没有减速板,歼-20是如何实现安全降落的?

随着各国空军对战机的要求越来越高,现代战机无论是在升限、速度、航电、载荷等方面都要尽可能地满足现代化作战需求。除却注重夺取制空权,战机的起降问题也成为重中之重,从二代机开始降落问题就成为一个重要的问题,因为两马赫的速度即便几经降速在降落时还是会面临很大风险。从四代机开始,设计方面就已经注重低空低速性能,而五代机更是将这个问题划成重点。歼-20作为我国第一款五代机,具有优异的机动性和飞行性能。那么,歼-20是如何在高速飞行的情况下实现减速和安全降落的?

没有减速板,歼-20是如何实现安全降落的?

歼-20独特的鸭翼布局,使战机具备良好的起降性能

歼-20鸭翼布局,起降性能较好

歼-20在外形上最大的特点,就是采用了鸭翼布局,采用鸭式布局的战机,前置的鸭翼在向上偏转时与主翼一样产生向上的升力,升力性能好,因此可以获得更低的降落速度。

值得一提的是,我国歼-20的鸭翼布局,基于涡流控制技术,属于升力体机身、鸭翼、边条、机翼、后机身边条、外倾双腹鳍和外倾全动双垂尾多重耦合的一体化鸭式布局。该机鸭翼面积较大,鸭翼低置,鸭翼和主翼为远距耦合,但鸭翼和主翼之间有边条联系,可充分利用复杂多涡系的有益干扰(升力巨大而阻力甚小),极大改善了飞机气动特性。该首创布局的气动特性远优于传统的鸭式布局,历经宋文骢院士团队和杨伟院士团队精心接力和发展,在当世独放异彩。“歼-10之父”宋文骢院士曾经就在其发布的论文中提到,采用鸭翼布局的战机,其最大升力系数要比一般战机高出49%,而像加入了边条设计的歼-20,更是要比常规战机超出60%。可以说,在现役所有机型中,歼-20最大升力系数可以说达到了世界一流水平。

因此,歼-20独特的鸭翼布局,使战机具备良好的起降性能,本身就有利于安全起降。

没有减速板,歼-20是如何实现安全降落的?

歼-20初始型号在试飞时,机背部有一块长方形的减速板

歼-20先进的电传飞控系统

歼-20拥有先进的电传飞控系统,可以操纵数量众多的气动舵面联动,达到虚拟减速板的效果。

众所周知,歼-20初始型号在试飞时,机背部有一块长方形的减速板。减速板顾名思义就是可以让战机降低速度的板块结构。减速板外表面就是飞机流线型的一部分,因此一般情况下无法察觉到这个减速板的存在。在需要减速时才打开,迅速增加战机迎风面的阻力,从而迅速减少战机速度。减速板的存在可以让战机在空中迅速减速,以便进行小半径转弯等机动动作。在降落时战机也会打开减速板,以缩短战机的降落距离。

不过,减速板只是早期飞控系统不完善的产物,随着电传飞控系统的发展,单纯增大迎风面积增阻已经完全不需要单独设置减速板。通过飞控系统对副翼、尾舵等操纵面偏转的自动调控已经可以实现之前独立减速板的效果,独立的减速板自然也就没有了存在的意义。这一点从苏-27到苏-35的升级上已经成功应用。

俄罗斯在苏-35身上取消了苏-27家族祖传的大型机背减速板,其技术基础就是采用了数字飞控系统,由先进的飞控系统操纵襟翼、副翼、方向舵等翼面进行联动,实现减速板的效果。

歼-20是目前世界上气动设计最复杂、气动舵面最多的战机,这赋予了歼-20优越的机动性能,也为在由先进飞控系统操纵下实现虚拟减速板提供了可能。这也是歼-20后续原型机和量产机型取消减速板的重要原因。

没有减速板,歼-20是如何实现安全降落的?

