我不是學氣動的,不過看到有人恨不得寫了百十個回答噴鴨翼,所以今天還真的花了點兒時間找了找資料,發現有那麼一些資料,是中文社區里很少提到的。

一個是洛馬首席航空科學家Paul M. Bevilaqua發表在JOURNAL OF AIRCRAFT(SCI,2區)上的文章《Genesis of the F-35 Joint Strike Fighter》,裡面詳細回顧了DARPA/JAST/JSF的一些細節。這些計劃在早期設計中有很多帶鴨翼設計,但是最後為什麼不用鴨翼呢?文章中有了非常明確的解釋:

Because the shaft-driven lift fan propulsion concept was new and therefore considered the riskiest of the alternative propulsion systems, it was decided to reduce the perceived risk of our aircraft design by replacing the canard with a more conventional aft tail.

合理推測,如果不是all in one的執念以至於對垂直起降有強烈的需求,也許F-35就是帶鴨翼的了。所以JSF最後放棄鴨翼,並不是出於隱身和氣動方面的原因,純粹是為了降低風險和便宜。

實際上,低風險、成本控制對於技術儲備豐富的米國而言,永遠是第一需要,因為他們有的選。航空發動機上GE也表示,這一段我看過。要是有人拿著F100擊敗F101說最好的中介支點是敵人發動機上的中介支點,估計我會把他頭都扇掉。

而且反過來說,在黑科技的垂直起降升力風扇出現之前,鴨翼作為最有風險、但是還是要裝在飛機上的東西,你覺得鴨翼在米國人心中的地位是什麼樣的呢?

A:雖然鴨翼隱身氣動一無是處還有技術風險,但是裝在上面顯得我們米國有排場,值得一裝。

B:雖然鴨翼有技術風險,但是各種試驗說明確實有很多好處,值得一裝。

選一個吧。

另外,還有一個關於不用鴨翼的解釋來自於一篇名為《F-35 Program History – From JAST to IOC》的報告,發表在會議2018 Aviation Technology, Integration, and Operations Conference上。

這裡的結論就是:帶有鴨翼的布局沒有考慮到上艦,所以為了讓JSF具有更加通用的性能,最終使用了常規布局。

X-36,1997年參加測試

另外一個是鴨翼到底是否影響隱身的問題,611、西工大都有論文支持合理優化過的鴨翼不會影響隱身性能。所以我找了一份有關X-36的報告:《Flight Testing the X-36—The Test Pilots Perspective》。當然,這份報告裡面有捧臭腳的成分,但是有一段對該布局隱身性能的描述還是很有意思的:

From the beginnings of aviation, designers have sought ways to create faster, lighter, more maneuverable designs. Tailless designs have had the promise of reducing structural weight, aerodynamic drag and cost, but at the increased complexity of a complicated control system and non-traditional control surfaces. Recently, stealth has also become an important design consideration. Fortunately two key enabling technologies have made a blend of these attributes possible. These are digital flight control technology and the vast advances in computational analysis which permit integration of low observable technologies and advanced aerodynamic design. The X-36 represents a radical integration of these technologies into a practical research aircraft.

這個結論雖然沒有什麼可用的數據,但是也大概說明了,拿著50年前的資料說鴨翼沒有隱身能力,還是太低估了科技進步了。


再補充點兒關於隱身的資料。我還是比較奇怪的,關於J20隱身性能的估算、關於JSF早期鴨翼布局究竟為什麼沒有再使用——這些問題難道這麼多年過去了,真的沒有人查到過這些資料么……

這是一份來自2011年發表在名為《Air Power Australia Analysis》雜誌上的報告,名稱是:

《A Preliminary Assessment of Specular Radar Cross Section Performance in the Chengdu J-20 Prototype》,地址如下:

http://www.ausairpower.net/APA-2011-03.html#A.1?

www.ausairpower.net

這個算的準不準咱們也不知道,但是反正應該比口算準點兒,算是有了個結果:

In conclusion, this study has established through Physical Optics simulation across nine frequency bands, that no fundamental obstacles exist in the shaping design of the J-20 prototype, which would preclude its development into a genuine Very Low Observable design.

