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本帖最后由 晨枫 于 2022-6-30 07:29 编辑
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每隔一段时间,歼-20还是歼-35谁更适合上舰这个话题就要重新爆炒一遍。现在003下水了,这个话题自然重新火热。
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歼-20人人知道,歼-35则是“传说中的舰载战斗机”。官方从来没有确认过歼-35这个型号。以前也流传过歼-31的说法,那是从中航的FC-31型号而来的。至今,FC-31是唯一得到确认的型号,但这不是军方型号,是厂商型号。在这里,使用歼-35的说法,有人说这是为了对标美国F-35。确实,歼-35在很多方面与F-35相似,也有说法歼-35就是为了在空战中压倒F-35而设计的。
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- s% Q5 V2 d+ z只要适当改装,什么战斗机都能上舰,所以那些“xx都上舰了,yy为什么不能上舰”的质疑没有意义。但不是什么战斗机都适合上舰。
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上舰的战斗机要求几个特点: _7 d; z* k+ @
1、 特别强调低空低速性能
# q7 I" y( G3 m4 s! D3 x2、 特别强调占地较小
4 q3 @1 J/ a7 O( F( n4 e/ z7 e3、 特别强调独立作战能力和多任务能力
$ x% A7 B% _* _: `" z0 i1 B4、 特别强调可靠性- m# C: J5 N* k- f2 U! p1 A( l) m) R
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特点3和4与气动布局的关系不大,但1和2就关系大了。
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航母是巨舰,但甲板和机库空间依然是有限的,舰上起飞和着舰永远是挑战。由于航空技术的局限,任何垂直-短距起落战斗机都在性能上不可能匹敌同时代的滑跑起落的战斗机,尤其在航程和载弹量上。舰上战斗机出动和回收一次不容易,每出动一次,都要一个顶俩,航程不够用,或者载弹量不够用,根本干不了什么事。歼-15已经解决了中国舰载战斗机的有无问题,现在必须解决的是有用的问题。不仅针对对方的舰载战斗机,还要针对对方的陆基战斗机。
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$ |& M/ W9 h0 d9 }舰上滑跑起飞需要弹射或者滑跃助力,滑跃难以满载起飞,但弹射的力量依然是有限的,需要战斗机具有优良的短滑跑起飞能力,这决定了小后掠角和大面积襟翼的重要性。后掠角较小时,机翼“兜得住”前方气流,有利于在低速时就产生升力,但高速时阻力较大。襟翼是机翼后缘可垂放的气动面,襟翼下垂时,增加机翼弯度,也可看作强迫气流导向后下方,提高升力,代价是阻力也增大,但在低速时代价还可接受。
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美国空军选用YF-16并定型为F-16后,美国国会要求美国海军也选用,以实现规模经济。美国海军坚持只有YF-17才能满足上舰要求,后来成为F-18。在技术上,YF-17的小后掠梯形翼是很大的原因,这确实是站得住脚的。双发是另一个原因。" [2 V o8 o0 A0 B: \
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一台大推和两台中推可能推力相等,发动机的可靠性足够高,双发的可靠性优点现在也不突出了,但两者的推力特性不一样。大推加速、减速都“惯性”较大,中推的“油门反应”灵敏得多。着舰时,推力是精确调整下滑轨迹的主要手段,双发比单发更加有利。美国海军历史上有单发飞机,像A-4,但都是中小推力的,F-35C是第一架单大推战斗机,为此还改变了着舰标准操作,这是另外一个话题了。
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! [! [% p% W4 ^; ~. ` B舰上占地通常用机翼折叠来解决,有时平尾甚至垂尾都可折叠。折叠越多,占地越小,但结构和运作越复杂,可靠性和维修问题越大。折叠机翼的外段刚度较低,折叠机构的受力能力也有限,一般外翼段不适合挂载重型弹药,限制了挂载能力。% M9 H% U4 M. \# Q5 E
& D8 i1 ^/ V: z/ g% S7 ]! O歼-20与歼-35代表了鸭式和常规布局。歼-20是鸭式,歼-35是常规。
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鸭式靠加大机翼迎角提高升力,离舰时姿态高高扬起,这是法国“阵风”