歼-20采用了电传飞控系统和全动式鸭翼设计及全动式外倾垂尾设计,可以在飞机降落时起到虚拟减速板的作用

歼-20采用了先进的电传飞控系统和全动式鸭翼设计及全动式外倾垂尾设计,其除了能大幅提升战机的机动性外,另外一个重要作用就是可以起到减速板的作用。例如,全动式鸭翼设计就可以在战机需要减速时,将其推向垂直机身直线上,利用空气阻力达到减速的目的。但是单靠鸭翼进行全动式减速,又会导致战机出现机体机动。而这又需要主机翼襟翼、垂尾等配合使用,并且保持战机的力矩平衡。在襟翼、垂尾与鸭翼的配合使用之下,达到平衡力矩后,进行战机的减速运动。当然,这一切只有依靠全数字飞控软件的自由编程能力以及飞控计算机强大的处理能力,才能使多个气动舵面组合完成特定的功能,实现有效的减速。

取消减速板后,一方面可以减轻歼-20的空重,节省机体空间,增强其机动能力;另一方面,节省下来的重量和机体空间,可以用来增加机内载油量,加装其他先进的设备等,用以提升歼-20的航程和作战性能等。

歼-20的减速伞

减速伞,是我国战机的基本标配,歼-20战机也延续了这一风格,可以在降落后打开减速伞,降低其着陆速度。

中国歼-20所采用的减速伞辅助降落方法,实际上是考虑到刹车失灵的问题而提出的,使用减速伞辅助战机缓冲处理,可使战机在着陆前,大幅降低着陆速度,这种着陆方式与刹车技术相比,虽然技术力量稍有欠缺,但在性能上却相差不大。

虽然减速伞便宜,且非常好用,但它的缺点也十分明显,每架飞机降落后,都要有地勤人员去捡起减速伞,然后再降落下一架飞机。在飞机数量众多的情况下,这样会大大影响飞机的出勤效率,耽误了更多的时间。而减速伞在捡回后又要重新检查、整理、折叠,然后再装回战机供下次使用,浪费时间。

因而,歼-20也可能采用了类似美国F-22那样的碳刹车技术。诸如美国的F-22等战机,大都采用了刹车制动方式的碳刹车技术,抛弃了减速伞设计。对比以往的金属刹车片,这种新式的刹车技术因材料密度较小,可明显减轻刹车盘的结构质量,比以往至少减轻30%,更有甚者可达到惊人的60%。这对于战机来说可以减轻机重,是十分必要的一种选择。其次因为材料耐磨性优异,使用寿命也非常长,这种特殊材料在1500度的高温条件下其强度反而会有所提升,大大增加了其安全可靠性。据资料显示,这种复合材料只有在2700度以上才会开始熔化,所以无论是军用还是民用的飞机都开始采用碳刹车片来取代传统的金属刹车片。

没有减速板,歼-20是如何实现安全降落的?

减速伞,是我国战机的基本标配,我国歼-20战机也延续了这一风格

在战机刹车制动,尤其是在目前比较流行的碳刹车技术研制方面,我国并不算十分落后。据悉,我国中航工业早从1972年就研制国内碳刹车的材料研究,早在1972年,我国中航工业就已经开始对碳刹车这一新技术新材料进行相关的研究,并且取得了一定的成果。1983年,国内第一代碳/碳复合材料刹车盘被成功研制出来,打破了国外对该技术的垄断,填补了国内相关领域的空白,并且实现了我国机轮刹车材料的更新换代。随后,经过多年的研究,2003年中南大学成功研制了波音757碳复合材料刹车盘,标志着我国碳刹车技术的成熟。

至于我国歼-20为何不像F-22一样,完全摒弃减速伞而使用碳刹车技术,主要是因为歼-20不需要很高强度的出勤率,使用减速伞,可有效降低后勤保障和维护成本;同时,减速伞也可以确保歼-20在刹车失灵后,保证其降落的安全。

结语

总而言之,我国歼-20在降落减速系统方面,已经实现了较大跨越和发展,尤其是新型飞控系统的使用,对于我国战机未来的发展,具有重要意义。

来源:兵工科技

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