同,主翼段的渦控制了翼根產生的渦。

也經常有人拿LCA的切根和美國F-16XL的切根相比。有些吹風結果顯示F-16XL的翼根出產生了一股渦流。當然,這股渦流很小,也比較弱,對增大升力幫助不是很大。但這個渦流不是對機翼簡單切根,減小後掠角後產生的,

而是切掉翼根後對機翼與機身連接處修形後形成的微小邊條產生的,它有更大的後掠角,所以產生了明顯不同的渦。但是邊條比較小,渦流強度比較小。美國人在研究高速民用飛機時,對F-16XL的機翼進行了改進試驗,將這個切根恢復成原型。結果發現,補齊後的機翼最大升力係數有了微小增大。這就是因為切根後儘管有個小邊條,但是等效後掠角卻變小了,所以升力係數有稍微的降低。儘管切根的F-16XL最大升力係數略有降低,但是它的阻力系數降低的更大,進而增加了亞音速升阻比。這就是切根的收益。LCA的切根,也是基於相同的考慮。

那麼為什麼是三角翼切根後,亞音速狀態的升阻比還有所提高呢?

這要從三角翼的特徵說起。之前我們說過,三角翼失速迎角大,是因為它自己就帶渦。三角翼下面的氣流在壓力之下向上表面翻,形成很多弱渦束。在不大的應迎角下,就產生了前緣分離。如果氣流附著在前緣,那會產生前緣吸力,相當於降低了阻力。但是三角翼由於很容易發生前緣分離,這實際上降低了前緣吸力,增大了阻力。而且前緣分離渦還產生很大的誘導阻力,這也是三角翼的不利的一面。

另外,無尾三角翼為了增大襟、副翼的配平力矩,後掠角都很大,展弦比很小,這會導致誘導阻力更大,升阻比較低。所以要用好三角翼,必須要解決亞音速誘導阻力大,升阻比較低的問題。一個手段是固定扭轉,改善其壓力展向分佈。二是配置前緣襟翼和後緣襟翼,讓機翼成為變彎曲度機翼。

第三個就是這切根了。通過減小後掠角,推遲分離發生,而保持前緣吸力,降低阻力。進而提高其巡航升阻比。

如果是充分利用渦升力,LCA的做法應該是增加一個小型的邊條,就像殲教-9那樣,在雙三角翼的基礎上增加個邊條。據說LCA也有這樣的方案。為什麼最終沒這樣搞?因為這會進一步惡化起降性能和亞音速巡航性能。本身無尾三角翼的起降性能就非常差了,結果你增加了一個邊條,而這個邊條在低速、中低迎角下的效率是非常低的。首先增加了摩擦阻力,產生的升力又極為有限,另外,在起降迎角下,由不足以產生較大的脫體渦,無法給基本翼增升,在起降階段在很大程度上是累贅。所以,邊條通常和中等展弦比的梯形翼搭配,中等展弦比梯形翼自身的升阻比較高,加之採用大型的襟翼,起降性能足夠好。


LCA這一紙面性能秒殺“梟龍”,但是實戰中或被扭轉


強調起降性能的海軍型的LCA使用了類似蘇-57的可動邊條,這才開啟了LCA控制、利用渦的序幕,這又是另外一個故事了。

用了那麼多手段,LCA的機翼就是為了在獲得極小翼載荷以得到大的瞬盤能力的同時,獲得說得過去的亞音速升阻比。

話又說回來,LCA的瞬盤能力盡管大概率比梟龍強,但是空戰對抗不是那麼一蹴而就的,在轉彎相持的過程中,LCA由於機翼阻力較大,能量補充上比較吃力,最後也很有可能被梟龍逆襲反殺。​​​​



作者張亦馳



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