歼20少了这根“尖刺”,你发现了吗?

作者: Aloysius

来源: 科学大院

发布日期: 2019-09-27

本文详细介绍了超音速飞机中空速管的作用、设计及其在现代战斗机中的变化,特别是歼-20战斗机中空速管的设计特点。

超音速军用飞机炫酷的外形令很多军迷着迷,也差不多是现在速度最快的航空器。在超音速飞机的图片中,我们经常能看到飞机的机头部位有一根长长的“尖刺”,比如下图这架米格-29;而歼-20的机头却少了这根“尖刺”。这两种设计的区别在哪里呢?我们要先从这根“尖刺”是什么说起。

这根“尖刺”的大名叫空速管。飞机能够飞上天,依靠的是流过机翼表面的高速气流产生的压力差,气流与飞机相对速度的大小是升力的决定性因素之一。这个相对速度叫做“空速”,是飞行的重要参数,知道这个参数才能知道当前的升力、阻力等数据,进而可靠地操纵飞行器。空速管承担的就是测量空速的重要工作。

空速管由两个套在一起的细管组成,一个与外界连通,获得当前环境的气压;一个直直地迎着风,感知气流吹来造成的总压。两个细管间的压力差造成膜盒变形或液柱高差,就能具象地指示出当前的空速。

为了测量到不受影响的气流,空速管一般被放置在飞机的前端,并尽量离开机体一段距离,这就是空速管常被做成长长的“尖刺”状的原因。

要想突破音障进行超音速飞行,可不是空速管能解决的问题,它需要发动机和飞机整体气动外形一起配合,细长机身、后掠翼、超音速翼型等设计才是降低阻力的关键。要真说“突破音障”,还是要靠尖尖的机头。

现在的新式战斗机已经采用尖头设计,进气道放在两侧或腹部,尖头有利于减小阻力,进行超音速飞行。但早期的超音速战斗机还采取机头进气的方法,机头圆钝,比如下图这架米格-21,这种机头阻力较大,它如何突破音障呢?答案就是机头进气道内的这个锥形,它的名字叫激波锥或者进气锥,能够破坏进气道处的激波。

超音速飞机的空速管并不是必须放在机鼻位置。在具体的设计中,空速管的位置有很多选择,对同一机型来说,也有多种装备方法,按照需求而定。

作为一种机械装置,空速管简便可靠,物美价廉,即使在二十世纪后半叶出现了新型的电子测速设备,空速管的地位仍然稳固,一架飞机通常要配备至少两套空速管装置,电子测速设备则通常仅作为备用。

但是随着战斗机的发展,机头空速管变得越来越“碍事”了。金属材质的空速管给安装在机头的雷达带来了一些麻烦,一方面是金属材质反射雷达波,给雷达探测造成干扰,需要在机头内安装额外的吸波材料;一方面是新型的机头雷达罩大多采用复合材料一次成型,强度不如金属机体,空速管继续安装在这里的话,容易引起基座变形,影响测量精度。而且,当今战斗机速度普遍提高,这一点也加剧了机头空速管的颤振。

新式战机对隐身性能的要求也越来越高。为了减小飞机的雷达反射截面,以增强隐身性能,飞机外形需要尽可能地平滑、少尖角,长长的机头空速管显然对隐身非常不利。

于是,出于气动、结构、隐身等各种性能的考虑,大家各出奇招,空速管被做成了各种形态。比如F-18和歼-10等机型都采用了在机头两侧安装多个L型空速管的设计。经过算法修正,L型空速管也能保证较高的测量精度。

F-35和歼-20都采用了嵌入式大气数据传感系统,这种测压方法使用压力传感器阵列加上算法修正,只需要开孔,而不需要安装外置的结构。值得一提的是,尽管使用了嵌入式大气数据传感系统,在试飞验证阶段飞机一般仍要保留空速管,用于收集数据,比如歼-20的原型机;在定型之后,歼-20的空速管就取消掉了。

对隐身性能要求更高的B-2轰炸机干脆舍弃了传统的空速管,在风挡前方的机头部位安装了6组嵌入式大气数据传感器。今年是新中国成立70周年,据国新办消息称,今年的阅兵式将安排部分先进武器装备首次亮相,如果有先进战机掠过长空,大家不妨观察下它们的空速管呀。

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