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浅谈成六气动隐身和进气道布局关系

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成六的比较清晰的各角度照片已经不少了,现在可以确定进气道是两侧CARET+背部DSI,这种奇怪的组合跟三发布局一样非常罕见,我尝试简单分析一下这样设计的原因。
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IP属地:广西1楼2024-12-28 05:52回复
    首先最基本的一点是六代机必然需要在隐身上比五代机更高一个档次,才能实现对后者的跨代战斗力优势。杨伟在《关于未来战斗机发展的若干讨论》提到美帝对六代机设想中有“超声速无尾布局带来的全向极低隐身”,能满足“突入高烈度对抗的“反介入/区域拒止”环境”,“相比而言,F-22、F-35在这种环境下只能留在防区外”。

    F-22等典型五代机虽然正面RCS能低到-30db(0.001㎡)级别,但侧向RCS却在0.1-1㎡级别,其中垂尾的影响非常明显。以前能实现全向隐身的只有B-2这种无尾亚音速飞翼布局,但它们机动性很差且无法实现超音速飞行。
    F-22和F-35的全向RCS分布,侧面是明显弱点

    B-2的全向RCS分布,侧面都控制的很好

    波音在1996年的MRF-24研究,这是一款正常布局单发隐身机,基本上技术水平相当于F-22(波音是和洛克希德、通用动力联合开发F-22的承包商)。可以看到这款典型五代机侧向和后向的RCS远大于正向RCS。



    IP属地:广西2楼2024-12-28 05:58
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      在波音的研究中,MRF-24取消垂尾后侧向60-120度范围RCS有了显著的下降。而且降低了10%左右的零升阻力。

      洛马则在“创新控制效应”Innovative Control Effectors (ICE)项目中研究了完全按无尾布局优化设计的战斗机气动布局,为空军设计的101系列纯飞翼布局,正向RCS低于-30dBsm,侧向约-25dBsm,后向约-30dBsm.也就是说侧向已经接近F-22的正向隐身的水平。






      IP属地:广西3楼2024-12-28 06:01
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        所以对六代机的比较一致的观点就是必须取消垂尾,大幅降低侧向RCS,实现全向的极低RCS隐身。但实现这点就需要气动设计上满足很苛刻的条件,根据沈飞论文《高隐身超声速无尾布局飞机设计》论文,无尾布局飞机前体侧向投影面积越小(即前体扁平化程度越高),全机航向静安定性收益越大。而前体水平投影面积越小,飞机纵向低头能力越强。


        歼36就是按照这个原则设计的,我们可以看到它的机头非常扁平和尖,整个侧面只有3条连续边缘,尽可能减少了雷达波反射方向,并且连续的长边缘有利于在面对长波段雷达的隐身,这也是六代机相对五代机的一个显著提升之处——宽频带全向隐身。


        IP属地:广西4楼2024-12-28 06:03
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          但这样一来就对进气道布置产生了影响。目前战机的DSI进气道有三种布局,最广泛的是枭龙、歼20、F-35、歼35、FTC-2000G的两侧DSI布局,这种布局的要求是DSI鼓包上下需要没有阻碍的净空,让DSI的鼓包能在各种迎角和侧滑状态下正常工作。DSI没有附面层隔道,依赖鼓包和前掠唇口形成的压力差去排除附面层。

          这是洛马的DSI进气道专利,非常直观的画出了两侧DSI进气道工作原理。不但两侧适合布置,不受阻隔的翼下其实也可以布置DSI。
          两侧进气的DSI首先要求前部的机头不能有锐边,否则边缘在机动带迎角时引发的涡流会影响DSI鼓包工作,论文提到某机DSI进气道在特定速度、负迎角下机头棱边涡流被吸入DSI,导致性能急剧下降。


          边条下方并不适合布置两侧DSI,可以看到F/A-18的边条下进气口周围都是高压区,而且大迎角下边条下表面还对气流有预压缩作用,更是会影响DSI进气道朝上的附面层气流泄放。


          IP属地:广西5楼2024-12-28 06:06
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            洛马的ICE研究里的海军型201系列方案尝试过解决这个问题,它重新改成了前部没有边条的机头,缩短了DSI进气道前的边条,鼓包位置靠近前面的边条前缘,变成了一种肋下进气道。当然这样做是有代价的,机头边缘和边条之间出现了隔断而不是连续直线,影响了侧向的隐身。进气道下表面和机腹不是同一个平面,也会对隐身有不利影响。最后,这种DSI鼓包夹在机身和边条中间钝角区域,它在各种不同迎角、侧滑等复杂姿态下鼓包能否正常建立压力差排放附面层也缺乏验证。最后洛马并未采用这种布局。