這篇文章中對於Very Low Observation的定義見下圖。具體的數值可以在上面的圖裡面按照DBSM自己看。

所以看起來下圖裡這位肉眼觀測、人腦計算的無情人形RCS估算機器有大概2-3個數量級左右的誤差,比5%-10%的業界標準高了一些。當然,我屬實很好奇他是怎麼估計出來的。

當然,這個報告還有個姊妹篇,是估算T-50的RCS,最後結論我也放在這裡:

In conclusion, this study has established through Physical Optics simulation across nine frequency bands, that no fundamental obstacles exist in the shaping design of the T-50 prototype, which might preclude its development into a genuine Very Low Observable design with constrained angular coverage.

看起來像是粘貼複製改了一下,但是"with constrained angular coverage"這幾個詞還是比較令人在意的。所以T50單純從結構上說也是隱形的。


他開始反擊了! @空軍決勝者

結果,就有了下面這個東西。看看,「某個」模擬測試。某個,某個是哪個?到底是哪個?為什麼不查一下,圖裡說的到底是哪個?為什麼?告訴我為什麼?是不是看不懂?是不是不會英文?是不是不會裝翻譯插件?

J20的「某個」RCS模擬測試

嘖嘖,拿著PEC無RAM條件下的rcs模擬結果開心得像個什麼一樣,而且這結果還是150MHz波段下的——這個波段就是可以針對隱形飛機的米波雷達波段。要是把PEC、無RAM和相近波段(230MHz)下F22的rcs模擬拿給他看,估計這哥們兒能當場吐血。

F22的「某個」RCS模擬測試,文章名:Analysis of RCS of Low Observable Aircraft in VHF Band,單位:dBsm

來,看看機頭方向上有幾個點在-10dB以下的?看來,在無情人肉rcs測量機器眼裡,F22估計也是一個rcs0.2-0.3平方米,勉強有隱身能力的辣雞飛機石錘。

所謂PEC無RAM,就是假設飛機是一個不用複合材料的全金屬大號導體(Perfect Electric Conductor),還不塗吸波塗層(Radiation Absorbent Material),這個測試不是沒用,而是專門用來考察飛機外形設計的隱身水平的。就這個情況下放在專門針對隱身飛機的米波雷達下照,機頭rcs還只有0.1左右,這還不是隱身飛機?

而且,人家報告不是已經清楚地告訴你,J20就是VLO。

最後,我也不知道誰能給他解釋解釋,優化後的鴨翼還是不是鴨翼,優化後的鴨翼又到底隱身不隱身?而且神論又出來了:

是啊,那優化過後帶鴨翼的J20到底隱身不隱身呢?到底是不是VLO呢?對不對?


而且這位朋友完全不知道自己優秀在哪裡。我諷刺他,問他「某個」是哪個,就是想說:

「喂,你說的那個數據,是全導體、無吸波材料條件下的模擬數據,跟飛機最終的隱身性能是兩回事。你看懂這個圖說什麼了嗎?這個圖根本沒辦法論證你的觀點,OK?隨便拿張圖不問條件只看數值,這是XX才會幹的事情,OK?」

結果,他居然真的以為我是不知道是哪個,還一本正經地又跟我說一遍,義正辭嚴地放出來的圖片還是PEC/無RAM的那些圖片,這就相當於二次曝光了。

為什麼!為什麼我都告訴他了,他貼上來的圖片是PEC/無RAM的模擬結果,根本就不能拿來作為證據,結果他還要非常執著地放這些圖片?為什麼?誰能告訴我為什麼?為什麼他被slap了,我還告訴他他被打了、被打在哪裡,他還要執著地用臉往我手上撞?他是不是真的看不懂我在諷刺他?

所以,這位朋友不僅英文不好,修辭也學得不怎麼樣,達到了「別人罵他他都聽不懂的」極高境界——原來Mental Retardation還可以有自動屏蔽的作用。

當然,即便如此,我還是高估了她,我以為他是拿著米波雷達下的測試結果跟我炫耀——也就是PEC、無RAM、150MHz下的結果,因為這個結果下J20的RCS結果確實不好看(話說哪個飛機在這種條件下好看呢?不然我為什麼要找F22的例子呢?),結果沒有想到這位朋友還沒有達到這個境界,而是直接是看不懂RCS圖的坐標軸,我的錯,這是我的錯,估計不足呀。

J20,PEC/無RAM和150MHz條件下的RCS圖,灰色部分面積確實非常小

他放了那麼多圖,其實都不是J20的正面RCS……

好的,教學時間開始了。

不知道這位朋友有沒有注意到他貼出來的「實錘」圖片裡面都有細細的黑線,這些黑線代表了什麼呢?簡單說就是電磁波的探測方向來源。

因為飛機飛行的時候,探測它的雷達波可能來自不同的方向。有的是來自空中,所以敵方雷達的探測方向基本上跟我方飛機在一個平面上;有的來自地面上,所以探測方向會來自我方飛機的下方。

注意中間的黑線了嗎?

