03.04 歼20有了矢量发动机后会怎么样?

蓬莱火炎焱燚


一旦歼20拥有了矢量发动机,会强大到爆表,真正稳固世界第一的作战性能。

图为歼20战斗机换装二维矢量发动机的设想图。


目前,世界上已经服役的五代机只有美国F22和F35还有我国的歼20三款五代机,其中只有F22拥有矢量发动机,当然,在四代机里也有苏35这样的战斗机拥有比F22的矢量技术还先进的三维矢量发动机117S,但是目前五代机里已经服役的三款战斗机确实只有F22有矢量,而且还只是二维的,F35的三维矢量技术只是在起飞和悬停时可以使用。

图为我国正在歼10B上测试的三维矢量发动机。


如果歼20拥有了矢量发动机,那肯定是我国已经开始在歼10B战斗机上开始测试的一款三维矢量发动机,一旦我国真正把这款发动机装备上了歼20,那么歼20将会在机动能力上提高很多。歼20原本就有全动垂尾和差动鸭翼,在飞机的机动能力上有着很好的表现,也不比F22和苏57差,但是一旦拥有了三维矢量发动机,歼20将会在矢量机动上有所斩获,也会缩小瞬盘和稳盘半径,提升爬升率等指标。

图为目前全球唯一的三维矢量发动机117S,装备在苏35上。


最后,歼20今后必然会更换发动机,也肯定会拥有三维矢量发动机,因为涡扇15已经在研发中,核心机已经交付,而三维矢量尾喷口也开始在歼10B上安装测试了,一切都会很快的。


海事先锋


如果歼20装备矢量发动机的话,在超音速和亚音速两个速度域都有明显收益。

超音速域

超音速配平能力将大大增强。带来的直接受益就是可以减小鸭翼的偏转角度。减少鸭翼偏转角度更有利于隐身,而且是意味着鸭翼有更多的偏转余量来进行超音速下的机动;另外矢量发动机小角度偏转比鸭翼偏转带来的能量损失更小,因此也可以进一步减少鸭式布局的超音速配平阻力。事实上四代机之所以超音速机动性不行,很大一部原因就是超音速下整机气动中心大大后移,产生了较大的低头力矩;此时飞机无法再满足平飞条件,因此必须偏转可动翼面来进行配平。常规布局采用的是偏转平尾产生负升力配平,而鸭式布局需要偏转鸭翼产生正升力配平。

F-22和歼20超音速配平示意图

但可动翼面偏转越大,阻力就越大,可用于机动的偏转余量就越小。所以四代机照比五代机,超音速阻力大,超音速下的过载能力差。比如F-22在1.8马赫下还能做6G过载,Mig-29相同速度下只能做3G过载;超音速下F-22有超过6的升阻比,四代机则只有1.5-3。

鸭式布局和常规布局气动中心都随速度增加而后移,但不如常规布局严重。因此歼20装上矢量发动机,发动机的偏转角度不需要太大

亚音速域

第一、装备矢量发动机后可控迎角将增大到非矢量发动机无法企及的程度。可用迎角越大,飞机敏捷性和可操控性越强,可以让飞行员在空战时更好榨干飞机的机动性。比如F-22不装备矢量发动机时可控迎角60°,装上矢量发动机后有78°;没有装备矢量喷管的F-35只能做到57.4°,F -16只能保证30°的可控迎角。以歼20优秀的气动设计,如果能够装上矢量发动机,那么歼20的可控迎角可能会做到与F-22同一水平甚至更好。

装备矢量发动机的F-22有超大的可控迎角

第二、起降阶段,如果使用矢量发动机,通过喷管下偏提供直接的升力,歼20有了矢量发动机后,在缩短起飞距离上的收益也非常明显。

因此,歼20要想形成完整的作战能力,具备更为泼辣的机动性,就必须要上矢量发动机。


宣仔


这个要看用上何种矢量发动机,如果是涡扇10改,那也只能提高下机动性,如果装上全新涡扇15就会有革命性的变化。



网上曝光的矢量推力喷口

前几天在网上曝出的国产矢量发动机,如果不出意外的话,应该是涡扇10改进型。简单一点讲,就是将涡扇10的喷管替换成具有矢量功能的喷管,其它部件不会有太大的改动,推力和涡扇10发动机的推力也是一样的。

