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F-22究竟飞多快?装备2台强悍发动机,为何才飞2马赫?

作者:汇鲁五金网
文章来源:本站

  F-22为四代机(国际通行的划代方法,苏俄称为五代机),那么要回答该问题,就要结合四代机的特点。

  下面分三步回答该问题

  在航空术语中,战斗机的速度一般分为巡航速度和最大速度。所谓巡航速度,就是战斗机能以该速度飞行得最远,换句话说,是一种最省油的飞行速度。对喷气式飞机而言,一般在9000-12000米的高度,以每小时800-900km的速度飞行是能飞得最远的。那么,战斗机处于巡航状态时,其发动机的推力也称为“巡航推力”,四代机以前的飞机,其巡航速度都处于亚音速。如果要超音速飞行,就得开“加力”。我们知道一旦战斗机开“加力”,燃料就会在15分钟内耗尽,所以飞行员只会在万不得已的情况下,才会有此骚操作。自从四代机F-22诞生以后,改变了这个局面。该机能在不开”加力“的的情况下,实现超音速巡航,巡航速度可达1.4-1.5马赫。其最大速度可达2410km/h,也就是说接近2马赫。

  有人要问,装备2台如此强悍的发动机,为什么才飞2马赫?甚至在开“加力”的情况下,速度也不会提高多少。

  要回答这一问,还是回到四代机的话题上。众所周知,第一代喷气式战斗机的速度不快,高度也不高,所以第二代的时候,拼命地追求高空高速,到第三代的时候,其速度也与第二代相当,但航程较远。

  到第四代的时候,战斗机的设计理念发生了显著的变化。比如,美国军方在向“洛克希德”、“波音‘和”通用电力公司“提出四代机的需求时,一共提了:机动灵活性、隐身、超音速巡航、高可靠性易维修、有致命武器等8项要求,但并没有提出速度要有多快、能飞多高这样的要求。所以,到F-22的时候,速度已不是人们追求的主要指标了。

  那么,配2台强悍的发动机做何用呢?这样做的目的,主要是能让F-22能达到高机动灵活性、超音速巡航和能有较大的载弹量等这些指示,而不是为了单纯地提高飞机的速度。再说也没有必要无限制地提高飞行速度,因为此时超视距空战的思想已经主导了整个空军。所以,F-22的最大速度也就接近2马赫而已。

  一家之言,敬请批评指正!

  F-22究竟飞多快?为何才飞2马赫?

  第一个问题的答案:F-22的极速大概是在2.2马赫附近,这个速度已经很快了,但是比起米格-31这样的截击机在最大飞行速度上还是有较大差距,那么这是为什么?

  我们首先要知道下最大飞行速度和什么性能有关系,这样才能知道F-22的极速性能为什么只有2.2马赫左右。

  我们首先构建一个飞机定常平飞时的模型,当攻角接近于0时,我们可以分别从横轴和纵轴上得到T=D和L=W。

  也就是横轴上的推力=阻力,纵轴上的升力=重力,此时飞机处于平衡状态,飞行速度方向向左

  而此时的推力又被称为平飞需用推力Tr,平飞需用推力=阻力。(当然不同飞行高度和速度下的平飞需用推力也是有很大差别的)

  我们现在知道了,要想飞机稳定在这个速度那么我们需要提供相应的推力让T=Tr,此时的T就是可用推力。可用推力也就是发动机能够提供的推力。

  最大平飞速度也是一样的,如果飞机能够稳定在这个速度,那么它的阻力是一定等同于推力的。

  也就是这幅图中的Ta和Tr曲线交点,这一点时Ta=Tr,所以此点在横轴上代表的速度就是飞机的最大飞行速度

  所以想要尽可能的提高最大速度,无非就是两个做法,一个是提高推力,一个是降低阻力。

  提高推力就是从发动机着手,减小阻力就是从气动外形着手。

  我们知道现在的航空发动机一般都是涡轮风扇发动机,这类的发动机的风扇会压缩空气,被压缩的空气会被分成两股,一股进入外涵道,一股进入外涵道,外涵道与内涵道空气流量之比为涵道比。

  图中的就是简单的涡轮风扇发动机,由于外涵道不需要经过高压压气机,燃烧室所以是不需要消耗燃料的,所以涵道比越高就会更省油。而涵道比越小,相对来说推力就会越大,因为气体经过高压压气机,燃烧室等,自身的动量就会越大,而发动机的推力原理正是来源于动量定理