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3 p& Z& s6 T3 ]! H; p常规靠大面积襟翼下垂提高升力,姿态要“平”得多,这是美国F-18F3 Z0 R; h6 T' B9 v, D# F; v
/ k0 n) g9 P- R5 N/ c1 W鸭式布局是无尾三角翼的改良。无尾三角翼的高空高速性能优良,但低空低速性能不佳。鸭翼缓解了无尾三角翼的问题,但不能彻底解决,因为鸭翼是用于配平和飞行姿态控制的,并不产生多少升力,不能根本解决大三角翼的升力特性问题。鸭翼使得飞机抬头也需要相当的速度,在航母上短短的弹射道上达不到这个速度的话,就需要法国“阵风”在离舰瞬间“奋力弹起”那样的歪门邪道了。这需要非常精确可靠地控制弹力释放的时机,释放过早,速度还没有加上去,阻力倒大大增加了,可能飞机浮起再拍下,要出事;释放太晚,则拉升不起来,就直接栽海里去了。
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" x2 H/ s% p" }) c0 M解决这个问题还可以通过加大鸭翼,但整个气动特性全变了,影响太大;也可以加大弹射功率,这也非同小可,不容易做到。
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0 ~, g# \( {) d& S* X) u相比之下,常规布局的襟翼离重心近,大幅度下垂增升时基本不改变飞行姿态,所以在起飞时主要用襟翼增升。飞机的迎角不需要太大,姿态较“平”,阻力较小。不仅操作比较自然,也容易在收起襟翼后迅速加速。/ [, O: ]6 H- Y! R4 |, M
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放宽静稳定性也有点作用。如果升力中心在前,重心在后,飞机就是静不稳定的。任何扰动导致飞机上扬的话,增加的迎角增加升力,导致进一步上扬。这个特性在起飞的时候,可用来产生自然上扬趋势,增加迎角,增加机翼的升力。问题是这也和鸭翼一样,需要一定的速度才起作用。航母上短滑跑起飞,最缺的就是速度。
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4 r1 U9 ?6 a1 \% P- n6 p6 t) W鸭翼可以用于正常配平和俯仰控制,但不可能对冲大角度下垂的襟翼的低头影响,比较两者的面积很容易看到这一点
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这里是很特别的情况:“阵风”在从印度“维克拉马迪亚”号的滑跃甲板上起飞,长滑跑加滑跃的角度使得“阵风”可以用襟翼增升6 ^/ ?1 b, ] R/ `
" O% }/ f1 z" b) I鸭式很难通过增大襟翼来增升。襟翼位置太靠后,大面积襟翼下垂造成过大的低头力矩,非但不帮助起飞,还直接往海里栽。用鸭翼对冲的效果有限,鸭翼面积太小。“阵风”在印度“维克拉马迪亚”号上起飞时,大幅度下垂襟翼,但那有长滑跑的条件,滑跃导致的额外迎角使得“阵风”可以打一个时间差,容许离舰后短暂低头而不影响起飞。1 n3 o3 [* t x; S3 x: d3 ?
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大三角翼翼弦长,翼展小,折叠线太靠外的话,意义不大,太靠内的话,结构和挂载限制的问题太多。“阵风”索性不折叠,甲板上占地稍大。常规布局机翼的折叠就比较容易。; R' T8 O: ]; M' S
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“阵风”和F-18C的最大起飞重量都在24吨上下,“阵风”更占地方 N) s8 i) h; Z6 S: y
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着舰的问题与起飞不同,这是减速的过程,阻力不是问题,用大迎角和高下沉率着舰是鸭式和常规的共同着舰方式。但常规有襟翼帮忙,迎角不需要那么大,姿态“平”很多,观察和操作相对容易。
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. [3 M% F+ t; c# z鸭式着舰时要通过大迎角来减速、增升
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常规有襟翼帮忙,迎角不需要那么大,姿态要“平”很多
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" E% {3 g8 N( o1 M& g0 g; D2 P较平的着舰姿态降低阻力。如果能有效挂上拦阻索,这不重要。但挂钩失败、要复飞的话,重新加速要有利得多。- B$ `0 [2 e! w
8 X. d$ p. n- c, \3 c5 f5 J因此一般认为,常规布局比鸭式更加适合上舰。7 Q* h" O: H# H& N: K% w9 i
' S, [8 W5 _ h4 B这当然不是说鸭式不能上舰,法国“阵风”就上舰了,印度MCA没有鸭翼,都准备上舰了。但法国和印度的情况特别,两家都是没有选择,空军绝对主导战斗机的研制,为上舰有所考虑就是最大的让步了,不可能为上舰另行研制舰载战斗机。* h4 y5 z" w7 E* H0 p. R