网上曝光的图片显示,我国矢量发动机采用的技术是轴对称矢量喷口。这种喷口结构简单、增重小 、可以提供各个方向的矢量推力、最重要的一点是推力损失小,推力损失不到3%,损失一点推力换来机动性的提升,这笔账还是比较划算的。

图俄罗斯“产品30”矢量推力内部结构

歼20这种重型四代机,使用涡扇10发动机,一直有小马拉大车的感觉,两台涡扇10最大只有25吨的推力,还赶不上飞机的重量。不开加力进不了超音速,也不能实现超音速巡航,不能不说是很遗憾的事。

歼20的气动布局,使其非常好的机动性,飞行员“张昊”曾经评论:“一旦进入超音速,就是它的天下!”

歼20最终还是要装上国产涡扇15发动机,最大推力达到19吨以上,轻松实现超音速巡航。这样歼20的机动性就可以得到最大程度的发挥。涡扇15发动机肯定是具备矢量推力的,如果推力富裕较多,完全可以采用F22的二元矢量推力喷口,隐身性将得到更大幅的提升,二元矢量喷口阻力小的特点也可以让歼20更容易实现超音速巡航。



图与F22相比歼20具备后发优势


这时候的歼20才是完整意义上的4代机,完全具备四代机的4s标准(隐身,超音速巡航,超视距攻击,超机动性)。再加上歼20原本就具备更优秀的气动布局,更大的弹舱,更远的航程。我认为歼20到时候可以问鼎全球最强战斗机。

F22的二元矢量推力喷口



我个人认为,在发动机推力允许的情况下,应当坚持走二元矢量推力的路线,隐身和超音速巡航能力诱惑实在是太大,让人无法放弃。


一坑四弹



根据近几年关于歼20的消息可以肯定,歼20已经具备了超机动能力,珠海航展上的大迎角机动和垂直爬升表演,以及阅兵飞行员的口述都足以证明在高空高速和亚音速低空,歼20都有足够的机动能力媲美国外的F22和F35,而有了矢量发动机后歼20不一定会再有机动能力的提高了,反而会有气动布局上的改变!



外观上最有可能发生在机尾和鸭翼上,根据现有图片对比不难发现,我国的歼20和歼31机尾都类似于F35个F35,修长的水平尾翼和翼根限制了发动机尾喷口的左右转动,这种设计只能安装F22那种二维矢量喷口了,

F22设计之时考虑到对尾喷口的红外遮蔽作用,故意将尾喷口埋入翼根和平尾之间,麻烦就是只能上下转换喷口方向,左右的机动性还要依靠飞行员的操作技术来弥补。歼20的机身外形实际上并没有彻底定型,很有可能根据国产矢量发动机做出调整,国产矢量发动机超越了俄罗斯技术,就是可以全方位转动的破片式尾喷口,因此它的机尾布局很有可能会推倒重来。

网络公布的我国矢量发动机喷口,就是延续和升华了俄罗斯发动机的设计,利用更复杂更多的破片组合实现对喷口方向的可控调节,不得不佩服我国机加工工业的过硬水平了。


老实说这个静态下下垂的发动机喷口,看起来并不像是我国的产品,反而更像是俄罗斯L119发动机!不管怎么说它要装到歼20上并不容易,正如下图展示的那样,歼20的机尾给不了发动机那么多的活动空间

反而是俄罗斯设计风格最适合这种多指向的矢量发动机看看下图的米格35吧!平尾和翼根恰到好处的为矢量发动机转动提供了空间,至少歼20的翼根一定要减小才行。

有了矢量推力发动机之后,超机动性不再依靠气动优势来实现,在矢量喷口和控制计算机的帮助下,飞行员的操作压力也会大幅度降低。为了降低操作程序的复杂程度很有可能会取消歼20特有的鸭翼,这不是危言耸听!鸭翼的作用除了提高主翼升力还有就是实现超机动能力,既然有了矢量发动机鸭翼就显得可有可无了!


