中國航發新突破
2023年5月24日星期三,新聞流傳幾張來自國家知識產權局的“一種雙發串聯垂直起降飛機”的設計專利圖片,專利申請方是中國航空工業集團公司成都飛機設計研究所,“成飛”,專利授權公告日是今年的5月23日,而申請日是去年的12月29日,也就是說成飛是在去年底申請的這個專利。
2023年5月24日星期三,新聞流傳幾張來自國家知識產權局的“一種雙發串聯垂直起降飛機”的設計專利圖片,專利申請方是中國航空工業集團公司成都飛機設計研究所,“成飛”,專利授權公告日是今年的5月23日,而申請日是去年的12月29日,也就是說成飛是在去年底申請的這個專利。
如果成飛方案成功投入實際研製,中國將具備一款能垂直起降,可攜帶大量彈藥和燃油遠程作戰的重型戰機。年前,中國075型兩栖攻擊艦橫空出世之後,這麼大的兩栖艦,如果不參照美國發展F-35B這樣的垂直/短距起降戰機,似乎有些浪費。實際上中國相關院所垂直/短距起降戰鬥機的探索和研發,一直都沒放棄。垂直起降戰機可以助力兩栖登陸作戰,方便兩栖攻擊艦變身准航母,強化對前線支援能力。
如果垂直起降戰機開發成熟優化後,新款戰機同時具備大航程、大載彈量、高速度和垂直起降能力。意味著不再依賴跑道,只需少量機動力量保障,即可長時間機動、分佈式作戰,生存能力極強,對國防的空中力量大有稗益。
中國海軍航母遼寧艦和山東艦也很適合這類戰機,中國是否發展國產垂直/短距起降戰鬥機就成為西方及東洋的關注焦點。
最近成飛的申請一款垂直起降戰機專利才露相,在西方反華陣營引發了不小的轟動,連國外網友都在談論這款垂直起降戰機。
中國的戰機垂直起降技術有新進展! 中國短垂戰機面世,總體佈局類似殲-20和F-35的結合體,據報這戰機被命名為“殲-26”。
中國成飛近期申請並獲得“一種雙發串聯垂直起降飛機”專利。“殲-26”外形看是一款能垂直起降的隱身戰鬥機!而且採用了獨樹一幟的雙發串聯,三個向量噴口助推,佈局比F35B更先進 。
看專利設計圖性能絕對驚人,表示著中國在發動機動力方面已經獲得突破,未來J-20將迎來全天候各型號陣容,戰鬥力獲得進一步提升!對美國和日本對台搞作复辟偽獨絕對是強大的威懾力!
成飛這款專利,具有四大特點:
1、隱身重型機、
2、雙發串聯佈置、
3、兩種模式下雙發全程工作、
4、向量噴口提供高機動性。
這戰機的設計與全球其他垂直起降戰機的極大不同,四個特點合在一起就是一次巨大的突破。
成飛這個設計佈局,光從動力系統上看,就相當大膽和超前,看上去複雜的設計方案,實際很巧妙。
此前人們比較熟悉的、成熟的垂直起降戰機,個頭都不大,全是因為因為動力限制了夢想無非是鷂式、雅克38、雅克141和F-35B這幾款,這些機型的起飛重量都比較小,大部分不超過20噸,只有F-35B摸到了重型機的門檻。重型戰機意味著更大的載彈量、航程和作戰半徑。之所以上述戰機都不是重型,自然是因為動力上無法滿足垂直起降的需求。世界幾款主要的垂直起降戰機,從動力方式上看,已經面世的有共用型和組合型之分。
一、共用型
共用型,例如英國的鷂式戰機,就是一臺主發動機實現升力和推力兩種功能它採用的飛馬發動機通過推力向量噴管和引流管來實現垂直起飛和水平飛。
