(原创)也谈战斗机座舱盖系统和F-35的前开舱盖

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/29 04:51:44


    在战斗机设计中,座舱盖系统是一个相当重要的系统。
    座舱盖系统、弹射救生方式、座舱盖结构,这三个因素是彼此强烈相互影响、相互制约的。因此,在具体的设计中,需要进行精心权衡和折中。
    座舱盖系统的设计核心,就是选择舱盖的开启方式。而进行这个选择,同样需要根据弹射救生方式、座舱盖结构进行权衡。
就三代机和三代机之后而言,相对比较多见的开启方式,是向后旋转开启。相对少见的,是后退旋转开启。此前相对多的还有:后退开启,侧开。更罕见的也有。向前旋转开启的,有。依靠比较特别的铰链机构,让舱盖以非圆周的方式向后旋转开启的,有F-84雷电家族的某些型号和米格1.44。
    向后旋转开启,这种方式之所以用得比较多,是因为它相对比较均衡:结构不算很复杂,开启后进出座舱的通路也还好,需要抛盖的话机构也不会太复杂。但其核心不足是:锁一定是动锁。这意味着:要以某种运动方式,在正常飞行时一定要锁紧,在地面开关和抛盖时一定要快速准确开锁。天生可能在空中意外开锁、从而导致舱盖飞掉。
    后退旋转开启方式,突出的优点是适应大型舱盖:以舱盖的整体运动来实现开锁、上锁,可靠性极高。把话说白了,多几把锁,不会影响可靠性。而且,锁之间不联动,给设计、生产、使用带来很大方便。当然,后铰机构设计就麻烦一些了。
    单纯后退和侧开,主要的缺陷是抛放性能不算很好。侧开的优点和缺点更明显:不拆舱盖就能吊座椅;铰链,要么突出机身外影响隐身,要么深埋在机体内部、机构设计复杂或需要相当结构代价(可参见某期航空知识封面上开启舱盖的阵风,看看口框梁上挖的大缺口)。
    前开,最著名的例子,恐怕是早年的老米格21和今日的F-35了。前者,相关材料已经不少,在此就不细说了。笔者尝试就F-35作一些个人解读。
    以在下看来,35的两个核心设计准则,一是通用性一是隐身。座舱盖系统也不例外。
    先说隐身。按照上述分析,侧开,在隐身方面天生有劣势。
    再说通用性
    就陆基型和舰载型而言,对座舱盖系统设计都没有过于严重的限制,因此,就通用性而言,最主要的就是要先按照最特殊的V/STOL型来设计、再针对另外2个型号进行适应性修改。
    V/STOL型后面有风扇及其舱门。在地面试车时舱门可能需要开启,在起降阶段一定要开启,而且开启后会有大流量空气进入风扇。这意味着,单纯后退完全不合适-和风扇干涉了,能选择的无非是向前还是后旋转开启。
   如果向后开启,首先就无法抛盖-有很大可能被吸入风扇或被改变抛放轨迹。即便选择穿盖救生来回避这个问题,后铰机构的布置也是个大问题-因为风扇及其舱门的存在,空间非常紧张。从通用性的角度考虑,3个型号的后铰机构、作动筒的通用性也很成问题。
    反之,如果向前旋转开启,前铰机构、旋转/直线作动筒都能布置在仪表板之前,有空间。其次,3个型号的前铰机构和作动筒可以几乎通用。(当然,笔者很佩服洛马的舱盖系统工程师,仪表板前面的空间其实也蛮紧张的,而且前铰支臂的设计也不轻松,作动筒的布置更是个细活)。
    所以,综上所述,35选择舱盖向前旋转开启,确实有很多权衡折中的因素在里面。


