推力矢量技术对F-22飞行性能的贡献(修改稿载于2007.02 ...

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F-22在60度以下的大迎角飞行姿态时处于完全可控状态,俯仰姿态和迎角控制可以精确到0.5度,大迎角姿态下的侧滑角和滚转控制都非常稳定,不会在大迎角飞行中产生明显的机翼下沉或摆动状态。F-22的大迎角滚转状态是由飞行控制系统根据迎角数值的变化自动调整的,F-22在迎角20度到40度之间进行滚转时的航向姿态比较稳定,当迎角超过40度后进行倾斜滚转将会形成极其有利于调整机头指向的航向变化。使用推力矢量的F-22战斗机在20度迎角时的滚转速率比空气动力控制提高了一倍,即使在迎角超过40度时还可以提供20~30度/秒的稳定转弯角速度,而这些飞行性能的获得在没有推力矢量技术的时候是完全不可想象的。

推力矢量系统还可以明显改善F-22战斗机的超音速机动性能,F-22在飞行速度M1.5时的转弯性能和响应速度与F-16的飞行速度在M0.8时基本相当,而且F-22战斗机在飞行高度11500米,空速M1.2条件下具有很强的稳定盘旋能力和单位剩余功率,可以进行三代战斗机完全无法完成的超音速持续转弯和俯仰机动。F-22是世界上第一种真正将气动控制与推力矢量有机结合到一起的作战飞机,由此也使F-22战斗机在获得了前所未有的高机动性的同时也具有高安全性和高可靠性,F-22在机动飞行时与目前第三代战斗机由飞行控制系统通过限制飞机的飞行姿态来控制飞行边界不同,气动控制与推力矢量的结合使F-22机动边界只受到飞机结构强度的限制,确保F-22能够在发挥全部飞行性能的同时进行真正意义上的无顾虑操纵。加装了推力矢量后的苏-37/30MK在机动性和敏捷性上确实有明显的提高,但是这些飞机在高机动飞行表演中所展示的飞行性能实战程度并不高,而且只有非常有经验的高级飞行员才能够飞出这些特殊的动作。F-22的飞行表演虽然在机动动作上可能没有苏-37/30MK那样花样繁多,但是任何一个合格的F-22战斗机驾驶员都可以完成“眼镜蛇”这样的高级机动动作,而且在进行类似的大迎角过失速机动动作的过程中还可以做到全程可控,可以说F-22在过失速机动飞行中的动作要比苏-37/30MK的类似动作有更强的实用性。

目前俄罗斯和欧洲国家都开发了多种采用推力矢量技术的先进航空发动机, 苏-27和米格-29的改进型中也有多种采用了带有推力矢量的发动机,但是作为推力矢量设计技术最先进,应用水平最为完善的美国却并没有在第三代战斗机上改装推力矢量发动机。美国所开发的实用型推力矢量发动机首先装备到F-22战斗机上并不是偶然的,而是美国空军和航空设计单位通过对飞机和发动机的综合验证所得到的科学结论。第三代的战斗机作为强调机动性能的先进机型,在设计时都是以气动控制作为飞机获得高机动飞行性能的基础,而推力矢量技术在对飞机的控制上与气动控制存在比较大的差别,简单的为一种采用气动控制作为设计基础的战斗机加装推力矢量的价值非常有限,所能够得到的性能改善也无法真正达到将推力矢量与气动控制完美结合的要求。美国NASA在利用F-16和F/A-18改装了推力矢量技术验证机的同时,仍然与德国共同开发全新的X-31高机动技术验证机,就是因为在现有常规飞机上改装推力矢量发动机的效果并不完善。

安装推力矢量发动机确实可以明显提高战斗机的机动性能,甚至可以完成很多常规战斗机所无法完成的高机动飞行动作,其中很多机动动作还具有改变现有空战战术的潜力,但是将推力矢量技术用来改装现役作战飞机的效果却并不明显。出现这样问题的原因主要是因为国外目前使用的第三代战斗机都是在上世纪七十年代开始发展的,那个时候推力矢量技术还处于进行技术验证的初级阶段。美国和俄罗斯在开发第三代高机动性战斗机时,都是完全依靠气动控制的方式来满足飞机对机动性能的要求。F-16、F/A-18和SU-27这类战斗机的气动设计水平非常高,但是当美国在F-15、F-16和F/A-18上改装了推力矢量技术验证机之后,通过试验却发现第三代战斗机并不能够很有效的利用推力矢量的效果,更无法达到F-22通过推力矢量辅助翼面起到的减阻减重的效果。

