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观察:细品东风17的气动设计 两大关键技术甩美国HTV2一条街(2)

观察者网 2019-10-26 10:05:09

  2017年3月,中国在厦门举办美国航空航天学会高超音速年会,大大方方地展示了大量成功的试验结果和实物图片,震惊了世界。美国《航空周刊》称这是向美国示威的一炮(A shot across the bow,原意是海军在迫停敌船时向船头前方横向开的一炮,意为再不停船就要开炮击沉了,以后意思推广到一般的警示或者示威)。此后两年里,美国急起直追,但依然落在中国后面,在可预见的将来只有与中国上一代的双锥体高超音速滑翔体(比如东风-15)相当的高超音速武器有望达到实用程度,与东风-17技术相对应的美国高超音速研究机HTV-2的两次试验都失败了,揭示出关键技术尚未到位,没有公开的近期再试计划。

  高超音速时代的双锥体可以与超音速时代的矩形或者半圆进气口类比,两者都是通过简单几何形状对复杂流动现象进行简化的做法,使得理论分析和设计难度降低到可控的水平,但性能也因此受到限制。

  东风-17采用复杂形状的扁平锥体,好似平放的箭簇。这也是HTV-2的基本形状。不同的是,东风-17的扁平锥体具有像大边条一样的侧棱,而且弧线侧棱过渡到直线侧面时有尖锐的转角,而不是圆弧过渡。侧棱的后部当然是用于气动控制的舵面,而HTV-2是没有气动控制面的,使用液氮气化产生的高压气体驱动的反推力发动机。

  边条在飞机上早有使用。SR-71就有从机头开始的大边条,F-18则开始了大边条在战斗机上的使用。SR-71的大边条用于在M3时产生额外升力,改善升力分布,降低配平阻力。F-18的大边条则用于在大迎角下产生涡升力,提高机动性。貌似相同的大边条有很不相同的作用,但有一点是相同的:除了大边条到机翼的转折,边条前缘是圆滑的弧形。SR-71是简单弧形,F-18经典型是S前缘的复杂弧形,F-18E回到简单弧形,但更加宽大饱满。F-18经典型的S形是为了降低大边条的作用,在大边条气动特性还没有完全掌握的时候,保守一点好。到了F-18E时代,麦道对大边条的气动特性更有信心,更加宽大、饱满的大边条的效果更好,不利影响则已经完全理解,可以有效控制。

  当年的F/A-18上,对边条翼的气动特性还没完全掌握,所以留了个“缺口”,到“超级大黄蜂“,就变成饱满形状了

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