【原创】超巡:想说爱你不容易（说明，可能在油耗上有错 ...

特别说明：下面关于油耗的说法可能有问题，目前多处查找f119数据没有找到真正准确数据，所以关于这部分内容错误的可能性很大。各位谁能收集到数据还请提供（手机上网，无法红色标记，各位见谅）

超巡:想说爱你不容易

大家都知道四代战斗机的4S中有个S是超巡，但超巡在实现时有哪些难点并不清楚。个人其实在这方面了解也不多，不过有所思有所获，谈谈个人看法供大家参考。

一、气动的难点
   四代战斗机的超巡让大家对超巡引起了兴趣，但其实超巡这种特性早在很多运输机、侦察机、轰炸机上出现过（当然这些超巡的实现方式与战斗机上不同），战斗机实现的较晚，而战斗机却是是军迷们最关心的东西，所以后来才引起广泛的关注。
   毫无疑问超巡是需要气动上能够支持，要求超音速巡航时的阻力要降低，升阻比要达到一定要求。具体的升阻比要求气动专家朱宝鎏在《兵器知识》杂志上有非常好的解释，俺这个半瓶子水水平就不在这里晃荡了，个人关注点放在实现的降低超音速阻力降低的一些实现方法上。降低超巡阻力的最直接方法是增加长细比，上面所讲的几种能够长时间超音速飞行的飞机都是这样的，包括宋老的《一种小展弦比气动布局》中对超巡的实现也是如此描述。不过，战斗机与运输机、侦察机和轰炸机要求不同，这些飞机只要飞得快就行，好比是长跑运动员或者是长距离速度滑冰运动员，所以选择的是尽量降低阻力而对推力要求要低，而战斗机则需要上下翻飞来格斗，有点像搏击运动员或者是花样滑冰运动员，所以在阻力降低上就不能像前面飞机那样追求长细比，必须的保证一定的机动性能。如果大家还不太好理解，可以想象长距离速度滑冰的冰鞋上冰刀，是那种细长且锋利的，这样可以减少滑冰阻力，而花样滑冰选择这种细长的冰刀则做动作时会磕磕绊绊，而且滑冰阻力太小还会引起打滑而无法用力。所以，战斗机在追求超巡时也只能在气动上针对降低超巡阻力做一定的优化，长细比不能太大。

   在这里谈点题外话，让大家对运输机和战斗机气动设计的特点有点直观感受，很多人不知道，三代机战斗机巡航速度很多时候还不如民用运输机。其实仔细想想道理并不复杂，运输机基本上都是针对巡航进行优化的，而且强调的是在一定高度下以一定速度飞行时的耗油率较低来进行，同时在速度上优化会考虑到对旅客的吸引力以及飞机的周转率。战斗机则会综合考虑、巡航、能量机动、敏捷性等等要求，所以其最后真的有可能在不开加力飞行时赶不上运输机。
  
   由于战斗机无法像不强调机动性要求的飞机那样对超巡阻力进行近乎极端的优化，所以还需要在另外一个方面进行努力，这个方面就是动力，即发动机。

二、发动机的难点
   大家都知道，发动机非常重要，对于超巡也更是如此。前面提到战斗机超巡以前的几种飞机，其发动机其实都很有特点：协和是用带加力的涡喷发动机，不过只是在起飞和突破音障加速到巡航速度时用加力，巡航时是不用加力的；XB-70据说的发动机据说能够长时间用加力燃烧室工作；而SR-71的发动机在高速飞行时采用的是冲压发动机原理。由此可见要实现超巡发动机一定是个难点。而对于战斗机，显然也不可能用上述发动机，当然大家现在都知道，选择的是小涵道比高推比发动机。当然这也是发动机技术发展到今天才能这样选择，个人有时在想，如果协和号用上当前F-119的发动机技术，是不是会经济性更好一些，然后不会那么悲惨。当然这是题外话，因为影响协和号是否能够持续还有很多其它原因。
   小涵道比发动机其实在某种程度上更接近涡喷，因为降低涵道比会降低发动机迎风面，自然对降低阻力有帮助。不过，涵道比降低也带来问题，一个是油耗增加，另外一个是发动机热量增加。油耗增加的原因是风扇提供的推力小了，整个排气的温度提高了，排出的燃气中尚有不少能量没有利用上，所以与同样技术条件下的大涵道发动机相比油耗必然增加。为什么同样是涡扇发动机大涵道比的热量聚集没有小涵道比厉害，或者说三代机发动机也会产生热量为什么到四代机超巡时就需要用更多考虑，原因在于提高发动机推重比的办法中有一条是提高涡轮前速度，一些不学热机不太清楚这句话的含义，其实简单来说就是发动机工作温度高能够把更多燃油燃烧热量转化为动能，要详细了解其中的原理建议去了解一下卡诺循环原理。四代发动机在提高发动机工作温度后而又降低了涵道，这使得涵道中流过的冷空气比三代机发动机要少，所以整体排气温度高，然后聚集到后机身热量就高。
   小涵道比发动机的这两个特点则对机身设计提出了要求。