    在战斗机设计中,座舱盖系统是一个相当重要的系统。
    座舱盖系统、弹射救生方式、座舱盖结构,这三个因素是彼此强烈相互影响、相互制约的。因此,在具体的设计中,需要进行精心权衡和折中。
    座舱盖系统的设计核心,就是选择舱盖的开启方式。而进行这个选择,同样需要根据弹射救生方式、座舱盖结构进行权衡。
就三代机和三代机之后而言,相对比较多见的开启方式,是向后旋转开启。相对少见的,是后退旋转开启。此前相对多的还有:后退开启,侧开。更罕见的也有。向前旋转开启的,有。依靠比较特别的铰链机构,让舱盖以非圆周的方式向后旋转开启的,有F-84雷电家族的某些型号和米格1.44。
    向后旋转开启,这种方式之所以用得比较多,是因为它相对比较均衡:结构不算很复杂,开启后进出座舱的通路也还好,需要抛盖的话机构也不会太复杂。但其核心不足是:锁一定是动锁。这意味着:要以某种运动方式,在正常飞行时一定要锁紧,在地面开关和抛盖时一定要快速准确开锁。天生可能在空中意外开锁、从而导致舱盖飞掉。
    后退旋转开启方式,突出的优点是适应大型舱盖:以舱盖的整体运动来实现开锁、上锁,可靠性极高。把话说白了,多几把锁,不会影响可靠性。而且,锁之间不联动,给设计、生产、使用带来很大方便。当然,后铰机构设计就麻烦一些了。
    单纯后退和侧开,主要的缺陷是抛放性能不算很好。侧开的优点和缺点更明显:不拆舱盖就能吊座椅;铰链,要么突出机身外影响隐身,要么深埋在机体内部、机构设计复杂或需要相当结构代价(可参见某期航空知识封面上开启舱盖的阵风,看看口框梁上挖的大缺口)。
    前开,最著名的例子,恐怕是早年的老米格21和今日的F-35了。前者,相关材料已经不少,在此就不细说了。笔者尝试就F-35作一些个人解读。
    以在下看来,35的两个核心设计准则,一是通用性一是隐身。座舱盖系统也不例外。
    先说隐身。按照上述分析,侧开,在隐身方面天生有劣势。
    再说通用性
    就陆基型和舰载型而言,对座舱盖系统设计都没有过于严重的限制,因此,就通用性而言,最主要的就是要先按照最特殊的V/STOL型来设计、再针对另外2个型号进行适应性修改。
    V/STOL型后面有风扇及其舱门。在地面试车时舱门可能需要开启,在起降阶段一定要开启,而且开启后会有大流量空气进入风扇。这意味着,单纯后退完全不合适-和风扇干涉了,能选择的无非是向前还是后旋转开启。
   如果向后开启,首先就无法抛盖-有很大可能被吸入风扇或被改变抛放轨迹。即便选择穿盖救生来回避这个问题,后铰机构的布置也是个大问题-因为风扇及其舱门的存在,空间非常紧张。从通用性的角度考虑,3个型号的后铰机构、作动筒的通用性也很成问题。
    反之,如果向前旋转开启,前铰机构、旋转/直线作动筒都能布置在仪表板之前,有空间。其次,3个型号的前铰机构和作动筒可以几乎通用。(当然,笔者很佩服洛马的舱盖系统工程师,仪表板前面的空间其实也蛮紧张的,而且前铰支臂的设计也不轻松,作动筒的布置更是个细活)。
    所以,综上所述,35选择舱盖向前旋转开启,确实有很多权衡折中的因素在里面。
因为F35座位后面有升力风扇和油箱,作动机构没有位置了,只能前开。
当年~x35和x32却一个侧开,一个后退
J2001NB 发表于 2012-8-2 00:16
因为F35座位后面有升力风扇和油箱,作动机构没有位置了,只能前开。
作动机构没有位置了。确实
但“只能前开”,不尽然。
如果愿意接受结构和通用性代价,侧开也是可以的,至少对于穿盖弹射来说侧开并非不能接受。
volcano-et 发表于 2012-8-2 00:30
当年~x35和x32却一个侧开,一个后退

