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晨枫:南北无人制空战斗机把落后的帽子甩到太平洋对面去
在很长时间里,开裂式副翼作为“必要的代价”而存在,不管是有人机还是无人机,无尾飞翼几乎无一例外,都采用开裂式副翼。在南北六代和无歼之前,无尾飞翼都不超过高亚音速,因为后掠较小、翼展较大,靠近翼尖的开裂式副翼不需要多少开度就能实现较大的控制力矩,但是这又带来一个常见的问题:纵长不足造成飞机俯仰控制力矩的难题。
南北六代和无歼还能称为飞翼吗?这是学术上的牛角尖,不重要,不钻。重要的是,超音速后,后掠角和机体长细比必定较大,纵长和俯仰控制力矩的问题解决了,但翼展较小,偏航力矩的问题出来了。机翼较薄,也不利于采用开裂式副翼。
无人制空战斗机均采用全动翼尖 视频截图
中国另辟蹊径,采用全动翼尖,而且问题解决得很彻底、很完美,一步到位实现“无尾自由”,北六和南北无歼都用上了,南六则采用另一思路的分裂式可升降副翼/垂尾。
全动翼尖不对称偏转时,可以产生强大的翼尖力矩,无疑对控制偏航很有效。问题是,全动翼尖偏转时,会带来不必要的横滚力矩。可巧,正常的副翼就是用于横滚控制的,正好用于补偿。这样,副翼和全动翼尖的反向动作正好相当于开裂式副翼,但在机械上更加有利、有力,还不形成角反射器。
而且类似问题中国在V形全动垂尾上已经走过一遍了。歼-20那样的V形尾的一大问题是偏转时导致“计划外”的横滚,需要副翼动作加以补偿。现在只是把全动垂尾换成全动翼尖,就可以实现南技北用了。然后,全动翼尖又回到“无歼-X”,又北技南用了,充分体现了中国航空科技的“竞争中的一盘棋”特色。
全动翼尖不仅可以用于正常飞行时的偏航控制,还可用于尾旋改出。在强烈尾旋时,飞机的前进速度无足轻重,但急速平转加深飞机的失控,非常危险。
高大的垂尾有防止进入尾旋和帮助改出的作用,开裂式副翼对改出尾旋的作用微不足道,但全动翼尖的改出尾旋的作用十分有利。因为远在翼尖,远离重心,制止平转几乎立竿见影。这就是说,全动翼尖还有兜底作用,在用尖锐、宽大的边条或者等效的机头、机体侧棱的时候,可以大胆利用其涡流增升的作用,又不怕非线性升力和不对称涡流造成失控的危险。波音F-47采用鸭翼,可能有用鸭翼对涡流的控制作用,避免不对称涡流导致尾旋的考虑,说到底,没有掌握中国的独门秘器。
有意思的是,机翼后缘的副翼通常会因为前掠或者后掠带来的效率损失问题。当与飞机前进方向成非垂直角度的副翼在偏转时,空气会与翼面产生与后缘垂直的阻力,这个阻力可分解为平行于前进方向的分力和垂直于前进方向的分力。后掠的副翼产生向内的横向分力,前掠的后缘产生向外的横向分力。
正常副翼是左右两侧机翼对称偏转的,所以横向分力互相抵消,这是无用功,只是无法避免而已。
相比之下,襟翼用于低空低速时产生额外升力,以便及早升空,或者降低着陆速度。低空低速时对阻力特别敏感,推力不能在无用功上浪费,所以机翼内侧的后缘常常减小后掠,甚至基本平直,有助于襟翼效率最大化。增加的翼根弦长也有利于结构受力。
但对于无尾飞机,后掠或者前掠带来的这个横向力就是天赐良机了。所以“无歼-X”的后缘前掠、“无歼-Y”的外翼段后缘后掠都较大,一点不顾忌”常识“里的效率损失和阻力代价。
这样,对于采用兰姆达翼的“无歼-Y”来说,要产生机头向左的偏航力矩,将左侧副翼偏转一定幅度,同时用全动翼尖补偿横滚,偏航力矩得到副翼横向力和不对称阻力的双重加持,可以事半功倍。
