中國殲20戰機亮相已超8年,邊條翼為何改三角形?


1.鴨翼是拿來幹啥的? 俯仰控制、氣動配平、產生渦升力。 俯仰控制的意思很簡單,控制飛機迎角的增大或者是減小。正如其他回答所說,機翼尾流對舵面效率的影響不可忽視,將水平尾翼放在機翼前面會避免這個問題。 但這樣完全不同的設計會帶來其他問題。 抬式佈局,一般來講鴨翼在這種佈局中的作用主要是俯仰控制和氣動配平。我們知道當飛機的速度越來越快,它的氣動焦點會越來越靠後。對於常規佈局的固定翼飛機,是用水平尾翼產生負升力把屁股壓下去。對於抬式佈局,則是通過增大鴨翼迎角,增大升力把機頭抬起來,這也是抬式佈局這個詞的由來。 最後是渦升力。 對於現代戰鬥機,對渦升力的利用程度是評價戰鬥機氣動設計水平的重要依據。 渦升力是怎麼產生的? 這裡就要談誘導阻力。我們知道,當飛機的速度越來越快,機翼增大後掠角以減小阻力。因為後掠角的存在,當氣流在機翼上面流過後,並不是理想的平直的流過機翼上表面和下表面,而有一部分是沿機翼向翼尖流動。翼根效應,翼根處的壓強總比翼尖大,因為氣流向翼尖堆積,然後更早地發散。這個現象實際增大了翼尖的等效迎角。也就是說在相同迎角下翼尖處的升力大於翼根處的升力。當飛機的速度加大,翼尖處的等效迎角增加到一定程度,就會超過機翼的失速迎角,然後就會發生翼尖失速現象。 翼尖失速這個現象,後掠角越大,速度越大越嚴重。 在翼尖,下方相對於機翼上方更高壓的氣流翻上來,同時飛機向前主動做功產生渦流。


當最鹹的魚233


對比量產殲-20與2001、2002號驗證機,我們不難發現,設計師將鴨翼與機翼之間的拱形邊條翼改成了三角形邊條翼。不要看這小小的改動,學問可大著呢!

邊條翼改造對比

梟龍戰機率先使用了拱形邊條翼設計,拱形邊條翼增加了與空氣的接觸面積,能力拉出一個大大的渦流(如下圖)。渦流覆蓋在機翼上方形成低壓,從而達到提升升力的目的。渦流還能增強舵效、減小阻力,改善戰機的大迎角性能,增加戰機的航程。但是,渦流又會影響垂尾、平尾與襟副翼的操縱靈敏度,渦流產生的應力還會增加飛機表面受力。所以說,渦流是個雙刃劍,它出現的位置與強度至關重要。

梟龍戰機拱形邊條翼拉出巨大的渦流

殲20戰機面臨的情況更加複雜,進氣道邊緣、鴨翼、邊條翼,以及機翼前緣形成了四股渦流,進而形成多渦系耦合效應,這種情況在其它類型戰機上從未遇見。多渦系耦合將殲-20氣動佈局設計水平提高到了一個前所未有的高度,而面臨的挑戰也是世界級的。

殲-20戰機的多渦系耦合效應

雖然多渦系耦合效應將升力提升到了令人滿意的程度,但如果對前緣襟翼與全動式垂尾產生衝擊,那就不划算了。殲-20的垂尾面積少,對渦流更加敏感;機背與機翼大面積翼身融合結構,承受應力集中能力也不太強。拱形邊條翼改成了三角形邊條翼,意圖是非常明顯的,主要以下四個考量:

減低邊條翼渦流效應。拱形邊條翼固然能產生更大的渦流,但對於殲-20來說,有點能力過剩,讓減弱渦流強度成為選擇。

避開垂尾的渦流

調整四股渦流方向。邊條翼處於鴨翼之後,其產生的渦流對進氣道邊緣、鴨翼渦流有四兩撥千斤的作用。適當調整邊條翼的形狀大小,可以改變耦合渦流的方向。從上圖不難看出,耦合渦流從機翼根部拉出了一根對角線,橫穿機翼面積最大,既避開了前緣襟翼、全動式垂尾與機身機翼結合處,又使渦流效應最大化。