    这又涉及另外一些因素了。
    在X阶段,承包商要向空军证明:自己能达到基本的隐身和V/STOL能力。
    在这个前提下,成本自然是越低越好。而这方面,后退和侧开恰恰优势明显。
    后退开启,舱盖直接向后滑动即可可靠开锁、向前滑动到位就一定能可靠上锁。换言之,只要直线电作动筒自身足够结实,上锁的可靠性是毋庸置疑的。至于抛盖性能不好,对于穿盖弹射来说,就不是太大的缺陷了。而且其需要的重量、体积不大。更关键的是:不复杂、便宜。因此很适合X阶段。
    同样,侧开方式,单边是固定铰链,只需要在另外一侧布置活动锁,机构相对简单。而且,如果采取一些措施,甚至能人力开关。如此简化的系统,对X阶段自然是很合适的。
感谢楼主的专业分析~


重复了编辑掉

重复了编辑掉
MIG21F13
前来学习
哪位能够补个图,这个科普文就完美了
blueking2 发表于 2012-8-2 00:38
这又涉及另外一些因素了。
    在X阶段,承包商要向空军证明:自己能达到基本的隐身和V/STOL能力。 ...
我只是突然想起有这个事
没说这么做有什么问题。。你说的我明白
楼主的科普很好啊,如果能加上细节图片再列举一下每种有哪些机型就完美了
首先同意楼主说的肥电的座舱盖是由B型决定的。
但我认为肥电之所以选择穿盖弹射,跟后面的风扇关系不大,而是因为F35B也许会在水平速度为0的情况下弹射,这时如果抛盖,盖子很可能不能像其他飞机那样被迎面的气流吹到后面,反而会砸下来砸伤飞行员,所以选择了穿盖。而座舱盖的旋转动作机构放在前面,就跟座舱后面的风扇有关系了。
走召大 发表于 2012-8-2 19:05
首先同意楼主说的肥电的座舱盖是由B型决定的。
但我认为肥电之所以选择穿盖弹射,跟后面的风扇关系不大,而 ...
穿盖是为了节省掉抛盖的那几秒钟
xtal 发表于 2012-8-2 20:36
穿盖是为了节省掉抛盖的那几秒钟
嗯,一举多得吧
走召大 发表于 2012-8-2 19:05
首先同意楼主说的肥电的座舱盖是由B型决定的。
但我认为肥电之所以选择穿盖弹射,跟后面的风扇关系不大,而 ...
飞行速度为0时座舱盖抛放轨迹.jpg

砸不到飞行员,会砸到机体。采用穿盖的主要原因还是节约时间。
韩五记 发表于 2012-8-2 21:03
砸不到飞行员,会砸到机体。采用穿盖的主要原因还是节约时间。
这是理想状态而已
走召大 发表于 2012-8-2 21:07
这是理想状态而已
QQ截图20120802211613.jpg

韩五记 发表于 2012-8-2 21:14
说过了,理想状态而已,毕竟普通飞机速度为0的情况很少,而F35B这种情况很多,就需要尽量避免,跟普通飞机没有可比性
走召大 发表于 2012-8-2 21:28
说过了,理想状态而已,毕竟普通飞机速度为0的情况很少,而F35B这种情况很多,就需要尽量避免,跟普通飞机 ...
火箭滑车这种所谓的“理想状态”和实际情况有什么本质区别?

难道后向吹来的海风力量能大过抛盖火箭的推力,使舱盖直上直下?
韩五记 发表于 2012-8-2 22:17
火箭滑车这种所谓的“理想状态”和实际情况有什么本质区别?

难道后向吹来的海风力量能大过抛盖火箭的 ...
各种情况都可能有,不过这种速度为0的状况普通飞机很少遇到,所以做一点试验也就够了,但如果是F35B则显然不够。再说,你拿中国J10弹射的试验的结果来套F35?它们的座舱盖形状一样吗?再说一遍,没有可比性的

走召大 发表于 2012-8-2 22:22
各种情况都可能有,不过这种速度为0的状况普通飞机很少遇到,所以做一点试验也就够了,但如果是F35B则显然 ...