  而我们知道,光考虑涵道比自身油耗和推力是不可以的,因为发动机随着飞机飞行高度和飞行速度的变化,自身的转速就算不变,推力也是会发生改变的。

  意思就是海平面时,此发动机能够提供1t的推力,90000米高空时,在转速相同,速度相同的情况下,此发动机只能够提供0.3t的推力。当然我只是举个例子而已,没有真实性的。

  所以就有了发动机推力曲线:

  比如此图,就是涡喷关于高度的发动机推力曲线,纵轴上方描述的量是推力,下方是耗油率Cf,涡喷也是一样的,一定程度上你可以将它想象成涵道比为0的涡扇发动机,举个例子而已

  现在我们知道发动机有推力曲线了,一般来说高涵道比的发动机更适合亚音速,低涵道比的发动机合适超音速,所以如何提高飞行器的极速,对于发动机的要求就是:推力尽可能大,涵道比尽可能低。(像涡轮前温度这些,都可以大致归入推力大的方面)

  那么现在我们来看气动方面,如何降低飞机超音速后的阻力呢?我们首先要知道飞机超音速的阻力主要有哪些。

  飞机超音速阻力主要有两个:一个是在跨音速区间突增的波阻,一个是飞机配平是舵面转动产生的配平阻力。当然其他阻力也是存在的,不过减小这两个阻力是目前超音速飞机能够实现的途径。

  波阻减小的方法有很多种,增加机身的长细比,机翼采用小展弦比大后掠角的设计,加大尖削比,面积率修型,减小机翼的相对厚度,减小机身的截面积等措施。

  协和式客机就是典型的例子,大长细比机身,机翼厚度小,机身截面积小等措施,让它成功的比一票战斗机飞得都快

  米格-31这类截击机极速高的原因长细比机身占了很重要的原因

  减小配平阻力的方法目前通用的有两个:一个是采用远距耦合鸭翼,一个是将飞机设计成静不稳定性。

  配平阻力其实就是力臂问题,飞机在天空中飞行的时候,是不可能时时保持一个平稳状态的,所以这需要飞机的平尾,副翼和垂尾去维持飞机在俯仰,横滚,偏航力矩的平衡。

  所以就会产生配平阻力,我们都学过杠杆定理,知道力臂越长越省事,对应到飞机中也是一样的。那么我们如何去将力臂变长呢?

  对于俯仰配平阻力来説,我们可以寻找鸭翼,远距耦合鸭翼到重心的距离比平尾到重心的距离更近,所以力臂更长,所以配平时舵面偏转就小,产生的配平阻力就小。

  台风就是典型的远距耦合鸭翼,其鸭翼位置这么靠前的原因就是尽可能的远离重心,这样可以增强配平效率

  静不稳定其实就是全机的升力中心在重心之前,简单地说就是,当飞机攻角增大时,飞机会自发抬头让攻角更大,攻角变小时,飞机会自发的低头,这样的飞机就是静不稳定的。

  现在我们来看第二个问题F-22的极速为什么只有2马赫?

  我认为是由于F-22采用了兼顾亚音速性能与超音速性能的缘故,由于F-22是空优机和单纯的截击机是不一样的,所以在设计时会考虑亚音速机动能力,是不可能将机身的长细比进一步放大的。所以尽管采用了F-119这样的小涵道比发动机,F-22的极速也没有米格-31这类单纯的截击机强。

  不过,话说回来,极速越高不代表飞机的超音速机动能力强,因为升阻比不止要求阻力系数低,也要求升力系数高。

  毕竟F-22选择的是综合,它的机动能力就远不是米格-31比得上得了,不管是超音速机动能力还是亚音速机动能力。

  只要发动机强,板砖飞上天?

  F22装着世界上第二先进的2台F119发动机,巡航速度都能达到1.87马赫,为何最大速度才只能飞2.2马赫(网络上的数据),而体型更大的歼20才装备2台WS-10B发动机,性能可谓差了整整1个档次,为了最大速度却能达到2.5马赫呢,这是为什么?

  首先这个没有必然联系。F-22的发动机是推重比达到10的F119发动机,先进的发动机+完美的气动布局,让F22达到1.87马赫的超音速巡航能力。所谓的2.2马赫的最大速度其实也就是传说而已,可能是真的,也可能是假的。个人觉得如果美国要让F22到达2.5马赫速度也是完全可以的,但是美国人认为并没有这个必要而已!

