超音速飞行时为什么平尾要偏转?

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/29 10:37:36
       读方方的《王者之翼》一文,发现里面关于超音速盘旋能力有一句话,读起来实在是骇人听闻:”特别是任超音速条件下,飞机焦点大幅度后移,机翼升力产生的低头力矩相当人,进行超音 速机动需要更强的配平能力。以超音速性能著称的米格一25,就是由于配平原因而无法进行较大过载的超音速机动——该机超音速平飞时,平尾偏转就已接近极限,能用于超音速机动的余量相当小,所以虽然机体可以承受更人的载荷,但M2时的最大盘旋过载仅有3G。“
   文章似乎还对近距耦合鸭式布局颇多指摘:”要解决配平问题,一是大幅放宽静稳定度,将飞机焦点前移。这样超音速飞行时飞机焦点虽然仍会后移,但距离重心近,产生的低头力矩相对较小。不过,这样一来飞机在亚音速大迎角机动时同样会面临配平问题——这次是配平机翼产生的抬头力矩。被媒体过分渲染的近耦鸭式布局,由于鸭翼距离重心较近,配平能力不足,F-16的总师哈瑞·希尔莱克就曾说过:“鸭翼最好的位置是在别人的飞机上。”广为人知的以色列狮式战斗机就始终未能解决大迎角配平问题。因此,在当年ATF方案论证时虽然出现过不少鸭式布局方案(老航迷们应该还记得80年代采用鸭  式布局的YF-22的想象图),但F-22最终还是选择了具有较强配平能力的正常式布局,纵向静稳定度也放宽至一15%。解决配平的另一个途径是采用推力矢量控制(TVC)技术。采用TVC,其主要优点有:在气动操纵面基础上又增加了一个配平手段,配平能力自然大幅增强;高速飞行时气动操纵面偏转将产生极人阻力,而采用TVC可以起到同样的操纵效果却无需偏转操纵面TVC并不仅仅是偏转推力矢量而产生法向分力,强大的发动机喷流将存后机身形成引射作用,产生新的“升力”增量,同时参与配平。F-22的超音速机动性大幅提高,TVC技术功不可没。

   怎么正确理解这段话的含义,请高手指点迷津,不胜感激!       读方方的《王者之翼》一文,发现里面关于超音速盘旋能力有一句话,读起来实在是骇人听闻:”特别是任超音速条件下,飞机焦点大幅度后移,机翼升力产生的低头力矩相当人,进行超音 速机动需要更强的配平能力。以超音速性能著称的米格一25,就是由于配平原因而无法进行较大过载的超音速机动——该机超音速平飞时,平尾偏转就已接近极限,能用于超音速机动的余量相当小,所以虽然机体可以承受更人的载荷,但M2时的最大盘旋过载仅有3G。“
   文章似乎还对近距耦合鸭式布局颇多指摘:”要解决配平问题,一是大幅放宽静稳定度,将飞机焦点前移。这样超音速飞行时飞机焦点虽然仍会后移,但距离重心近,产生的低头力矩相对较小。不过,这样一来飞机在亚音速大迎角机动时同样会面临配平问题——这次是配平机翼产生的抬头力矩。被媒体过分渲染的近耦鸭式布局,由于鸭翼距离重心较近,配平能力不足,F-16的总师哈瑞·希尔莱克就曾说过:“鸭翼最好的位置是在别人的飞机上。”广为人知的以色列狮式战斗机就始终未能解决大迎角配平问题。因此,在当年ATF方案论证时虽然出现过不少鸭式布局方案(老航迷们应该还记得80年代采用鸭  式布局的YF-22的想象图),但F-22最终还是选择了具有较强配平能力的正常式布局,纵向静稳定度也放宽至一15%。解决配平的另一个途径是采用推力矢量控制(TVC)技术。采用TVC,其主要优点有:在气动操纵面基础上又增加了一个配平手段,配平能力自然大幅增强;高速飞行时气动操纵面偏转将产生极人阻力,而采用TVC可以起到同样的操纵效果却无需偏转操纵面TVC并不仅仅是偏转推力矢量而产生法向分力,强大的发动机喷流将存后机身形成引射作用,产生新的“升力”增量,同时参与配平。F-22的超音速机动性大幅提高,TVC技术功不可没。