采用菱形翼的“无歼-X”也相似,只是副翼横向力的方向相反。至于是全动翼尖补偿后掠(或者前掠)副翼,还是后掠(或者前掠)副翼补偿全动翼尖,这就是眼下热议中“3x8还是8x3”的问题了。只要最后达到控制偏航又不导致“计划外”横滚的目的,怎么解释都可以。
当然,全动翼尖不是捅破一层纸那么简单。这一设计使得,在滚转动作中本来沿整个弦长的受力结构变为由转轴的单点受力。而这对结构刚性、转动的灵敏度、稳定度、机械的可靠性、耐久性都提出了挑战。这一技术与全动垂尾的技术是相通的,全动垂尾的好处全世界都知道,但全动垂尾在全世界也只有歼-20和苏-57使用,能大量生产的只有歼-20,并非没有原因。
然而,解决问题、实现“无尾自由”后,天地就无比宽阔了。
在阅兵中,央视刻意指出这俩无歼是“无人制空作战飞机”。“无人作战飞机”(UCAV)的说法已经有一段时间了,后来也用过“忠诚僚机”、“无人僚机”等说法,但核心都是辅佐有人战斗机的辅助飞机。
美国空军从察打一体的MQ-1“捕食者A”和MQ-9“捕食者B”开始,首先推出喷气化但依然只是察打一体、以察为主的MQ-20“捕食者C”,然后发展到“外载传感器-武器舱”的MQ-67,现在进一步发展到“协同作战飞机”(CCA),眼下正在YFQ-42和YFQ-44之间竞争。但万变不离其宗:这些都是亚音速、中等机动、中等隐身、具有有限作战能力的辅助作战飞机,主要任务是站岗放哨,最多在有人长机进入交战时递刀子。
美国刚首飞的YFQ-42A作战性能仅相当于阅兵中展出的另外两型无人僚机
其实,“忠诚僚机”这个定位本身就说明问题。传统上在机队中,长机由经验丰富的飞行员执飞,带领僚机作战,主要任务是搜索和攻击;僚机由经验不足的新飞行员执飞,在长机的指挥下作战,主要任务是观察和掩护。
在对无人作战飞机信心不足的时候,这样的“长幼有序”是有道理的,但也对无人作战飞机的天花板从定位上就加以限制。事实上,YFQ-42和YFQ-44连“忠诚僚机”都算不上,亚音速、中等机动性的飞行性能意味着它根本跟不上有人机,中等水平的隐身性能也随时会“出卖”隐身有人机的行踪。
“完全版无人僚机”的作用依然不超过站岗放哨、必要的时候递刀子,甚至能在有人长机遇险时起到舍身救主的作用。毫无疑问,这些任务“无歼-X”和“无歼-Y”都能胜任,但这样无疑会大材小用。必须看到,“无歼-X”和“无歼-Y”从来就不是作为可消耗的低成本无人机而存在,也不该当作低成本无人机使用。
“无歼-X”和“无歼-Y”的速度、机动性、隐身都符合六代机的高标准,既可以充当无人僚机,更擅长充当无人尖兵。可以这么说,无歼是深入敌后听风望远摸哨斩首的特种部队,而CCA就只是村头放哨的儿童团,这就是差别。
根据卫星图像推断,“无歼-X”的长度为16.67米,“无歼-Y”为14.63米,作为比照,歼-10C为16.2米。三者翼展也相近。歼-10C的最大起飞重量为19.3吨,正常起飞重量14吨。我们可以粗略认为歼-10C与无歼的起飞重量相似,为了简单起见,假定“无歼-X”和“无歼-Y”的最大起飞重量和正常起飞重量都为20吨和14吨。之所以要做这样的假定是为了确保飞机推重比和基本飞行性能相似,考虑到两种无歼都有尺寸可观的机内武器舱,但不一定有外挂能力,所以相比于最大起飞重量,14吨的正常起飞重量更加重要。
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- 责任编辑: 唐晓甫 
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