最靠近中心的四根黑線圍成的面積,就是所謂的「空中威脅」區域,橫著從上往下數第二條和第三條黑線之間的區域是所謂的「20-200海里地對空威脅」區域,意味著如果在這些區域裡面RCS值比較低,那麼在20海里以外的區域,飛機不會被雷達捕捉到。

而且因為我方飛機被地方雷達掃描的方向幾乎是隨機的,甚至於在知道對方雷達位置的情況下可以選擇飛行方向,所以可以認為少數幾個特定角度上RCS值比較大,不影響飛機的隱身——不然,F22在大概斜40°角上的兩個逃不掉的大峰值就應該實錘F22隱形辣雞了。

可是為什麼這些區域這麼小呢?這是因為這些圖是把一個球面360°全方位無死角的模擬結果都坐標轉換到一個平面上了,離中心越遠,扭曲的越大。我們看世界地圖也是越遠離赤道的位置地圖上的面積跟實際面積的比例就偏離越高。

所以看看結果(RAM就是帶有吸波材料,後面的XXGHz代表探測用的電磁波頻率,基本上頻率越低,飛機RCS越高,隱身性能越差,所以只放到8GHz為止):

RAM,1.2GHz,重要的面積實際上只有紅線中這麼大

RAM,3GHz

RAM,6GHz

RAM,8.0GHz

@空軍決勝者 先是找錯了圖,把PEC/無RAM的模擬結果拿來當實錘,估計是一眼看上去花花綠綠的就覺得RCS肯定小不了,卻根本不知道核心區域在哪兒,也不管少數幾個峰值點面積佔比是多少——唉,為什麼要裝看的懂圖呢?

@空軍決勝者,什麼叫PEC和無RAM呀?能不能回答我什麼叫做PEC和無RAM?您這位天才還在拿著這種條件下的數據在那兒自說自話,我看著您都覺得可憐,能不能好好去搬磚賺錢?不要摻和文化人的事情了,OK?

對了,他肯定要反駁:裡面不是有這個藍綠色的點嗎?那我就只好把可憐的F22再拉出來了:

F22的RCS面積,圖片來源:Accurate Evaluation of RCS on the Structure of Aircraft Inlets,PEC/無RAM條件,1.6GHz

上面這張圖中,藍色的是考慮進氣道的情況,紅色是把進氣道填死的情況。當然,這是PEC/無RAM的情況,所以這兒主要看差值:機頭方向上,不同探測角度RCS差20多個dBsm正常的很,關鍵是這些峰值點佔比很小,不影響最後結果。

文章Analysis of RCS of Low Observable Aircraft in VHF Band的結論也是一樣的。

可憐的F22,估計在人肉RCS測量機器眼裡,再次隱形辣雞實錘。

還有,神論又出來了:F22的機頭RCS在PEC、無RAM、230MHz的情況下就幾乎沒有低於-10dBsm的點,居然此人一句「不是同一組測試里的,毫無對比價值」就打發了。

這好歹也是公開發表的論文,也都是PEC無RAM,也都是用的成熟可靠的模擬方法,邊界條件也告訴你了,按照道理也都做過網格無關性檢測,模型誤差、計算誤差也許是有的,但是人家也不是肉眼觀察法,不會搞出來兩三個數量級的差距呀。

所以這位朋友解釋一下唄,人家是怎麼算的才會不如你口算的准?或者解釋一下:不是一台電腦上算出來的數值模擬結果就不能比較,你是想把全世界的工科學科一鍋端了嗎?