美国的F15战斗机也进行过鸭翼布局的试验,证明却是可以提高战斗机的升力和机动能力,但是阻力也是明显增加的,对超音速性能十分不利,目前所有的五代机中只有歼20使用了鸭翼布局。

没有了鸭翼的歼20越来越接近六代机的气动布局,阻力大幅度较小后对提高战机的速度、升力都有帮助,届时机翼边条可以从主翼一直延伸到机头的折边边条上,增加的机翼边条也会进一步弥补失去鸭翼造成的升力下降!这或许是歼20最终的进化形态了。


兵器世界


在辽宁航展上,军迷们惊喜地见到了我国国产五代机歼20的机尾部位有了菊花般层叠的矢量喷管,这代表着歼20终于拥有了自己的矢量发动机,终于成为了名副其实的五代机。那么矢量发动机对于飞机来说到底是多大的进步呢?美国的先进战机f22猛禽和f35闪电都装有矢量发动机,而这发动机对于优秀的五代机来说更是如虎添翼,如同歼20一样,带来的性能进步是不可忽视的。

在网上,很久之前就有说法:歼20并不是真正的五代机。因为她并没有矢量尾喷,所以无法做到五代机中的超机动指标。矢量喷管并不比普通发动机,它可以直接调整尾喷口的角度,来在实战中获得更好的机动性。现代空战虽然不需要战机近距离狗斗,但是如果敌方战机已经雷达锁定了你,你需要经过机动来脱离锁定或者摆脱敌机发射的导弹。在这种情况下,矢量发动机比普通的发动机优秀太多。

并且,矢量发动机的制造其实非常困难,需要优秀的飞控设备,并且在矢量尾喷管活动时,其结构要承受上千度的高温,所以需要非常优秀的工业能力才能生产,所以自产矢量发动机也是对一个国家综合国力的考验。并且,矢量发动机还具有二元性能,即为发动机尾喷管可以合拢进行反向助推,在条件不好的野战机场进行降落时可以缩短降落距离,也可以让五代机更为轻松的在狭窄的航母飞行甲板上降落。


水镜晓先生


推力矢量使用的前提是,动力增大。当然涡扇15不会出现这种情况,它是原始喷口,不是后加的推力矢量喷口。不论原始的还是后加的,能量损失在5%左右,根据工艺而定。理想状态是,动力增加,喷口能够矢量动。

推力矢量还要看几元,也就是几个方向。二元是美国式的,上下动,左右动还需要尾翼偏转和其他副翼偏转!是为了机尾隐身。隐身和推力矢量也是一个矛盾,因为有动力,还有红外隐身,得需要找平衡。飞机最重要的是机头隐身,中国、美国差不多。三元喷口也能左右动,中国进口的苏35就是这样,但不是全向旋转喷口。在珠海航展上的歼10B看起来就是全向旋转喷口。开句玩笑话,不是几元了,而是圆元了,随心所欲的方向,极其灵活。

从尾部来看,中国的推力矢量喷口,是能够全向的,设计了转动的空间,灵活度应该比F22要好,比俄罗斯的三元喷口也好。至于隐身的腹鳍,应该重新设计。总是感觉矢量喷口给软件设计带来挑战,因为又增加了一个控制面,感觉这儿添乱了。研究空空导弹的人说,控制面越少,灵活度越好,这是最好的。感觉推力矢量喷口对歼10,歼11,歼15,歼16,对歼20来说,是不是固定人口也挺好的呢?

推力矢量带来的好处很多,但不是特别必要的,机动性肯定提高,最重要的是提高推理,这是核心,矢量喷口只是捎带的好处。

别人说的已经够多了,我就不提了。推力矢量对歼20来说不太重要,重要的是推力,可能我是第一个提出反对意见的,是不是有板砖呢?