加強邊條翼強度,提高隱身性能。拱形改為三角形不僅減小了受力,還增加了部件強度。另一方面,削角處理還有利於提高隱身能力。

安裝其它機載設備。從上圖這架未塗裝的殲-20來看,三角形邊條翼前緣使用了複合材料,可能是安裝了電子傳感設備。為了保證部件的強度,最好使用更加穩定的三角形結構了。

殲-20這麼複雜的氣動佈局不可能一蹴而就,需要通過大量試飛、試用來驗證,進行局部改進也在所難免。(圖片來自互聯網,無法查證作者,如有侵權立即刪除)


紅龍軍團長


殲20首次出現在人大眾的視野中到現在也已經有了8年了。8年的時間是我國將日本鬼子趕出中國的時間,8年也是我國殲20發展的越來越強大的一段時間。在殲20出世之初就引起了很多軍迷們的關注,也會發現現在裝備部隊的殲20相較於原型機來說,有一個微小的變動,如果不仔細看還是看不出來的,那就是將鴨翼和機翼之間的拱形邊條翼改為了三角形邊條翼。那麼為什麼會做出這一改變呢?是殲20原型機的驅動佈局不成熟嗎?

真實的原因並不是這樣的,將拱形邊條翼改為三角形邊條翼只是為了將殲20的機動性能和隱身性能相協調達到最佳組合。

殲20整機的氣動佈局,可以說是在世界上絕無僅有的。美國和俄羅斯的動力系統確實牛逼,哪怕是一塊磚頭,都能讓它飛上天。可是我國航天工業的短板就在於航空航天發動機,所以比較無奈的就是,我國航空航天發動機的推力不足能通過氣動佈局來提升戰機的機動能力。這是我國的殲20為何採用鴨式佈局的原因。常規佈局更加穩定,駕駛員也更易於操控戰鬥機。如果有足夠的動力輸出,我國也不願意採用氣動佈局來彌補戰鬥機的機動性能。可是我國的軍工專家確實做到了,在沒有足夠的動力輸出情況下找到了高機動性能和易於操控的臨界點。

而鴨翼和機翼之間的拱形邊條翼,是為了更好的為飛機提供向上的升力。在超音速巡航的時候會產生渦流,拉出白色的線條。就是我國為何要修改拱形邊條翼的原因,拱形邊條翼產生的渦流會影響垂直尾翼的穩定性,甚至導致尾翼的斷裂、脫落、戰機的墜毀。而拱形邊條翼改為三角形邊條翼之後,邊條翼所產生的渦流不會對垂直尾翼造成任何干擾。或許這一改動會對飛機的升力造成很小的損失,可是這一點損失殲20還是承擔得起的,損失這一小點的升力換來的是機體的更加穩定,更加易於操控。

殲20作為我國新一代戰鬥機,雖然相對來說已經很成熟了,可是還有很多細小的問題需要去改進,大體框架不會動局部的一些小細節可能會逐漸優化。


沐風談兵論道


說起殲20,自豪之情油然而生!因為他太給力了!

有人說又要吹,這句話本身就是個笑話,說明不自信!因為不懂,感覺做不到。中國古話說,只有想不到,沒有做不到。說殲20是吹,說明他頭腦被鏽住了!

