殲20采用了非常復雜的多渦系增升氣動布局,之所以如此,不單是因為發動機不給力,而是渦升力本來就是空氣動力學的一個重要分支,美國的五代機就有鴨翼。
渦流與水汽混合在一起,非常壯觀
大家都知道機翼產生升力是因為伯努力原理,簡單的說就是流體流速大時其壓強小,反之壓強大。伯努利原理最著名的應用實例就是飛機機翼的升力,機翼上面做成曲線形,下面是平的。飛機運動時機翼上面流速大壓強小,下面流速小壓強大,上下壓強差產生向上的升力,當飛機的運動速度達到一定時,機翼產生的升力大于飛機的重力飛機就起飛了。
殲20拉出的強勁渦流
而渦流之所以能夠增加機翼的升力,是因為其中心的流速很快,能量很高,壓力很低,因而增大了機翼上下表面的壓力差。殲20從內向外共有機頭渦、鴨翼渦和邊條渦三個渦系,這三道渦流都是脫體渦流,其中最典型的是鴨翼的脫體渦,脫體渦相對于附體渦而言的,由機翼上下面的壓力差導致的橫向流與沿飛行方向的縱向流相混合而形成的混合流,這個混合流在脫離機翼后所合成的螺旋狀流動叫做脫體渦流。
梟龍的邊條渦
脫體渦在20世紀70年代開始流行,廣泛用于使飛行器產生渦升力,其產生的脫體渦流同主翼產生的附體渦流形成有利干擾,改善流場,通過補充機翼上表面氣流的能量,加大上下表面的空氣壓力差,增加主翼升力,并延遲旋渦破裂。脫體渦是隨飛行器迎角的增加而增大的。因為翼尖的繞流最強烈,所以在這里形成的渦流也最強。鴨翼翼尖的渦流正好經過主翼上表面,帶來渦升力。
渦升力的缺點是較易造成不穩定,因此,早期并未得到大規模應用,直至電傳飛控及飛控計算機出現以后,能夠用氣動舵面的偏轉來精確補償這種不穩定。這也就是鴨翼直至三代機后期才盛行的原因。
出現較早的雷式戰機用固定鴨翼來降低渦流的不穩定度
脫體渦形成的升力不同于機翼本身的壓差而形成的升力,后者是線性的,也就是你加大機翼面積,這種升力就會增加,而脫體渦形成的升力卻不隨著迎角的增大而一直增加,在迎角增大到某一程度,脫體渦會突變為非對稱,甚至破裂,這一迎角被稱為臨界迎角。目前對于35度迎角以上的脫體渦研究,特別是對于非對稱突變與破裂,基本沒有完善的理論體系,在實際工作中仍主要由風洞吹風試驗得出結論,但可以確定的是在渦升力乃至渦控制領域,我國是處于領先地位的。
渦升力能為殲20帶來超機動性是沒有疑問的,但能否使它增大航程呢?看來只要能夠形成渦流,渦升力就有助于增大殲20的航程,在臨界迎角以內,渦升力是與迎角成正比增加的,也就是說只有達到一定的迎角才會形成渦升力,一般這個迎角為5度,而飛機作巡航飛行的時侯,都是有迎角的。因此,只要殲20的巡航迎角大于5度,產生的渦升力就可以增大其航程。這時飛機可以看作是有是一個不斷爬升-下滑的飛行剖面。
巡航狀態的殲20


