国家材料腐蚀与防护科学数据中心
National Materials Corrosion and Protection Data Center
中文 | Eng 数据审核 登录 反馈
歼20学不了F22矢量喷管,缺高性能钛合金和陶瓷
2016-08-04 11:34:58 作者:本网整理 来源:腾讯新闻

  在超声速状态下,飞机有38-50%甚至更高比例的阻力都来自于飞机的尾部。为了针对后机身进行气动外形上的减阻,大幅度减小超声速巡航飞行的阻力,F22采用了与全机设计一体化的两元矢量推力系统,并取得了阻力与隐身上的极好效果。

 

a

 

  两元矢量推力为F22减阻的效果来自两个方面,第一个方面是俄式飞机惯用的轴对称矢量喷管也能做到的。飞机在进入超声速状态以后,随着气动中心的后移和阻力的增加,平尾等气动面会出现控制阻力加大、控制能力反而降低等一系列问题。通过矢量推力分担平尾的工作,大大减小平尾的偏转幅度,F22在维持超声速飞行平衡时能够极大的减小控制方面的阻力。

 

  而第二个效果则是F22所独有的:F22机身采用了两头尖的超声速翼型剖面,整个机身侧面的形状就是巨大的超音速机翼,形成极低阻力的超音速升力体布局;而这其中如何给尾部收尖,对整个设计的性能指标有着至关重要的影响。而两元矢量推力喷口的使用,使F22尾部流畅的将截面积缩减到了最小。


  因此F22采用的两元矢量推力,看似笨重很多而且推力损失大不少,比起轴对称喷管又在超机动控制上能力欠缺;但是它通过改善战斗机的总体阻力与信号特征,实际上获得的性能收益是轴对称喷管完全不能相比的。

 

c

 

  既然阻力与隐身上优势如此明显,为何中俄的飞机不采用?答案就一个:做不出那个水平。四代机由于强调超巡,发动机喷流的特性是双高——高温、高速;轴对称喷管的圆形截面受力不仅均匀,而且承受的热载荷和力载荷也小。而方形截面不可避免会遭遇受热、受力的高度不均匀,没有轻质且高强度又极耐高温的材料,根本应对不了这样的苛刻的工作环境。

 

  以F22为例,它喷管承力结构的钛合金材料就是专门研制的。在F22之前,钛合金的极限工作温度从350度一直提升到600度,但都无法克服高温自燃(钛的化学性质在高温下非常活跃,所谓耐高温只是相对铝合金来说)的问题。而F22上采用的Alloy C高温阻燃钛合金(牌号Tidyne 3515,基本成分50%钛、35%钒、15%铬),在激光器的点燃测试中,燃点比三代战斗机用的常规钛合金高出500度。

 

d

f22和歼20

 

  中国和俄罗斯,都在美国Alloy c系列合金的公开资料基础上,开发了自己类似性能的阻燃钛合金,比如中国版Alloy c就叫做TI40。但是由于基本功不扎实——比如对钛合金燃烧的原理研究不够深入系统,国内在TI40的应用上至今达不到实用水平。根据2014年航空材料学报的公开论文,我国将TI40首先应用在工作温度较低的发动机压气机机匣,待型号成功后再逐步推广应用到其它部位——很显然这只能是涡扇15了。

 

b

 

  另一方面Alloy c系列合金本身,也无法直接抵御发动机燃气的冲击烧蚀,因此它需要一个热屏障来隔离燃气。美国采用的是以碳化硅纤维为基础开发的复合陶瓷材料,以获得耐高温、高强度、高韧性抗冲击性能。而在这一方面,我国和美国相比差距更大——阻燃钛合金至少造的出来,好不好用两说;而碳化硅增韧陶瓷,起码高性能碳化硅纤维我国目前极度依赖进口而又被国际社会所禁运。

 

免责声明:本网站所转载的文字、图片与视频资料版权归原创作者所有,如果涉及侵权,请第一时间联系本网删除。

关于国家科技资源服务平台

国家科技基础条件平台中心是科技部直属事业单位,致力于推动科技资源优化配置,实现开放共享,其主要职责是:承担国家科技基础条件平台建设项目的过程管理和基础性工作;承担国家科技基础条件平台建设发展战略、规范标准、管理方式、运行状况和问题的研究,以及国际合作与宣传、培训等工作;承担科技基础条件门户系统的建设与运行管理工作;参与对在建和已建国家科技基础条件平台项目的考核评估和运行监督工作。

国家科技资源服务平台相关网站


国家材料腐蚀与防护科学数据中心

国家高能物理科学数据中心

国家基因组科学数据中心

国家微生物科学数据中心

国家空间科学数据中心

国家天文科学数据中心

国家对地观测科学数据中心

国家极地科学数据中心

国家青藏高原科学数据中心

国家生态科学数据中心

国家冰川冻土沙漠科学数据中心

国家计量科学数据中心

国家地球系统科学数据中心

国家人口健康科学数据中心

国家基础学科公共科学数据中心

国家农业科学数据中心

国家林业和草原科学数据中心

国家气象科学数据中心

国家地震科学数据中心

国家海洋科学数据中心