第三代战斗机的发动机在加装推力矢量系统之后需要增加一定的结构重量,在飞机本身的重心位置已经基本确定的情况下,改装推力矢量所增加的重量对飞机的重量分配会造成较大的影响,无论是通过调整飞机结构重量分配的方法还是在机身上增加配重,增重对于现役飞机的改装都是一个比较麻烦的问题。现役第三代战斗机的气动布局已经确定,传统的气动控制与推力矢量控制之间存在有一定的矛盾,满足气动控制需要的气动设计有的时候反到会影响到推力矢量的效率。第三代战斗机的机载导弹武器都才以外挂的形式,而外挂物的气动干扰会对过失速机动稳定性造成影响,目前俄罗斯采用推力矢量技术的几种机型在做过失速机动动作时都无法携带标准的外挂载荷,而战斗机又不可能只携带符合过失速机动飞行要求的外挂条件。

目前的技术条件下使战斗机具备过失速机动飞行能力并没有什么不可克服的技术困难,但是目前战斗机所采用的机载武器却并不具备在过失速条件下使用的能力,美国和俄罗斯在目前都没有能够在过失速条件下有效使用的导弹武器。美国空军对战斗机过失速机动作战的模拟结果中,确定目前能够在过失速机动过程中有效使用的机载武器只有航炮,当还没有空空导弹能够在过失速机动过程中使用的情况下,战斗机的过失速机动动作最大的作用只是占位而不是攻击。常规气动设计的第三代战斗机采用推力矢量进行过失速机动时,虽然飞机有能力完成大迎角条件下的过失速飞行,但是常规气动布局的设计会对推力矢量的效率形成限制。根据带有推力矢量的SU-30MK在飞行表演中所进行的过失速机动动作来看,SU-30MK进入机动的速度和姿态限制都比F-22和X-31要大,而且在动作转换过程中还存在姿态调整的过程,有时候还需要依靠推力矢量喷管的偏转来抵消翼面产生的部分消极干扰,在机动动作控制的精确性和响应速度上与F-22存在比较大的差距。F-22采用推力矢量是因为考虑到与同样具备低信号特征的战斗机发生格斗空战的需要,而设计时就将推力矢量与气动控制综合考虑的F-22,在完成机动动作时的姿态调整和恢复速度是现役战斗机改装推力矢量所完全无法比较的。

第三代战斗机在现代战争中的战术使用方法同样限制了推力矢量技术的应用,目前第三代战斗机的战术发展方向是依靠先进的雷达和机载导弹进行超视距空战,而现役格斗导弹的机动性也明显超过了战斗机的机动性。依靠推力矢量所获得的高机动性和过失速机动能力在中距空战中的意义不大,而改进格斗导弹的机动性所获得的战斗力提高幅度又要远远的超过飞机机动性提高的效果。美国和欧洲目前的观点是尽可能加强战斗机的视距外空战能力,通过指挥控制和信息情报上的优势在中距空战中就决出胜负,尽可能避免卷入战斗机之间的格斗空战。格斗导弹的发展趋势则是加强离轴发射和全向攻击能力,在格斗空战无法避免时利用导弹的性能优势来消灭对手。俄罗斯采用推力矢量技术的SU-30MKI并不具备足以配合其作战的飞行控制和武器系统,如果不能满足在过失速机动过程中完成攻击的基本要求,SU-30MKI在格斗空战中并不会有比西方战斗机更强的战斗力。

现代化战斗机是一个由多方面因素综合作用所构成的整体,每一代战斗机的出现除了代表着在航空技术上所获得的发展之外,更加重要的是对战斗机的战术应用认识上的提高。战斗机在设计之初所确定的技术指标和使用方式决定了飞机的整体设计特点。战斗机的现代化改进虽然在技术上可以得到一定的发展和完善,但是由使用方式决定的固有设计特点却无法依靠技术改进来进行调整,第二代战斗机无论进行任何形式的改进也无法达到第三代战斗机的标准,以第三代战斗机的设计也根本不可能具备发展成第四代战斗机的基础条件。

