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F-22究竟飞多快?装备2台强悍发动机,为何才飞2马赫?
F-22究竟飞多快?为何才飞2马赫?
第一个问题的答案:F-22的极速大概是在2.2马赫附近,这个速度已经很快了,但是比起米格-31这样的截击机在最大飞行速度上还是有较大差距,那么这是为什么?
我们首先要知道下最大飞行速度和什么性能有关系,这样才能知道F-22的极速性能为什么只有2.2马赫左右。
我们首先构建一个飞机定常平飞时的模型,当攻角接近于0时,我们可以分别从横轴和纵轴上得到T=D和L=W。
也就是横轴上的推力=阻力,纵轴上的升力=重力,此时飞机处于平衡状态,飞行速度方向向左
而此时的推力又被称为平飞需用推力Tr,平飞需用推力=阻力。(当然不同飞行高度和速度下的平飞需用推力也是有很大差别的)
我们现在知道了,要想飞机稳定在这个速度那么我们需要提供相应的推力让T=Tr,此时的T就是可用推力。可用推力也就是发动机能够提供的推力。
最大平飞速度也是一样的,如果飞机能够稳定在这个速度,那么它的阻力是一定等同于推力的。
也就是这幅图中的Ta和Tr曲线交点,这一点时Ta=Tr,所以此点在横轴上代表的速度就是飞机的最大飞行速度
所以想要尽可能的提高最大速度,无非就是两个做法,一个是提高推力,一个是降低阻力。
F-22之所以飞的不快是从总体设计上就限制的。首先其使用了固定进气道适应的速度范围就不高,然后机身比较短超音速阻力大,虽然零升阻力比较小但也影响不了整体。再加上推力矢量喷口不但增重还影响推进效率,进一步降低了提高速度的能力。
F-22“猛禽”是世界上第一种单座双引擎第五代***战斗机,它的作战能力为前一代主力机种F-15的3到5倍。主要任务是取得并确保战区的制空权,额外的任务包括对地攻击,电子战和信号情报。F-22于2005年进入美国空军服役,以取代上一代的主力机种F-15战斗机。洛克希德·马丁为主承包商,负责设计大部分机身、武器系统和F-22的最终组装。***合作伙伴波音航太则提供机翼、后机身、航空电子综合系统和培训系统。
(F-22“猛禽”)
F-22是当代造价最昂贵的战斗机种之一,也是当今世界最先进战斗机之一。它配备了AN/APG-77主动相位阵列雷达、AIM-9X红外线空对空导弹、AIM-120C/D中程空对空导弹、二维F119-PW-100推力矢量引擎、先进整合航电与人机界面等。在设计上具备超音速巡航(不需使用加力燃烧室)、超视距作战、高机动性、对雷达与红外线***等特性。据估计其作战能力为F-15的2到4倍,是新一代重型战斗机。另外,在开发F-22期间所建立的许多先进技术,也沿用到中型的F-35“闪电Ⅱ”(Lightning II)身上。F-22被公认为现代上10大战斗机第1名。洛克希德·马丁公司宣称,猛禽的***性能、灵敏性、精确度和态势感知能力结合,组合其空对空和空对地作战能力,使得它成为当今世界综合性能最佳的战斗机。
(F-22“猛禽”超音速飞行)
F22在超音速下具有划时代的机动性,可以在15000米高度,以M1.6拉一个6G的稳定盘旋,而上一代战机只能在这个高度和速度下,拉到3G,并会损失速度,这意味着F22有选择交战还是逃离的能力,而其他战机没有。而在低速下,F22具有70度的可以攻角,在15海里空速下,机头依然可控,在0空速下,机头掉落可知。这种低速机动性也是划时代的。
(F-22“猛禽”发射AIM-120导弹)
