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殲十設計來自以色列?為何中國成功而獅式戰機徹底失敗?

在80年代發展的鴨式布局戰鬥機中,以色列的LAVI沒有完成試飛就匆匆下馬,中國的殲10最後則取得了很大的成功。

對於LAVI的下馬,目前有很多人仍然認為這是美國的陰謀。但是僅從技術角度講,LAVI失敗的決定性原因,在於以色列設計師太貪婪,設計上進退失當不知分寸;導致整個布局出現了致命的失誤,根本不能達到正常性能要求,其修改成本高昂到整個項目無法負擔,只能半途夭折。

三代機在80年代開始的後期發展中,在東西方都掀起了鴨式布局的熱潮。鴨式機實際上相當於把常規布局戰機的水平尾翼放到機翼前面,並且與邊條合二為一;理論上這能顯著減少全機的長度,讓飛機更輕巧、阻力更小。

圖:三代常規布局戰機,形成漩渦氣流靠邊條,俯仰控制靠水平尾翼

圖:三代機中,鴨翼的作用等同於水平尾翼和邊條合一

圖:鴨式布局的渦流增升

鴨式布局的一個重要性能優勢來源,就是其鴨翼能夠撕裂迎面的氣流,在機翼上方捲起強烈的漩渦,這會極大的提升機翼的升力表現——而且這種效果要大大強於常規的邊條設計。因為鴨翼的翼展和面積都佔有優勢,而且機翼自身也產生渦流,它是兩個大漩渦體系相互耦合增強的結果。

鴨翼面積越大,和機翼越是靠近,最後形成的渦流就越是強力,升力增加就越是猛烈。但也正由於鴨翼把平尾和邊條的功能結合在一起,還做了大幅度強化,其升力大小變化過程就特別劇烈,特別難以控制。

圖:LAVI鴨翼的安排太極端了

LAVI的設計中,鴨翼面積做的很大,而且有一半都插入了機翼的投影區域,鴨翼的轉軸已經深入到了機翼的投影區域以內。此外,LAVI為了在相同的面積下獲得更強的升力性能,特別是巡航升力表現,採用了後掠翼而不是三角翼作為主翼布局——這在現有先進鴨式布局飛機中絕無僅有。

渦流增升超級給力的前翼設計,加上升阻比特別出色的後掠翼;LAVI如果能順利成功,那麼就能以非常小的飛機重量,獲得遠比其它類似型號強得多的短距起飛爬升和載重能力,強得多的亞聲速機動能力,而且飛的也能遠得多。想法真是挺美好的。

圖:鴨翼配後掠翼在很多前沿探索方案中都出現過,敢拿來實用的只有以色列人,而且毫不意外的失敗了

圖:蘇27/米格29的眼鏡蛇機動,就是後掠翼的俯仰力矩上仰特性被邊條渦流急劇放大以後,形成的急劇而不可控的上仰現象。這個動作是蘇聯在發現蘇27存在大迎角失控問題以後,經過大量試飛發展出來的特技動作。

然而三代機的主翼還有蘇27和米格29系列這樣少數用後掠翼的,到五代機就一款都沒有。關鍵原因之一,後掠翼在極限機動的狀態下,升力首先從外側開始喪失。而後掠翼的外側是在後面的,後頭升力沒有了,前頭還很大,就會讓飛機猛的抬頭失控。這就是後掠翼的所謂「俯仰力矩上仰」現象。

圖:JAS39的俯仰控制問題是可以解決的,而且後來確實解決了。在LAVI上,這一問題不僅無法解決,而且將遠比JAS39劇烈

LAVI這種極端化的組合設計,最後的結果就是這架飛機根本無法完成高機動飛行。一旦該機抬頭的速度過快、迎角增加較大,就將陷入劇烈的俯仰失控過程中。

圖:除了LAVI,沒有鴨式布局飛機將鴨翼深入插入機翼範圍,主翼設計沒有採用後掠翼的,這不是巧合

要解決這個問題,LAVI唯一的出路就是鴨翼必須大幅度前移,機翼的後緣必須更改為平直或者帶前掠的三角翼設計。換句話說,整個飛機的核心氣動布局設計、機身和機翼結構設計全部要重來。

這樣的更改成本,對於LAVI這個項目是根本無法承受的。在LAVI後期,IAI委託格魯曼重新設計機翼,名義上是通過更改機翼內部整體油箱來加大航程載荷性能,但最根本目的還是消除LAVI的控制問題;但由於成本的不可接受,項目最終只能夭折。

最後,對於LAVI項目,筆者用此前文章《殲20側面隱身比F22更好:只因F22不敢用全動垂尾》中的一段話作為總結:

「對於高風險、高收益的極端化設計,唯一的評判邏輯就是看最終結果,這是非常成王敗寇的事情:失敗了,那當然就是設計師狂妄盲目,脫離實際;成功了,那就是設計師能力卓著,決斷過人。」

圖:如果殲10真抄了LAVI的設計,或者基於LAVI的設計,最後一定會失敗。

LAVI項目的失敗,在其總體方案的極端化思路方向確定時就已註定。任何試圖抄襲LAVI,或者在該機總體方案路線上繼續發展的做法,最後一定會以失敗告終。

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