這種模式只需要一臺發動機就能解決兩種需求,結構重量低,設計相對簡單。缺點是發動機佈置在機身中部,擠佔了大量空間,嚴重限制了超音速飛行能力。還有,鷂式戰機不靠空中加油其實根本飛不遠,只能變成一種短程的攻擊機。
二、組合型
組合型就是讓不同的發動機來實現升力和推力,例如蘇聯雅克-38和雅克-141戰鬥機的設計,除了有推力向量噴管的主發動機外,還有升力發動機。這種模式的優點就是對氣動佈局的限制比較小,超音速飛行能力可以得到保證。缺點就是升力發動機在平飛中還會成為無法工作,結構笨重及浪費機身中部空間,燃料消耗極大。所以解體前的蘇聯雖然生產了相當成功的短垂戰機雅克141,依然未能繼續發展。
組合型模式最為成功的是今天美國的F-35B通用戰機,但相比蘇俄的雅克141更進一步,更成熟,F-35B的動力模式依然是組合發動機,升力風扇設計非常精巧,風扇的動力源是利用F135大推力渦扇發動機,通過一根特殊的傳動軸,將一部分動力傳輸給前面的升力風扇。將“吹熱風”的升力發動機換成了“吹冷風”的升力風扇,降低了高溫下洗氣流對主發動機的危害。這種動力模式獲得了和雅克141那樣的垂直起飛能力和超音速飛行能力,而且升力風扇又比升力發動機輕不少。
美國的F-35B的模式依然有短板,升力風扇還是死重,在水平飛行中仍然無法提供推力,主機F-135發動機在起飛過程中要多處出力,功率的要求極高,燃料消耗及控制都極大要求。
垂直起降飛機,因為發動機推重比是有限的,無論是哪種設計,都需要面對推力與重量的協調問題,從而帶來性能上的缺陷,就是航程小,飛行速度慢,荷載極為局限,武器不能多帶。
垂降戰機,英國海鷂作戰半徑只有不到400公里,對比一般戰機都是800-1000公里左右,美國F-35B靠先進發動機,聲稱能夠達到作戰半徑,數據看上去不錯,但代價是沒有高速能力,應該是有點水份,不能盡信。垂降戰機的飛行速度也普遍不高,雅克-141和F-35B雖然解決了超音速難題,但最大飛行速度依然只有1.4馬赫左右。
蘇俄的雅克38和雅克141,為了解決起飛問題,使用組合發動機,在前方豎著安裝了兩臺升力發動機,起飛後就沒用了。於是浪費了機體空間,導致載油料容量少,航程和速度都受到遏制,美國F-35B也有這個問題,只是勉強接受而已。所以,一方面升力發動機死重,一方面空間和油料減少,自然牺牲戰機作戰性能。
“殲-26”,中國成飛垂降戰機的雙發設計,無死重,發動機是真動力
中國成飛垂降戰機的雙發設計,比較巧妙的通過兩臺發動機,解決了垂直起飛和平飛的矛盾,並且最大程度上避免了平飛階段一臺出力一臺成為死重的尷尬,從而為優化後續各種問題,打開了局面。
成飛設計方案,應用一種串聯佈置的動力模式。這種設計以兩臺發動機+三個噴口,來完成垂直起降。
(一)前一臺發動機體積較小推力也較低,佈置在了駕駛艙後部的機背位置,進氣口也設計為機背進氣,同時高溫燃氣通過一個分叉式涵道,從翼根處的噴口排出。前置發動機在升空後依然可以正常工作,通過兩個翼下噴口的柵格葉偏轉方向,可以將向下的推力,轉化為向後的推力,從而參與平飛中的推進。
(二)後一臺發動機也是主動力,佈置位置與常見的戰鬥機類似,通過機腹進氣,它擁有一個和雅克141、F-35B類似的三軸推力向量噴管,能夠向正下方偏轉。
