假设模型中国战斗机发动机,外形特征很多违反了高性能隐身飞机的设计原则
随着歼20基础设计的成熟完善,第六代机的探索也开始了。比较有趣的话题之一是,中国的六代机是单发还是双发?
基于上至三代机技术水平的传统设计理论,在同等设计水平下,单发飞机在结构重量和阻力方面具有设计效率优势——这类似于圆的几何特征。例如,圆的周长对于相同的大面积来说是最小的。
F-35斥巨资研发新发动机,也采用单发,主要是基于这个原因,在有限的重量内满足载弹量、射程等关键指标。当然,从最终的工程结果来看,F35的单引擎选项是否真的划算存在很多争议。
F35
发动机本身的开发成本,以及单发推力限制导致的高重减重成本,让美国不少专家认为,一开始可能选择双发更好。但是,这涉及到一个体制问题:
F35最初是JSF联合隐身攻击机计划的产物,最初定位为廉价隐身攻击机——推新机型省钱,这一直是美国国会的爱好。双引擎的想法,就JSF计划而言,不太可能一开始就被国会通过,因为这会让新型重型战机在性能上无法拉开与F22的定位差距和价格。
事实上,在设计飞机时,单个发动机永远无法提供足够的推力。因此,成本限制宽松、追求最佳性能的战机更倾向于采用双发设计。双动力不仅弥补了双放局设计效率的劣势;而且可靠性和生存能力都比单发飞机好很多。
这个优势并不完全来源于直观的结论——一个坏了,还有另一个;一个很重要的环节是,在双发飞机上,发动机发生故障的可能性较小,而且即使开始发生故障,从故障到完全失去推力的过程也比单发慢发动机飞机。
一个 F135,两个以上 F119
这种可靠性优势当然是因为两台发动机更容易分担整机的负载。除了最直接的喷气推力,战斗机要正常工作,还需要从发动机分担大量动力:
例如,从压缩机部分抽取大量压缩空气,以维持机舱气压并为分子筛提供氧气和氮气;需要驱动液压泵转动,使液压系统带动平尾、鸭翼等气动面偏转,使飞机具有机动性;需要驱动发电机,以满足包括电传和雷达在内的整个飞机设备的正常运行。
而且这些载荷是现代战斗机所必需的中国战斗机发动机,它们的大小与单双发没有直接关系——比如F35的发电量就大于F22。双发飞机可以两台发动机共用,但单发飞机做不到——这也是歼10发动机可靠性低于苏27系列的重要原因之一.
图:F22发动机喷管的流线隐藏在尾撑的轮廓中,平滑收缩,直到只剩下一个尖端,高速阻力很低
图片:注意F22机身侧面轮廓,尤其是发动机部分机身的强缩设计
随着飞机气动技术的进步,双发飞机的机身表现出了一个特殊的优势:它的外形更扁平,机身可以更好的塑造成巨大的机翼形状;这种升力体的设计使得双放局在机身上获得更高的升力和更小的阻力,实现气动效率补偿甚至超车。
特别是对于连续高速飞行能力和高隐身要求,双放局在推力和机身外形方面更容易获得更高的性能。而这两项是六代机最重要的核心能力。由此看来,中国六代机的最终设计大概率是双发局。 (作者署名:侯志坚)