大志远思想空间


“黑丝带”歼20如果换装了矢量发动机的话,除了具有低速下的超强机动外,还有至少三个大用途:

1.短距起降。滑行起飞时,矢量发动机会通过偏转喷管,可让战机提前抬起机头,从而让战机尽快离地,缩短滑行距离。

2.有可能取代尾翼。矢量发动机不再只是提供推力,因为当其喷口偏转时,瞬间产生一个力矩,可控制飞机的俯仰、偏航、横滚等机动。那么就可能代替飞机上的垂直尾翼。在现阶段只能减小战机尾翼的面积,而未来,它甚至有可能完全取代尾翼。所以未来歼20出现了无尾翼版本大家可不要惊讶哟。

3.超音速巡航时减少阻力。在超音速巡航时飞行姿态的控制主要由机翼和尾翼完成,隐身飞机为了获取隐身效果会减小它们的面积,同时也就意味着减弱了对飞机稳定性的控制。但是矢量发动机通过偏转喷管,让一部分推力转化为对飞机的操纵力。因此,矢量推力技术可让战机的机翼和尾翼设计得更小,这能有效减小超音速巡航时的阻力。

综上,如果矢量发动机真上了歼20的话,那么歼20一定会出现一个新的型号----歼20B的!

现在网上很多人都在关注发动机的换装,W君还要和大家说其实相对应的飞控系统也会改写几千行源代码的,这才是中国军工人的骄傲!

和大家分享一份旧新闻。早在2014年,国内最新的五自由度变稳飞机飞行控制技术已在地面试验台建成。5自由度变稳控制能力是在3自由度(俯仰、滚转、偏航)3个方向进行变稳定性模拟的基础上,增加了直接升力和自动油门控制功能,可完成诸如航迹飞行特性、大包线飞行特性、升力特性模拟等多种飞行任务的空中模拟试飞课题研究,可满足现阶段及后续各类先进电传飞机空中飞行模拟需求。当时这个平台就是为矢量发动机上飞机做出的技术储备。前段时间的歼10换装就是证明了其飞推一体技术的可靠性。


军武数据库




航空发动机是衡量一个国家航空航天工业的一张里程碑式的大国名片,没有之一,尤其是当前第四代矢量航空发动机!



目前,美国和俄罗斯是世界上最早能够研制生产并服役矢量航空发动机的国家。美国的F-22战机装配的是二维矢量航空发动机,也就是可以上下调节,苏-57装配的是三维矢量航空发动机,比二维更具优势。

而中国的歼-20战机装配的是第四代矢量航空发动机。



科普:

矢量航空发动机并不能为战机本身提供一丁点儿的额外推力,但是与普通的涡扇发动机相比,矢量航空发动机的尾喷口能够产生一定的偏转。

航发所产生与战机首方向不同的推力,在这种状态下,最直接的特性就是战机的推力不必再单一的依靠重心,哪怕是战机在亚音速飞行或者大仰角的状态下也能使战机获得额外推力来提高战机的机动性能。



那么,歼-20在装配了官方指配航发WS-15之后,其又会发生什么变化呢?

推力变化

歼-20在装配WS-15矢量航空发动机之后最直观的变化就是推力可以达到18吨左右,也就意味着在不开加力的状态可以实现不低于1.5马赫的超音速巡航。

战力变化



据业内专家称,歼-20在未装配WS-15航发之前只能说具备了初始战斗力,而当前歼-20已然装配了WS-15矢量航空发动机,其战斗力至少会比上一代航空发动机的战力提升1倍以上,也就是完全具备了压制和秒杀F-22、F-35的能力。

型号变化



歼-20战机从2013年装配117S航空发动机,2014年装配AL-31系列航空发动机,近两年装配国产WS-10B航空发动机……直到近期,又换装了其指配航发WS-15,说明歼-20在矢量航空发动机领域的测试和数据收集工作已进入尾声,即将面临最终的定型和后续的升级。待升级完成之后必然会衍生歼-20A/B等新的型号。



综上所述,歼-20战机在换装了中国第四代矢量航空发动机之后,势必会成为世界上最最顶尖的四代隐身战机,在这一点上毋庸置疑!


