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殲-10飛機幾何數據背後的秘密

(2010-01-27 16:30:46) 下一個
據《成都晚報》報道:記者從成都飛機工業集團有限公司獲悉,為紀念空軍建設60周年,從去年10月起放在該公司大門附近的一架殲-10展示機,已於近日拆裝,用大貨車運至北京小湯山航空博物館展出。在飛機即將運走前,成都飛機工業集團有限公司專門開放了一天作為公開展示日,讓職工、家屬和該飛機合影留念。

據悉,這架殲-10展示機機長16.43米,翼展9.75米,機高5.43米。

如此一來,讓大家猜了許久的殲-10的幾何數據終於公開了。

最早提出殲-10幾何數據的是方方,但方方卻將以色列的獅式的數據移給了殲-10,自然有很大的差距,而這種錯誤一直流傳至今。2002年9月16日,我在《終見雲開霧去時――談談對殲-10的看法》利用比例法,首次提出了殲-10的幾何數據:機長16.8-16.4米(不含空速管),機高5.5米-5.3米,翼展約為8米(上述數據從照片上分析測量而得,可能有一定的差距,但肯定比“獅”的幾何尺寸要大)(詳見[/url])。

2003年2月,我在《漫淡殲-10 》中再次提到殲-10的幾何尺寸:機長17米(含空速管)、16.2(垂尾至機頭部,不含空速)、15.56米(機身長,不含空速管),高5.3米,翼展10.5米,後掠角50-52度(詳見鏈接>>。分析了殲-10的淨重和盤旋性能,由於當時對殲-10的機翼麵積還不能確定,沒有進行更詳細的分析。今天,我們有了殲-10的機翼麵積的數據,便有了進一步詳細分析的基礎。殲-10幾何數據背後的秘密即將大白於天下,那也許會暴出一個令人瞠目結舌的結果來——我在《殲-10還賾卸嗌儼晃?酥?拿孛堋分泄賾詡?10瞬盤性能將超過四代機水平的預測將成為現實。

從這兩個公開信息中我們知道了二個重要信息:一是殲-10的翼展為9.75米,根據實測的機翼後掠角53度,通過這兩個數據可以很方麵地計算出殲-10的機翼麵積為38-40平方米;二是殲-10在試飛最小平飛速度時,實飛達到了接近失速的145公裏/小時。

有了這兩個重要信息,我們就可以根據計算公式來測算殲-10的使用空重、半油重量以及瞬時盤旋性能。

第一個公式是:V表失平飛=√2G÷cy最大ρS

式中,G是飛機重量、cy最大是指最大升力係數、ρ為標準大氣密度、S為機翼麵積、V表失平飛為平飛時的失速表速。

在這個公式中,已知的有V表失平飛(145公裏/小時)、ρ(海平麵為0.125kg·秒2/米4)、S(38-40平方米)和數字2。另有兩個未知數:一是G、二是cy最大,在結果確定的公式中這兩個數據是成正比的,即G越大,cy最大也就越大;G越小,cy最大也就越小。

對於cy最大這個未知數,我們可以根據殲-10的翼形和類似機翼的升力係數進行分析。殲-8B為60度後掠角三角翼,機翼相對厚度4.5%,由於細長三角翼(後掠角超過60度、展弦比小於2.3前沿尖銳或比較尖銳的三角翼稱之為細長三角翼)會產生強烈的脫體渦(類似邊條和鴨翼產生脫體渦的作用)所以其升力係數比較大,加之為改善跨音速性能,殲-8B采用了前緣扭轉技術,可延緩翼麵局部激波的產生和氣流分離,提高臨界M數和抖振邊界,改善起降性能和機動性能,所以殲-8B的最大升力係數在二代機中是獨一無二的,高達1.6,甚至超過一些三代機。

