当前位置: 焊接设备 >> 焊接设备优势 >> 战斗机减负之路阻力重重,为何战斗机的体
前言:二战时期的P-51、拉-9和FW-,每架重约4吨。
50年代的米格-15、F-86,重量是5~6吨。上世纪90年代的的米格-29、F-16重量都超过10吨,Su-27、F-15都超过20吨。飞机越重越大,越容易被发现和击中,生产时耗费材料多,价格相应增高,这是谁都不希望的。可美国的F-22,正常起飞重量28吨,每架价值1亿美元以上,这又是什么缘故呢?二战时期的著名战斗机P-51野马随着技术的进步,电子设备从大变小重量减轻,航空新材料新工艺不断出现,战斗机应该越来越轻,瑞典的JAS-39、印度的LCA,设计起飞重量8吨。但“轻”所带来的问题已暴露出来,就是战斗力不足。事实上战斗机重量不断变重的原因,要从对战斗机作战能力的要求不断提高来理解和解释。
战斗机的正常起飞重量主要包括四大部分:即飞机结构重量,燃料,人、设备和武器重量,以及动力装置重量,对这四部分重量进行分析探讨就可以明白战斗机“体重”何以节节上升的原因所在。
现役主流战斗机的重量对比表结构重量战斗机的结构重量包括什么,没有一个国际标准。
这里考虑的基本上是机体承力结构的重量,包括机翼、机身、起落架、尾翼等。
很显然,它们的强度和相对应的重量应与飞机正常起飞重量直接成比例。
而飞机结构内还安装有操纵系统、各种仪表等,它们对大型或小型战斗机来说,其重量差别不太大,因此归入设备部分内。
F-14的机身机构近年来航空材料发展迅速,早期的铝合金已被高强度铝材代替,还出现了铝镁合金、钛合金、高强度钢、铝锂合金和复合材料等。
制造工艺也从早期的铆接增加了各种焊接和胶接,大面积的金属板成型技术已很成熟,所以飞机结构重量占起飞重量的比例应该越来越小,可惜统计数字表明的情况并非如此。
例如第二次世界大战著名的战斗机,德国的Me-、FW-,它们的机体结构重量占正常起飞重量的29%,美国的P-39是31%。
美国早期批生产的喷气战斗机F-80的这一比值是27%,而格-15、米格-17开始用大后掠角机翼和高垂尾则增加到了32~33%。
现役战斗机尽管采用了不少新材料、新技术,但这一比值没有下降多少。
美国F-14A战斗机使用的钛合金,约占机重的25%现代战斗机的机动能力要求比50年代时高多了。
活塞式战斗机允许使用过载系数4.67,即允许产生的最大升力与飞机重量之比是4.67倍。
这个系数直接和飞机的机动性有关。
可用过载系数越大,飞机的空中机动能力有可能越好。
提高过载系数,首先机体的强度要承受得了,70年代前要求战斗机过载系数是7.3~8.0,90年代是9.0。
此外飞机在高速飞行时机身还要承受高速气流产生的空气动压。
过去低空飞行所允许的最大速度受发动机的功率限制。
而喷气式飞机推力很大,完全可以在低空飞行飞到“散架”的程度,所以每种战斗机都给飞行员一个最大速度限制,超过这个速度飞机结构就“受不了”。
50年代战斗机低空限速~公里/小时,90年代是公里/小时。
也就是说,现代战斗机机体的强度比五、六十年代的大得多,因此相对重量减不下来。
燃料燃料多少与飞机航程、留空时间的是,不能简单地说燃料越多就飞得越远。
这种说法对同一架飞机来说是可以的,但对不同的飞机则不行。
航程主要与燃料重量占飞机起飞重量的比值成比例。
据统计,活塞式战斗机,燃料重量与起飞重量的比值(称为载油系数)是12%左右,航程~公里。
当时的远程护航战斗机如拉-11,航程达公里,挂上副油箱载油系数才22%,后期的P-51也相当这一水平。
50年代喷气战斗机的载油系数很少低于22%,航程公里左右。
随着航空技术的进步,发动机单位推力的燃料消耗率已从1.0~1.1千克/小时·十牛降到0.6千克/小时·十牛左右,但战斗机的机内载油系数却低不下来,反而不断提高。