墨墨观察


(收敛片可调式的矢量发动机)

目前歼20所试验的矢量发动机,属于在收敛片可调式喷口。这与苏35的117S发动机转动整个喷口完全不同,可调收敛片的优势在于结构重量轻、利于设计隐身、推力损失小,而117S转动整个喷口的优势在于偏转角度更大、设计简单、可靠性高。

(鸭翼在大迎角机动时会先于主翼失速)

歼20使用矢量发动机后,首先可以大大提高歼20的可控迎角范围,众所周知鸭式布局飞机在大迎角机动时,鸭翼会先于主翼失速,会自行产生低头力矩强制飞机改平,这造成鸭式布局飞机虽然不易因为大迎角机动而整机失速坠毁,但是鸭式布局的最大可控迎角往往不如常规布局飞机。在近距格斗空战中歼20拥有了更大的可控攻角,将更好的发挥出大离轴格斗弹的威力。

矢量发动机还会提升歼20的滚转速率、瞬时盘旋角度,提升机动性能。但是频繁使用矢量喷口带来的推力损失会降低歼20的持续盘旋能力,这点需要谨慎。在超音速机动时,由于鸭翼有很大的配平任务,此时矢量喷口可以代替鸭翼进行配平,彻底解放鸭翼进行机动控制,歼20的超音速机动能力也将大大提高。

(歼20的矢量发动机效率不如苏35的高)

歼20目前的矢量发动机偏转喷口较小,不如苏35的矢量喷口大。因此歼20的矢量喷口的效率比较低,并且鸭式布局飞机天生的重心靠后,矢量喷口的控制力矩比常规飞机短,因此矢量推力的效率也比较低。因此矢量推力对于歼20来说有一定的性能提高,但是提升范围不大,聊胜于无。


区域拒止


这样说吧,现在的J-20在基本飞行性能上相比F-22还有较大的差距。这是因为配套的WS-15还未装机,也没装矢量喷管。但是,如果未来J-20能够装备WS-15以及二元矢量喷管,注意是二元,像F-22那样的。届时,J-20在基本飞行性能上有望在大部分参数上超越F-22。

4S指标中的超音速巡航和超机动性,目前J-20都没有达到。

WS-15装机后能达到超音速巡航的指标,而矢量喷管装机后能达到超机动性,二元矢量喷管是最终目标,能够进一步提高J-20的隐身性能,加速性能以及机动性。

很多人应该不知道的是,二元矢量喷管相比轴对称喷管,发展前景要大的多的多。

引用一下这篇北航论文吧。

二元喷管不仅能够通过与后机身的整体设计配合依靠面积率减少飞行阻力,还可通过产生超环量效应提高升力,从技术原理层面是一种非常优越的技术。

不过因为技术难度极高,所以中俄一直没有发展出实用化的二元矢量喷管。目前国内研发团队的重心是AVEN喷管,也就是前段时间J-10B试飞装的那种。

为什么说J-20装备二元矢量喷管+WS-15之后飞行性能能在大部分参数上超过F-22呢?

因为从技术分类上讲,J-20和Su-57目前属于涡流增升型,而F-22,YF-23属于超环量增升型。F-22和YF-23之所以会选择通过二元喷管的超环量增升提高机动性满足设计要求,是因为ATF计划时期,反隐身技术的发展还不是那么成熟,所以当时对飞机隐身性能的要求极高。

边条无法与机翼前缘平齐,对隐身性能有影响,而鸭翼会直接影响到整机的隐身设计,所以F-22和YF-23都没有选择在四代机上广泛运用的涡升力,而选择另辟蹊径。

也就是说从气动外形设计上来讲,F-22实际上并没有达到已有技术成果最大化这一要求。相比于后来的J-20和Su-57,其在涡升力上的技术应用也不多,而未来装备二元喷管的J-20将是真正的集大成者。


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