歼轰26的3倍音速巡航的技术难点与进步!

扇歌 2024-12-09 17:26:41

对于3发歼轰26的消息,根据一些草图认为是一直具有划时代意义3倍音速巡航的隐身战斗轰炸机,但同时也面较高难度技术,本文根据历史上3倍音速战机做了整理,主要有以下几点:

TBCC进排气道切换:

提高超音速巡航升阻比:

超巡热障

在3发消息之前作者原本是认为歼轰26就是歼20S的加长版本,使用两台WS15,机身再优化,是能做到1.8倍音速的三分之一程超巡,依托歼20的技术基础能够在比较短时间内进入装备序列,但这个方式从技术进步上来说没有什么太多提升,缺少代次代式震撼的差别;而如果现实情况真是是3发那么应该就是,那么就是采用了2台WS15+中间1台冲压发动机并联的TBCC(涡轮基冲压组合循环)动力模式,中间的冲压发动机提供超巡的推力,这种组合能够做到6000公里的全程3倍音速巡航;而亚燃冲压TBCC模式理论上能够提供0-4马赫的宽速域动力。

根据TBCC发动机的布局方式,可分为串联式和并联式两类。串联式TBCC涡轮发动机和冲压发动机采用前/后排列结构,其进气道和喷管实际都是单流路设计,优点结构紧凑,但需要对发动机本身做较多的改造,而SR71的J58串联TBCC,但是改机在进入冲压状态后,容易出现熄火问题;

而并联式TBCC涡轮发动机和冲压发动机采用排列结构,需要对发动机本身技术改造较小。所使用的WS15和冲压发动发动机较为成熟,但是需要采用双流路的进气道和喷管,技术难度主要是在进排气系统方面,不过国内对此研究比较深入,对于4马赫切换已经掌握。所以歼轰26用并联TBCC是最为简单可靠的技术方式,并不是激进!

SR71三倍音速巡航侦察机

而3倍音速作战飞机并不是什么新鲜事情,SR-71侦察机以其高空超音速远程喷气式战略侦察能力闻名,其最大速度超过3马赫,达到3.28马赫(约3800/小时)。SR-71采用了较为原始变循环发动J58,发动机涡喷发动机和冲压发动机的特点,能够在不同飞行速度下切换工作模式;

乘员:2人,机长:32.7米,翼展16.9米,机高5.6米,机翼面积167平方米

整体空重33500千克,正常起飞重量63000千克(正常)最大76000千克 ;最大飞行速度3.2马赫(25000米)/平飞,3马赫(高度22000米)/巡航

最大航程4800千米。作战半径1900千米 ,爬升率大于65米/秒;发动机2台普-惠J58-1涡轮喷气发动机,推力145千牛/台;3M巡航耗油量20吨/小时;翼负荷: 460公斤/平方米,起飞推重比: 0.38,超巡推重比0.5

在低速飞行时,J58发动机主要以涡轮喷气模式工作。此时,发动机类似于常规的涡扇发动机,通过压缩机将空气压缩并送入燃烧室进行燃烧,产生推力。这种模式适用于SR-71在亚音速或接近音速的飞行阶段,此时发动机能够提供稳定的推力输出。

当SR-71的飞行速度超过2.2马赫时,J58发动机切换到冲压模式。在这种模式下,部分气流从压缩机的第四级中分流,通过六根分流绕道管进入增强器进气口,绕过发动机的核心部分,直接进入加力燃烧室进行燃烧加热,从而产生额外的推力。这种设计使得J58发动机在高速飞行时能够更有效地利用高速气流,提高燃油效率和推力输出。

SR-71的燃油系统使用JP-7燃料,这种燃料具有高燃点和低挥发性,能够在极端温度变化下安全使用。飞机的六个主机身油箱总共可以携带约约36000公斤,的JP-7燃料。然而,通常情况下,SR-71在起飞时并不会满载燃油,而是根据任务需求和安全因素,通常携带约2000至29000公斤),