三、结构设计和材料选择的难点
   
    小涵道比发动机的高耗油率要求飞机又较大的油箱才能满足航程要求，所以结构上飞机除了容纳弹舱使得其增胖外，需要更多燃油也使得其增胖。
    超巡降低阻力中除了长细比外还有一个是内置弹舱，内置弹舱要求在机身下面开口，开口的结果是不利于结构强度，这也对材料选择造成了影响。
    发动机热量增加也带来问题，后机身安装发动机部分要用耐高温的高强度材料才能满足装小涵道比发动机的热量聚集要求。因为高热量聚集的结果就是用铝合金来承受力达不到要求，因为铝合金在高温时强度会下降，这样就选择了钛合金，所以像F-22的后机身多达55%的重量是钛合金，这也使得重量增加。
    长时间超巡也会引起热量累积，像前面讲的几种运输机、侦察机、轰炸机在材料上都有一些特别的处理，而战斗机这种超巡速度并不高的飞机其热量累计起来也挺可观，所以F-22在材料选择上也有很多特殊之处。
   
   关于材料选择的论文如下：





四、超音速巡航实现的途径
   好了，知道上面的诸多难点，那么要实现超巡有哪些途径可选呢？很显然这是个综合的东西，一些方面提高了自然会降低另外一些方面的要求，下面简单说说：
  1、气动上长细比增加有利于超巡
   前面也讲过，这里算是总结：如果长细比足够，可以所三代机发动机技术也可以实现超巡，不过显然战斗机不会过于追求长细比，因为损失机动性是使得这一选择显得不值得。
  2、牛X的轻材料有利于超巡
   如果材料足够牛X，飞机能够大幅度减轻，即便升阻比不怎么样但也能降低阻力（因为重量降低了，所以升力要求小了，阻力要求也小了），这样会降低发动机和气动设计的难点。不过材料技术的发展似乎还没有那么牛X的材料，很多时候还得靠发动机推力和气动设计上做出努力。
  3、牛X的发动机
   如果发动机足够牛X，即便气动一般和结构重量大，也能够超巡，这点大家都耳熟能详，就不废话了。
  
  实际中显然不能单靠一方面实现这些东西，一定是综合的考虑，只不过每个国家根据自己的特殊情况而采取了不同的办法来实现，下面简单说说:

