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歼20结构为何如此昂贵?最大能承受350吨以上重量!
2017-7-22 13:32:00           作者: 候知健

歼20结构为何如此昂贵?最大能承受350吨以上重量!

图:歼20结构的真实极限至少能承受350吨以上载荷

通常来说,现代战斗机的最大使用过载在7-9G之间——也就是在极限盘旋的过程中,飞机能够产生自身7-9倍的升力形成足够的向心力,保证飞机完成盘旋动作。顺便再强调一句,这世上木有真正的离心力,离心力只是惯性的体现!

但是飞机的结构在飞行过程中要经历反复的高压力和各种变形——比如歼7、8这样的二代机,每平方米最多承受7500公斤压力,而三代机的数字通常达到9300-9500公斤。因此它们的结构必然会不断的反复变形,并在萌生裂纹后不断扩张。

歼20结构为何如此昂贵?最大能承受350吨以上重量!

图:战斗机在进行这样盘旋时,需要自身7-9倍的升力,而且还要有额外的一半结构强度冗余保证安全

所以为了保证飞机的安全、特别是长时间使用的寿命安全;一般情况下,一个飞机给出了9G的使用过载,那还得在机身机构强度上留出至少额外50%的冗余;这样即使是飞行员太生猛,飞控一时反应不过来,让飞机超出了9G的极限,也不会立刻让飞机出现不可恢复的变形损坏、乃至直接解体。

比如用一个直观但不甚严谨的简化结论来说,一架战斗机,如果允许在16吨重量时进行9G过载机动的话;它的结构强度在9G状态下就得撑的起144吨的载荷;但实际上,为了这飞机飞起来足够保险而且耐操,真实的极限强度,得做到能撑起216吨!

歼20结构为何如此昂贵?最大能承受350吨以上重量!

歼20结构为何如此昂贵?最大能承受350吨以上重量!

图:歼20暴露出来的框架等结构,无不异常强壮

比如以歼20这样的飞机来说,从发动机推力和全机尺寸,以欧美先进三、五代制空战机的设计规律推算;歼20的空战重量(各国详细标准不同,但一般是内油一半、带空战导弹)大概在25-26吨左右。换句话说,歼20的结构极限,能够承受338-351吨的载荷。

包括F15、F16、歼10、阵风、苏27、F22、歼20等绝大多数战斗机,都是遵循50%原则设计的;倒不是这个数字有啥特别的含义,纯粹就是方便计算而从百年前流传下来的航空设计传统而已,又好算,留下的冗余度又足够大,重量代价也可以接受。

歼20结构为何如此昂贵?最大能承受350吨以上重量!

图:毒!德味!大师!学习了!这个飞机比较高级!特别是飞控!

但是,德国主导研制下的台风是个例外。这个飞机的冗余只有40%。对于这点,德国自己的解释是,因为台风的飞控比较高级——意外进入超出9G的高载荷次数要少得多,因此对机身结构寿命的破坏性耗损要小得多,有40%就够了。

但实际上,这是台风结构设计完全失控带来的直接恶果——而其原因,则是德国的航空设计经验严重匮乏,结构设计水平低下。

这导致台风战斗机的结构拥有欧洲一流的材料,欧洲一流的加工设备和工艺手段;但就是无法在良好协调战斗机结构的整体强度和刚度性能指标的基础上,选用最合适的结构形式,达到造价和重量的最优化。

歼20结构为何如此昂贵?最大能承受350吨以上重量!

歼20结构为何如此昂贵?最大能承受350吨以上重量!

比如在结构件上,观察台风战斗机相关的生产车间、日常维护修理新闻照片,以及其各种公开的结构资料,可以得出结论;该机的钣金件比例严重偏低,估算大概占全机的20~30%左右,而一般三代机的比例比这个高的多,比如苏27的钣金件比例占了60~70%左右。

实际上钣金件和机加件的比例本身不是决定性的,但是这意味着一个很严重的问题:德国人吃不准飞机上哪些部件是可以将强度和刚度性能放的较低,于是为了保险起见,把这些部件全部做成机加件。最后的结果就是刚柔不能相济,同时满足高强低重的矛盾要求,全机结构超重;又不得不从整体上削弱强度,控制重量。

责任编辑: 蔚 蓝 文章来源:
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