成飛立大功!殲20「升力體邊條翼」技術獲金獎,升力係數突破2

2020-12-22 騰訊網

殲20作為我國第一款優秀的五代機,也是由於其獨特的外觀設計,使之全世界所有五代機中的一個例外。而在此前成飛對殲20外觀做出了細節優化,尤其是對鴨翼布局方面大作文文章,獨到的優化讓殲20鴿更加出眾,憑實力一舉斬獲獲國家級獎項。

具體地說,此前知識產權局公布的第21屆中國專利獎名單中,殲-20以「升力體邊條翼鴨式布局」榮獲外觀設計專利金獎。這也是中航工業成飛設計研究院首次榮獲全國設計大獎。J-20獲得國家專利不僅是對成飛的肯定,更是對中國科技事業的有力推動。就連瑞典的專家們也聲稱這是天才的創意,在獲得專利獎之後,美歐若想抄襲還是要付費的。那麼,殲20首發的「升力體邊條翼鴨式布局」又有何特別之處呢?

具體來說,升力體邊條翼鴨式氣動布局」是人類飛行器的一個歷史性創新。升力體邊條翼鴨式布局,這一布局就如其名一樣,在鴨式布局的情況下,融合了翼身升力體以及邊條翼設計。為了提升現代飛機的最大升力係數,一般會選擇鴨翼布局或者側翼布局。

而同樣採用鴨翼布局的戰鬥機有我國殲-10系列,殲-15,俄羅斯的蘇-35,蘇-34,蘇-30 MKI,歐洲的颱風,陣風,鷹獅等等,這種氣動布局的飛機具有更好的升力和靈活性。其它戰機大多採用側翼,同樣能提升戰鬥機的升力。美國戰鬥機由於性能較,推力足夠大的發動機,大多採用側翼氣動布局,其巔峰之作也就是F-22。

而我國殲20則另闢蹊徑,從布局上補齊推力問題。而J-20的「升力體邊條翼鴨式氣動布局」之所以能獲得金獎,主要是因為它的三項自身設計得到了評委的認可。其中,氣動布局的理論依據是殲10總設計師宋文驄所著的一篇學術論文《關於小展弦比升力機氣動布局的研究》。

此文介紹了傳統的鴨式布局飛機是利用鴨翼與機翼脫體渦之間的有利耦合作用,增加飛機的最大升力,以保證鴨翼產生足夠強的脫體渦,將機翼後掠角限制在55度左右,展弦比2.5左右。但這種機翼在迎角範圍內不能有效地產生前脫體渦旋,為了兼顧最大升力係數和迎角範圍內升力特性,一般情況下應選用後掠角和展弦比適中的機翼,殲20採用鴨式布局,同時增加了翼身融合升力體和側條翼設計。

邊條翼能像鴨翼一樣對機翼產生增高作用,很多現代戰機都採用邊條翼的設計,如F16、蘇27、梟龍等。但同時使用邊條翼、鴨翼的飛機只有殲20,而殲20則是在鴨翼和主翼直接設計成一對邊條翼,讓鴨翼和邊條翼同時對主翼產生增升作用,達到1+1>2的效果。

這個設計聽起來簡單,但要想取得成功,還需要經過很長時間的風洞試驗,稍不留神,兩個增升裝置產生的渦流就會相互幹擾,使飛機失去增升渦流。J-20通過邊條翼和鴨翼的組合,最大升力係數達到了2以上,是目前世界上提升係數最高的飛機(F22最大提升係數為1.6),這是讓評委們認可的第1個本事。

採用「升力體邊條翼鴨式氣動布局」與未採用對比

而殲20第2個徵服評委的本事則是它的垂尾設計,雖然重型機的雙垂尾設計可以提供可控迎角,提高橫行穩定性,但飛機的增升脫體渦流會在垂尾側面形成低氣壓區,降低飛機的升力特性,而2個垂尾之間又會形成高氣壓區,對上機表面形成反壓力梯度,影響飛機的穩定性。