F-22所使用的发动机是在1983年ATF***所确定下而开始正式立项研发。参加发动机竞标只有普惠公司和通用电气公司两家。1984年,普惠和通用电气分别拿出各自的方案设计。普惠所给出的是***用低涵道比设计的PW-5000,并这款发动机能提供30000磅级推力(约13吨)。为了达到预计指标,普惠拿出了耐高温达1100°的三代单晶涡轮叶片。而通用电气拿出的则是GE-37,GE-37在设计上运用了可调涵道比设计,其涵道比能在0~0.25之间进行改变。这是为了满足ATF***中所提出的低油耗和高速长航程矛盾指标的设计。通过对涡扇发动机涵道比的调节来进行油耗的调整。这款发动机有着高涵道比的巡航模式和低涵道比的涡喷发动机模式,在涡喷模式下,GE-37的推力要比W-5000要高。服役的F-22战斗机装备两台F119-PW-100低涵道比加力涡扇发动机,单台最大推力104千牛,加力推力156千牛,推重比超过10。相对于上一代战斗机使用的发动机,F119在零件数量少40%的情况下能多输出22%的推力,并且***用了推力矢量技术,发动机喷口能在纵向偏转±20度,使F-22具备了极佳的机动性和短距起降性能 。(F119-PW-100低涵道比加力涡扇发动机)
F-22最大速度可能在2.4-2.5马赫,但是武器投放最大速度实验就做到了2马赫,原因是,飞机要求带一定的过载进行发射,就这种比较苛刻的要求,使得F-22战斗机的速度快速下降。
虽然F-22战斗机是世界第一款隐身战斗机,但是美国人还是努力做到最好,F-22战斗机在2马赫时候,可以做出5G盘旋,这种时候还可以发射导弹,这在当代战斗机中首屈一指,而且F22也尝试过高度1万米在1.8马赫速度下拉出8G巨大过载,F22战斗机打开加力,做5G机动包线远远超越F-15和F-35,这才是真实的战斗力。
F-22为四代机(国际通行的划代方法,苏俄称为五代机),那么要回答该问题,就要结合四代机的特点。
下面分三步回答该问题
在航空术语中,战斗机的速度一般分为巡航速度和最大速度。所谓巡航速度,就是战斗机能以该速度飞行得最远,换句话说,是一种最省油的飞行速度。对喷气式飞机而言,一般在9000-12000米的高度,以每小时800-900km的速度飞行是能飞得最远的。那么,战斗机处于巡航状态时,其发动机的推力也称为“巡航推力”,四代机以前的飞机,其巡航速度都处于亚音速。如果要超音速飞行,就得开“加力”。我们知道一旦战斗机开“加力”,燃料就会在15分钟内耗尽,所以飞行员只会在万不得已的情况下,才会有此骚操作。自从四代机F-22诞生以后,改变了这个局面。该机能在不开”加力“的的情况下,实现超音速巡航,巡航速度可达1.4-1.5马赫。其最大速度可达2410km/h,也就是说接近2马赫。
有人要问,装备2台如此强悍的发动机,为什么才飞2马赫?甚至在开“加力”的情况下,速度也不会提高多少。
要回答这一问,还是回到四代机的话题上。众所周知,第一代喷气式战斗机的速度不快,高度也不高,所以第二代的时候,拼命地追求高空高速,到第三代的时候,其速度也与第二代相当,但航程较远。
到第四代的时候,战斗机的设计理念发生了显著的变化。比如,美国军方在向“洛克希德”、“波音‘和”通用电力公司“提出四代机的需求时,一共提了:机动灵活性、隐身、超音速巡航、高可靠性易维修、有致命武器等8项要求,但并没有提出速度要有多快、能飞多高这样的要求。所以,到F-22的时候,速度已不是人们追求的主要指标了。
那么,配2台强悍的发动机做何用呢?这样做的目的,主要是能让F-22能达到高机动灵活性、超音速巡航和能有较大的载弹量等这些指示,而不是为了单纯地提高飞机的速度。再说也没有必要无限制地提高飞行速度,因为此时超视距空战的思想已经主导了整个空军。所以,F-22的最大速度也就接近2马赫而已。
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