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从歼-10漫谈战斗机结构的一些小知识

发布时间:2014-03-30  原作者:候知健   点击数:

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一:减重的问题

  由于缺乏地面和水面的直接支撑,重力对于航空航天器的影响程度之大,是其它交通载具,比如汽车、火车、轮船所完全无法相比的。相应的,重量控制也就必然成为飞机设计中的极端核心问题之一。

机翼产生升力的原理

机翼产生升力的原理

  飞机要克服重力在天空中飞行,需要通过机翼上下表面不同流动速度的空气产生压力差形成向上的升力,而这个过程中会伴随产生各种形式的阻力。重量越大,飞机需要产生的升力也就越多——这必然引起阻力的大幅度增加。另一方面,发动机推力克服飞机飞行阻力以后的剩余推力变得越来越小,而飞机的质量却增加了;参照牛顿第二定律F=MA就可以知道,这必然导致飞机加速、爬升能力的降低。

  基于这种双重负面影响,对于任何一架飞机的设计来说,从最初的基本布局类型、大致尺寸选择,直到后期的详细设计以至于定型后的各种改进过程中;如何在保证功能和性能不缩水的情况下尽可能的减小重量,始终是飞机设计单位时刻关注的问题。

歼-10B结构上减轻了一定的重量,但1吨?呵呵

歼-10B结构上减轻了一定的重量,但1吨?呵呵

  在刨掉发动机和各种机载设备以后,飞机本身的结构其实并不重。从二代机到三代机的发展过程中,飞机结构重量占飞机空机重量的比例从33-37%下降到了30-32%(注1)。从二代机中结构最笨重的型号到三代机中结构最轻巧的型号,差距也仅有7%。至于最近网络盛传歼-10B通过更换复合材料,结构减重达到1吨以上的消息,这仅仅是个谣言。

  对于歼-10这样空重在8.6-8.7吨的三代机来说,其中机体结构重量只占2.8吨左右。即使是减重1吨,也意味着结构重量至少减轻1/3以上,结构重量系数下降8%以上,不到24%;哪怕是F22的结构重量系数也达到了27.8%(注2)。这种继承主要结构的三代机改型对四代机形成结构上的压倒性超越,在工程技术领域是没有任何可能性的,只不过是政治宣传罢了。

[注1、2,《先进战斗机结构选材与制造工艺需求分析》 北京航空工程技术中心]

  即使是空重达到十几吨的重型战术飞机,要在改进型号中进行数百公斤级别的减重也是几乎不可能的,除非原始设计中留下了很大的减重余地。比如飞机的振动特性一直处理不好,不得不添加了很多的配重块进行调整。但这类减重余裕在本质上就是无效的死重,是飞机设计过程中所必须极力避免的情况。

  在重量进一步减轻的同时,三代机的结构性能也是二代机所完全无法相比的。这在我国歼-10的发展过程中体现的极为明显;最主要的三个特征就是更高的允许速压、更苛刻的载荷谱、更长的实际使用寿命。

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