好,那就降低要求,按照你的说法:“在水平速度为0的情况下弹射,这时如果抛盖,盖子很可能不能像其他飞机那样被迎面的气流吹到后面,反而会砸下来砸伤飞行员”

请你证明下,在抛盖火箭能提供接近1吨推力、工作时间200ms的前提下,请问在何种情况下,舱盖会砸到飞行员?请你给出外部自然环境、F-35B的飞行姿态参数,以及舱盖的运动轨迹描述。
走召大 发表于 2012-8-2 22:22
各种情况都可能有,不过这种速度为0的状况普通飞机很少遇到,所以做一点试验也就够了,但如果是F35B则显然 ...


好,那就降低要求,按照你的说法:“在水平速度为0的情况下弹射,这时如果抛盖,盖子很可能不能像其他飞机那样被迎面的气流吹到后面,反而会砸下来砸伤飞行员”

请你证明下,在抛盖火箭能提供接近1吨推力、工作时间200ms的前提下,请问在何种情况下,舱盖会砸到飞行员?请你给出外部自然环境、F-35B的飞行姿态参数,以及舱盖的运动轨迹描述。

韩五记 发表于 2012-8-2 22:26
好,那就降低要求,按照你的说法:“在水平速度为0的情况下弹射,这时如果抛盖,盖子很可能不能像其他飞 ...


证据就是F35B为了完全避免这种情况发生所以选择了穿盖,这就是最好的证据。你说不会砸到,才应该拿出证据。
韩五记 发表于 2012-8-2 22:26
好,那就降低要求,按照你的说法:“在水平速度为0的情况下弹射,这时如果抛盖,盖子很可能不能像其他飞 ...


证据就是F35B为了完全避免这种情况发生所以选择了穿盖,这就是最好的证据。你说不会砸到,才应该拿出证据。
走召大 发表于 2012-8-2 22:35
证据就是F35B为了完全避免这种情况发生所以选择了穿盖,这就是最好的证据。你说不会砸到,才应该拿出证 ...
对不起,“F-35B没有选择抛盖弹射” 不能推导出 “0-0弹射舱盖会砸到飞行员”,二者没有严格的逻辑关系,因此这不能作为证据。

我已经在16、18楼给出了两个证据,您可以认为这个证据有误差,但是请您先拿出来哪怕一个有误差的证据也可以,谢谢!
韩五记 发表于 2012-8-2 22:40
对不起,“F-35B没有选择抛盖弹射” 不能推导出 “0-0弹射舱盖会砸到飞行员”,二者没有严格的逻辑关系, ...
速度为0时座舱盖掉下来砸到的可能性要明显大于飞机向前飞时的概率,你可以不理解,我就不勉强你了

走召大 发表于 2012-8-2 22:48
速度为0时座舱盖掉下来砸到的可能性要明显大于飞机向前飞时的概率,你可以不理解,我就不勉强你了


兄弟,不要偷换概念啊,说清楚到底是砸到什么!“砸下来砸伤飞行员”这可是您的原话哦!

现役所有使用动力抛盖弹射的战斗机,不论飞行速度高低,0.5秒内抛盖火箭就会将舱盖向后推离出座舱区域,麻烦您让我“理解”下,是多么神奇的情况使得这个舱盖还会飞回来砸到飞行员,谢谢!
走召大 发表于 2012-8-2 22:48
速度为0时座舱盖掉下来砸到的可能性要明显大于飞机向前飞时的概率,你可以不理解,我就不勉强你了


兄弟,不要偷换概念啊,说清楚到底是砸到什么!“砸下来砸伤飞行员”这可是您的原话哦!