殲20是最複雜的升力體,為了隱形和機動性,戰鬥機的機身做成了多稜體,加了鴨翼,邊條翼,三角翼,外傾垂尾,機動垂尾,而且要互相配合,做出橫滾翻滾等多種超機動。為了超音速巡航,主機翼後推,加大後掠角,儘量減少主機翼面積,這樣複雜的工程,本身就是一個奇蹟。為什麼會這樣?因為動力不太給力!就是力氣不夠大,持久力不太好,還要完成各種任務,就需要一個超級大腦去分配,殲20做到了!又一位試飛員專家說,美國動力太給力了,哪怕是塊磚頭,也能讓他飛起來。

為什麼把邊條,原來是一個外弧形,為什麼改成直線呢?為了隱身。在保持原有性能的甚至有所提升的情況下,邊條後掠角有所減少,後緣拉直,而面積有所擴大,為了隱身又機動。和殲20的多稜體的意思是一樣的,為了使雷達的無線波定向折射,是發射源收不到信號,達到隱身效果。隱身戰鬥機在雷達陣面前,如何不發現,確定,經過計算是不容易隱身的,但計算趕不上機動,從而達到隱身。

在武術中,以快不破,在這裡是同樣的道理。折射加激動,以自己的快破地方的快,非隱身戰鬥機在隱身戰鬥機面前,戰鬥力不在同一層面上,這就是隱身戰鬥機的功效。邊條翼還有內弧形外弧形,那就是升力面積的問題。而三角邊條,有些像雙三角翼,前翼小一些就是邊條翼,大一些就成了主機翼。整個機體需要綜合計算設計,然後通過各種實踐,包括吹風,試飛,通過各種工序做出先進的飛機。


邊條機翼由外弧形做成三角形明白了嗎?


大志遠思想空間


第一次看到殲-20的飛行員,第一眼就為它高大威猛的外形而感嘆。軍迷網友們看到它在網絡的照片,驚呼為殲星艦,銀河戰艦,殲-20的總師楊偉表示,對此稱呼也喜歡,是啊,這是他的傑作,眾多科技式作者智慧與汗水的結晶,有理由為自己造出這麼漂亮的飛機,而感到自豪和光榮。第一次飛去珠海的時候,廣大的網民看到了它身披渦流多麼酷炫,專家宋心之一改過去嚴謹的解說風格,直道一下就拉出了七個渦,呵呵,要為其這麼棒的氣動設計點一萬個贊。細心的網友在它第二次飛去珠海的時候有發現,孤狀的邊條翼怎麼改做了三角形?這是否意味著它的氣動不成熟呢?莫要擔心,既然要改,那是有道理的。如圖,從這一張圖上,不知親愛的網友們能發現什麼?

超蟲的發現

美國有架艦載機,喚做F/A-18“大黃蜂”,一直為其夢幻般的大迎角性能為自豪,非專業之士,不知道的是,長期以來也飽受邊條產生的渦流之苦。渦流不只是產生升力,用得好亦可改善舵效,提高大迎角飛行能力。“大黃蜂”的飛行員們發現,大迎角不錯滴,我喜歡,可是機體震顫的事是經常發生的,強烈危及機體壽命,乃致垂尾斷裂,為此“大黃蜂”的設計師煞費苦心,修修補補,無濟於事,F/A-18E/F,將機體放大,將尖拱邊條加寬,才算有效避開了渦流對垂尾的衝擊。我們殲-20的邊條翼也存在是一問題,在專業的文章中也曾提出過相關問題,且來看看我們是如何解決的?

真正的天才

我們不復雜,改動很簡單,孤狀的邊條翼改為三角翼,簡單伸伸手,就將問題成功搞定。對此,美國頂尖航空專家大為讚歎,稱殲-20的設計師們是真正的天才。他說,即無增重之虞,還不破隱身,真正能力的真正體現。直邊條形成的渦流,引導渦流軸心遠離垂尾,而驗證機也注意到了是一問題,採用引導渦流拐彎的辦法,向外破裂。不過作戰飛機要考慮極限條件下使用的情況,何況事關安全都是一等一的大事,通過精心探究,就這樣成功解決。

邊條可產生渦流以提高主翼升力:

中位鴨翼佈局:


魂舞大漠


從2011年殲20戰機成功首飛到今天,可不就是過了8年,不過這架我國自主研發的第五代重型隱身戰機真正服役是在2018年2月,此後,殲20戰機進入批量生產階段,整個機體之後幾乎很少有改動,話雖如此,當發現問題時還是要及時修正。幾個月前,細心的網友偶然發現了殲20戰機身上的微小變化,他們指出最新入列的殲20戰機,其邊條翼已經不是原先的拱形狀,而成了如今的三角形狀,這是為什麼呢?