   怎么正确理解这段话的含义,请高手指点迷津,不胜感激!
不知道歼-20超音速飞行时,是否也需要大幅偏转鸭翼来配平?这样的话,歼-20的超音速机动能力岂不是堪忧?{:soso_e109:}
超音速飞行时由于激波锥随速度变化,飞行速度越快激波锥越尖锐,所以随着速度的提高,机翼的升力中心(也就是气动焦点)是逐渐后移的,由此导致产生低头力矩,并且随着速度增加,这个低头力矩也变得越来越大,所以需要平尾下偏,产生抬头力矩来配平。——坛子上应该有专业人士吧?出来点评一下我这个解释靠不靠谱吧!
方方说:

超音速机动时,配平是难点;
专注亚音速机动性的飞机,超音速飞行时,剩余配平余量就不多了。

对于鸭翼布局,兼顾亚音速机动性和超音速机动性,比常规布局更加困难。
不知道歼-20超音速飞行时,是否也需要大幅偏转鸭翼来配平?这样的话,歼-20的超音速机动能力岂不是堪忧?{: ...
超音速气动焦点后移,常规力臂变小,鸭翼力臂变大。你说那个有优势。
740159711 发表于 2015-11-9 16:31
超音速气动焦点后移,常规力臂变小,鸭翼力臂变大。你说那个有优势。
力矩是到重心,还是到气动焦点?
力矩是到重心,还是到气动焦点?
气动焦心啊!
襟翼又不是没有俯仰舵效了,你们以为幻影2000是怎么配平的,或者速度更夸张一点的黑鸟怎么配平的?
其实鸭式布局是既可以前配平也可以后配平的,虽然我认为这两个办法都会被发动机矢量配平淘汰
方方现在沉迷撸舰,才不会来嘴炮呢。
超音速条件下,飞机焦点后移,产生低头力矩是对的,但是是否大到平尾偏转就已接近极限不好确定。
另外,教科书里确实有关于鸭翼配平能力弱的说法,主要原因是:一、力臂短,但是对于远距耦合,可能这一条不成立;二、受机翼上洗作用,大迎角失速早于主翼,因此说配平能力不足。不过对于静不稳定机,大迎角后鸭翼要产生低头力矩,也就是下偏,所以这一条也不一定成立。毕竟教科书写的都是经典的东西,也就决定了可能有些跟不上时代。现实中鸭翼到底有何优缺点,我想绝知此事要躬行,我等键盘侠恐怕很难猜到点子上。
至于F-22,很多人说其超巡时要用推力矢量,我始终对此存疑,因为矢量会造成可观的推力损失,而此时舵面效率也很高,所以始终不知其是否需要推力矢量。
qingfengrumu 发表于 2015-11-9 17:02
超音速条件下,飞机焦点后移,产生低头力矩是对的,但是是否大到平尾偏转就已接近极限不好确定。
另外,教 ...
YF-23没有推力矢量也能够超巡,证明TVC配平并非必要条件。F-22超音速配平阻力优化不如YF-23,可能需要一定的辅助吧,但应该不会很多
zc1945 发表于 2015-11-9 16:59
方方现在沉迷撸舰,才不会来嘴炮呢。
有方方ID吗?

百臂巨人 发表于 2015-11-9 16:58
襟翼又不是没有俯仰舵效了,你们以为幻影2000是怎么配平的,或者速度更夸张一点的黑鸟怎么配平的?
其实鸭 ...


黑鸟要求超音速机动性了?
还是幻影2000的超音速机动性可以和F-22相提并论?
百臂巨人 发表于 2015-11-9 16:58
襟翼又不是没有俯仰舵效了,你们以为幻影2000是怎么配平的,或者速度更夸张一点的黑鸟怎么配平的?
其实鸭 ...


黑鸟要求超音速机动性了?
还是幻影2000的超音速机动性可以和F-22相提并论?
重心是支点,主翼的气动焦点会随速度和舵效而有所移动,再加上本身的静不稳定设计,那么就需要另一个配平力矩来保持机身可控,否则飞机就会不断翻滚下去。

f22那么大的静不稳定度是由于大推力发动机保障的,静不稳定越大,配平阻力越大,需要的推力和油耗也就越大。

相对来说,远距耦合鸭翼的配平难度小得多。
其实M2有3G过载不错了吧,毕竟飞不到M2的飞机一大把了。
Kales 发表于 2015-11-9 19:49
其实M2有3G过载不错了吧,毕竟飞不到M2的飞机一大把了。
问题是美帝F-22那个1.5马赫速度下6.5G的超音速机动性实用性太强,秒杀一众潜在对手。

看完看懂方方的《王者之翼》,都会感觉J-20不容乐观。
问题是美帝F-22那个1.5马赫速度下6.5G的超音速机动性实用性太强,秒杀一众潜在对手。

看完看懂方方的 ...
我觉得这个主要靠发动机,横截面小,推力大,工作稳定。这个有保证的话,设计出超音速大机动能力应该难度不是很大。


鸭翼直接作用于机头 高速的时候只需要适度下转鸭翼 就能获得很高的效益 你说哪个更加高效?