F-22的生产型目前已经进入美国空军作战部队服役,第四代战斗机已经由潜在的威胁变成了实实在在的技术压力。根据目前所采用的常规空战机动动作为依据进行分析,F-22的常规机动飞行性能要比苏-27S高的多,在敏捷性和大迎角飞行性能上的优势则更加明显,苏-27S甚至苏-37/30MK在与F-22进行常规格斗空战时都将处于全面的劣势。现代化战斗机如果在整体技术上形成了代的差距,就极其可能由技术落后的一方承受完全被动的单方面打击。第三代战斗机在基础设计思想和技术特点上与四代机存在明显的差距,企图让三代战斗机依靠技术改进来达到与四代机正面对抗的能力是完全不可能实现的。F-22这种战斗机也许在某些方面还存在有一定的不足和缺憾,但是至少在另外一种满足第四代战斗机整体技术要求的高性能战斗机服役之前,F-22面对目前所能够遇到的对手仍然可以说是无敌的。先进战斗机只有使用同类的先进战斗机才可以进行对抗,认为在目前的第三代战斗机上经过改进升级就可以用来对抗第四代战斗机,无论是从技术上还是战术上都是个危险的错误。
鱼霸的大作,先顶后看的说...
好东西,收藏在手机里慢慢看:)
……美国的推力矢量技术和应用水平确实要远比俄罗斯高的多。
如果看F-35海军型还可以这么说,看F-22就看不出来了,只看到了两个快板.
F-22A的平尾单位面积重量这么怎么大呀:o
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……文章写来就是给大家看,给大家评价的。
这个, 不得不以3代对抗4代时, 机动性上的差距是否可以用数量上的优势来弥补, 探测上的差距用地面与预警机雷达来弥补?
原帖由 汉军 于 2007-2-20 22:52 发表
这个, 不得不以3代对抗4代时, 机动性上的差距是否可以用数量上的优势来弥补, 探测上的差距用地面与预警机雷达来弥补?


……我们与对手之间会存在数量上的优势吗?
原帖由 lizyu 于 2007-2-20 22:54 发表


……我们与对手之间会存在数量上的优势吗?


这是另外一个问题, 俺试着回答一下: 从成本上看, 如果造机竞赛从现在开始, 我们可以取得数量上的优势. 但是鉴于他们有庞大的三代机遗产还要我们去对付, 以及我们自己的发展规划, 就不好说了.

俺是问, 用多架3代机, 是否可以在格斗中压倒一架4代机?
原帖由 汉军 于 2007-2-20 23:21 发表


这是另外一个问题, 俺试着回答一下: 从成本上看, 如果造机竞赛从现在开始, 我们可以取得数量上的优势. 但是鉴于他们有庞大的三代机遗产还要我们去对付, 以及我们自己的发展规划, 就不好说了.

俺是问, 用 ...


……可能性不高,而且需要一定的运气成分。
原帖由 汉军 于 2007-2-20 22:52 发表
这个, 不得不以3代对抗4代时, 机动性上的差距是否可以用数量上的优势来弥补, 探测上的差距用地面与预警机雷达来弥补?

我们的三代机和准三代机目前最多是花旗国的5分之一.未来可预见的10年内能达到3:1或者2:1就很不错了.四代机10年内都是XXX:0.这就是数量态势.
原帖由 PRINCEBUSTER 于 2007-2-20 20:12 发表
如果看F-35海军型还可以这么说,看F-22就看不出来了,只看到了两个快板.

但是这两个快板也能提供2轴了,更何况还有寿命,隐身和阻力方面的优势

俄罗斯的东西在寿命和可靠方面还差的老远的

F35海军型好象也不带TVC的把?
你看到了美国老的优势而毛子的优势在你眼里都是劣势??
俄罗斯的寿命受制其材料和设计的影响,确实不佳.但可靠性有问题么??AL-31不可靠么??

F-35海军型不带TVC,美国推力矢量减分.
原帖由 lizyu 于 2007-2-20 22:54 发表


……我们与对手之间会存在数量上的优势吗?

既然性能不如,数量又不如,那我们投降吧.
原帖由 PRINCEBUSTER 于 2007-2-21 00:21 发表
你看到了美国老的优势而毛子的优势在你眼里都是劣势??
俄罗斯的寿命受制其材料和设计的影响,确实不佳.但可靠性有问题么??AL-31不可靠么??

F-35海军型不带TVC,美国推力矢量减分.

俺指矢量喷口
之前不是说印度的寿命只有200小时吗?
PS:苏联不解体的话,毛子确实可以和老米搞搞,不过现在几乎荒废了10年(钱啊!)
毛子的连接处本来就硬着头皮做出来的.但不能否定轴对称喷管的优势.如果这个东西解决的好,还有必要花大力气设计气动和矢量推力的整和么?还有这个问题始终是要解决的.少走一步,以后也得补回来.美国急忙搞出来,就是吃定毛子在短期解决不出来隐身和反隐身,所以才敢这么做,否则F-22还得重新研究很多问题.
原帖由 840206 于 2007-2-20 23:50 发表

我们的三代机和准三代机目前最多是花旗国的5分之一.未来可预见的10年内能达到3:1或者2:1就很不错了.四代机10年内都是XXX:0.这就是数量态势.