  F-22“猛禽”是世界上第一种单座双引擎第五代隐形战斗机,它的作战能力为前一代主力机种F-15的3到5倍。主要任务是取得并确保战区的制空权,额外的任务包括对地攻击,电子战和信号情报。F-22于2005年进入美国空军服役,以取代上一代的主力机种F-15战斗机。洛克希德·马丁为主承包商,负责设计大部分机身、武器系统和F-22的最终组装。计划合作伙伴波音航太则提供机翼、后机身、航空电子综合系统和培训系统。

  (F-22“猛禽”)

  F-22是当代造价最昂贵的战斗机种之一,也是当今世界最先进战斗机之一。它配备了AN/APG-77主动相位阵列雷达、AIM-9X红外线空对空导弹、AIM-120C/D中程空对空导弹、二维F119-PW-100推力矢量引擎、先进整合航电与人机界面等。在设计上具备超音速巡航(不需使用加力燃烧室)、超视距作战、高机动性、对雷达与红外线隐形等特性。据估计其作战能力为F-15的2到4倍,是新一代重型战斗机。另外,在开发F-22期间所建立的许多先进技术,也沿用到中型的F-35“闪电Ⅱ”(Lightning II)身上。F-22被公认为现代上10大战斗机第1名。洛克希德·马丁公司宣称,猛禽的隐形性能、灵敏性、精确度和态势感知能力结合,组合其空对空和空对地作战能力,使得它成为当今世界综合性能最佳的战斗机。

  (F-22“猛禽”超音速飞行)

  F22在超音速下具有划时代的机动性,可以在15000米高度,以M1.6拉一个6G的稳定盘旋,而上一代战机只能在这个高度和速度下,拉到3G,并会损失速度,这意味着F22有选择交战还是逃离的能力,而其他战机没有。而在低速下,F22具有70度的可以攻角,在15海里空速下,机头依然可控,在0空速下,机头掉落可知。这种低速机动性也是划时代的。

  (F-22“猛禽”发射AIM-120导弹)

  (F119-PW-100低涵道比加力涡扇发动机)

  F-22最大速度可能在2.4-2.5马赫,但是武器投放最大速度实验就做到了2马赫,原因是,飞机要求带一定的过载进行发射,就这种比较苛刻的要求,使得F-22战斗机的速度快速下降。

  虽然F-22战斗机是世界第一款隐身战斗机,但是美国人还是努力做到最好,F-22战斗机在2马赫时候,可以做出5G盘旋,这种时候还可以发射导弹,这在当代战斗机中首屈一指,而且F22也尝试过高度1万米在1.8马赫速度下拉出8G巨大过载,F22战斗机打开加力,做5G机动包线远远超越F-15和F-35,这才是真实的战斗力。

  美标的五代机F-22最高速度确实不到两马赫,但各国发展四代机就已经不盲目追求高速了,因为超音速飞行特别耗油,还需要发动机开加力,实际上就只能维持几分钟,作用不是很大。

  而F22因为飞机动力强、外形阻力小,恰恰可以不开加力就能超音速飞行,也就是所谓的超音速巡航,能够持续半小时以上,最高能到1.8马赫。如果这么一算,F22的实际速度可比四代机快多了。

  战斗机的发展经历了追求高空高速得阶段,但实践证明战斗机并不是速度越快越好,飞机的速度和气动外形以及发动机推力有直接关系,有利于高速飞行得气动外形,不利于战斗机的机动性,而大部分空战都是在高亚音速进行,所以现代战斗机兼顾高速和机动性,一般最高速度都在两马赫左右

  你好2马赫是可以巡航的这个不得了,目前地球上只要这一架能做到,可以说天下我国武功唯快不破,已经是独孤求败了。

  F-22之所以飞的不快是从总体设计上就限制的。首先其使用了固定进气道适应的速度范围就不高,然后机身比较短超音速阻力大,虽然零升阻力比较小但也影响不了整体。再加上推力矢量喷口不但增重还影响推进效率,进一步降低了提高速度的能力。

  按照美国??的发动机技术,F22可以达到3马赫以上。

  但是为什么不这么干呢?!

  关键是美国空军要的是综合性能超群的战机,为了速度而牺牲其他性能完全没必要!

  当然这些都是放在现有的硬件技术上!

  如果硬件技术再上一个台阶,F22的速度肯定会能再提上去!

  

F-22究竟飞多快?装备2台强悍发动机,为何才飞2马赫?

  

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F-22究竟飞多快?装备2台强悍发动机,为何才飞2马赫?

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