现役所有使用动力抛盖弹射的战斗机,不论飞行速度高低,0.5秒内抛盖火箭就会将舱盖向后推离出座舱区域,麻烦您让我“理解”下,是多么神奇的情况使得这个舱盖还会飞回来砸到飞行员,谢谢!
首先同意楼主说的肥电的座舱盖是由B型决定的。  但我认为肥电之所以选择穿盖弹射,跟后面的风扇关系不大,而 ...
有道理,
韩五记 发表于 2012-8-2 23:05
兄弟,不要偷换概念啊,说清楚到底是砸到什么!“砸下来砸伤飞行员”这可是您的原话哦!

现役所有使 ...
谁偷换概念,速度为0时舱盖掉下来砸到机身的概率大,砸到飞行员的可能当然也就同时变大了,我又没说一定会砸到飞行员。
至于砸到飞行员的情况,可以设想飞机的姿态是头低尾高,水平速度较小,这时如果向后抛盖,座舱盖的实际飞行方向就可能与地面垂直,掉下来砸到飞行员有什么不可能?
走召大 发表于 2012-8-2 23:12
谁偷换概念,速度为0时舱盖掉下来砸到机身的概率大,砸到飞行员的可能当然也就同时变大了,我又没说一定会 ...
高速向上飞行的座舱盖靠重力下落会用多长时间您想过吗?等舱盖落下来飞行员早就弹射走了。麻烦您找个靠谱点的“情况”吧。

请注意左上角计时;0.3秒时舱盖已经弹离;
01.jpg

随后弹射座椅气动
02.jpg

0.6秒前弹射座椅已经离开飞机
03.jpg

您觉得0.3秒够舱盖飞回来么{:soso_e120:}
韩五记 发表于 2012-8-2 23:31
高速向上飞行的座舱盖靠重力下落会用多长时间您想过吗?等舱盖落下来飞行员早就弹射走了。麻烦您找个靠谱 ...
你有用其他飞机来套F35B了,说过没有可比性的。F35B的座舱盖后面有垂直风扇的盖子,如果是头低尾高的姿态,座舱盖向后打到垂直风扇盖,反弹回来的时间可能很少。总之,F35的设计师不愿意让飞行员面临这种风险,而你好像根本不在乎。
个人觉得上述某人的回复近乎耍无赖。。。

走召大 发表于 2012-8-2 23:38
你有用其他飞机来套F35B了,说过没有可比性的。F35B的座舱盖后面有垂直风扇的盖子,如果是头低尾高的姿态 ...


抛盖弹射在低速飞行时会打到机体这是显然的,但绝不会像你所说的“砸下来砸伤飞行员”。抛盖弹射从来都只有舱盖抛出不够快而导致飞行员撞死在舱盖上的案例,却从没有过舱盖掉回来砸伤飞行员的案例。

你去看任何一个弹射的慢镜,看看舱盖和座椅的相对运动快慢,就能直观地感受到这一点,座椅飞离战机的时候,舱盖还在后面慢悠悠的飘着呢。

正如我最开始所说,洛马选择穿盖弹射,是为了节省抛盖的这0.3秒,也是为了减少砸到机体带来次生灾害;但绝不会是因为怕“不能像其他飞机那样被迎面的气流吹到后面,反而会砸下来砸伤飞行员”。使用了抛盖火箭的动力抛盖技术,根本就不存在这个“神奇”的问题。
走召大 发表于 2012-8-2 23:38
你有用其他飞机来套F35B了,说过没有可比性的。F35B的座舱盖后面有垂直风扇的盖子,如果是头低尾高的姿态 ...


