歼20机体较大的原因是什么?
大块头有大智慧。
目前世界上已经面世的四代机有美国的F22、F35、俄罗斯的苏57和中国的歼20、FC31共5种,其中歼20的体型确实是最大的。
上图的对比非常直观,歼20的个头明显比其他几位大一圈。
歼20机长超过20米,如此巨大的尺寸难怪在首飞后会让美国某些媒体以为这是一款战斗轰炸机。当然,在之后的频频亮相中,歼20所展现出的出色机动性能使得大家终于认识到:这是一款不折不扣的战斗机。
歼20尺寸较大是中国当前航空工业基础与对四代机的独特需求相权衡的必然产物。简单的说,我们需要一款尺寸较大的战斗机来满足特定需求,而且我们的航空工业水平也决定了我们必须要把歼20做的大一些才能够满足需求。
首先,我国对歼20的载荷航程性能有着比较高的要求,为了获得优秀的载荷航程性能,要求歼20必须携带足够的燃油,而四代机隐身要求又必须将燃油和弹仓内置,这就必然要求使用较大的机体来装载足够多的内油。
中国工程院院士、著名飞机设计专家顾诵芬在论述我国四代机的性能指标时,明确要求其作战半径应该覆盖周边大部分国家的首都,经一次空中加油可覆盖日本全岛(见上图红线标注),如果歼20真的达到此项指标,说明其不加油的作战半径超过1500公里,与苏27相当。考虑到苏27的内油情况,歼20的最大内油肯定超过10吨。实际上,歼20是目前中国内油量最大的战术飞机,超过苏35。
歼20对作战半径的苛刻要求应该是吸取了F22的教训。美国在研制F22时将制空性能放在第一位,为了保证机动性能,在机体尺寸、内油量方面做了巨大的妥协,所以造成F22一个臭名昭著的缺点:腿短。据称F22在典型作战环境下的作战半径仅740公里,这在假想中的欧洲战场不成问题,但是在辽阔的西太平洋岛链内作战,将严重依赖前进基地和空中加油机,限制了作战强度。歼20在制定相关指标时充分体现了后发优势,摸着鹰酱的尾巴过河。
2、当前中国航空工业的水平决定了歼20必须要用较大的机体才能实现预期中的性能。虽然我国航空工业在新世纪取得了突飞猛进的发展,但是必须要承认,与美国等航空强国相比,我们在基础材料、电子设备等方面差距还是比较大,为了达到相同或相似的性能,我们的设备必须造的大一点才行。打个不恰当的比方,同样为了计时,美国可以造出手表,中国就得造个挂钟。
就拿我们相对拿手的雷达技术来说,歼20必须使用口径更大的雷达,因此造成机头非常粗壮,而F22的APG-77雷达就显得小巧的多,机头比较纤细。而更明显的例子在珠海航展期间展现的更淋漓尽致。
在去年的珠海航展期间,歼20在飞行中开启弹仓,展示武器挂载能力,但是这次展示却暴露了一个问题:目前歼20的弹药挂载能力不如F22,机腹主弹仓只能挂载4枚PL-15远距空空导弹。
而F22以更小的弹仓可以挂载6枚AIM-120D空空导弹,这背后体现了两国在固体火箭发动机和导弹制导水平的差距。为了获得相似的射程和性能,中国不得不把导弹做的更大,这就连累了歼20也必须做的更大才行。
3、较大的机体尺寸为未来的改进、升级留足了空间,算是未雨绸缪之举。
现代战斗机的寿命越来越长、服役时间也越来越久,在漫长的服役生涯中要不断改进才能永葆青春。歼20作为我国未来几十年的主力战斗机,一定会不断的改进、发展,形成系列化。而战斗机改进的主要方向,就是通过增加机载设备来获得更强的战斗力。歼20巨大的机体为未来的改进留足了空间,其实这也是研发团队在歼20研发支出就定下的思路。
美国海军F/A-18系列的发展就说明了机体尺寸对改进、升级的重要性。美国在“经典大黄蜂”的基础上,通过放大机体尺寸、加装更先进的机载设备和更多的燃油、武器等载荷,发展出了“超级大黄蜂”,作战性能大幅提高。而为了使“超级大黄蜂”在未来的升级更加游刃有余,美国飞机设计师为“超级大黄蜂”预留了0.6立方米的机体空间。
而F-16就是这方面的负面例子。当年设计F-16的“战斗机黑手党”秉持“能量空战”理念,将F-16的机体设计的非常简洁而小巧,没有多余的赘肉。但是在之后的发展中,为了搭载更多的设备和燃油,F-16不得不把自己弄成“鼓包怪兽”,严重影响了飞行性能,变成了专职舔地的攻击机。
在歼20未来的服役生涯中,激光和其它类型的定向能武器有可能发展成熟,如果歼20加装这些对能源功率和容量要求较高的新质武器,毫无疑问需要占用较大的机体空间。在这方面,歼20比F22、F35更有优势。
总之一句话,四代机时代,重型为王!