所以,為了兼顧垂尾的作用和消除不利影響,殲20採用了小面積 V型全動的垂尾+腹鰭設計,該設計保證了垂尾在面積較小時仍能保持足夠的操縱力矩,而在面積較小時,則減小了對最大升力係數的影響,同時,腹鰭在面積較小時仍能保持足夠的橫向穩定性。J-20的垂尾設計讓升力損失從傳統的0.4降至0.1,而且較小的垂尾減少了飛機重量和飛行阻力,與F22的巨大垂尾形成鮮明對比。

很多人認為殲20的外形模仿米格1.44,其實這完全是一個誤解。Mig1.44採用的只是鴨型布局,而並未採用「升力體式邊條翼鴨型布局」,而且還缺乏隱身設計,其氣度布局與殲20截然不同。從這幾個方面可以看出殲20與米格1.44有著天壤之別,例如,米格1.44的鴨翼位置明顯高於主翼,米格1.44採用腹式進氣結構,米格1.44的主翼為中單翼,而殲20是上單翼的典型代表。

評委們認可殲20的第3個本事是,我國首次將鴨式升力體布局在機身上,可以同時使機身具有升力,從而大大提高飛機的機動性能,但早期的鴨式布局飛機都沒有採用升力體布局,這是因為傳統的鴨式布局飛機要求鴨翼比主翼更高,這樣就會在主翼上產生下洗增高的渦流。

而升力體布局飛機要求鴨翼與主翼儘可能地平行,這是一種矛盾的要求。並且殲20鴨翼位置設計精巧,雖然其高度與主翼平行,但通過一定的上斜角和下斜角配合,仍能使鴨翼與主翼位置平行時仍能產生一定的增升渦流,實現鴨式布局與翼身融合升力體布局的結合。

另外,由於殲-20採用的「鴨翼和邊條翼的結合」設計,使得殲-20具有強大的超音速巡航能力,因為鴨翼戰機的巡航速度本身就可以很容易地達到超音速,再加上邊條翼的保護,殲-20的巡航能力只會更好。這一設計使得兩個機翼互相配合,各取所需,這就是為什麼殲-20有足夠強的機動能力。

殲20的垂尾採用了全動設計

整體而言,殲20所採用的升力體邊條翼鴨式布局,使該飛機擁有了強大的機動性,這種同樣在其他國家難以實現的布局,能夠獲得國家專利獎勵,已經證明了它有多成功,美國人曾認為鴨翼式布局很糟糕,因此放棄了鴨翼式設計。但中國工程師們做出了「強有力」的回應。

而且,這次殲20獲得了國家專利獎勵,從另一方面來說,也是國家對殲20項目的認可,經過幾十年的摸索,中國在飛機設計領域從零到有,從最初仿製蘇式布局,到突如其來的殲10項目,中國在飛機設計上一直都是獨樹一幟。

如今的殲20也是如此,可以說中國在飛機設計領域已經獨樹一幟,殲10布局的成功,更讓人感到欣慰。為我國未來戰機的設計奠定了良好的基礎。有句話叫「航發只欠好大力,美國本土運石頭」。致敬大國工程師!