哦,對了,我忘了,他根本就不能理解我為什麼要提F22在PEC、無RAM和VHF波段下的RCS測試結果,罪過呀罪過。

啊,等一下, @空軍決勝者 還要說英文的事情,可以理解,可能剛剛掌握了翻譯插件的用法,需要顯擺一下。可惜,他不僅不懂英文,中文學習也存在問題。

potential的來源

首先,要誇獎一下,翻譯插件還算可以,基本上翻譯的是準確的,原文中這段話的意思也確實是J20的隱身性能是「有潛力」。可是……,我要說可是了,「定性」這兩個字不知道他有沒有想過是什麼意思呢?這篇文章重要結論都是在定量分析,連不同條件下的RCS值都算出來了,怎麼這個結論出現了「定性分析」幾個字呢?

potential這個詞讓這位朋友覺得拿到了實錘,這開心的,激動之情溢於言表

可惜呀,他找到的所謂的「結論」不是全文的結論,而是放在文章最最最開頭的「J-20 Prototype Very Low Observable Airframe Shaping Design Features」一章中的結論——緊接著Introduction,這章就是在文章開頭對J20外形特徵做了定性分析,定性分析完了,得出結論有隱身的潛力,然後再做定量分析。

所以整個文章的思路是:我先定性分析一下……誒呦!不錯,有潛力哦,我再來定量分析一下吧……哇,果然是的誒。

「潛力」和「定性分析」就是這麼來的。

至於說,論文最終的結論是什麼,我早就放在那兒了,自行取用。

簡單說,看到potential這個詞,他立馬覺得自己抓到了實錘,跟之前看到PEC/無RAM/VHF波段下RCS圖一樣,完全不知道這個詞為什麼會出現,有什麼含義,他只是覺得他拿到了證據,自己的自信於是又加大了500倍。

我想說的是:你就算是看不懂文章,看不懂英文,看不懂翻譯出來的中文,那拜託你也看看這段話出現在文章的哪裡,OK?是在末尾?還是在中間?是在中間就別把這東西當全文的結論好不好?

怎麼說來著:無知真的是自信倍增器。但凡知道中文裡面「定性分析」四個字是什麼意思也不至於會拿這個當證據吧?但凡知道論文前幾章是幹嘛的,也不至於會拿這個來當證據吧?

因此,這位朋友雄起想要證明自己其實是懂英文的,卻讓別人一下看出來,他連中文都不懂,打出來「定性分析」四個字的時候,好像也沒太明白這幾個字什麼意思,你說這可如何是好。

然後,預防一下,文中確實不止一次用到了Potential,文章做完PEC/無RAM之後也說了potential,這是因為這時候還沒有加上複合材料和吸波材料的影響,所以依然不代表最後的隱身情況。

文章最後總結的時候也說了potential,不過是the design would present very good potential for robust Very Low Observable performance in the S-band and above。

robust Very Low Observable performance和Very Low Observable performance,這兩個東西之間的區別,還有這句話前後的行文邏輯,我真心建議這位朋友不要隨便不懂裝懂了,真的容易露怯的。

總結一下:

這位朋友的論點都是這麼來的:拿著放大鏡找,找到任何他想要的詞或者圖片,立馬自信漲了若干倍,連上下文都不顧了。最後的結果就是,每一次拿出來一個證據,他表現出來的level of intelligence就低了三百檔,搞得我現在都不忍心看他反駁了。

真擔心哪天誰說一句「 @空軍決勝者 真的是好XX」,結果這位天才只看見「 @空軍決勝者 真的是好」幾個字,直接拿著這句話說到處炫耀別人說他好。

不要笑!這事兒說不定到他第三次反駁我的時候就真的干出來了!

誰真的告訴他一下:優化後的鴨翼還是不是鴨翼?裝在J20上的鴨翼還是不是鴨翼?J20隱身不隱身?為什麼論文最後結論是J20具有VLO呢?

當然,最後再來幾問:J20的RSC是0.2~0.3,你到底是怎麼算出來的?PEC和無RAM你知道是什麼意思嗎?RCS圖花花綠綠的知道該往哪兒看嗎?「你真的好XX」是在誇你「真的好」嗎?