主要是对战斗机航程的要求增加了,而且发动机推力也大得多。
60年代研制的F-战斗机就因为航程只有公里而没有为美空军大量采用,它的机内载油系数已达28.6%。
主要是设计师为达到两倍音速,机翼设计得太小太薄,飞机最大升阻比很低。
机身油箱和机翼油箱区域(红色)增加空中加油能力或挂很多副油箱,并不能完全解决作战半径问题。
空战一旦发生即需要投掉副油箱,而空中加油一次所能增加的航程也直接受机内载油系数的限制。
如果油箱太小,空中加油也加不了多少燃料。
F-15、苏-27的载油系数已接近40%。
人、设备和武器人和救生装置的重量相对固定,只是为了保证飞行员的安全,弹射座椅越来越复杂,能在零高度无速度条件下脱离飞机开伞着陆。
因此座椅本身重量也从早期的55千克增加到~千克。
F-35飞行员使用的Mk16弹射座椅.3公斤设备重量包括各种操纵、领航、通信系统。
现代的通信电台重量减轻很多,50年代的电台重约50千克,现在则只有6~10千克;一部同样功能的雷达过去是千克以上,现在约重千克。
但是,50年代的战斗机只有通信电台、无线电罗盘和无线电高度表等设备,而现代战斗机要求有保密通信,包括超短波和长波、空地数据交连系统、火控系统、武器管理系统、远近程无线电导航系统、惯性导航系统等。
仪表改用几个荧光屏显示代替,飞机操纵系统改为三四套并行工作的电传操纵系统。
所以机载设备重量不但没有下降,反而增加了1~2倍。
例如50年代F-80飞机的设备重量是千克,米格-17是千克,而现代F-16A的设备重量已达1千克,改为F-16C型后是千克左右。
如果将飞机重量分为空重和载荷重量则固定武器算在空重内,炮弹、导弹算在载荷内。
活塞式战斗机火力最强的是拉-11,装3门23毫米口径的航炮,备弹发,武器重量约千克。
F-86配备6挺12.7毫米机枪,备弹1发,总重约千克。
米格-17用1门37毫米口径和2门23毫米口径的航炮,总炮弹量发,重约千克。
A10攻击机上使用的加特林GAU-8(7管30毫米机炮)现代空战分为超视距空战和目视格斗空战两个阶段,所以战斗机应配备三类武器:航炮、格斗导弹、中距空空导弹,每种导弹最少2枚。
F-15有一门6管航炮,备弹发、4枚格斗导弹,每枚重85千克、4枚中距导弹,每枚千克。
武器总重量为千克。
火力较弱F-16,也有一门炮,备弹发,但一般只挂2枚格斗导弹,武器重量是千克。
近年来,中距空空导弹的重量下降则很多,如法国的“米卡”导弹每枚重千克,美国AIM-每枚重千克。
即便如此,如果配齐三类武器,武器总重量不会低于千克。
总之,人、设备和武器的重量,对于现代战斗机来说最少不宜低于0千克,减少武器、设备重量也就意味着作战效能相应降低。
F-15强悍的挂载能力动力装置战斗机要求高机动性,发动机的推力最好比飞机重量大一些或者相当。
两者的比值称飞机推重比,主流水平为1.0左右。
如果选用的发动机推力80千牛(千克力),飞机起飞重量不宜大于8吨或16吨(用双台发动机)。
发动机装在飞机上要有固定架,燃料、润滑油供应还要有油箱、管道和油泵等,所以一般动力装置的重量比发动机重量还要增大20~26%。
结语通过对上述四部分重量的分析就可以估计一架现代战斗机所需的正常起飞重量了。
还有一点要说明的是,对第四代战机所必须具备的隐身技术和矢量推力技术还没有考虑。
如果考虑这些因素,飞机重量还将增加上千千克。
飞机反雷达涂层所用的吸波涂料每平方米约重2.5~3.0千克,一架战斗机要涂上~平方米,增重~千克。
再加上结构上的特殊要求,结构重量占起飞重量的比例将提高到34~36%。
而矢量推力技术的采用约增重一两百千克,从而使动力装置重量比例达到20%的目前水平。