從模型看四代機的航炮配置

2021-02-08 方方的航空小築

        近日網上流傳幾張新的殲20模型照片,據說比較準確地表現了殲20的航炮位置。關於殲20的航炮,網上爭論由來已久,基本上從殲20露面開始就有了:一是有沒有必要裝航炮,二是裝在哪。趁著模型照片這個事兒,也來琢磨一下這兩個問題。


    首先驗證一下模型所示航炮位置的可行性,因為航炮需要佔用機內空間,並且留出炮彈通道,並不是在模型表面刻線就行的。
    圖中的航炮和彈鼓是模仿M61航炮在F16上的配置,只是用來驗證空間衝突的,與真實情況無關。


    通過這個驗證模型,可以了解到:
    1)由於機體表面上部曲線平緩,如果要採用內埋式安裝,又要保持航炮軸線與機體縱軸平行,可能會導致機體上表面出現較長的彈道槽。這對於隱身是極其不利的。由此也可以理解為什麼F22航炮採用傾斜安裝方式。另一方面,航炮總體上是個錐形結構,炮尾體積稍大,傾斜安裝也可以避免炮尾突出於機體表面形成鼓包。事實上這個3D模型的航炮軸線也是帶傾角的。


    這裡特別提一下,通過增大機體表面曲率來獲得額外的航炮安裝空間和較短的彈道槽,對於高速飛機來說不可取。因為這樣可能在機體表面形成新的激波,從而導致超音速阻力的增大。對於殲20、F22這類尤其注重超音速性能的飛機來說,那就是捨本逐末了。
    2)在不得已的情況下,航炮結構會部分突出於機身表面,形成鼓包——典型的就是F35A。什麼不得已呢?個人判斷是內部空間不夠了。F35機身相對較小,航炮結構可能會與進氣道衝突,所以為了照顧進氣道不得不將航炮突出出來。
    3)航炮的安裝位置。本來航炮位置主要受重心、內部空間布置的影響,但對於採用炮口蓋板的隱身飛機來說,又多了一個因素——蓋板本身的氣動擾動對航炮精度的影響。也就是開蓋板瞬間,氣流作用在蓋板上產生的氣動力,造成飛機姿態擾動——個人推測,F35A的航炮精度問題主要來源於此。為了減小擾動,蓋板本身要小,而且位置要儘可能靠近重心——所以F22為啥航炮位置那麼靠後?應該與此有關。


    4)蘇57的航炮蓋板。
    蘇57的航炮蓋板與前面幾個都不同,比較特別,所以專門提一下。該機航炮蓋板採用旋轉結構,既可以有效遮擋炮口空腔結構,又可以避免前述開蓋板的氣動擾動問題,就這點來說是很不錯的。但該機炮口暴露在外,因此防焰板結構也同時暴露在外。在《從殲20看鴨式飛機的隱身處理》一文中曾經提到,表面行波的問題:由於防焰板與機身其它部位蒙皮材質不同,導電率不同,因此當行波運動到防焰板邊界時就會產生回波,從而形成額外的反射源。而F22這一類的炮口蓋板,則完全把炮口遮擋起來,蓋板內側採用防焰板材質,外側仍與機身蒙皮相同,在RCS控制方面表現更好一些。  
    最後,關於殲20航炮的必要性。

    殲20裝航炮幹什麼?這是一個必須要回答的問題。相信不會有人拿殲20這種四代機去掃射地面目標,所以不存在航炮舔地的用途。那就只剩下一個,格鬥。對於初始狀態的殲20,公開說法都是亞音速機動性與三代機持平,四代機暫時就不指望了。在這種情況下,還指望殲20與外部的三/四代機進行航炮格鬥並戰而勝之?實戰中或許存在各種意外,導致殲20耗光PL10後與敵進入近戰,那麼航炮能起到多大的作用?有好過沒有?是的,但也僅此而已了。所以,對初始狀態的殲20,個人的看法是,在只付出微小代價的前提下,裝上航炮亦無不可。
    但是,對於完整版的殲20,又有所不同。對於殲20這種號稱最大升力係數第一的飛機,亞音速機動性僅與三代機持平,這個問題始終令人困惑。這個之前也提過,個人懷疑是配平能力限制了升力性能的發揮。所以,如果採用了TVC提供額外配平能力,殲20的亞音速機動性就有可能脫胎換骨,在這種情況下裝航炮,那就是另一種局面了。就此而言,也許我們可以期待,航炮版的殲20,就是TVC版的殲20.
   



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