相關焦點

  • 殲20升力係數2.0,鴨翼為何蘊含如此黑科技?都怪F22太能吹
    殲20的外形,才是它真正的「黑科技」。鴨翼才是殲真正的黑科技據媒體報導,2020年7月15日,在國家知識產權局舉辦的第21屆中國專利獎評審中,殲20的「升力體邊條翼鴨式布局」外觀設計專利,榮獲中國專利獎外觀設計金獎。對,就是被很多人所詬病的鴨翼和鴨式布局,它獲獎了。
  • 中國殲15多個鴨翼,飛機攻角可以從24度提升到80度
    眼鏡王蛇是蛇中之王,號稱毒蛇中的毒蛇,主要習性是特別愛吃吃毒蛇,而戰鬥機也類似,戰鬥機中的眼鏡蛇大家都知道,這就是俄羅斯的蘇27戰鬥機,這款戰鬥機依靠邊條翼和巨大修長的升力體機身設計,打造了無與倫比的氣動性能優勢,為此俄羅斯專家多次在中國科研院所宣稱:蘇27戰鬥機是最完美的氣動升力體設計,三代機中的佼佼者!
  • 美軍飛行員大戰殲20,承認機動性超過預期,有2方面強於F35
    殲20的AI由美國EpiSci公司研發,能夠儘可能還原殲20的各項性能,尤其是殲20的機動性與可能採用的戰術都被高度還原,美國Red 6公司正在負責將「航空戰術AR系統」整合到軍用飛機上,讓美軍飛行員能夠直接與其他國家新銳戰機進行較量。
  • 殲-20進氣口鼓包太神奇,有時大有時小,原來是「黑科技」!
    殲-20是中國航空工業的最高成就,該機採用的「鴨式邊條翼升力體」氣動布局堪稱一絕,升力係數達到了世界第一,在發動機並不強大的前提下仍然具有非常出色的超音速飛行性能和機動性能。殲-20憑藉後發優勢還在態勢感知、隱身性能和飛彈武器等方面有優勢,成為了全球最為強大的五代機。
  • 被譽為中國版蘇57,曾是沈飛集大成之作,殲14雪鴞為何惜敗殲20?
    由於痴迷於俄羅斯的蘇27技術而不可自拔,殲14的設計充滿了仿製的影子,技術上過於保守,堪稱山寨版的蘇57,由於很多方面都不如成飛的殲20,最終只能慘澹出局。 殲14採用中央升力體布局表面上提高了一些機動性能,實際卻對飛機整體布局造成了難以挽救的影響,其中最大的缺陷就是很難匹配腹部內置彈艙,因此只能通過寬間距發動機、翼下進氣、邊條翼後掠角機翼來預留出一些多餘的空間來安裝內置彈艙
  • 殲20首飛實現八個「1」,當眾打臉美國防長,曾被質疑是轟炸機
    而根據殲-20首席試飛員回憶,殲20的首飛實現了八個「1」,那就是在2011年1月11日下午1點11分起飛,並且當時美國國防部長羅伯特·蓋茨剛下飛機,就收到了殲-20首飛成功的消息,讓羅伯特·蓋茨又氣又惱,有一種被當眾打臉的感覺。
  • 殲20為何可以一枝獨秀?傲視群雄的五代戰機,絕不只是簡單的設計
    殲-20的問世標誌著中國噴氣式戰機也正式邁入五代機時代,而其獨特的升力體邊條鴨式布局也堪稱為世界獨創、首創,甚至一些西方國家都在積極學習。按官方的解釋,這是一種可同時兼顧超音速巡航能力和保證亞音速機動性的設計,以及在平穩飛行時並不會影響其低可偵測性。
  • 中國殲20隱身數據對俄震動有多大:或動搖俄投產蘇57
    蘇-57在2010年1月29日首飛,比成飛殲-20還早一年。當時還稱作T-50,這是蘇霍伊設計局的內部代號,不是俄羅斯空軍的正式型號。2010年2月,還是總理的普金宣稱,蘇-57要在2013年開始交付試訓中心,2015年形成戰鬥力。俄羅斯空軍的原計劃為在2020年至少有60架(一說150架)入役。
  • 突破極限 什麼飛機能做出眼鏡蛇機動?可遠沒有想像中的簡單!
    常規飛機的攻角在10度以內的時候只會對飛機造成一定的影響(比如鎖舵或者降低舵效),但是如果飛機突破飛機的常規攻角一般來講超過30度就會進入失速攻角。在這個角度下,飛機的上翼面的氣流會分離產生分離渦,大幅度的降低上下翼面的壓力差,進而導致失速。