事實上,殲20戰機的氣動佈局非常複雜,它與美俄戰機使用單一氣動佈局,再依靠矢量發動機來提高戰機整體性能不同,殲20在實際研發、生產過程中加入了多種氣動佈局元素。鴨翼只是基礎氣動佈局,除此之外,殲20還採用了大三角翼、邊條翼等多種佈局。說白了,當時我們的發動機推力略顯不足,只能依靠氣動佈局來改善戰機的升力和機動能力,並進一步輔助殲20實現超機動能力和超機動巡航。

不過,多種氣動佈局結合,必須全方位考慮氣流對機身的影響,不說別的,當殲20戰機進行大迎角飛行時,其多個部位(鴨翼、邊條翼、進氣道)都會產生氣流分離,形成脫體渦(渦升力),如果能有效利用這些脫體渦的話,戰機的阻力會降低,升阻比會更高,機動性也更強,可如果無法掌控全局,脫體渦會干擾戰機的飛行狀態,巨大的不可控渦流很有可能大幅降低戰機性能,嚴重情況下,前者還會影響戰機垂直尾翼的穩定性,直至釀成機毀人亡的慘劇。

從這點因素考慮,殲20拱形邊條翼改為三角形邊條翼,應該是為了降低渦流大小,這樣的話不僅能合理整合各個部位的渦流,還能適時調整耦合渦流的方向,使之不至於影響垂直尾翼的穩定操控性。

話雖如此,拱形邊條翼改成三角形邊條翼,勢必會影響戰機的升力,不過,為了殲20戰機的操控穩定性做一點小犧牲其實無所謂。更可況,殲20戰機很有可能於2020年換裝全新的渦扇15大推力矢量發動機,屆時,它的升力與機動性更加有了保障,一個邊條翼對升力的影響實在微乎其微。

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兵器世界


殲-20是成飛軍研製的第四代(按照中國、歐美戰鬥機劃分標準為第四代,按照俄羅斯戰鬥機代次劃分標準則為第五代)雙發重型隱形戰鬥機,用於接替殲10、殲11等第四代空中優勢戰機,該機將擔負中國未來對空、對海的主權維護任務。

2011年1月11日,殲-20在成都實現首飛。2016年11月,駕殲-20飛機在第11屆中國國際航空航天博覽會(中國航展)上進行飛行展示,這是中國自主研製的新一代隱身戰鬥機首次公開亮相。2018年2月9日,中國自主研製的新一代隱身戰鬥機殲-20,開始列裝空軍作戰部隊。

不知不覺,殲-20已經亮相了8個年頭了,然而近期卻有細心的網友發現新量產的殲-20與以前的對比,鴨翼與機翼之間的邊條翼由拱形改成了三角形。這點改動看似微不足道,然而對於高速飛行的戰鬥機來說,氣動外形任何一點微小的改變,都往往是舉足輕重的大事。那麼都已經開始服役了的殲-20為何還要做如此修改呢?