为了确保油箱内的安全,SR-71在飞行中需要完全装满JP-7燃料,并通过氮气加压将空气排出,使每个油箱内的气体占空比减少,从而防止自燃。此外,SR-71还采用了“Yo-Yo”程序,在起飞后完全装满36000公斤燃料料的油箱,然后使用氮气加压系统减去7500公斤JP-7燃料,最终获得28500公斤燃料负载,使飞机能够立即加速至马赫数3以上。

SR-71侦察机的升阻比(L/D)在不同马赫数和迎角下会有所不同,升阻比(L/D)对于SR-71这样的高超声速飞行器,升阻比的最大值通常在特定的迎角范围内取得,而这个迎角被称为有利迎角。升阻比越大,那么所需平飞推力就越小,根据有限资料,作者估计在23000米高度,仰角6度,3马赫条件下应该能够达到3.5-4.5升阻比;

F108三倍音速截击机的折叠翼尖

F-108截击机,也被称为XF-108轻剑(Rapier),是一款在冷战期间由北美航空公司(North American Aviation)研发的高空高速截击机。该项目始于1955年,目标是能够以三倍音速飞行的全天候长程截击机,用于拦截苏联的轰炸机和导弹。

F-108的设计具有创新性,采用了大型三角翼布局,并配备了两台通用电气J93涡轮喷气发动机和XB70轰炸机同型号。飞机设计最大速度为3马赫,能够在21000米的高度上巡航,并在爬升中达到30000米的高度,作战半径1850千米。其武器系统包括三枚GAR-9远程空空导弹,这些导弹安装在机身下部的旋转发射器中,可以在打开舱门时旋转发射,该机和XB70一样在高速飞行时候机翼外侧部分可以向下折叠至45度。折叠翼尖的设计还减少了飞机尾翼的尺寸,从而降低了阻力。这在超音速飞行中尤为重要,因为偏航稳定性成为关键问题。通过在需要时增加偏航控制力矩,而在不需要时减少阻力,折叠翼尖显著提高了超音速飞行的方向稳定性和效率。并调整了升力中心的位置,进一步提升了压缩空气增加升力的效果。

这个技术也并不复杂,但可以提高可控性和升阻比,完全可以借鉴!

超巡热障

超音速飞行器在高速飞行时,由于空气的剧烈压缩和摩擦,飞行器表面温度会急剧升高。这种高温环境对飞行器的材料要求极高,因为材料的强度和刚度会随着温度的升高而降低,可能导致结构变形甚至解体。例如,铝合金在超过350℃时强度会大幅下降,因此需要采用耐高温材料和复合热障涂层来保护飞行器。

除了防热防热,还要求结构具备承载能力和多功能性,如透波、隐身等功能的一体化设计。这种多功能一体化设计要求在极端环境下实现多物理、多因素的综合考虑,增加了设计的复杂性;

SR-71侦察机在应对高温问题时,采用了钛合金材料,在高速飞行时能够承受高达540摄氏度的温度,极大地提高了飞机的耐用性。SR-71的机身还采用了特殊的伸缩缝设计,以适应高速飞行时产生的热胀冷缩现象。

但当时钛合金加工技术不成熟,导致机身强度不足,不能进行大角度机动,而且维护工作量非常大,出动率低下;

长时间加热下的设计挑战:未来的高超音速飞行器可能需要在极端高温环境中长时间飞行,这使得传统的防热设计方法面临挑战。例如,长时间严酷加热下轻质防隔热设计成为一大难题,因为传统的防热材料在高温下容易失效。不过东大现在已经开发了耐高温轻质化热防护材料,成功抵御了高速飞行中的气动加热,局部温度超过1000℃。

结束语:

东大国有非常多的高超音速飞行器研发结构,并在建设相关的生产基地,能够掌握完整的飞行器空气动力、防热、材料、电气、软件等核心技术,所以开发出70吨起飞重量,7000公里航程,内部载弹量6吨;具备机身变构,发动机变循环的“双变”,3倍音速巡航的重型战斗轰炸机难度并不是太大,按照时间进度,如果真有这个项目2025年上半年就能看到!

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扇歌

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