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但这不等于歼-35自动比歼-20更加有利,因为在气动上适合上舰只是必要条件,还需要满足3和4,在这些方面,歼-35并不有利。: V9 d4 O' z$ D& Q, V% `& L( f& I
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如前所述,舰载战斗机需要有足够的航程和载弹量才能有用,也最好具有空战和打击兼优的多任务能力,这使得重型战斗机比中型战斗机更加得到海军的青睐。“阵风”和MCA都是中型的,但法国和印度没有选择。F-18E也是中型的,但最大起飞重量比F-16C高差不多50%,比F-15C只低不到1吨,说它是重型战斗机也没有什么不可以。中型的F-35C还比F-15C重1吨。
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中国航母的战场条件很严苛,不能突破第一岛链就没有存在意义了,舰载战斗机能压倒F-35A和F-15C是起码的,还要考虑足够突破增援嘉手纳的F-22的情况,只有重型战斗机才堪重任。这正是中国舰载战斗机“已经过了解决有无的问题的时候,现在要解决的是有用的问题”的意义。
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歼-20的优秀不言而喻,但鸭式布局使其先天具有上舰的劣势,不到万不得已,很难成为首选。但歼-35来自中型的FC-31,先天不利条件更多。
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' b& A: D' `+ D% Q* L" r& u# v经常看到一个说法:-35是为空战优化的,设计基点就是压倒F-35,所以最适合上舰。这是值得质疑的。. d( B- q9 Y9 ]2 \2 i) q- _/ k& r
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F-35的问题很多:阻力大,推重比不足,翼载太高,导致高速性能不好,机动性不好,作为战轰游刃有余,作为空优战斗机就比较捉急了。
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: v _. f5 d. P( s0 y9 y看起来,降低阻力,提高推重比,降低翼载,就能解决F-35的空战性能不足的问题,FC-31也确实是奔那个方向去的,歼-35是进一步优化。问题是:方向正确还不够,还需要步子够大。$ T( r/ J# Q1 r/ G* Q) ]
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F-35的推重比不足问题来自两个:1 f# y# r0 K! u4 s" w# t) M
1、 空重太大" _" A u% g% O+ q: L
2、 发动机推力不足( C3 N$ r- d0 f& U2 R4 g6 I, ]
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F-35的空重其实与STOVL要求关系不大,这是航程、载弹量和机内武器舱带来的。洛克希德代表美国战斗机设计和制造的最高水平,不必迷信,但也绝不能蔑视。歼-35的空重很难大幅度低于F-35,3D打印也改变不了这个现实。3 E# h' X) ]8 P" K+ s# F+ ]
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3D打印(或者说增材制造)适合复杂形状构件的整体成型,制造效率极大提高,但对减重的作用不高于精密铸造。真正的高强度构件需要精密锻造,这是3D打印解决不了的。在总体上,像传说那样的机体结构靠3D打印减重15-20%是不现实的。歼-35的空重没有理由大幅度低于F-35,但这正是一些人鼓吹歼-35压倒F-35的依据之一。
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F-35是单发的,这不仅是STOVL的需要,也因为单发的结构更轻。在最简单化的情况下,单发战斗机的机体截面可对应于正方形,双发则对应于扁矩形。在同样技术水平下,截面积对应于发动机直径,或者说推力。推力相同的话,可简化为机体截面积相同。另一方面,结构重量与机体截面周长相对应。同样面积下,正方形的周长比扁矩形更短,所以双发哪怕推力、推重比相同,在结构上也是增重的。这还没有算入双发之间的中隔结构。双发的机体截面不只是压扁的矩形,实际上是横置的“日”字形,中隔进一步增加结构重量。双发的辅助系统总重量也更大。
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9 I- ?" _ w; O- j发动机固然要看推力,但推重比同样重要,否则额外重量也是算入空重的。F135的推重比达到11,代表世界上最高水平。歼-35采用双发,据说涡扇19在技术水平和推力上达到F414的水平,那就是9一级,不过不乏有人认为已经达到11-12一级,这可能也一厢情愿了。F135并不完美,其核心发动机来自F-22的F119。中国对标F119的涡扇15在“国家一队”的全力攻关下,依然久攻不克,歼-20还在用涡扇10C过渡。“国家二队”甚至“地方队”的涡扇19突然技术水平爆表,而且成熟度已经达到上舰要求,这是不现实的。9 n/ r: g7 q! r8 P% \0 Y