鸭翼直接作用于机头 高速的时候只需要适度下转鸭翼 就能获得很高的效益 你说哪个更加高效?
jackloo 发表于 2015-11-9 20:11
我觉得这个主要靠发动机,横截面小,推力大,工作稳定。这个有保证的话,设计出超音速大机动能力应该难度 ...
真的?

现代战斗机有整机推重比达到2的么?
没有。

说明啥?
即便在推力方向上,发动机所能赋予的过载,撑死再高估也就2G。

但现代战斗机高机动动作能够将过载拉到9,还主要受制于飞行员承受能力,说明什么?
机动主要靠发动机还是气动设计,不明摆着么?

实际情况肯定是发动机和气动的综合;
但发动机提供的是能量,飞机改变飞行状态主要靠气动(真空中除非矢推,否则没有机动可言的)。
超音速时恰好是翼面作用大于矢喷,鸭翼作用更明显,这就是为啥J20会设计成那样。个人认为J20最终一定会上矢喷,低速主要靠矢喷,高速靠可动的鸭翼和垂尾,另外鸭翼加矢喷又可以实现很大的可控迎角和
更简单的说,同样发动机水平下,娘娘的超音速机动性将不如J20。
T50前面的襟翼在超音速时作用也很明显,就是死重多了点。
鸭翼的缺点在于能量特性,优点在于指向性和超音速机动性。
银丝的尾垂都成X了,还不能配平前机身带来的升力?在银丝的流体观念中,后方X尾垂已经巧妙的解决了鸭翼带来的升力亦或阻力,你以为银丝的尾垂斜得那么厉害难道是设计师的三观不正造成的吗。。。
ta15201 发表于 2015-11-9 02:17
超音速飞行时由于激波锥随速度变化,飞行速度越快激波锥越尖锐,所以随着速度的提高,机翼的升力中心(也就 ...
应该是随着v增加,鸭翼带来更多的升力,相当于把银丝的平衡重心向后移,此时扁斜扁斜的X垂尾就带来了一定的升力,使后部机身也产生了向上的力,使银丝的重心重新归位,从而避免机头因为前半身升力过大而仰头甚至翻跟头。这样就造成了相对于FA22,银丝的X更扁平一些。
真的?

现代战斗机有整机推重比达到2的么?

你的结论是对的,肯定是动力和气动的综合效果。但我针对超音速6g以上稳盘主要靠发动机的说法也没错。像F22、歼20和台风这样专门优化超音速的战斗机,获得超过6g以上的超音速过载完全没问题,但气动面偏转导致了阻力急剧增大,如果推力足够,那就是稳定过载,如果推力不够,那就是瞬时过载,速度会很快降下来的。

台风的例子也能说明。台风的远距耦合气动布局,让台风在空战推比1.2时就获得了接近F22空战推比1.4的超音速机动能力。

胡杨胖子 发表于 2015-11-10 07:34
更简单的说,同样发动机水平下,娘娘的超音速机动性将不如J20。



"娘娘的超音速机动性将不如J20" ???

歼20配平力矩在四代机中是最短的, 比F-22少了42% 。主要是内置弹仓的要求使重心无法与鸭翼象台风那样拉的太远。故四代机走鸭式布局 乃一大硬伤。



被媒体过分渲染的近耦鸭式布局,由于鸭翼距离重心较近,配平能力不足,F-16的总师哈瑞·希尔莱克就曾说过:“鸭翼最好的位置是在别人的飞机上。”广为人知的以色列狮式战斗机就始终未能解决大迎角配平问题。因此,在当年ATF方案论证时虽然出现过不少鸭式布局方案(老航迷们应该还记得80年代采用鸭式布局的YF-22的想象图),但F-22最终还是选择了具有较强配平能力的正常式布局,纵向静稳定度也放宽至一15%。