五、三种超巡战斗机实现方式简析

1、F-22超巡实现
   F-22的发动机是比较牛X的，F-22的材料也比较牛X，所以F-22的气动选择就可以放宽一些，其长细比并不大，甚至比三代机还要小，具体可以和F-15相比，其机身截面显然比F-15大，而长度和翼展与F-15相当。当然，F-22在超音速巡航气动上也有其特点，譬如发动机的二元喷口，升力体机身设计等，都为降低超音速阻力提供了帮助。
2、J-20超巡的实现
   大家都知道我们的发动机和材料与老美有差距，那么只有在气动上去努力，所以在宋老的论文中提到的办法就是增加长细比，所以J-20是目前三种超巡战斗机中最长的，翼展也是最小的，还选择了有利于超巡气动的鸭式布局，主翼后掠角也较大，采用全动垂尾也减小了一些阻力。当然J-20也不能一味的向超巡倾斜而放弃亚音速性能，所以在亚音速方面通过边条翼和上反鸭翼等手段来避免在亚音速性能方面牺牲太多。
3、T-50超巡的实现
  T-50在气动上看更多似乎是向亚音速妥协，其中的原因个人认为俄罗斯需要T-50有大航程。但T-50仍然在气动上做了很多工作，虽然长细比没有J-20那么高，但机翼后掠角较大、可调进气道的选择都是有利于超巡的，而选择了非S型特征明显的有点偏直通的进气道在结构重量上会获得一定好处，而全动垂尾降低重量的同时也降低了阻力。不过T-50也付出了代价，直观上感觉其隐形性能不如F-22和J-20那样考虑得那么周到，而把弹舱放在升力体机身中央，造成中间部分略显薄弱影响了强度，美海军的A-12攻击机的超重原因中很大程度上与机身下面开口太多需要结构上增强有关，而T-50两个弹舱直接放在最受力的机身中部使得这个地方结构受力变坏，所以现在传出结构出现裂纹似乎让人不那么感到意外。

六、超巡的一些不利之处
   超巡的好处有很多资料谈了不少，但超巡的不利之处似乎谈的不多，个人简单说说个人看法:
1、重量：前面提到超巡发动机的热量聚集需要采用更多钛合金，所以结构重量增加是必然的。而小涵道比发动机油耗高也使得载油量增加，这也会增加重量。
2、航程：发动机油耗大自然航程就受影响。
3、红外隐身：超巡热量增加会使得后机身红外特征更明显。俺曾经在一个国外论坛上看到他们讨论NATF（美海军的ATF），他们讨论中花了不少时间在红外特征上。不过这个红外特征到底有多大影响不好说，不过这显然也是应该关注的一点。

七、简单小结
   超巡这个特征虽然看上去很美，但要达到还是相当不容易的，要在气动、发动机、材料上做出综合努力才行。所以：“超巡：爱你是相当不容易的！”

上面只是个人的一个体会和看法，一定会有错漏和不妥之处，各位轻拍。

特别说明：下面关于油耗的说法可能有问题，目前多处查找f119数据没有找到真正准确数据，所以关于这部分内容错误的可能性很大。各位谁能收集到数据还请提供（手机上网，无法红色标记，各位见谅）

超巡:想说爱你不容易

大家都知道四代战斗机的4S中有个S是超巡，但超巡在实现时有哪些难点并不清楚。个人其实在这方面了解也不多，不过有所思有所获，谈谈个人看法供大家参考。

一、气动的难点
   四代战斗机的超巡让大家对超巡引起了兴趣，但其实超巡这种特性早在很多运输机、侦察机、轰炸机上出现过（当然这些超巡的实现方式与战斗机上不同），战斗机实现的较晚，而战斗机却是是军迷们最关心的东西，所以后来才引起广泛的关注。
   毫无疑问超巡是需要气动上能够支持，要求超音速巡航时的阻力要降低，升阻比要达到一定要求。具体的升阻比要求气动专家朱宝鎏在《兵器知识》杂志上有非常好的解释，俺这个半瓶子水水平就不在这里晃荡了，个人关注点放在实现的降低超音速阻力降低的一些实现方法上。降低超巡阻力的最直接方法是增加长细比，上面所讲的几种能够长时间超音速飞行的飞机都是这样的，包括宋老的《一种小展弦比气动布局》中对超巡的实现也是如此描述。不过，战斗机与运输机、侦察机和轰炸机要求不同，这些飞机只要飞得快就行，好比是长跑运动员或者是长距离速度滑冰运动员，所以选择的是尽量降低阻力而对推力要求要低，而战斗机则需要上下翻飞来格斗，有点像搏击运动员或者是花样滑冰运动员，所以在阻力降低上就不能像前面飞机那样追求长细比，必须的保证一定的机动性能。如果大家还不太好理解，可以想象长距离速度滑冰的冰鞋上冰刀，是那种细长且锋利的，这样可以减少滑冰阻力，而花样滑冰选择这种细长的冰刀则做动作时会磕磕绊绊，而且滑冰阻力太小还会引起打滑而无法用力。所以，战斗机在追求超巡时也只能在气动上针对降低超巡阻力做一定的优化，长细比不能太大。