首先,我們來了解一下一個小小的邊條翼對戰機來說到底有什麼作用。我們知道,經典的飛機氣動設計的特點是保持氣流附著流動,在飛機正常使用的範圍內儘量少發生氣流分離,這樣可以得到最低的阻力與最高的升阻比。然而隨著技術的發展,人們發現有效的利用好一些特殊的穩定的氣流分離,反而能夠大大提升飛機的飛行性能。機翼前緣的邊條正是為此而生,在飛機做大迎角飛行時產生穩定的氣流分離,形成脫體渦,從而產生很大的渦升力。另外,經過合理的優化設計,還能使邊條翼產生的脫體渦與飛機後體流場產生有利的干擾,從而進一步提升飛機的飛行性能。

因此邊條翼可以說是一把雙刃劍,運用的好可以大幅度的提升飛機的性能,運用的不好,輕則降低飛機性能,重則能把飛機帶入萬劫不復的危險境地。因此殲-20把邊條的形狀做了一些修改,無非是出於以下幾個方面考慮:

第一,殲-20是鴨式佈局,在邊條翼的前面還有兩個小鴨翼,而且鴨翼的內測還有進氣道,這些部件都能產生渦流,這麼多渦流在飛機的上表面他們會相互影響,相互干擾。因此,要想巧妙的運用好這些渦流,就不能一個一個的去考慮,要整體把握。把邊條翼的拱形改為三角形可以降低邊條翼產生的渦流打大小。這應該就是對多渦系耦合效應綜合權衡考慮後做出的優化結果。

其次,我們知道,飛機的垂尾以及其上的舵面,對於飛機的穩定性與操控有重要作用。因此飛機前部產生的所有渦流,都要儘量的避開垂尾。改變邊條翼的形狀,當然也能調整耦合渦流的方向,從而減少耦合渦流對垂尾的消極影響。從而提高垂尾的操縱效率。

最後,殲-20也是一代隱身戰機,把邊條的拱形線改成直線,對於其隱身性能應該也有很大的益處。


天下布武


首先,改為三角形主要基於隱形考慮,同時兼顧了隱形與氣動。因為驗證機階段,J20的邊條是歌德式大邊條,產生渦流的效率很高,但是這種歌德式邊條是弧線形的,其雷達波的反射回波發散角度很大,這對隱形非常不利,所以將弧線拉直改成了三角形。這樣其反射波就變成了針狀波束,不容易被截獲。因為飛機處於快速運動中,針狀波束範圍很窄,很容易脫離在雷達接收波束範圍之外。即使被雷達截獲反射波,也容易因為瞬間閃爍消失而容易被當作虛警信號被忽略掉。其技術原理如同F117戰鬥機機身上被分割出的的小平面。

其次,這樣改同時也考慮了氣動因素。我們知道,J20有兩個渦流主要的渦流發生器,最大的鴨翼,另一個就是邊條,兩者生成的渦流會最終合併形成一股強大渦流。J20的渦流體系在五代機中是最複雜的,但氣動效率卻是最高的,遠超F22。這是J20氣動設計上最大的優勢。站在氣動設計的角度,改成三角形邊條,雖然產生渦流的效率不如哥德式邊條。但是將弧線拉直後,邊條後端寬度更寬了,總體氣動效率比原來的歌德邊條只高不低。

所以說邊條的修改實際上兼顧了隱形和氣動兩方面因素,可以說是兩全其美的修改。


尖端防務


殲20作為我國自主設計研發的第五代隱身戰機,該機從2011年首飛到2017年裝備服役部隊只用了短短7年時間。不同於前面兩款五代隱身戰機,殲20為了突出其優異的機動性能,採用了我國更熟熟練的鴨式氣動佈局,再輔以邊條翼、機翼前緣和進氣道前唇口組成的多渦系耦合效應下,成就了世界上氣動佈局最為複雜、機動性最強的殲20戰機,可以說殲20的研製方成飛通過殲20的裝備服役,徹底坐實了“世界級的氣動大師和飛控大師”的地位。


我們知道自殲20首架原型機2001首飛之後,出現的幾架原型機每架外形都有所不同,特別是後面定型的量產型號在氣動佈局上相比原型機的種種不同,除了像垂尾切尖等一些氣動佈局改進外,更是將原型機上的拱形邊條翼改成了三角形邊條翼又是為何?