五代机相比四代机最大的区别是啥?是所有设备,武器必须全部内藏。所以五代机体积和重量天生就比四代机大。无论是F-22,还是Su-57,亦或是J-20,它们的空重都接近20吨。而FC-31和F-35的空重就是13吨级。这是什么概念?F-15C是经典的第四代重型战斗机,然而F-15C的空重还只有13吨。所以说五代机天生就比较大。
当然把飞机做大了也是有代价的:贵。
所以在五代机发展早期,还真的有人想限制战斗机的重量和大小。F-22和F-35都是。
在研发F-22的时候,美国人为了限制其成本,对飞机的重量和大小都做出了严格的限制。然后最后的结果是:F-22的大小是限制住了,但是重量还是膨胀了,并且最后成了小短腿。
YF-22原型机阶段,空重仅有13吨,而到了F-22,空重已经是19.7吨了,起飞重量,成本等等数据都上涨了不少,唯一下跌的就是作战半径。F-35也是一样,本身机内空间就不大够用,还要满足三军通用的要求,结果就是从原型机阶段直到今天小批量服役,F-35也是越长越胖了。这又能怎么办呢?五代机内置这么多东西,为了隐身考虑,散热还得靠内循环(即电子设备的热量直接传导到燃油中),在此基础之上,要满足大内油大航程的要求,还要为未来飞机改进升级留空间,根本就做不小。
当然如果仅仅是从内部结构考虑,五代机也不是不能做小,大不了航程载弹量小一些。而综合气动外形考虑的话,我们知道发动机,弹仓,油箱这些部件中,除了油箱以外,其尺寸都相对固定。从面积率的角度考虑,五代机需要较大的长细比才能超音速巡航,横截面积不变,提高长细比就得把飞机拉长,所以五代机做大一点绝对有好处的,一举多得。
▲如果因为体积大就显得机动性不足,那歼20还能在珠海航展上飞出各种优美的动作吗?(图片来源于:见水印)
作为我国研制第一种隐身战斗机,歼20似乎从其一出生就注定背负着各种赞赏与争议,特别是其巨大的机体经常会被误认为会在实战中导致其过于笨重,机动性不强等,然而事实上真的是如此吗?
▲由于体积较大,歼20的弹舱也可以做大,且能带更多燃油,航程也可以更远(图片来源于:见水印)
首先,我们得明白一个问题,即歼20虽然是五代机里面体型最大的一种,但比起我军装备的苏27、苏30以及自产的歼15和歼16等飞机,其尺寸并没有太大,反而是不及这几型战斗机的,比如歼16的机长据称为21米左右,而歼20根据现在的各种数据,其机长不过也才20出头,但不管是苏27、苏30还是我军装备的各种原装/国产侧卫战机,其机动性都是不错的,因此拿歼20的体积较大就会导致其机动性不足的说法是根本不对的。其次,之所以歼20的体型较F22等五代机显得更大,更多还是因为气动设计上的考虑,加之大体型可以赋予歼20更大的载弹量以及载油量,因此反而是可以给歼20提供不少好处,比如说歼20在即使不带副油箱的情况下,也拥有比F22更长的作战半径,而在载弹量方面,虽然说由于目前霹雳15的体型较大,导致歼20的远距空空导弹的携弹量只有4枚,不过等未来我国空空导弹固体火箭发动机小型化的技术越发成熟后,歼20将携带更多的霹雳15,数量会达到6枚,另外大体型所带来的大弹舱也可以让歼20携带体积更大的对地攻击弹药。
▲歼20巨大的弹舱,使其可以携带多种大型对地攻击弹药,比如大型激光制导炸弹等(图片来源于:见水印)
故而综上所述,歼20的体积较大只是因为设计方面的考虑而已,并不是什么技术不成熟导致的设计问题。
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J-20,代号:威龙,北约命名:Fire Fang,译文:火牙)是中航工业成都飞机工业集团公司研制的一款具备高隐身性、高态势感知、高机动性等能力的隐形第五代战斗机。
目前,J20装备的是俄制AL-31F发动机,虽然这种发动机可靠性比较强,但是还是满足不了四代机的需求,实现超音速巡航,但是J20体型庞大,且机身大量采用复合航空材料从而减轻机身重量,其作战半径是达到了惊人的2000公里,这个范围包括了印度半岛南部,土耳其,俄罗斯的乌拉尔山脉东部,日本海,关岛等未来可能的冲突热点,这种航程在战斗机确实少见,它的航程大致上是F35与F22的2倍,因为F22太追求与隐身性能,同样缩小自己的油箱,减少了作战半径。
