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从F22到F35,是不是说明美国放弃能量机动理论了?

2020-6-27 21:57| 发布者: G金牌七匹狼| 查看: 851| 评论: 0

摘要: 从F22到F35,是不是说明美国放弃能量机动理论了?这个问题意思是F-22是遵循能量机动理论的,但是F-35不遵循能量机动理论,所这个过程的变化证明美国放弃了能量机动理论。也就是说问题的关键就在于F-35是否放弃了能量 ...

从F22到F35,是不是说明美国放弃能量机动理论了?这个问题意思是F-22是遵循能量机动理论的,但是F-35不遵循能量机动理论,所这个过程的变化证明美国放弃了能量机动理论。

也就是说问题的关键就在于F-35是否放弃了能量机动理论?如果F-35的确放弃了能量机动理论,那么问题就可以变成陈述句。

那么F-35放弃了能量机动理论吗?显然是没有的。

对于这个问题我们必须对能量机动理论有足够的了解,什么是能量机动理论,能量机动理论的核心是什么?

我们稍微学过一些物理的人都应该知道能量守恒定律,即能量不会凭空出现也不会凭空消失。

能量机动理论就是综合评价飞机机动性的一个理论,它的主要内容就是飞机要快速的进行获得能量。

而后能量机动理论也给出了衡量飞机获得能量快慢的量纲和公式:SEP(单位重量剩余功率)

从F22到F35,是不是说明美国放弃能量机动理论了?

这就是SEP公式,第一张图是推导过程,第二张图上面的是定常飞行状态下的公式,下面是普通形式,其实就是多了攻角和过载的影响

知道了公式我们再来解释一下SEP的概念,SEP被称为单位重量剩余功率。

我们看一下第一幅图中的公式Vv=△T*V/W,其中的△T=Ta-Tr(可用推力-需用推力=剩余推力),△T就是剩余推力。

上过初中我们都应该知道P=F*V,那么再这个基础上带入上式就是剩余推力*速度/重量,得到的结果就是单位重量剩余功率。

从F22到F35,是不是说明美国放弃能量机动理论了?

此图上上面的完整推导公式,因为是由爬升率构造的微积分变化公式,所以SEP公式实际上与爬升率是一致的,不过物理意义截然不同

我们知道了SEP的物理意义,它为什么被称为单位重量剩余功率,那么我们就知道了SEP越高,那么该飞机的单位重量剩余功率越高,也就意味着,在相同时间内,SEP值越高的战机能够做功得到的能量也就越多。

这就是能量机动理论的含义,能量机动理论的核心就是在同样的时间内如何快速的获取能量。

从F22到F35,是不是说明美国放弃能量机动理论了?

米格31

这也为什么米格-31这类的高空高速截击机的能量机动并不好的原因,虽然高空高速下的米格-31的重力势能和动能很高,但是它的SEP却并不高,所以它的能量机动并不好,在失去能量后,它的能量恢复速度很慢

我们知道了能量机动理论的核心内容,那么我们再来看一下F-35究竟属不属于能量机动设计的范畴。

我们通过上述公式可以知道SEP想要越高,推重比(Ta/W)和升阻比(K)必须越高,那么F-35是否着重了推重比和升阻比呢?

我们需要知道F-35的推重比大概数据和升阻比大概数据。幸运的是,我们可以通过已有数据大致推断出来。

F-35A AA1(第一架F-35,也是验证机)的基本空重是12.265t,使用空重也才13.314t,生产型F-35AF进一步的减重,配上经过增推后的F-135,F-35的推重比相比于注重机动能力的四代机中也是绝对的佼佼者。

图为F-35A AA1,此机是第一架F-35,看垂尾上的编号

当然推重比我们不能够按照空机推重比来算,而是应该按照正常的空战起飞重量来计算整机推重比。

那么将F-35的载油系数与苏-27Sk相同量化之后,F-35A AA1的空战整机空重依然十分低,13314+1900(相同载油系数下的半油重量),也只有15214KG,也就是15.214t。要知道这个重量的F-35A AA1是在携带了半油+两枚AIM-120+所有的机炮子弹+飞行员重量+少量燃油,AF生产型会进一步减重,而且使用空重+半油的直接计算方法也会导致燃油部分有少量叠加。

