二:速压的问题
速压的准确定义有些枯燥和不好理解,读者可以近似的认为它是飞机在推开空气的飞行过程中,空气反过来对飞机形成的压力。速压 = 0.5 x 空气密度 x 速度的平方值;与空气密度成正比,与速度的平方成正比。即使是在中心区域,台风风力形成的速压一般也仅在66-85kg/㎡之间;而现代战斗机在最大速度飞行时候,承受的压力是台风中心压力的几十倍、上百倍以上。
最大允许速压指标是任何一种飞机结构在使用中的绝对底线,飞行员在任何情况下都绝对不能逾越,否则必定导致飞机结构破损、引发空中解体。事实上在接近最大速压的飞行中,战斗机出现外表面的蒙皮撕裂、铆钉脱落,内部的设备安装支架变形都是很常见的情况(注3)。
[注3:《飞行试验工程》]
F14的一起低空高速飞行解体事故截图
例如苏-27早期由于减重过度引起结构强度不足,在接近最大设计速压的高速试飞中频繁出现结构损坏、解体的事故。1983年T-10-17 号机出现大部分机翼解体、垂直尾翼被从机翼上飞出的结构件砍断的严重事故,但是英雄的试飞员萨多夫尼科夫居然把这架残骸一样的飞机平安降落回了机场;遭遇 同样厄运的T-10-21号机虽然坠毁,不过飞行员弹射逃生成功。和后来的这两次事故相比,1981年的T-10-12号机就没有那么幸运了,它的结构解 体首先出现在前机身,试飞员科马罗夫壮烈牺牲。
[注:《战斗机先进技术文集》]
对于提升飞机的最大速度性能来说,速压指标的大幅进步能带来的收益相对较小——因为速度与速压的平方根成正比。相比于歼-7、歼8系列的7500kg/㎡(注4),歼-10速压指标达到三代战斗机的主流标准9400kg/㎡,提升超过21%;体现在低空(取标准大气下海拔500米高度计算)高速性能上,则是从M1.04提升到M1.17。
[注:《中国飞机手册》]
第三代战斗机速压指标提升的最主要意义在于获得更高的升力,以改善机动性能 ——飞机的所有机动动作,都是通过消耗升力与发动机推力,以克服阻力和重力作用完成的。比如战斗机的盘旋动作就需要大量的升力进行支撑,升力越多盘旋动作 完成的也就越快,所需要的半径也越小——机动性也就更好。大多数第三代战斗机都允许在盘旋过程中达到9G过载,此时升力已经达到战斗机重量的9倍。
战斗机进行高过载盘旋,此时升力数倍于重力
之前提到飞机的升力是由机翼上下表面形成的压力差形成的,而这个结论的数学表达形式正是升力公式的概念:每平方米机翼所产生的升力等于升力系数 与速压的乘积。升力系数代表着飞机从自身承受的压力中榨取升力的效率。一架飞机是否能在各种速度、高度、过载、飞行姿态等条件下,都能以尽可能小的阻力代 价获取尽可能高的升力系数,首先就要看它的气动外形和飞行控制系统设计水平如何了。
如果将战斗机比喻为职业拳击手,那么升力系数就是一个人的技能训练水平,而速压指标则代表着他的体重级别。因为升力的本质就是压力,想要获得多少升力,首先就要承担得起数倍、十数倍于此的压力。
在相同的技能水平下,中量级拳手向重量级选手挑战的结果,喜欢看拳击赛的读者自然很清楚——那只是单方面的殴打罢了。依靠结构的高速压指标,三代机可以在二代机不允许的高度、速度上进行更高过载的机动飞行,这对于空战中的主动权争夺是完全压倒性的优势。
气动上使用边条翼等三代技术的山鹰
即使是给二代机换上和三代机一样先进的气动外形、一样先进的飞行控制系统、一样先进的大推力发动机;仅仅是结构速压指标这一条,就决定了二代机的机动性能至少要落后20%以上。任何声称二代机通过改进就可以抗衡三代机的言论,都是政治宣传谎言。