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花4亿预算改飞机:F-35缘何为外国客户加装减速伞?花4亿预算改飞机:

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减速伞系统成为了高速战术飞机设计中不可或缺的设计

近期,美国国防部发布消息,证实洛克希德·马丁公司已经获得一份价值6200万美元(合人民币4亿元)的合同,用于为一部分出口的F-35战斗机加装减速伞系统。合同包括56套保型释放系统和190套减速伞。

F-35减速伞系统

安装在V型双垂尾之间的后机身上表面,基于隐身原则而设计,并且可以快速安装和拆卸。

飞行员通过座舱仪表台左上方的开关对其进行控制。这套减速伞系统用于强化F-35在恶劣环境下的着陆能力,尤其是在跑道距离不足、而且气候潮湿寒冷导致跑道表面湿滑甚至结冰的情况下。

喷气式的高速军用飞机为了降低高速飞行阻力、减轻重量、降低制造和使用成本,在基本气动布局和增升设计上都要做出很大的牺牲,尤其是,需要更高的速度才能产生足够的升力托起飞机离地。

即使是从第三代战斗机开始,全球主流军机制造商都通过边条和鸭翼等手段大幅度改进了飞机的低速升力表现,飞机在重载状态下起降速度接近、超过300公里/小时依然非常常见。

而这就给飞机着陆带来了巨大的问题:更高的飞行与着陆速度意味着需要更长的跑道来完成减速制动过程……而在战争条件下,机场跑道永远是敌方进行第一轮火力打击时的核心目标。

2006年,以色列轰炸黎巴嫩贝鲁特机场。此次轰炸被誉为“教科书级别的精确打击”。

如何缩短战斗机的着陆距离?在无法显著降低着陆速度的情况下,剩下的途径就是使飞机在接地之后形成更大的阻力,尽快消耗掉飞机的动能,使飞机速度更快的降低到零。这通常有四种方向的技术措施可以采用——

01

改变发动机的喷流方向

让“正推力”变成“反推力”

从减速能力上说,这种反推力设计是非常有效的;而且它甚至可以提供这样的能力——战斗机借助反向的推力自行倒车、掉头。

瑞典空军的JA-37战斗机就是非常经典的案例:JA-37最喜欢进行的“表演”就是在极短距离的跑道范围内完成降落,随后自行掉头、再以极短的距离起飞。

瑞典空军JA-37

但除了JA-37与“狂风”战斗轰炸机外,在高速战术飞机上使用反推设计并不是主流。

原因在于这些飞机的发动机都被安置在机身的尾端,而在这类飞机上,飞机尾部是最偏离重心、同时气动阻力也最为敏感的地方。对于大多数高速战术飞机来说,反推力装置在总体性能上,比起它带来的性能优势,由于重量和阻力增大而带来的负面拖累还是要明显得多。

因此即便是对短距起降能力最为重视的瑞典,在后续的JAS-39上,也没有延续JA-37的这一反推减速设计。

02

类似于汽车的机轮刹车设计

这是所有高速战术飞机上都必须要使用的设计,从基本原理上讲,战斗机上的刹车系统和汽车的刹车系统并没有太大的出入。

F-16制动以后,刹车盘被烧得通红在这一过程中,整个刹车系统区域的温度接近700度。

但飞机和汽车在刹车制动系统上的一个核心差异在于:

由于战斗机的制动负荷远高于汽车,而机体上所能够允许装载的部件,其重量体积却又远远小于汽车……这样的情况就迫使飞机的制动系统必须用远比汽车更为轻薄的结构和部件,在无法加装有效强制冷却设备的情况下,去吸收远远高于汽车的动能。

因此,在相当长的一段时期内,飞机的机轮刹车系统都不足以完全满足飞机的减速制动要求——

由于吸收不了那么多能量,刹车系统在飞机速度还未下降到一定程度,就会出现热衰竭,进而失去制动能力。为了解决这样的问题,F-14和C-5一度极其疯狂的采用了剧毒的氧化铍作为刹车材料。

现代高性能汽车上的碳-碳刹车,就是航空制动技术向下游工业产品转移的产物。注意这一结构件上有用于强制通风散热的孔道。

随着碳-碳等先进材料的实用化,机轮刹车的最高工作温度从200至250摄氏度,已经提高到了700摄氏度甚至更高。

目前,现代高速战术飞机在大多数情况下,已经足以仅依靠机体自身的气动刹车设计和机轮刹车就能满足绝大多数情况下的着陆需求。

03

借助飞机上的气动面

形成“气动刹车”能力

这是几乎所有高速战术飞机上都会使用的设计——

在接地后利用空气阻力来减速,并利用飞机上的各个气动面协同偏转,来显著增大飞机阻力。

除了张开的减速板外,仰起状态下的机身本身也是气动刹车阻力的重要来源。

这种设计的优点在于,这一设计几乎不需要在飞机上加装专用于着陆的任何设备,也就是说不需要付出额外的重量和阻力代价——甚至是专用的减速板原本也是空战中会被频繁使用的必需品。当然随着气动和飞控技术的进步,现在不少飞机已经取消了专用减速板,而是代之以鸭翼/平尾/襟翼/副翼/方向舵的协调偏转,来实现减速板功能。

但这一设计的缺点在于,随着接地后速度的迅速降低,气动刹车的效果会迅速消失,它不能单独完成对飞机的减速和制动。

04

减速伞系统

额外的强化版“气动刹车”

如上所述,很长一段历史时期内,高速战术飞机在着陆过程中都存在速度过高、而机轮刹车性能又不足的情况。

在这段时期内,减速伞系统成为了高速战术飞机设计中不可或缺的设计:减速伞在完全展开以后会形成巨大的迎风面积,气动刹车效果极为显著。

美军自用的F-16上通常不带减速伞,但相当部分出口产品都应客户要求加装了减速伞。

即便现在,机轮刹车系统已经能够满足飞机的减速需求,为高速战术飞机加装减速伞依然有很明显的好处——比如刹车盘的损耗速度会得到非常大幅度的减缓。这意味着可以节省一笔相当可观的维护费用。

但减速伞也有其固有的缺点:

俄罗斯飞行表演队的地勤为飞机装减速伞。

首先,加装在机体上的减速伞会一定程度上加大飞机尾部的重量和阻力,导致飞行性能损失。

俄军地勤回收苏-27的减速伞。

其次,在着陆过程中,为了防止喷流引燃降落伞等情况的出现,在速度足够的低的时候,降落伞会被分离抛弃,并由地勤人员手动尽快回收。这会降低战斗机群的连续回收速度,并使地面维护工作复杂化、并需要更多的人手。

但总体来看,加装减速伞对F-35的隐身性能影响并不大,只是对飞机的飞行性能会有小幅度的影响。

并且,当前局势下,绝大部分美国境外的F-35用户也都没有迫切的战争需求……综合考量,对于极端恶劣环境下的降落能力需求只是这些国家加装减速伞的部分动机。其主要考虑点,可能还是出于成本控制和军队习惯的原因。

转载自微信公众号:看航空

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发布日期:2021-08-18 10:27:53

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