下次真的記得看上下文再發言,不然容易被吊著打,有翻譯插件也沒用,真的。


神預言,我剛剛是這麼說的:

我就擔心,別人罵他他聽不懂,還拿別人罵他的話炫耀

然後轉眼這位朋友就這麼回復了:

轉眼間,他就這樣回復

Emmmmmmm,怎麼說呢,我以為自己用某些詞語侮辱了他,還在惴惴不安是不是會被知乎要求修改答案,結果這位朋友一眨眼就把我剛給他做好的帽子扣到了自己頭上。

啊……我,無言以對。

【實際上已經被要求修改答案了,唉,我改回答當然是沒有問題的,但是為什麼管理員同學不尊重一下這位朋友對這些詞語的榮耀感么?】

所以文章說J20是具有潛在VLO是在文章的哪兒說的呢?飛機RCS圖到底應該看哪一部分呢?經過同行評議的論文里數值模擬結果為什麼不能橫向對比呢?J20是不是具有VLO呢? @空軍決勝者


然後鑒於評論區還有人差不多的,所以還要再上一節語法課:

論中學語文為什麼需要狠抓

我的原文:611、西工大都有論文支持合理優化過的鴨翼不會影響隱身性能

這句話裡面,「合理優化過的」這幾個字,就是傳說中的「定語」,定語的作用是用來修飾和限制後面的中心語的。

「合理優化過的鴨翼不會影響隱身性能」等價於「鴨翼一旦通過合理手段優化過之後,就不會影響隱身性能」,也就是這位大師自己說的鴨翼因為「通過一些手段」之後,變成了不會影響隱身性能的鴨翼了。

所以在開腔的瞬間,大師形自發成了一台打臉永動機:雖然他知道優化後的鴨翼不會影響隱身,但是鴨翼會影響隱身。

而配合上後半段里的引文,意思是:鴨翼本身會有很多問題,隱身的、氣動的、控制的,但是技術的發展已經可以優化鴨翼使之不會產生這些不利影響。在這些技術出現之前,鴨翼也許不可用,但是在這些技術出現之後,鴨翼的缺點被限制、優點被放大,所以可用,而且用了有很大的好處。

實際上,很多我們現在看起來很先進的技術和產品出現的很早,比如說電動車其實比燃油車出現的更早,只不過當年電動車有很多技術問題沒有解決,直到現在電池技術、電機技術有了一定的發展之後,電動車才變成一種先進的產品。

最後大師依然要堅定不移地、目光如炬地、正氣凜然地要問:你敢不敢回答鴨翼會不會影響隱身?

我說一聲鴨翼影響隱身,你敢答應嗎?

我的感覺就是:

所以,翻譯翻譯,什麼XXX叫XXX經過合理優化。


在座的諸位除非參與過J20的研發,或者有什麼說出來能幫我付大學學費的資料,否則我覺得還是別亂說好一點……非要我做個評價的話,我認為J20是在目前TG的科研水平和子系統水平下,針對現在和近未來的國防戰略(例如島鏈啊,日韓的美國駐軍啊,西邊的印度啊啥的)能拿出的最優解。沒必要尬吹,也沒必要無腦噴,只要能完成它被設計出來去做的任務就是好飛機。


自行判斷:

特意留了進度條 加了速的動圖就別放上來丟人了

=====正文=====

低速飛行和高速飛行存在很大差別,要分開討論。

1.低速

低速是渦升力發揮作用的階段。

20是利用渦升力的典範,最大升力係數應該顯著大於其他戰機(根據各種資料)。得益於放寬靜穩定度設計和鴨翼的長力臂,低速下瞬時盤旋角速度和角加速度也很優秀(參考上面動圖)。

但是殲20為了提高高速性能,選擇了較大後掠較大翼載的三角翼,附著流升力較小(相比su27 f16 f22這些中等後掠翼),需要更多渦升力。為了達到相同升力係數,渦升力需要付出比附流升力更大的迎角和阻力。

結論是殲20低速最大升力優秀,但是最大升力點對應的阻力偏大,升阻比偏小。

考慮到發動機仍有待提高,雖然低速下殲20可以快速轉彎指向敵機,但是低速下持續與敵糾纏不是殲20最好的選擇。

2.高速

高速飛行一般不會出現大迎角,也就不會產生渦升力。此時即使迎角和升力係數很小,產生的升力也能輕易達到機體結構和人體的限制(9G)。

既然大家都能達到9G,考量高速機動能力的關鍵參數就變成了升阻比,升阻比越大,機動時能量損失越小,保持大G值轉彎和高速飛行的能力越強。而高速飛行時阻力來源主要有三個:1.激波阻力 2.摩擦阻力 3.升致阻力。