抛盖弹射在低速飞行时会打到机体这是显然的,但绝不会像你所说的“砸下来砸伤飞行员”。抛盖弹射从来都只有舱盖抛出不够快而导致飞行员撞死在舱盖上的案例,却从没有过舱盖掉回来砸伤飞行员的案例。

你去看任何一个弹射的慢镜,看看舱盖和座椅的相对运动快慢,就能直观地感受到这一点,座椅飞离战机的时候,舱盖还在后面慢悠悠的飘着呢。

正如我最开始所说,洛马选择穿盖弹射,是为了节省抛盖的这0.3秒,也是为了减少砸到机体带来次生灾害;但绝不会是因为怕“不能像其他飞机那样被迎面的气流吹到后面,反而会砸下来砸伤飞行员”。使用了抛盖火箭的动力抛盖技术,根本就不存在这个“神奇”的问题。
韩五记 发表于 2012-8-3 00:00
抛盖弹射在低速飞行时会打到机体这是显然的,但绝不会像你所说的“砸下来砸伤飞行员”。抛盖弹射从来都 ...
说过很多遍了,F35B跟普通飞机没有可比性,你用其他飞机的座舱盖来套毫无疑义。本来就是被彻底规避的问题,你还要扯这么多没用的,你才是真的“神奇”。
韩五记 发表于 2012-8-3 00:00
抛盖弹射在低速飞行时会打到机体这是显然的,但绝不会像你所说的“砸下来砸伤飞行员”。抛盖弹射从来都 ...
用你29L的图加工了一下
232850nch9kneyfcy4dn46.jpg
假设这就是F35B的机身,可见在0.307秒时后抛的座舱盖已经打倒了后面开启的垂直风扇的盖子,这时座舱盖打开的角度超过120度。
而在0.417秒座椅弹射出来时,如果座舱盖以同样的角速度被开启的垂直风扇盖子反弹回来,只需要走30-40度的行程就能达到座椅,而这个时间可能只需要0.1-0.15秒。
2329013jq1rzd1rx8863qx.jpg

9秒,舱盖弹出;14秒,舱盖落回地面。

还是那句话,错而能改善莫大焉,死不认错丢人到家。
韩五记 发表于 2012-8-3 00:00
抛盖弹射在低速飞行时会打到机体这是显然的,但绝不会像你所说的“砸下来砸伤飞行员”。抛盖弹射从来都 ...
当然34楼这个分析比较粗糙,座舱盖反弹回来的速度可能会慢一些,但即使是打到飞行员的脚也很可能是致命的。座舱盖打到风扇盖后也许会破碎,但破碎的碎片的速度可能更快,对飞行员的威胁不见得比整块舱盖小。
韩五记 发表于 2012-8-3 00:56
呵呵,F-35B就因为一个垂直降落,就和“普通飞机没有可比性”了,弹射救生领域那么多常识性的东西对F-3 ...

你把再多普通飞机的实验拿出来也没用,这种东西网上很多,根本不值钱。
韩五记 发表于 2012-8-3 00:56
呵呵,F-35B就因为一个垂直降落,就和“普通飞机没有可比性”了,弹射救生领域那么多常识性的东西对F-3 ...
而且我很纳闷,你用无关的东西去证明一个根本不存在的结果,还很乐在其中,你就像你自己说的那样“神奇”。
走召大 发表于 2012-8-3 01:00
而且我很纳闷,你用无关的东西去证明一个根本不存在的结果,还很乐在其中,你就像你自己说的那样“神奇” ...
那还不是因为您提出了一个“根本不存在的”情况,还提出了“F-35B跟普通飞机没有可比性”等神奇的理论,呵呵

我在16楼就说,“砸不到飞行员,会砸到机体”,现在您也终于也不得不先让舱盖砸一下机体了啊,我还等着您证明舱盖能够直接落回来砸中飞行员呢。

这个问题就到此为止吧。顺便祝贺您2500帖,呵呵。
韩五记 发表于 2012-8-3 01:10
那还不是因为您提出了一个“根本不存在的”情况,还提出了“F-35B跟普通飞机没有可比性”等神奇的理论,呵 ...
又没有可能砸到飞行员,34楼已经画了,你不会装看不见吧。唉,理论再神奇,也比不上人神奇,我开眼界了。