            ICE 201的风洞模型,可见前掠的DSI唇口和鼓包,进气口离边条前缘很近,减缓了边条预压缩气流高压的问题。当然这样隐身和边条气动性能就受影响了。


            波音六代机方案类似ICE 201,只不过是把DSI反过来放在机背,也是进气口离边条前缘很近附面层薄。

            波音另一个F/A-XX方案边条在进气道上,也得改成CARET


            IP属地:广西6楼2024-12-28 06:13
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              英日意的GCAP和法德西的FCAS也选择两侧DSI方案,虽然它们号称是六代机,但前机身不够扁平,两侧DSI产生的边缘隔断,机头钝边和保留垂尾对RCS的不利影响,注定了它们只是5.5代的隐身水平。不过也说明在各国看来DSI还是能满足他们对六代机的速度需求的。



              IP属地:广西7楼2024-12-28 06:15
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                回到成六上来,两侧进气道为何采用CARET我们大致可以确定是气动和隐身的限制了。而机背的DSI就和两侧CARET形成了鲜明对比,如果是因为DSI速度不满足需要才在两侧采用CARET,那为什么背部进气道不用CARET保持一致的速度性能?显然在不受边条影响(平飞和中小迎角)的情况下中间发动机用DSI还是可以起到减重减阻和满足背部隐身的要求。至于有些人说中间的发动机是冲压发动机就更离谱了,冲压发动机工作速度起码2马赫,高效率区间要3马赫,大大超过了普通DSI的适应范围。
                的确存在为冲压发动机设计的3马赫级DSI进气道,不过那是导弹的,附面层问题不太严重,而且结构跟战斗机的完全不同。进气道唇口像是骑在一个巨大的鼓包上,而入口宽度只占鼓包一小部分。可以看作气流经过大鼓包减速后进入鼓包上部的小DSI。虽然在3.5马赫的目标速度区间效率较高,但2.2马赫以下的低超音速就不行了。


                然后是“CARET适应速度区间更宽”的说法,不可调固定进气道都没法满足从低亚音速到2马赫以上这么大区间的工作,F-22的固定CARET超音速性能限制摆在那里。

                至于可调CARET,首先毛子苏57的进气道是前部不可动的CARET,按大马赫数设计,然后在后面用进排气门、多级可调斜板打补丁补偿这个CARET的低速区间性能,代价是可调斜板需要接近矩形进气道截面,不但容易发生气流分离,还会在斜板和进气道侧壁夹角产生强烈反射信号,这个连进气道屏蔽器都救不了,因为屏蔽器需要设置在斜板后面避免影响斜板工作。这种简单粗暴且影响隐身的嫁接方法,恐怕中美是看不上的。

                CARET的附面层和附面层隔道的隐身需要有复杂的处理装置,产生一定重量代价,不过对有三台发动机的歼36来说这点重量不算什么了。



                IP属地:广西8楼2024-12-28 06:19
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                  最后是经常被提及的柔性可变形进气道,在不采用可调斜板和放气门这种比较low且影响隐身的手段下,要实现CARET和DSI可调,需要有能耐受成千上万次变形,而且要扛得住超音速速压保持形状,表面隐身涂层不会被变形挤皱或开裂……怎么看都是难度非常大的事

                  要真能实现这个技术那两侧的CARET和背部的DSI肯定可以同时实现宽速度区间适应,成飞没必要留其中一个进气道不可调拖后腿,但这仍有待观察。
                  我的看法是成六和沈六的速度指标是超巡速度要比歼20明显提升,可能会到1.8-2马赫,至于最高速度不是太重要,因为开加力不仅红外信号明显而且严重降低航程,YF-23这么重视超巡的设计,实际上它的不可调进气道也就只能飞到2.2马赫左右。太高的速度会大幅增加成本,速度超过热障的飞机就得不锈钢或全钛合金来造,不是太重就是太贵。
                  RCS和速度对突防效能的影响,第一张涂第一行RCS=0.001㎡,论文写错了。可以看出RCS=0.001㎡且速度达到2马赫时,突防效率就已经超过RCS=0.005㎡在4马赫了。


                  IP属地:广西9楼2024-12-28 06:38
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                    终于有吧内大佬细致讲解了


                    IP属地:福建来自Android客户端10楼2024-12-28 07:11
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                      现在网上的高清图都是AI调整过的,有些细节都扭曲了。其次六代机现在还没有明确的标准吧,总不能无尾翼就是判断六代机标准吧。


                      IP属地:吉林来自Android客户端11楼2024-12-28 07:13
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                        收藏了


                        IP属地:四川来自Android客户端12楼2024-12-28 08:59
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                          身居罗刹国,心系隐身机。楼主情怀是我辈楷模哈。本帖题目较小、探讨则深,资料详实、图文并茂,亦为论文典范。我谨向吧主@不要再问我名字 严重推荐,以飨更多读者。
                          先进战机的出色设计激发了广大吧友的民族自豪感,也激发了资深军迷的无限创作热情,希望大伙们多发帖子、积极参与讨论,这才是新吧应有的气象嘛。


                          IP属地:广东13楼2024-12-28 09:06
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                            就喜欢这种专业分析,以前逛各大军事论坛的时候这种分析很多,现在太少了


                            IP属地:山东来自iPhone客户端14楼2024-12-28 09:21
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                              好贴,顶一个


                              IP属地:四川15楼2024-12-28 09:35
                              回复