決定激波阻力的是面積律,決定摩擦阻力的是浸潤面積,決定升致阻力的是升力係數和展弦比。高速下的升致阻力很小,在此不做討論。

從1和2方面看,殲20都更有優勢。雖然沒有殲20和F22的截面積分布數據,但細長的飛機顯然更容易設計成截面積變化平滑的外形。F22更多考慮低速性能而使用了更大的翼面積和相對厚度5%~6%的翼型,並且為了容納彈艙和雙S進氣道,機身幾乎沒有蜂腰設計,截面積曲線在機翼前緣處必定有一個突然的躍升,跨/超聲速阻力不會十分理想。

另一方面,611給姑娘瘦身的手藝一直不錯,殲10的小蠻腰就非常性感

再來看20

可以看出使用鴨式布局讓殲20的彈艙和主翼兩個截面積最大的部位在X方向上錯開了,相應地彈艙可以做得更大不用擔心截面積激增,而主翼正好對應逐漸收縮的發動機艙,完成了截面積的平滑過渡,兩台發動機中間的溝相信就是為了滿足面積率設計挖出來的。邊條下方還設計了鼓包,容納起落架的同時稍微填補了鴨翼和主翼之間截面積的凹陷,總體設計非常巧妙。可以判定殲20超聲速阻力小於F22。

3.隱身性

我不知道。

我不是學電的,沒有發言權,評論區有相關專業的大神補充。

不過總有人吐槽鴨翼反射電磁波,俺尋思F22那雙巨大的垂尾就不反射電磁波了?

4.結論

殲20的氣動布局,實現了低速增升和高速減阻的效果,可以從中窺見設計人員的思想和殲20的作戰目標。F22更注重低速升阻比/能量保持/亞聲速持續機動能力,有點類似F16亞聲速永動機的特性,不可避免地一定程度上犧牲了超聲速阻力。

此外,殲20使用了更複雜的渦流增升設計,擁有更平滑的截面積分布,需要更多的試驗和更複雜的控制律,因此認為殲20比F22先進。不是說鴨式就比常規布局先進。

以上結論只是針對氣動力做出的,也就是作用在機體表面的力,不包括作用在發動機上的力、慣性力和重力,因此無法得出具體飛行性能的結論。

感謝評論區所有討論(錯亂髮言我已經刪了,剩下的都是有用的),讓我漲了不少知識。

最後,以上分析均來自公開資料,不要抓我去換50w。


@空軍決勝者 不是下圖這玩意1998年就在我家放著了

俺尋思獅1999年出來的啊。那麼只有一個原因了。tg時光機器已經研發成功


在此,吐槽下知乎的舉報,希望大家能看完我的回答。

已經有不少人表示反對此人(空中決勝者)文章,這裡暫且不論文章內容,只說明他的其他比較惡劣的行為(由於他已經將我的一部分評論刪除,並且我已無法評論,隨後我會貼上我被他刪掉的言論)

此處出現辱國言論,下面是第一個指出他錯誤的人

這是他的回應:

這是文章中的侮辱他人的辭彙

以及在與我對線過程中,始終避開為什麼要辱國以及侮辱他人,甚至反咬一口,以下是他第一次轉移,可笑的邏輯。

後續幾次轉移,不但不為自己的行為做出道歉,反而態度惡劣,以一種反正是互聯網上,沒有人能制裁他侮辱他人,侮辱國家的不負責任的想法,且在他人分點列出他邏輯的錯誤時,刪除他無法反駁的言論,再次轉移矛盾,試圖給別人扣上"恨國黨"的帽子。

各位,往後看就能看到他的著作《論j20落後40年的氣動》。在此,提示下各位,大學必修的思想道德品質中提到的公民的義務第三條:公民應自覺維護國家榮譽和利益。

所以我們需要做的很簡單,對其包含侮辱性辭彙的評論和文章進行舉報,舉報的人越多,他對此做出修改的可能才越大。這類人就是不守規矩慣了一直沒受到約束,在這裡,你們的舉報就是 @不言語 這位先驅所說的"巴掌"。

十分感謝各位能看到這裡。


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