歼20采用了非常复杂的多涡系增升气动布局,之所以如此,不单是因为发动机不给力,而是涡升力本来就是空气动力学的一个重要分支,美国的五代机就有鸭翼。
涡流与水汽混合在一起,非常壮观
大家都知道机翼产生升力是因为伯努力原理,简单的说就是流体流速大时其压强小,反之压强大。伯努利原理最著名的应用实例就是飞机机翼的升力,机翼上面做成曲线形,下面是平的。飞机运动时机翼上面流速大压强小,下面流速小压强大,上下压强差产生向上的升力,当飞机的运动速度达到一定时,机翼产生的升力大于飞机的重力飞机就起飞了。
歼20拉出的强劲涡流
而涡流之所以能够增加机翼的升力,是因为其中心的流速很快,能量很高,压力很低,因而增大了机翼上下表面的压力差。歼20从内向外共有机头涡、鸭翼涡和边条涡三个涡系,这三道涡流都是脱体涡流,其中最典型的是鸭翼的脱体涡,脱体涡相对于附体涡而言的,由机翼上下面的压力差导致的横向流与沿飞行方向的纵向流相混合而形成的混合流,这个混合流在脱离机翼后所合成的螺旋状流动叫做脱体涡流。
枭龙的边条涡
脱体涡在20世纪70年代开始流行,广泛用于使飞行器产生涡升力,其产生的脱体涡流同主翼产生的附体涡流形成有利干扰,改善流场,通过补充机翼上表面气流的能量,加大上下表面的空气压力差,增加主翼升力,并延迟旋涡破裂。脱体涡是随飞行器迎角的增加而增大的。因为翼尖的绕流最强烈,所以在这里形成的涡流也最强。鸭翼翼尖的涡流正好经过主翼上表面,带来涡升力。
涡升力的缺点是较易造成不稳定,因此,早期并未得到大规模应用,直至电传飞控及飞控计算机出现以后,能够用气动舵面的偏转来精确补偿这种不稳定。这也就是鸭翼直至三代机后期才盛行的原因。
出现较早的雷式战机用固定鸭翼来降低涡流的不稳定度
脱体涡形成的升力不同于机翼本身的压差而形成的升力,后者是线性的,也就是你加大机翼面积,这种升力就会增加,而脱体涡形成的升力却不随着迎角的增大而一直增加,在迎角增大到某一程度,脱体涡会突变为非对称,甚至破裂,这一迎角被称为临界迎角。目前对于35度迎角以上的脱体涡研究,特别是对于非对称突变与破裂,基本没有完善的理论体系,在实际工作中仍主要由风洞吹风试验得出结论,但可以确定的是在涡升力乃至涡控制领域,我国是处于领先地位的。
涡升力能为歼20带来超机动性是没有疑问的,但能否使它增大航程呢?看来只要能够形成涡流,涡升力就有助于增大歼20的航程,在临界迎角以内,涡升力是与迎角成正比增加的,也就是说只有达到一定的迎角才会形成涡升力,一般这个迎角为5度,而飞机作巡航飞行的时侯,都是有迎角的。因此,只要歼20的巡航迎角大于5度,产生的涡升力就可以增大其航程。这时飞机可以看作是有是一个不断爬升-下滑的飞行剖面。
巡航状态的歼20