(上图) 故超音速时,F-22的平尾并没有偏转

放宽静不稳定在常規布局还有一大好处是:在巡航时平尾产生正升力,成抬式布局,与静不稳定的鸭翼产生负升力正好相反。



(上图 F-35在静不稳定飞巡时,平尾翼上偏产生了正升力)

可见几十年来把鸭式说成抬式布局是很不严肃的,使一大片军迷被误导。真以为美帝丢了鸭翼,是不会捡便宜的傻瓜。

当初 F-16总师“鸭翼的最佳位置是在别人的飞机上”,今天歼-20不幸被言中,“一语成谶”。

成飞也是没有多少选择,按前601所長王南寿的说法歼10 吹风最多,歼-20 上鸭式"顺理成章",具体还是宋总的"小展弦比"三代机理论。

胡杨胖子 发表于 2015-11-10 07:34
更简单的说,同样发动机水平下,娘娘的超音速机动性将不如J20。



"娘娘的超音速机动性将不如J20" ???

歼20配平力矩在四代机中是最短的, 比F-22少了42% 。主要是内置弹仓的要求使重心无法与鸭翼象台风那样拉的太远。故四代机走鸭式布局 乃一大硬伤。

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2015-11-10 08:50 上传



被媒体过分渲染的近耦鸭式布局,由于鸭翼距离重心较近,配平能力不足,F-16的总师哈瑞·希尔莱克就曾说过:“鸭翼最好的位置是在别人的飞机上。”广为人知的以色列狮式战斗机就始终未能解决大迎角配平问题。因此,在当年ATF方案论证时虽然出现过不少鸭式布局方案(老航迷们应该还记得80年代采用鸭式布局的YF-22的想象图),但F-22最终还是选择了具有较强配平能力的正常式布局,纵向静稳定度也放宽至一15%。

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(上图) 故超音速时,F-22的平尾并没有偏转

放宽静不稳定在常規布局还有一大好处是:在巡航时平尾产生正升力,成抬式布局,与静不稳定的鸭翼产生负升力正好相反。

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2015-11-10 08:51 上传



(上图 F-35在静不稳定飞巡时,平尾翼上偏产生了正升力)

可见几十年来把鸭式说成抬式布局是很不严肃的,使一大片军迷被误导。真以为美帝丢了鸭翼,是不会捡便宜的傻瓜。

当初 F-16总师“鸭翼的最佳位置是在别人的飞机上”,今天歼-20不幸被言中,“一语成谶”。

成飞也是没有多少选择,按前601所長王南寿的说法歼10 吹风最多,歼-20 上鸭式"顺理成章",具体还是宋总的"小展弦比"三代机理论。
2015-11-10 08:50 上传

{:soso_e116:}
740159711 发表于 2015-11-9 08:50
气动焦心啊!

一般计算方法是算到重心
T = F * L
百臂巨人 发表于 2015-11-9 16:58
襟翼又不是没有俯仰舵效了,你们以为幻影2000是怎么配平的,或者速度更夸张一点的黑鸟怎么配平的?
其实鸭 ...
矢量配平有啥好的?看起来简单,但其实是以浪费推力为代价

纯粹从配平角度看,鸭翼是最好的,力臂长,而且还是正升力
各位现在明白为什么J-20要设计那么长了吧?

cofg 发表于 2015-11-10 00:43
"娘娘的超音速机动性将不如J20" ???

歼20配平力矩在四代机中是最短的, 比F-22少了42% 。主要是内 ...


1. 22的尾力臂画的有点水,尾翼升心要靠前不少,当然这不重要

2. 稳定和配平能力不只要看力臂,还要看面积比、升力线斜率比例、下洗因素等等,鸭翼往往有先天优势
比如常规布局算起来至少需要St(f)/S*l/c*[a1/a*(1-dε/dα)+a1(ηt-ε0)]这一大串因素,l只是其中一个变量而已
鸭式布局不用考虑下洗(22的布局正好是强下洗),鸭翼升力线斜率一般要比主翼高(常规布局刚好相反),最后算出来俯仰力矩谁更大这个实在是很难说啊

3. 对超音速配平影响最大的其实是静稳余度,亚音速放的越宽超音速就能越轻松。但是例如对于大迎角低头力矩这类限制因素来说,鸭式可以放的更宽。

4. 除了配平以外超音速机动性还要看最大可配平的升力系数。
在超音速的静稳条件下,每增加一点升力系数,尾翼就要增加一个负升力增量;
同时每配平1g过载,平尾也要增加一个负升力增量。
而鸭翼配平静稳的升力系数和过载增量全都是利用正的升力系数增量,虽然鸭翼和尾翼的升力占总体不是特别大,但这一加一减也是不少的。
cofg 发表于 2015-11-10 00:43
"娘娘的超音速机动性将不如J20" ???

