殲20亮相已有十年,飛控技術至今無人超越,解決三大世界性難題

2010年12月22日,殲-20戰機首張照片在網絡上公開,如今十年過去瞭,殲-20戰機完成瞭首飛、各項試飛驗證、改進、服役,正在進行批量生產。殲-20的照片剛被公開時,就引來瞭許多質疑聲,認為殲-20的機體過於細長,會導致機動性不佳;也有觀點認為殲-20的氣動設計過於復雜,不利於隱身,還會增加飛控的編寫難度。

作為第五代隱身戰機,殲-20采用瞭獨特的“升力體邊條翼鴨式佈局”,這種氣動佈局兼顧瞭遠距鴨翼高速性能好、近距耦合鴨翼升力系數高的優點,讓殲20在保證翼展較小的情況下,依然獲得瞭非常高的升力系數,雖然看起來過於細長,但是亞音速機動性依然非常強悍。不過鴨式佈局飛機的電傳飛控軟件本身就存在編寫難度高的缺點,殲-20采用瞭更復雜的“升力體邊條翼鴨式佈局”,飛控軟件的編寫難度可想而知。

采用鴨式佈局的飛機,由於俯仰操控舵面(鴨翼)在主翼前方,因此進行俯仰機動時,作為渦流發生器的鴨翼需要進行偏轉,會導致主翼上方的渦流極不穩定,不斷變化的升力系數會導致飛機處於非常不穩定的狀態,如果飛控軟件的程序不夠完善,很容易導致飛機失控。因此歐洲的臺風戰機、陣風戰機,都采用瞭相對較小的鴨翼,降低俯仰操控時對主翼的影響。

為瞭降低鴨式佈局的飛控軟件編寫難度,臺風戰機、陣風戰機的鴨翼都無法差動,而同時代常規佈局戰機的水平尾翼已經可以差動,鴨翼或者水平尾翼進行差動,可以提供額外的控制力矩,增強飛機的滾轉、盤旋等性能。而殲-20不僅采用瞭面積更大的鴨翼,並且殲-20的鴨翼還能夠差動,這種飛控技術至今無人超越!

到目前為止,許多國傢都不知道殲-20的飛控設計師是如何解決三大世界性難題的,第一就是差動鴨翼的渦流劇烈變化問題,尤其是殲-20采用面積更大的鴨翼情況下,如何能讓殲-20機動時保持穩定性。第二就是如何控制復雜的增升渦流,殲-20不僅采用瞭鴨翼來產生渦流,鴨翼與主翼直接還設計瞭邊條翼,兩種渦流發射器產生的增升渦流同時匯集到主翼上方,如果飛控系統的技術不夠先進,根本無法發揮出復合渦流的優勢。

第三個難題就是多個氣動舵面同時工作時穩定性問題,殲-20除瞭采用鴨翼+邊條翼的設計外,還采用瞭全動垂尾,整個垂直尾翼都可以進行轉動,當鴨翼、襟翼、副翼、全動垂尾同時偏轉時,殲-20這種采用靜不穩定設計的戰機,升力中心點會非常不穩定,如果飛控不夠可靠,非常容易導致戰機失控甚至墜毀。

殲-20能夠用於如此先進的飛控技術,離不開在殲-10戰機上積累的技術底蘊,殲-10驗證瞭鴨翼佈局飛機的數字化電傳飛控,還安裝矢量發動機進行瞭試飛,未來殲-20配備瞭矢量發動機之後,機動性還會進一步提高。