那么基于上述考虑,F-35A的空战重量我个人认为在14.3t~14.7t左右,那么结合F-135的推比,F-35A的推重比大概:1.35~1.32。使用空重下的空机推重比是:1.46。(这个数值没有考虑到F-135的增推,而且是以台架加力推力19.5t得到的)

南京航空航天大学航空宇航学院有人基于飞机三视图进行轮廓线提取来重建F35全机理论外形的方法大致估算过F-35的最大升阻比和最大升力系数,得出的结论是亚音速最大升阻比约为14,最大升力系数约为1.558。高推比再加上F-35很高的亚音速升阻比,可以得知F-35的能量机动性是很出色的。

最大亚音速升阻比为14,空战推重比在1.35~1.32,这样的推重比和升阻比说实话是非常非常高的。

所以F-35的能量机动依然很好,美国并没有放弃能量机动理论。

从F22到F35,是不是说明美国放弃能量机动理论了?美国没有放弃能量机动,恰恰相反F-35也是通过能量机动理论设计的。

既然说到这里了,我就再往后说一段吧,国内对于战斗机发展史其实有一段描述是这样的:70年代的飞机是能量机动理论指导设计的,80年代的飞机是以瞬时机动指导设计的,现在的飞机是以过失速机动指导设计的。

其实这样的描述是不准确的,能量机动理论是简洁的描述飞机机动能力的公式,不过在能量机动理论出现之前,就已经开始被应用了,包括现在的四代机也在应用能量机动理论。

因为能量机动理论写明白了飞机如何提高机动能力,除非有飞机不需要机动能力,比如轰炸机,否则都要涉及到能量机动理论的范畴。

所以严格的区分各个时代战机的理论指导思想是不准确的。

从F22到F35,是不是说明美国放弃能量机动理论了?

F-4和米格-19的机动能力都很好,可以说是二代机中的巅峰

但是二代机中还有一部分是注重高空高速截击能力的,因为冷战时期爆发了一批高空高速的打击机对双方都形成了巨大的威慑,所以截击机是必然的趋势。所以看起来二代机是没有接受过能量机动理论的指导,但实际上也是在间接的应用了。

从F22到F35,是不是说明美国放弃能量机动理论了?

米格-21虽然也是二代机,但三角翼的出身决定了它更注重截击能力

在能量机动理论出现之后,机动性再一次被提上日程,诞生了以机动性为主导内容的三代机,其中F-15,F-16,苏-27都是其中的翘楚。

再后来成熟的大离轴角导弹的出现之后,改变机头指向变得十分重要,飞机空战从原先的占位变成了指向,这也是为什么说80年代的飞机是瞬时理论指导设计的。

但这其实也不准确,在上文中我曾经说过,F-35预估的最大升力系数大概为1.558,这已经很高了,我们知道最大升力系数一定程度上决定了飞机的瞬盘能力也就是短时间内改变机头指向能力。

F-15虽然是三代机,但它的最大升力系数是1.55,苏-27的最大升力系数还要略高于F-15,难道早在60,70年代就开始研究的F-15和苏-27也经过了瞬时机动理论的指导设计吗?显然不是的。

我们通常会把这些界限划分的清清楚楚,但实际远不是这样的,瞬盘一直以来就是飞机重要的机动性能指标之一,早在大离轴角导弹出现之前。

其后的过失速机动就更离谱了,目前为止大多数的过失速机动能力都没有实战价值,原因就是短时间内会损失大量的能量。

从F22到F35,是不是说明美国放弃能量机动理论了?没有,F-35也参考了能量机动理论,事实上任何注重机动能力的飞机都是不可能绕开能量机动理论的。


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