殲-10與殲-8B同為三角翼、也采用了前緣扭轉技術,所不同的是殲-10用鴨翼產生脫體渦,加之殲-10的後掠角比殲-8B小7度,機翼相對厚度也略大些,所以升力係數會更高一點,估計這部分的升力係數為1.7以上。二是殲-10采用了機翼自動前緣襟翼技術,根據顧誦芬編寫的《飛機總體設計》,前緣襟翼對最大升力係數的貢獻為0.3。三是鴨翼產生正升力對最大升力係數的貢獻。由此可知,殲-10的最大升力係數在2.0以上,估計為2.2左右。

cy最大暫時解決了(還需要結合對殲-10的重量數據來判斷) ,公式中的未知數就隻剩下G——飛機試飛時的重量了。另一方麵,根據中國空軍的習慣,我們知道最小平飛速度是指飛機在半油時的飛行速度,所以按公式計算出來的G就是殲-10半油時的重量。

空軍試飛團副團長李存寶曾披露過殲-10空中加油時“機內2900kg的油箱加滿後還可以向三個副油箱加油”,由此可知殲-10的機內油箱為2900kg(雖比F-16的3162kg和幻影2000的3100kg略低,但在這個級別的飛機上還屬正常),所以按上述公式確定殲-10的半油重量後,隻要刪除1450kg的半油和250公斤的飛行員和其他重量就是殲-10的使用空重了。

為留有餘量,將殲-10試飛的最小平飛速度擴大為150公裏/小時,換算成米/秒後為4

1.67米/秒。將已知數據代入公式:

41.67米/秒=√2G/0.125×40×2.2
G=9565kg-1450kg-250kg=7865kg

結果出來了,出乎人們意外的是,殲-10的使用空重僅比幻影2000的7600kg多265kg,這是在殲-10機翼麵積40平方米,最大升力係數2.2的情況下得出的結果,如果殲-10的機翼麵積小於40平方米,或最大升力係數小於2.2,那結果中的使用空重會更小。如果我們對殲-10這個使用空重持懷疑態度,那麽改變這個重量的唯一方法是提高殲-10的最大升力係數(因為機翼麵積已確定最大為40平方米,已不可能再提高了),現在我們將殲-10的最大升力係數調整為2.3,再代入公式:

41.67米/秒=√2G/0.125×40×2.3
G=9999kg-1450kg-250kg=8299kg

還可以將殲-10的最大升力係數調整為2.4做一次測算:

41.67米/秒=√2G/0.125×40×2.4
G=10434kg-1450kg-250kg=8734kg

由此可知,在殲-10最大升力係數為2.2時,其使用空重為7865kg;要使殲-10的使用空重達到8300kg,其最大升力係數則必須提高到2.3;要使殲-10的使用空重達到8734kg,其最大升力係數則必須提升到2.4。這就是在已知殲-10最小平飛速度和機翼麵積的情況,殲-10的使用空重與最大升力係數的關係。究竟結果是多少?看似沒有答案,然而答案就在你的心中,你心中認定的殲-10最大升力係數是多少,相應的使用空重就是多少。由於最大升力係數與使用空重形成正比關係,無論你選擇殲-10的使用空重為多少,或選擇其最大升力係數為多少都不影響其瞬時盤旋性能,因為每個使用空重都有其相對應的最大升力係數。

下麵我們就按殲-10最大升力係數2.2、2.3、2.4和半油作戰重量10205kg(9565kg+8號彈2枚242kg+DS10導彈2枚398kg=10205kg)、10640kg(10000kg+8號彈2枚242kg+DS10導彈2枚398kg=10640kg)、11074kg(10434kg+8號彈2枚242kg+DS10導彈2枚398kg=11074kg)來計算殲-10的瞬時盤旋性能。

計算公式:ny=cy可用÷cy平飛

計算條件:海平麵,M數0.4、0.5、0.6。

第一種情況:最大升力係數2.2,按三角翼的升力特性,0.4、0.5、0.6M數的可用升力係數分別為1.98、1.63、1.41。半油戰鬥重量為10205kg,翼載255kg。

得出0.4、0.5、0.6M數的最大過載分別為9G、11.64G、14.5G。

第二種情況:最大升力係數2.3,按三角翼的升力特性,0.4、0.5、0.6M數的可用升力係數分別為2.07、1.7、1.47。半油戰鬥重量為10640kg,翼載266kg。

