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从歼-10的经验教训推测歼-20的抗过载设计

发布时间:2015-01-17  原作者:候知健   点击数:

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原载冷狗(候知健)的博客

导语

  在歼-10上我国实现了战斗机9G持续过载达到15秒的三代主流水平。但最新型战斗机的抗过载要求并不止于此,西方国家现在甚至已经实现了超过10G过载持续45秒的研究水平。那么歼-20将会如何发展抗过载能力呢?

一.歼-10的设计教训


歼-10的抗过载设计并不完美(摄影:威猛)

  这个世界上从不存在设计完美的飞机,从项目总体论证到具体详细设计,一型飞机总要留下各式各样的缺陷,一些缺陷可以改进、弥补,另一些涉及面太广、改动成本太高的缺陷就只能付诸感叹,歼-10设计也是如此。

  由于我国长期匮乏高过载飞行经验,设计方意图和用户意见常常冲突;在歼-10相关部分的论证设计过程中,就因此出现了明显的不协调和自相矛盾。从好的方面来说,歼-10项目从一开始对抗过载设计便非常重视,新歼项目还在向相关研究所下达预研通知时就强调了高过载座舱的设计技术,并在国内首次将加压呼吸功能作为飞行员抗过载措施的重要组成部分。这两项技术都是三代机能够进行持续性高过载飞行的关键所在。

  从不够协调的方面来说,三代鸭式布局战斗机,是从飞行原理上最适合、总体性能设计中也最强调高敏捷飞行的。但歼-10在座舱抗过载设计上未能突破传统中置驾驶杆座舱的设计限制,导致性能和三代机中的F-16、阵风等型号存在一定差距;在以最短时间达到极限过载,过载增加速率特别大的高敏捷飞行条件下,这种差距甚至会被放大到超过1G以上。而对于那些自身基础抗荷能力好、对于抗荷措施改善效果更加敏感的高素质飞行员来说,这种差距还会表现的更大。


肺萎缩症状

  从自相矛盾的方面来说,歼-10在早期配套抗荷服的选择方向上犯了严重的路线错误。侧管式抗荷服对于飞行员腿部、胸腹的加压过程非常死板,压力大小不会随着飞行员的呼吸协调变化;这使飞行员在进行加压呼吸时胸腹部肌肉特别费力,一般只能维持几分钟到十几分钟就会严重疲劳。


老式的KH5抗荷代偿两用裤

  实际上侧管式抗荷服不仅限制了飞行员的抗载荷能力,而且还直接导致了2004~2005年前后,歼-10部队一度频繁出现飞行员肺萎缩的病例:很多歼-10飞行员出于对呼吸疲劳的难以忍受和畏惧情绪,常常不愿执行在过载飞行中进行加压呼吸的相关规定。然而加压呼吸强制向飞行员肺部中灌入带有额外压力的大流量气体,正是预防肺萎缩的最有效措施之一。

  大过载下飞行员的肺脏由于高倍重力作用往下坠,腹腔内的器官又被抗荷服压住往上涌,肺叶本身就受到双重压迫。一旦飞行员吸入肺部内气体(高含氧量或是纯氧)中的氧气被肺泡吸收完,肺叶缺乏气体的支撑就会被压扁而无法自行恢复到舒张状态。西方也曾在上世纪6、70年代时大量出现这类问题,但随后就从装备改进和制度管理上进行了有效克服,到80年代以后已极少见诸报道。从整体历史上看,这也算是我军弥补训练欠账所必须交出的学费。


加压呼吸能有效预防高过载飞行带来的肺萎缩

  即使是现在的歼-10早已完成换装新型环控系统和囊式抗荷服等改进,实现了堪称三代主流水平的9G过载持续15秒的能力,但是和最新一代战斗机的要求却仍然有着很大的差距。这种差距主要体现在三个方面:现有的抗荷服覆盖体表面积相对较小;没有抗荷背心提供胸部外的对抗压力,使加压呼吸的强度仍然处于一个较低的水平;整个抗荷系统的反应速度不够快,不能满足应对过载变化非常快的高敏捷飞行要求。

  在战斗机抗过载性能的前沿研究中,西方国家现在已经实现了超过10G过载持续45秒的成绩。然而就像西方也很难直接将这种高水平成果直接移植到现有三代机上一样,歼-10由于座舱、环控等源于飞机平台的限制,未来的抗过载能力提升将较为有限。

  但是歼-20则完全不同,作为全新设计的战斗机,它在新技术的应用上没有各种基于历史原因形成的限制。虽然在自研三代机的飞行员个人防护装备上,我国产品性能一度落后西方20~30年,在舒适性、重量、维护性等方面差距还要更大;但这其中有很大程度是来源于理论水平和观念认识上的欠缺,这在今天早已得到了很大的弥补。

  可以相信的是,歼-20在过载设计上将会是我国有史以来理念最为先进、和西方前沿科研领域水平相差最小的一款型号,决定其性能的主要限制基本上只会来自于技术能力层面。事实上我们完全可以通过现有的三四代战斗机型号,来推测歼-20抗过载发展的一些基本脉络。

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