二臺發動機三個噴口的設計,同時這兩個翼下噴口還能參與戰機姿態的調整,也相當於是兩個推力向量噴口,用來提高戰鬥機的機動性。所有發動機全程都在輸出動力,發動機死重也就不存在了。解決了死重問題,也解決了垂直起降時力臂問題。
發動機結構簡單
看前置發動機的設計佈局,有些人可能已經發現,這不與英國鷂式的“飛馬”發動機大差不差嗎?看在垂降中的工作模式確實類似,飛馬發動機確實巧妙,但是結構複雜,提升空間有限,中國成飛的設計對發動機要求比較低,而飛馬發動機則非常複雜。
英國飛馬發動機確實很巧妙,通過引出不同部位的氣流,實現推力分配。前方兩個噴口直接噴吸入的空氣,後方兩個噴口噴射發動機燃燒後的燃氣,一前一後四個噴口,解決了力臂問題,也沒有死重。但是這個設計讓發動機結構複雜,維修困難也很難在戰事的較大波動的緊張逼迫環境下工作。
英國飛馬發動機的直徑也大的可怕,整個發動機比鷂式戰機的機身還要粗,更像一個客機用的大涵道比渦扇動力,又粗又穩,自然不適合超音速,更別提超機動了。
成飛的設計方案裏,只是簡單將噴管分流,發動機主體無需任何改動,渦扇只需正常工作即可,既不需要考慮複雜的結構和工況問題,也不需要對渦扇發動機進行複雜的改裝。前置發動機啟動後,只管猛噴氣流工作即可。後方發動機與蘇俄雅克141和美F-35B類似。
附帶向量機動
既然解決了重型、雙發和複雜性問題,成飛方案中,就有了一款實用性很強的垂直起降戰機設計。這款戰機有優越的向量機動。依靠三個向量噴口,主要是是前方兩個,戰機在飛行時可以進行向量機動。翼下噴口通過在飛行中調整方向,實現向量操。
成飛方案裏,借助於鷂式相似的前置噴管佈局,戰機獲得了一個靠前的作用點,可以配合翼面調整飛機姿態,充分利用偏轉噴口的設計,不浪費一克的重量。成飛在翼下突出於翼根處設置噴口。
這種設計也有缺點,首先是噴口的設計和製造難度比較大,同時噴口的調整也需要更複雜的飛控來操控,另外兩個翼下噴口由於需要調整推力方向,突出在翼根下的噴口會形成兩個鼓包,帶來了額外的阻力和雷達反射面積。
集百家之長,避百家之短
整體上看成飛的方案,集百家之長,避百家之短,可行性高,技術需求低,並沒有太大的技術或材料上的難點,而是巧妙利用現有的成熟技術,通過串列佈置發動機,就解決了此前垂直起降戰機的很多缺點。真的可以快速實現研製與試飛。
一些問題需要解決
成飛這個方案仍然有一些細節問題需要克服。比如發動機高溫燃氣在分流管通過,燃氣溫度非常高,對周邊航空電子設備、油箱、彈艙等等有不小的影響,需要隔熱設計。
此外,整個系統複雜度依然不低,尤其是管道在機體之內彎曲,佔用機內空間,維護檢測也相當不便。當然,這些都算比較偏技術細節的優化。技術細節問題,都是可以解決的問題,隔熱與冷卻也不是天大的難題,美國F-35B的垂直起降設計相對成功,但並不完美,也不是“真理”
垂直起降戰機戰力的期待
成飛這款隱身雙發垂直起降戰機帶著一點殲-10(成飛產品)的特點,不過絕非殲-10模式。首先殲-10典型的鴨式佈局並未看到,主翼也未採用三角翼設計,雙垂尾帶有明顯的隱身設計考慮。
成飛這種雙發串聯的動力設計為了保證內油和機內空間,這款垂降戰機的起飛重量和機體尺寸也遠大於殲-10系列,這將是一種隱身重型戰鬥機。不過初步公開的設計方案中,並未看到其他隱身設計的細節,也不清楚隱身機最重要的彈艙如何設計和佈置。