得出0.4、0.5、0.6M數的最大過載分別為9G、11.62G、14.5G。

第三種情況:最大升力係數2.4,按三角翼的升力特性,0.4、0.5、0.6M數的可用升力係數分別為2.16、1.78、1.54。半油重量為11074kg,翼載277kg。

得出0.4、0.5、0.6M數的最大過載分別為9G、11.68G、14.56G。

上述結果說明,在最小平飛速度和機翼麵積確定的情況下,無論選擇那種條件,其結果均是一樣的。而最重要的是,在M0.4、0.5、0.6時,殲-10均可以使用最大過載9G,這是相當了不起的成就,不僅是殲-10瞬時盤旋性能優於任何一種三代機和四代機的證明,也是現代戰鬥機常規機動動作的極限了。

我們知道,最大瞬時盤旋角速度通常體現在0.4-0.6M數之間,受機體強度限製,0.6M數的最大瞬時角速度為24.5度/秒,0.5M數的最大瞬時角速度為29.45度/秒,而三、四代機對最大瞬時盤旋角速度的爭奪主要體現0.5-0.4M數,幻影2000就是依靠其最低的翼載荷奪得三代機瞬時角速度的冠軍(0.5M數最大角速度29.45度/秒);而要想突破角速度30度/秒就隻能選0.4M了。在殲-10和獅式之前,還沒有一種飛機在0.4M數能飛出超越29度/秒的角速度,即使被廣為吹捧的F-35也遠遠達不到。

F-35淨重13200公斤(未經證實的消息是12000公斤)、內載油8000公斤、其他重量350公斤、機翼麵積42平方米。最大可用升力係數1.83(未經證實)。為照顧F-35愛好者的情緒,可讓F-35按照殲-10的半油標準和F-35未經證實的淨重、最大可用升力係數進行計算:

12000kg(淨重)+1450kg(殲-10的半油標準)+350kg(其他重)=13800lg,翼載329kg,可用升力係數1.83。計算結果:在0.4M數時F-35的最大瞬時角速度僅為26度/秒,而且這僅僅是隻帶1450kg燃油,隻占總燃油的18%的情況下所能達到的最好情況,實際在2500kg內油或半油情況下的瞬盤性能要差的多。

在0.4M數可用過載為9G是個什麽概念,通過計算,我們可以知道,在海平麵0.4M數9G盤旋時的最大瞬時角速度是36.8度/秒,這基本上是現代作戰飛機常規機動的極限了。至於殲-10能否在0.4M數使用9G的過載,我們還可以用另一個公式進行驗證,即機動時的失速表速,公式:

V表失速機動=√2Gny÷cy最大ρS=√ny·V表失平飛

殲-10試飛接近失速的速度為145公裏/小時,最大使用過載為9G,按V表失機動計算,代入公式:√9G·40.3米/秒=121米/秒。如果殲-10在0.4M數作9G的盤旋,速度低於121米/秒飛機將會失速,而0.4M數的速度是136.44米/秒,所以殲-10在0.4M數使用過載9G是可行的,即使要留出15%的餘量,最大可用過載也可達到8.22G,采用8.22G,殲-10在0.4M數的最大瞬時角速度為33.6度/秒。

難怪雷大校敢於誇口說F-16的水平盤旋能力與殲-10不是一個量級的,現在來看不僅僅是F-16了,包括F-35、幻影2000在內的許多三、四代機的瞬盤能力與殲-10都不是一個量級的。這意味看隻要F-35進入殲-10的視距內,基本上就是再劫難逃了。

殲-10在機動性能方麵唯一的缺點是由於發動機推重比不夠高,加速性能和穩定盤旋性能不如蘇-27,但由於殲-10的氣動外型好、最大升力係數大、翼載小,改進發展的潛力很大,今後隻要換裝推重比更高的發動機,殲-10的缺點很容易得到改善。
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