同济大学72岁退休女教授“不刷题的吴姥姥”在一档纪念顾诵芬原始的节目中表示,歼-20的最高速度可达2.8马赫。2.8马赫速度究竟多快呢?每秒可以达到952米,而F35的速度也才850.75 米每秒,歼20这速度直接可以遛着F35完了。
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歼20最大速度可能不止2.8马赫
那这可不可能是真的呢?央视《军人一分钟》节目曾经明确说过,歼20战斗机在一分钟可以战斗巡航52公里。
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音速不是一个固定的值,在干燥空气中,音速的经验公式是:音速 u=331.3+(0.606c)m/s (c=摄氏气温,常温下c=15℃), 此时音速为 u=331.3+(0.606×15)= 340.4m/s,这就是为什么都说音速是 340m/s (1224km/h)的缘故。
国际标准大气ISA规定:在对流层中(0~11000m),海平面的气温为 15℃,气压 101325Pa; 海拔每升高1000m,气温下降 6.5℃,这样就可以推算不同高度的音速了,在11000~20000m的高空(属平流层, 气温基本没有变化,所以又叫”同温层”), 温度下降到 -57℃(15-11×6.5= -56.5℃),这里的音速是 u= 331.3+[0.606x(-57)]= 296.7m/s (约1068km/h)
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52公里每分钟,折合时速则是3120公里每小时,这个显然是在高空中的最大速度,作为比较,米格25的最大时速是3000公里每小时,折合高空音速是2.83M,歼20比它还要再高一些,达到2.94马赫。也就是说如果按照央视节目披露的数据来看,歼20的速度可能远不止2.8马赫。
中国歼20速度和其气动布局有关
为什么歼20可以达到如此恐怖的速度,这和它的气动布局有很重要的关系。在中国歼10之父宋文骢论文《一种小展弦比高升力飞机的气动布局研究》中。
宋文骢提到升力体边条翼鸭式布局的研制 , 解决了三个技 术关键 : 一是鸭翼和中等后掠角 、中等展弦比机翼 之间的气动耦合问题 ; 二是鸭翼、机翼前边条和机升力体边条翼鸭式布局的研制 , 解决了三个技 术关键 : 一是鸭翼和中等后掠角 、中等展弦比机翼 之间的气动耦合问题 ; 二是鸭翼、机翼前边条和机。
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F22作为此前唯一一个气动上达到跨代标准的五代机,是歼20设计的重要参考和目标——杨伟和宋文骢甚至写了本书叫《美国第四代战斗机F22猛禽》,他们建立了F22的模型,进行计算机流体力学仿真,结果是边条涡流和外倾双垂尾的矛盾依然存在。
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在研究中发现,边条翼双垂尾布局方案,在大迎角飞行条件下其垂尾会经历比较严重的抖振;同时,垂尾的存在会明显降低最大升力,伴随产生不利的抬头力矩。
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所以中国并没有和F22一样采用常规气动布局,而是独创了升力体边条翼鸭式布局,采用了小展弦比机翼的升力体边条翼鸭式布局 , 使超声速阻力特性、低速最大升力特性和亚跨声速升阻特性的矛盾得到了统一,解决了F22没有能够解决的问题。
中国歼20和F22的区别
我们从歼20的升力系数就可以看到,在理论状态下,歼20达到2.9马赫其实是可以实现的,歼20再次引入升力体进一步增升,最终使得歼20的升力系数达到了惊人的地步——估计最大升力系数达到2.0-2.2左右,而F22的升力系数只有1.5。
事实上,在顾诵芬院士的文集《我国战斗机战略研究》一文中,对我国五代机的基本性能要求进行了评估,顾诵芬是我国高空高速歼击机的主要技术负责人之一,他先后参与主持了歼教1、初教6、歼8和歼8Ⅱ等机型的设计研发,并担任歼8和歼8Ⅱ的总设计师,被称为“歼8之父”。此文数据也被视为我国五代机招标标准。
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在此文数据中,对最大升力系数要求大于2.0,比四代机(五代划分法,在顾老的书籍里还沿用了以前的丝带儿划分法)高30%。也就是说,歼20的升力系数最低都是在2.0。
我们还可以看歼20的展弦比,展弦比是一个空气动力学上的专用名词,早期的展弦比值得是宽高比,因为当时的飞机机翼是一个长方形,以翼展和翼弦长的比例,因此被称为展弦比。展弦比大的比较适合低速飞行,展弦比大的飞行器低速性能很好,但其速度比较难提高。而小展弦比的飞行器高速性能非常好,问题是低速性能不好。
而歼20正是采用了小展弦比,而升力体边条翼鸭式布局的最大亮点就在此,歼20气动布局拥有世界上最顶尖的低速最大升力系数,赋予了歼20高达33度以上的失速迎角和无与伦比的瞬盘转向能力。也就是说歼20克服了传统小展弦比的飞行器高速性能非常好而低速性能不好的难题。
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可以说,歼20独创的气动布局,让歼20将拥有比F22和F35更强的超音速性能。按照其飞行速度,歼20即使隐身性能不如F35,利用更快的飞行速度和更强大的机动性,更好地完成任务。
这就是F22和F35采用的常规布局和鸭翼布局的显著区别——鸭翼机的超音速配平能力更强
F22为了超音速配平和超音速机动性时有足够的力矩,平尾比发动机位置还后了近两米,但即使如此,由于气动布局原因平尾依旧会产生较大的配平阻力——然而F22有矢量推力机构参与配平,可以牺牲一点推力来减小气动配平阻力,增强超音速机动性——但是,增大阻力和减小推力总要选一样。
总结
聊到这里,我们也可以看到,吴姥姥的言论正是出自纪念顾诵芬院士的节目
当然,有些网友的疑问在于,如果歼20没有进行突破热障设计,是如何实现这么高的速度的,还有就是采用的是涡轮风扇发动机,极速如何能达到这么高。这可能就涉及到核心机密了,各位网友自己去猜吧。
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