   在这里谈点题外话，让大家对运输机和战斗机气动设计的特点有点直观感受，很多人不知道，三代机战斗机巡航速度很多时候还不如民用运输机。其实仔细想想道理并不复杂，运输机基本上都是针对巡航进行优化的，而且强调的是在一定高度下以一定速度飞行时的耗油率较低来进行，同时在速度上优化会考虑到对旅客的吸引力以及飞机的周转率。战斗机则会综合考虑、巡航、能量机动、敏捷性等等要求，所以其最后真的有可能在不开加力飞行时赶不上运输机。
  
   由于战斗机无法像不强调机动性要求的飞机那样对超巡阻力进行近乎极端的优化，所以还需要在另外一个方面进行努力，这个方面就是动力，即发动机。

二、发动机的难点
   大家都知道，发动机非常重要，对于超巡也更是如此。前面提到战斗机超巡以前的几种飞机，其发动机其实都很有特点：协和是用带加力的涡喷发动机，不过只是在起飞和突破音障加速到巡航速度时用加力，巡航时是不用加力的；XB-70据说的发动机据说能够长时间用加力燃烧室工作；而SR-71的发动机在高速飞行时采用的是冲压发动机原理。由此可见要实现超巡发动机一定是个难点。而对于战斗机，显然也不可能用上述发动机，当然大家现在都知道，选择的是小涵道比高推比发动机。当然这也是发动机技术发展到今天才能这样选择，个人有时在想，如果协和号用上当前F-119的发动机技术，是不是会经济性更好一些，然后不会那么悲惨。当然这是题外话，因为影响协和号是否能够持续还有很多其它原因。
   小涵道比发动机其实在某种程度上更接近涡喷，因为降低涵道比会降低发动机迎风面，自然对降低阻力有帮助。不过，涵道比降低也带来问题，一个是油耗增加，另外一个是发动机热量增加。油耗增加的原因是风扇提供的推力小了，整个排气的温度提高了，排出的燃气中尚有不少能量没有利用上，所以与同样技术条件下的大涵道发动机相比油耗必然增加。为什么同样是涡扇发动机大涵道比的热量聚集没有小涵道比厉害，或者说三代机发动机也会产生热量为什么到四代机超巡时就需要用更多考虑，原因在于提高发动机推重比的办法中有一条是提高涡轮前速度，一些不学热机不太清楚这句话的含义，其实简单来说就是发动机工作温度高能够把更多燃油燃烧热量转化为动能，要详细了解其中的原理建议去了解一下卡诺循环原理。四代发动机在提高发动机工作温度后而又降低了涵道，这使得涵道中流过的冷空气比三代机发动机要少，所以整体排气温度高，然后聚集到后机身热量就高。
   小涵道比发动机的这两个特点则对机身设计提出了要求。

三、结构设计和材料选择的难点
   
    小涵道比发动机的高耗油率要求飞机又较大的油箱才能满足航程要求，所以结构上飞机除了容纳弹舱使得其增胖外，需要更多燃油也使得其增胖。
    超巡降低阻力中除了长细比外还有一个是内置弹舱，内置弹舱要求在机身下面开口，开口的结果是不利于结构强度，这也对材料选择造成了影响。
    发动机热量增加也带来问题，后机身安装发动机部分要用耐高温的高强度材料才能满足装小涵道比发动机的热量聚集要求。因为高热量聚集的结果就是用铝合金来承受力达不到要求，因为铝合金在高温时强度会下降，这样就选择了钛合金，所以像F-22的后机身多达55%的重量是钛合金，这也使得重量增加。
    长时间超巡也会引起热量累积，像前面讲的几种运输机、侦察机、轰炸机在材料上都有一些特别的处理，而战斗机这种超巡速度并不高的飞机其热量累计起来也挺可观，所以F-22在材料选择上也有很多特殊之处。
   