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在结构重量更大、发动机推重比不及的情况下,歼-35单靠减阻是很难达到碾压F-35的空优性能的。事实上,根据有限的外流图片,歼-35和F-35一样短粗,横截面可能更大,阻力很难更低。3 q( F1 e+ T" P4 y3 Z& `/ f
& L5 l% V5 a+ r0 I6 o按照FC-31的数据推断,歼-35的翼载也不比F-35更低。比照F-35C一样,增大翼展和翼面积能降低翼载,代价是空重进一步增加,而且翼根结构要极大加强增重,否则低翼载只是改善起飞、着舰时的低速性能,并不改善空战机动性。F-35C就是这样,翼载比F-35A显著降低,但最大过载反而从9g降低到7.5g。以笨拙著称的F-4“鬼怪”式其实翼载只有380公斤/平方米,与F-15的357公斤/平方米很接近,结构强度是不能拉高g机动的原因之一。
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5 W0 |3 L$ L& O! v. m( F: p歼-20也不是简单改装就可以上舰的,就像歼-15不是歼-11的简单改装一样。歼-15为了改善起飞、着舰性能,特意加装了一对前翼,襟翼面积也增加了。折叠机翼和尾翼,加强的起落架,加装大型尾钩,缩短尾锥,还有其他上舰改进,使得歼-15的气动和结构都与歼-11有显著不同。比如说,尾钩不是看着哪里顺眼焊上去就完了,必须是锚定在足够坚固的机框上,这改变了重量、振动和其他特性。歼-15是货真价实的独立型号,不是“歼-11海”。歼-20要上舰,需要的改进至少一样多,还有鸭式上舰的难题,时间短不了,工作量小不了。
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& z1 t9 J7 e6 y7 m& Y比较理想的情况是以歼-35的气动理念为基础,但在起飞重量上放大到歼-20一级,并采用涡扇15一级的新大推。换句话说,这是与歼-20同级的重型常规布局战斗机,不仅确保压倒F-35,也确保足够硬抗F-22,并具有足够的多任务潜力。这当然需要重新设计,需要时间。
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$ m6 k" [& e0 w% j2 \) {; g不断有人以“20xx年时间点”为理由,强调等不及,有什么先装备什么;歼-35最接近完成,因此就是它了;退而求其次,从歼-20改装。但“20xx年时间点”是个伪命题。8 c8 m+ \. p- |$ g! T0 k& I
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中国不会主动去找美国打一仗,但美国要主动找中国打一仗的话,时间就不是中国能决定的。中国肯定要统一祖国,这个时间倒是完全在掌控之中,台独可以在任何时候发难,但什么时候解决问题由大陆说了算,不是台独发难就必须立刻行动的。此外,还真没有什么急着必须用新舰载战斗机的。
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% p3 T4 a$ J1 n. w+ ~# h新战斗机不可能无限期等下去,钱不是大问题,技术准备是,但不是什么时间点的问题,就像004航母什么时候下水也不是由这些臆造的时间点决定的。
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/ w, `3 s. c' [7 i003下水了。电弹,常规动力,8万吨级。多少年来,003是常规动力还是核动力,8万吨还是10万吨,一直争论不息。现在轮到争论004了。在可预见的将来,003将装备歼-15T。什么时候能换装新一代战斗机?这事真没法猜,但肯定不是时间点的问题。“怎么能让003等飞机?”没办法,该等还得等。9 P$ f, U. C. I# O6 A
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好在航母的使用寿命很长,至少40年,肯定等不了40年的,最大的好处是:战斗力由搭载的战斗机决定,但战斗机的换装倒是相对简单的问题,比舰载导弹或者舰炮换型要简单多了。涡扇15的关闯过后,将歼-35全面放大要不了10年,这方面中国已经驾轻就熟了。
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那歼-35用来干什么?不知道,可能依然是技术验证机吧,还是有很多技术需要验证的。
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至于歼-20和歼-35的上舰问题,还会继续争论下去的。军迷嘛,不抓住个话题争论个地老天荒,还干什么呢? |
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