中美两国对四代机的作战理念不同,中国领土面积幅员辽阔,基本没有什么海外基地,加油也只能在本土或者空域,所以被迫把机体做大,一是增加了它的载油量,二是可以加装更多的武器。美国F22尤其注重空战,凭借强大的发动机与隐身性能先发制人干掉敌机。
J20因为机头体积大,可以装更大功率的有源相控阵机载雷达(AESA雷达的T/R组件高达2000到2200个之多,发射功率在24千瓦,全球最大),因具备一定的隐身性能,在配合四代机多机编队协同作战时,可有效压制现有三代或三代半战机,甚至预警机。
网上还有一种说法就是DSI进气道要拐弯,因为对于外部气动布局设计来说歼20已经世界数一数二了。但是DSI进气道的气流拐弯技术的确没有美国的F22技术好,这个必须得承认,这是技术层面的技术资本积累问题。短期高强度风洞实验并不能解决所有的问题。所以歼20只能通过加长进气道技能让发动机合理利用空气流动 又能拐个弯不让前方雷达看到发动机轮。
笔者认为J20未来改进版本可能会进一步缩小机身面积,优化机身结构,增加其隐身与超音速巡航能力,增强其空优与对地打击能力,未来的J20让我们拭目以待吧!
这个就真心是技术水平低的问题了。
并没有黑歼-20的意思,每次提到歼-20的不足的时候必须防火防盗防喷子。
歼-20并不是单纯的体积大,而是长宽比高。那么为什么要把长宽比做的这么高呢?主要还是因为发动机不行。
咱们先不说歼-20,先从歼-8说起。W君看到过真实的歼-8,怎么形容呢,有点一眼望不到头的感觉,这架飞机有些太长了!
歼-8 不计算空速管的长度机身长度长达21.38米,然而机身的翼展只有9.34米。
大家都知道的一件事情是歼-8是改进自米格-21的一架双发战斗机,加宽了机身为了增加一个发动机,这样从米格21的7.15米加大到9.34米的翼展尚可理解。那么从米格-21的14.1米的机长加长到21.38米则几乎加长了一半!
这样的一架飞机简直就是一枚飞行的火箭。
从空气动力学上来说,在一定范围内越是狭长的物体在空气中运动则阻力越小。说一个很极端的例子就是弓箭:
弓箭飞行的时候由于空气的气压填充作用尾部的位置低压区很小,这就导致了弓箭在飞行过程中受到的阻力很小。飞机也是一样,越是狭长尾部气压越高则在相同的发动机推动力下能获得的最高速度就越大。
因此在歼-8上面利用狭长的机身配合两台加力推力只有64.7千牛的WP-13B发动机也能达到2.2马赫的速度(高空)。
到了歼-20上面我们其实还遇到到是相同的问题。发动机不给力。
发动机不给力怎么办?最简单的办法就是加长机身。
于是我们的歼-20在所有5代机里面就是最长的了。
又长出了别人一截。因此我们紧急靠WS-10发动机就可以将歼-20推到1.2马赫的超音速巡航速度,换装了WS-15发动机后歼-20立刻可以提高到1.83马赫的巡航速度。
但对于其他相对短小的战斗机来说,歼-20的瞬间机动性就远没有F-22或者F-35灵活了。毕竟长度短,质点集中有利于发挥大G力机动动作。
我们至今没有真正看到过歼-20做过大G力机动其实不仅仅是发动机功率的问题,更多的原因就在于歼-20太长,结构应力太大很难支撑大G力机动。
现在能够期待的就是发动机功率再强一些,让歼-20的下一代战斗机缩短一点精干一点。毕竟并不是什么东西都是越长越好,不要太见大心喜。
1.发动机暂时体积过大,导致机体大。
2.一体化操控技术还达不到先进,保留了一部分手动能力。
3.发动机推力不够,需要保持较大的保油量,等发动机成熟了,体积减小可以使用的内部弹仓更大。
4.为将来改型为战轰机多用途机留有余地。
5.为将来增加设备留有余地。
歼-20"威龙"(北约代号:"火焰獠牙"),我国首款重型第五代隐形空优型战机,由中航成飞研究所以杨伟总师为首的隐形战机研发团队研发设计,中航成飞集团制造生产。拥有战场高态势感知、高隐形性等自反侦测优势,具备超机动、高航程、超音速飞行、超视距打击等能力。