歼20配平力矩在四代机中是最短的, 比F-22少了42% 。主要是内 ...


1. 22的尾力臂画的有点水,尾翼升心要靠前不少,当然这不重要

2. 稳定和配平能力不只要看力臂,还要看面积比、升力线斜率比例、下洗因素等等,鸭翼往往有先天优势
比如常规布局算起来至少需要St(f)/S*l/c*[a1/a*(1-dε/dα)+a1(ηt-ε0)]这一大串因素,l只是其中一个变量而已
鸭式布局不用考虑下洗(22的布局正好是强下洗),鸭翼升力线斜率一般要比主翼高(常规布局刚好相反),最后算出来俯仰力矩谁更大这个实在是很难说啊

3. 对超音速配平影响最大的其实是静稳余度,亚音速放的越宽超音速就能越轻松。但是例如对于大迎角低头力矩这类限制因素来说,鸭式可以放的更宽。

4. 除了配平以外超音速机动性还要看最大可配平的升力系数。
在超音速的静稳条件下,每增加一点升力系数,尾翼就要增加一个负升力增量;
同时每配平1g过载,平尾也要增加一个负升力增量。
而鸭翼配平静稳的升力系数和过载增量全都是利用正的升力系数增量,虽然鸭翼和尾翼的升力占总体不是特别大,但这一加一减也是不少的。
starikki 发表于 2015-11-10 09:38
1. 22的尾力臂画的有点水,尾翼升心要靠前不少,当然这不重要

2. 稳定和配平能力不只要看力臂,还要 ...
大神啊,崇拜你!这么说,二零没问题了!

不过还有个问题,二零到底是近距耦合还是远距耦合啊?
starikki 发表于 2015-11-10 09:38
1. 22的尾力臂画的有点水,尾翼升心要靠前不少,当然这不重要

2. 稳定和配平能力不只要看力臂,还要 ...
鸭翼的升力线斜率大于主翼,比较困难吧?
鸭翼的升力线斜率大于主翼,比较困难吧?
为什么困难?
大神啊,崇拜你!这么说,二零没问题了!

不过还有个问题,二零到底是近距耦合还是远距耦合啊 ...
我也不清楚具体定义
我的理解是看交互作用的主要方式
两个机翼之间如果主要因为相对位置构成的外形(尤其是高度上的)直接影响流场,比如类似前缘缝翼的原理啊,双翼机的特性啊这类的,这是近耦。鸭翼离主翼很近或者在主翼正上方为主翼上方的气流加速/增加动能啊之类的

如果鸭翼对主翼的影响主要靠纵向远场的交互,比如翼尖涡等涡流手段为主要影响因素,那就是远距耦合。

只是我的理解

starikki 发表于 2015-11-10 12:11
为什么困难?
鸭翼的展弦比一般并不大,升力线斜率想高过主翼比较困难吧。
2015-11-10 13:37 上传



因为把鸭翼延伸到飞行员脚下的先决条件:布局必须是下单翼才可以让鸭翼与主翼上下之间拥有充够的(区)间隔。而歼20由于内置弹仓的限制,失去了这个条件。除非主翼设在弹仓的下方或者鸭翼装在飞行员的头顶上。所以,只要有了内置弹仓的要求,歼-20的鸭翼就只能够那样,躲在坐仓背后,离重心很近。所以,四代机上鸭翼很玄。

歼-20除了这些硬伤以外,最要命的还是鸭翼影响隐身的问题。

jackloo 发表于 2015-11-9 18:24
重心是支点,主翼的气动焦点会随速度和舵效而有所移动,再加上本身的静不稳定设计,那么就需要另一个配平力 ...

f22那么大的静不稳定度是由于大推力发动机保障的,静不稳定越大,配平阻力越大,需要的推力和油耗也就越大。 ???

静不稳定度与大丶小推力发动机无关,与电传有关。

您看F-22超音速时,平尾几乎不偏传,此时阻力最小,对吧? 又何来“静不稳定越大,配平阻力越大,需要的推力和油耗也就越大” 呢?