   关于材料选择的论文如下：





四、超音速巡航实现的途径
   好了，知道上面的诸多难点，那么要实现超巡有哪些途径可选呢？很显然这是个综合的东西，一些方面提高了自然会降低另外一些方面的要求，下面简单说说：
  1、气动上长细比增加有利于超巡
   前面也讲过，这里算是总结：如果长细比足够，可以所三代机发动机技术也可以实现超巡，不过显然战斗机不会过于追求长细比，因为损失机动性是使得这一选择显得不值得。
  2、牛X的轻材料有利于超巡
   如果材料足够牛X，飞机能够大幅度减轻，即便升阻比不怎么样但也能降低阻力（因为重量降低了，所以升力要求小了，阻力要求也小了），这样会降低发动机和气动设计的难点。不过材料技术的发展似乎还没有那么牛X的材料，很多时候还得靠发动机推力和气动设计上做出努力。
  3、牛X的发动机
   如果发动机足够牛X，即便气动一般和结构重量大，也能够超巡，这点大家都耳熟能详，就不废话了。
  
  实际中显然不能单靠一方面实现这些东西，一定是综合的考虑，只不过每个国家根据自己的特殊情况而采取了不同的办法来实现，下面简单说说:

五、三种超巡战斗机实现方式简析

1、F-22超巡实现
   F-22的发动机是比较牛X的，F-22的材料也比较牛X，所以F-22的气动选择就可以放宽一些，其长细比并不大，甚至比三代机还要小，具体可以和F-15相比，其机身截面显然比F-15大，而长度和翼展与F-15相当。当然，F-22在超音速巡航气动上也有其特点，譬如发动机的二元喷口，升力体机身设计等，都为降低超音速阻力提供了帮助。
2、J-20超巡的实现
   大家都知道我们的发动机和材料与老美有差距，那么只有在气动上去努力，所以在宋老的论文中提到的办法就是增加长细比，所以J-20是目前三种超巡战斗机中最长的，翼展也是最小的，还选择了有利于超巡气动的鸭式布局，主翼后掠角也较大，采用全动垂尾也减小了一些阻力。当然J-20也不能一味的向超巡倾斜而放弃亚音速性能，所以在亚音速方面通过边条翼和上反鸭翼等手段来避免在亚音速性能方面牺牲太多。
3、T-50超巡的实现
  T-50在气动上看更多似乎是向亚音速妥协，其中的原因个人认为俄罗斯需要T-50有大航程。但T-50仍然在气动上做了很多工作，虽然长细比没有J-20那么高，但机翼后掠角较大、可调进气道的选择都是有利于超巡的，而选择了非S型特征明显的有点偏直通的进气道在结构重量上会获得一定好处，而全动垂尾降低重量的同时也降低了阻力。不过T-50也付出了代价，直观上感觉其隐形性能不如F-22和J-20那样考虑得那么周到，而把弹舱放在升力体机身中央，造成中间部分略显薄弱影响了强度，美海军的A-12攻击机的超重原因中很大程度上与机身下面开口太多需要结构上增强有关，而T-50两个弹舱直接放在最受力的机身中部使得这个地方结构受力变坏，所以现在传出结构出现裂纹似乎让人不那么感到意外。

六、超巡的一些不利之处
   超巡的好处有很多资料谈了不少，但超巡的不利之处似乎谈的不多，个人简单说说个人看法:
1、重量：前面提到超巡发动机的热量聚集需要采用更多钛合金，所以结构重量增加是必然的。而小涵道比发动机油耗高也使得载油量增加，这也会增加重量。
2、航程：发动机油耗大自然航程就受影响。
3、红外隐身：超巡热量增加会使得后机身红外特征更明显。俺曾经在一个国外论坛上看到他们讨论NATF（美海军的ATF），他们讨论中花了不少时间在红外特征上。不过这个红外特征到底有多大影响不好说，不过这显然也是应该关注的一点。

七、简单小结
   超巡这个特征虽然看上去很美，但要达到还是相当不容易的，要在气动、发动机、材料上做出综合努力才行。所以：“超巡：爱你是相当不容易的！”

上面只是个人的一个体会和看法，一定会有错漏和不妥之处，各位轻拍。