  • 都是升力體設計,為何蘇27獲巨大成功,而蘇57卻慘遭失敗?
    F15從1969年公開後,俄羅斯人就想辦法跟蹤,最簡單直接的思路就是按照F15飛機的外表山寨一個,不過裝俄羅斯國產的設備和發動機,米高揚設計局和蘇霍伊設計局都是如此,經過計算,由於材料設備極度落後,發動機油耗高,重量大,推力小,俄羅斯人的同樣的航電設備是美國的5倍以上重量,俄羅斯版本的F15斯基,即使加上邊條和前緣襟翼增強機動性,性能很可能就是美國上一代F4戰鬥機好一點而已,爬升慢,加速慢
  • 為何與殲20胞弟,沈飛「雪鴞」相似
    和殲20一樣,成飛也在研製我國最先進的戰鬥機,綽號「威龍」。實際上!該公司在競標中正是擊敗了沈飛的「雪鴞」,這才獲得了殲20這一官方授權編號,而非像「殲31」那樣由網友「命名」。 談起「雪鴞(xiao)」,和「威龍」一樣,雪鴞也有鴨翼,但整體上都是三翼面布局。
  • 蘇57戰機露餡了,隱身性能與殲10同檔次,難怪連印度都嫌棄
    目前世界上已經有4款第五代隱身戰機開始量產,分別是F-22、F-35、殲-20和蘇-57,其中對蘇-57戰機的爭議非常大,許多觀點認為蘇-57戰機的隱身性能不達標,只能算四代半戰機。然而蘇-57戰機延續了蘇-27的升力體布局,發動機進氣道採用了直通式設計,導致發動機葉片直接暴露在雷達波面前,為了確保發動機葉片不會產生強烈的雷達信號,蘇-57隻能在進氣道內部按照雷達波遮蔽器,遮蔽器能夠透氣並且遮蔽電磁波,大幅度降低直通式進氣道產生的雷達信號。
  • 殲20定壽模型技術首次曝光!壽命增至1萬小時,高院士榮獲金獎
    至於現階段的殲20戰機,在生產過程中,採用的是多種複合材料,在造型上注重結構疲勞的可靠性,據專業人士估計,殲20的總體使用壽命可達8000小時,已與美國第五代先進戰機相當。 而在此前,好消息傳來,我國榮獲眾多金獎的高鎮同院士首次提出了「定壽模型」這一概念。
  • 殲20戰鬥力不如F16?印度人腦迴路太奇葩
    圖為殲20近日,據媒體報導,印度媒體對殲20提出質疑,聲稱殲20無法挑戰F35,連能否與F16相媲美都是個問題,對此有網友表示:殲20戰鬥力甚至不如F16?作為中國自主設計研發的五代機,殲20於2017年正式服役,具備很高的態勢感知能力和機動性,而且隱身能力也很強,殲20表面塗裝的隱身材料非常先進,而且機身做工十分細緻,表面光滑平整,整體看起來簡潔流暢,它採用單發雙座和全動雙垂尾設計,在研製過程中融入的多項技術都處於世界一流水平,例如讓多國專家大為讚賞的鴨翼升力體氣動布局,這種獨特設計不僅兼顧了亞音速和超音速機動性能
  • 印媒:殲20是不可靠的複製品,印度戰機全是正版進口貨,高下立判!
    殲20 10月10月,據印度《歐亞時報》報導,印度空軍一名發言人表示:「雖然印度還沒有裝備第五代隱身戰機,但並不表示印度空軍無法對付殲20,包括殲20、殲16在內的所有戰機都是其它國家戰機的複製品
  • 美軍20年前準確預測中國四代機?為何見到殲20,卻大吃一驚?
    這是一種常規氣動布局,雙發雙垂尾戰鬥機,帶有典型的邊條翼,有點像是美國的F/A-18「大黃蜂」戰鬥機,想像圖和當時航空工業瀋陽所(601)研發中的一種中型雙發高機動隱形(或者半隱形)戰鬥機——「新93」方案比較接近,航空工業曾經公開過其風洞模型的圖像。
  • 以色列拿出鐵證,徹底推翻殲10抄襲論,與獅式戰機大相逕庭
    (機翼、PW1120發動機、飛控系統整合),獅式戰機大約有40%的研發資金來自美國,美國也擁有獅式戰機的技術版權,並且許多技術是美國自己掌握的,以色列只負責拿到成品進行安裝。這也意味著獅式戰機的許多技術都都被美國把持著,沒有美國的同意,以色列根本無法將獅式戰機的全套技術交給其他國家。