其中這種小改動看似和垂尾切尖一樣,屬於試飛中的改進設計,但是相比垂尾切尖而言是為了彌補高速飛行下的氣動穩定性。將原來的拱形邊條翼改為三角形邊條翼可就屬於氣動佈局的轉變了。在殲20之前成飛研製的梟龍戰機就率先採用了拱形邊條翼來增加其升力。因為邊條翼的出現就是通過其增加了於空氣的接觸面積,從而拉出了一個在機翼上出現低壓區的渦流來增加戰機的升力、並增強舵效和減少空氣阻力,繼而增加戰機的大迎角下的可控角度,所以我們看到包括F18、蘇35這類戰機的邊條翼都特別明顯就是這個原因。



在殲20原型機中,由於其為了實現超音速巡航下的低阻力特性,其採用的大後掠、小展弦比機翼和又細又長的機身也增加了其翼載荷,所以為了降低翼載荷提高其跨音速狀態下的氣動特性,殲20採用了拱形的邊條翼。但是在後續試飛中,發現這種拱形的邊條翼雖然貢獻的渦流較大,對提高戰機的升力和降低其跨音速狀態下的氣動特性有很大的幫助,但是對於五代隱身戰機的隱身性卻極為不利。

再一個殲20雖然後期試飛中對垂尾進行了切尖處理,但是畢竟是全動垂尾,相比常見的垂尾而言面積小了很多,而殲20機身前部的鴨翼、邊條翼等貢獻了整機很大的升力,特別是鴨翼和邊條翼產生的渦流順著機翼上緣對垂尾產生了很大的衝擊,所以為了降低垂尾的敏感度提升其穩定性,一個是通過增加垂尾面積,但是會增加雷達波反射面積所以不可取。另外一種就是適當的降低產生的渦流升力對垂尾的氣動干擾了,所以將原來的渦流升力很大的拱形邊條翼改為三角形邊條翼從而改變了渦流方向,將原來傳到垂尾根部的渦流傳到垂尾靠上降低氣動干擾。而且三角形的邊條翼還減少了受力增加了結構強度。改變後的三角形邊條翼內還可以安裝其他電子設備來增強殲20的綜合作戰實力。





當然我們知道五代隱身戰機外形最大的變化就是看起來稜稜角角的,就是通過減少曲線來降低雷達波的漫反射來提高隱身能力。但是拱形的邊條翼外緣是曲線,如果在側向的雷達波照射過來,就會形成很強的反射源。所以為了降低其側向和正向的雷達波反射達到隱身效果,將原來的拱形邊條翼改為三角形的邊條翼來改變外緣線條特徵。


魑魅涅磐


對於中國這樣一個體量的大國來說,任何武器裝備細節的變化一定是有其特殊的道理的,絕對不會是設計人員一時起意做出的改變。殲-20最初使用的拱形邊條翼,能夠有效增加機身與空氣的接觸面積,增加飛機的升力。這與許多軍艦上雷達的散熱罩是球型或者弧形有著異曲同工之妙。

但是,殲-20是一款5代機,拱形邊條翼所增加的升力對殲-20來說並非是不可替代的,甚至於因為拱形邊條翼所造成的渦流會對飛機整體氣動性造成一定的影響,嚴重的情況下甚至於可能導致垂尾斷裂飛機墜毀。為了排除風險,邊條翼的改動是勢在必行的,惟一的問題只是改成什麼樣子罷了。

而在中學的數學課上,老師們肯定向大家教授過這樣一個知識:三角形是最穩定的結構之一。世界上有許多戰機都使用三角翼,正是因為在高速飛行的狀態下三角翼可以確保飛機結構的穩定,不至於因為高速氣流而散架。殲-20的拱形邊條翼改三角形實際上也是這個道理,在飛機整體呈現翼身融合的情況下,三角翼更有助於確保飛機整體結構的穩定。正如上文所說:殲-20作為中國未來的主力戰機,任何設計上細節處的改動都是經過了深思熟慮的。


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