在与多国第五代隐形战机进行对比时,歼20在外形上看有一个显著的特征:机体较大。为了实现超音速巡航,降低波阻的目标,歼-20采用了大长宽比的机体设计,使用了大后掠角、小展弦比、相对厚度较小且面积较小的机翼,配合其独特的升力体边条鸭式布局,很好地兼顾了超亚音速机动性和隐形性能。同时在机体制造材料上采用了较高比例的新型碳纤维复合材料,并且运用3D金属打印技术,达到机体减重目标。以美国F-22"猛禽"为例进行比较:机体长度相对较高,高度、空重、翼展、机翼面积相对较低。
歼20的机体数据:
F-22的机体数据:
歼20之所以在机体设计方面如此煞费苦心,其中一个主要原因
:心脏病。目前歼20装备的主要发动机仍是俄制AL-31F涡扇发动机,虽然这种发动机成熟可靠,但在推重比和最大推力方面无法满足歼20对超音速巡航、超机动性能的需求,同美国F-22装备的F-119涡扇发动机差距较大。据悉,F-119涡扇发动机推重比达到11.7,最大推力达到15.8吨;俄制AL-31F涡扇发动机推重比仅为8.17,最大推力仅为12.3吨。因此为了弥补其所造成的不足之处,在我国新一代大推力涡扇发动机WS-15还没列装之前,歼20唯有通过自身机体气动布局设计、机体减重等方面的优势来抵消涡扇发动机方面的劣势。
歼20较大的机体有利于更多、更好地布置传感器。歼-20配备了EOTS(分布式光电孔径系统)通过后台数据的融合再传输到飞行员的头盔瞄准具中,为飞行员提供一个360度全方位视野。在雷达不开机的前提下,即可获知战场情况,增强了自身的隐身性能。EOTS采用的多个光电传感器分别安装在机身上的特定部位,采用先进信号编码来搜集360度范围内的各种信息。具有导弹预警、飞行导航和红外搜索与跟踪以及战场态势感知的能力。
歼20其大长宽比的机体设计,很好地兼顾了自身最大燃油内置配备和内置武器弹仓设计。歼20所携带的霹雳-15空空导弹长度较高,达到3.7米左右,比美国F-22搭载的AIM-120空空导弹3.65米的弹长略高,因此要求内置弹仓拥有较大直径的容纳空间。据悉歼20弹仓直径为长度4.5~4.7米(包括冗余空间和泄压槽)。歼20较长的机体长度在不压缩油箱容量空间的前提下,保证了内置武器弹仓直径的完整,实现了两者完美兼容的局面。同时,较高的机体长度也保证了歼20内置油箱有很高的容积。在不悬挂副油箱增加雷达反射面积的前提下,即可实现最大燃油配置。因此歼20在确保较高的内置武器载荷前提下,仍能有较大的作战半径。据悉,歼-20的最大作战半径达到2000公里。反观美国F-22,为了追求内置武器载荷,同时为了不增加机体长度保证隐形性能,选择了牺牲部分油箱容量设计,致使F-22的作战半径只有可怜的800公里。因此F-22要进行远距离的跨区域飞行,不得不通过加挂副油箱的方式来增加航程,同时也违背了其机体设计初衷:不增加机体雷达反射面积。 并且,歼20大长宽比的机体设计带有很强的前瞻性,充分考虑到了后续的改进升级工作,机体冗余度高,具有很大的改进升级空间。而且,歼20未来换装我国新一代大推力涡扇发动机WS-15之后,超音速性能和超机动性能还将得到进一步提高,机体有效载荷更大。未来可根据不同作战需求进行相关性能的改进升级。如加装电子战设备,增强电子战能力,改进为电子战机;通过加装新型复合式武器挂架或新型武器吊舱,可携带大量精确制导炸弹、空对地导弹等,改进为战斗轰炸机等,包括加装新型激光武器、携带小型化电子战无人机群等新新型作战模式也是值得期待的。
因此,歼20机体较大的特点,很好地兼顾了眼下的作战需求和未来相关性能的改进升级。同时较大的机体设计赋予了歼20巨大的改进升级潜力,歼20未来的相关性能的进一步提升奠定了坚实的基础。随着我国在航空发动机及航电、攻击系统及武器等相关方面的快速发展,歼20的各项性能指标将会得到逐步完善和提高,有望超越美国F-22"猛禽",成为世界最强第五代战机。
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