解放軍殲-16切角不是為了匿蹤 解密垂直尾翼防顫振關鍵氣動設計

撰文:晨楓新苑
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【軍事】殲-16的平尾和垂尾翼尖都有斜切一刀,有人猜測這是出於隱形考慮。「這不就是鋸齒嗎?」不是的。這是從蘇-27繼承下來的設計。

這斜切一刀與隱形無關。蘇-27和米格-29設計的時候,還不知道有隱形這一說呢。斜切這一刀是防顫振的。顫振是機翼形狀結構的氣動彈性現象。

蘇-27戰機的垂尾和平尾翼尖也斜切一刀。(YouTube@軍迷大學習影片截圖)

機翼(或者尾翼)不是剛性的,一定是彈性的,只是彈性多少而已。既然有彈性,就不只在一個方向上有彈性。具體來說,在氣動力的作用下,會以翼根為軸發生上下的彈性振動(彎曲運動),也會以機翼結構中線(實際上不一定是幾何中線,要得到氣動升力分布加權,大體可以看做重心類似物)為軸發生前後的彈性扭轉(扭轉運動)。兩個方向的運動都有固有頻率。一旦兩個頻率重合,就會發生共振,幅度和強度越來越大,最終導致結構損壞。

機翼和尾翼都有顫振問題,必須避免。

翼尖斜切一刀後,有效翼展有所縮短,彎曲運動的頻率會提高,但扭轉運動的頻率大體不變。這樣就錯開了兩個固有頻率,避免了顫振問題。代價是尖銳的翼尖引起翼尖渦流,產生額外阻力。

另一個常見的做法是翼尖配重,降低彎曲運動的頻率,也錯開共振頻率。蘇-27、F-16、F/A-18的翼尖導彈掛架就兼做配重的作用。

更加激進的做法是提高結構剛度,根本改變振動特性,把顫振極限提高到正常飛行包線之外。蘇-30MKK來自蘇-27的雙座教練型,平尾保留了切尖,抬高、加大的座艙側面積則需要額外的垂尾面積,才能恢復「尾羽」效應和航向穩定度。

中國空軍殲-16戰機。(央視網)

也就是說,重心後的側面積投影保持超過重心前而且達到一定的裕度,以便在航向向兩側偏斜時,利用空氣動壓自然地把飛機的航向「順」回來。這是強調低空突防的戰轟的需要,雙座教練型對低空抗陣風沒有那麼高的要求,航向穩定裕度略有降低不打緊,所以保留了原有的高度稍低而且切尖的垂尾。

這也是蘇-27UB和蘇-30MKK的最顯眼的區分標誌。因此蘇-30MKK垂尾加高加強了,降低了彎曲振動頻率,與扭動頻率錯開了,就用簡化的「平頂」,這還是額外的電子戰天線。代價是更大的重量。

殲-16保留了原來的較低而且切尖的垂尾,應該是用數字飛控補償了低空陣風條件下的航向穩定性,降低了結構重量。殲-35的垂尾、F-22的平尾翼尖也有切角,只是在後緣切掉一個小角,防顫振的作用還是相似的。

尖銳的翼尖在超音速時產生錐形激波,向後斜切把空間「騰給」激波錐,降低避免額外阻力和激波對結構的應力。另一個辦法是將翼尖前緣圓鈍化,米格-29的機翼就是這樣處理的。

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