你说的对. 但比较总量没有太大意义, 因为人家的利益在全球. 你能想象他们把所有的战机都部署到咱们周边吗? 真到了那种情势, 离核战也不远了, 敢陪他玩的咱们的邻居不知有没有.

俺喜欢这样的讨论, 大家心平气和, 就事论事. 呵呵.
而且毛子做了笔合算买卖,让阿三去出危险,然后他们研究,解决.还从阿三那收维护升级费用,把所有风险都转到A三那了.
原帖由 PRINCEBUSTER 于 2007-2-21 00:41 发表
而且毛子做了笔合算买卖,让阿三去出危险,然后他们研究,解决.还从阿三那收维护升级费用,把所有风险都转到A三那了.

那是,完美的钓鱼工程啊:D
对了,鱼大大,你以前说的气动推力矢量老米能在10年内搞出来不,还是只是遥远的梦想?
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原帖由 lizyu 于 2007-2-20 23:44 发表


……可能性不高,而且需要一定的运气成分。


这样啊... 俺人为单就格斗来讲, 1:2就基本势均力敌了, 1:3时1的一方基本死定了.
原帖由 bmp8384 于 2007-2-21 00:27 发表

既然性能不如,数量又不如,那我们投降吧.


……我只是在陈述起码的事实,难道靠喊喊口号和神功护体这些问题就不存在了?!难道只要有愿望中国第四代战斗机就解决了?中国第三代战斗机的规模就可以和美国比较了?!
原帖由 bmp8384 于 2007-2-21 00:27 发表

既然性能不如,数量又不如,那我们投降吧.

我说刘德华比你帅,你就说刘德华要抢你老婆……

逻辑没问题吧?
哈哈!楼上幽默!
假设真的打起来,数量确实会少一些啊。看看2战美国佬的飞机产量是怎么增长的:L :Q :Q
我们的四代机,要快点立项啊,不能再耽搁了,刻不容缓啊。
强贴留名,这里请教一下鱼大大,全向的TVC对于只在俯仰方向的TVC是不是有着明显的优势,在气动控制方面,还是只有一定的优势。
文章太长了,顶一个先,慢慢看,不过MS在3代机数量上,TG也不占优势:(
别怕,tg如果一项一项与mg比,很都都有差距,不过不意味着不能较量一番
离子鱼 我想问问苏霍依不是在Su27上面做过对比实验么?现在的苏霍依选择现在的矢量喷口难道不是实验的结果么?F22那种是比较简单,但是好像只有四个方向吧。苏霍依我没研究过,不知道是不是任意方向。但是可以肯定的是F22的那种比较可靠,寿命应该也高多了。另外还有,根据X31后期实验来看,用了矢量喷口的飞机是不是都应该把垂尾都去掉,没啥用。
原帖由 bmp8384 于 2007-2-21 00:27 发表

既然性能不如,数量又不如,那我们投降吧.

我们可以像伊拉克巴勒斯坦学习
用人肉炸弹打人海战术
实在不行还可以像一百年前的义和团那样
再或者像抗战时期拿大刀向鬼子的头上砍嘛
我们可以打地道战地雷战还有三个代表
美帝不过是纸老虎
:victory:
原帖由 图列波夫 于 2007-2-22 20:15 发表
离子鱼 我想问问苏霍依不是在Su27上面做过对比实验么?现在的苏霍依选择现在的矢量喷口难道不是实验的结果么?F22那种是比较简单,但是好像只有四个方向吧。苏霍依我没研究过,不知道是不是任意方向。但是可以肯 ...

苏-27UBLL-PS装备的是二元推力喷口
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F22的喷口从外观看绝对是不能左右动地......
当然不能左右动了.米国媒体说的是俯仰动.
原帖由 图列波夫 于 2007-2-22 22:02 发表
鱼霸 我觉得X31上的东西没有多少留给F22,X31的那个矢量是个早期设计,推力损失据说很大的。X31有两个型号X31和X31A,我反而觉得X31和X31A的机翼技术很有价值。F22的喷口上下自是不用说,但是不知道能不能左右动作。

……X31的价值不仅仅是个矢量,主要价值是完善了矢量和气动的关系,并且确定了矢量对常规气动布局的价值,X31是个技术验证机,单纯从矢量技术的角度上来说它比F15、16、18的矢量改进型更加有意义。
苏27最新的是三维了,可一各方向15度。不过还是不如米格29OVT的20度。
X31那个没垂尾的据说是PS的:o