昨天有人在留言里說“戰(zhàn)略忽悠”的問題。那么今天咱們就來聊聊,軍迷們自己忽悠自己的事情。
在軍事領(lǐng)域中,很多詞匯本質(zhì)上并沒有那么厲害,但是到了不懂軍事的初級軍迷眼里,就立馬變得高大上了。甚至有些詞經(jīng)過包裝后,聽起來像是改變戰(zhàn)爭規(guī)則的“黑科技”。實際上,它們可能只是換了個名字的老概念,甚至是為了宣傳和預(yù)算爭取而刻意夸大的“戰(zhàn)術(shù)迷霧”。今天我們就來扒一扒這些讓人一愣一愣的“高大上”軍事術(shù)語,看看它們到底是真牛,還是“忽悠話術(shù)”。
首先,在“軍武數(shù)據(jù)庫”內(nèi)部,我們是不談“戰(zhàn)略”和“戰(zhàn)術(shù)”這種前綴的。第一,我們不是某寶的店鋪,也不是直播帶貨,隨便給一個東西加上“戰(zhàn)術(shù)”二字,就能把低質(zhì)量、沒保障的商品賣給大家;第二,我們也不會刻意夸大某些武器的成分。例如,在我們的文章和資料中,你很少會看到“戰(zhàn)略轟炸機”“戰(zhàn)略導(dǎo)彈”“戰(zhàn)略核潛艇”這樣的詞匯。原因很簡單,并不是加上“戰(zhàn)略”這個前綴,一個武器就立刻“厲害”起來。
但是看看現(xiàn)在的軍事圈,什么“戰(zhàn)略卡車”“戰(zhàn)略步槍”,甚至連手雷都敢加上“戰(zhàn)略”前綴,這就有點過分了。按照這個邏輯,要是有個“戰(zhàn)略水壺”,是不是能讓士兵喝完水后戰(zhàn)斗力飆升?
所以,今天我們不說那些帶“戰(zhàn)略”或者“戰(zhàn)術(shù)”前綴的花活,就聊聊一些看似普通,實則欺騙性極強的軍事術(shù)語,看看你有沒有中過招。要知道有時候“平常詞”會有更大的欺騙性。
如果按W君說,第一個要上榜的就是“超音速巡航”。
這是很多人在評價五代機的一個入門標(biāo)準(zhǔn)。好像不能“超音速巡航”的戰(zhàn)斗機就不是五代機一樣,但是話說回來,“超音速巡航”的概念到底是什么就不是一般的軍迷真正了解的了。
其實,“超音速巡航”并不是五代機獨有的一個概念,在二代機中就已經(jīng)實現(xiàn)了。標(biāo)準(zhǔn)很簡單——在戰(zhàn)斗機不打開后燃器的前提下,戰(zhàn)斗可以在超音速的速度上平飛。世界上第一架可以實現(xiàn)“不打開后燃器超音速平飛”的飛機是咱們經(jīng)常Diss的法國人設(shè)計的,叫做Nord 1402 Gerfaut。
Gerfaut在中文就是海東青的意思,是一種飛行速度極快的鳥。
從名字上來說也可以看到法國人當(dāng)時的野心。這里插一嘴啊,“海東青”還有一個名字叫做“鶻鷹”也用來做了飛機的代號,這就是咱們的FC-31。
不過,今天沒什么FC-31的戲份,留著以后再講。咱們得把話題拉回來。
上世紀50年代,法國軍方資助了一系列的三角翼和后掠翼飛機的研究和設(shè)計工作,Nord 1402 Gerfaut的設(shè)計本來是用來驗證三角翼的。但是在1954年的試飛過程中這架飛機竟然可以在不開后燃器的前提下只依靠發(fā)動機的基礎(chǔ)推力就在 15240 米的飛行高度上,把自身加速到馬赫1.2。法國人當(dāng)時就覺得似乎超音速也沒什么難度。
只不過,法國人發(fā)現(xiàn)這架飛機的起飛和降落速度分別高達278km/h和232km/h,這個指標(biāo)大大的超過了當(dāng)時的普通戰(zhàn)斗機的起降速度,于是不得不給這架飛機增加了阻力傘。
到后面事情就魔幻了,法國在Nord 1402 Gerfaut的基礎(chǔ)上繼續(xù)開發(fā)出了Nord 1500 Gerfaut II,看著眼熟不?
如果告訴你這是陣風(fēng)的爹,其實不為過吧?
同期不久,真正量產(chǎn)的有超音速巡航能力的戰(zhàn)斗機也就慢慢的面世了,第一架量產(chǎn)的超音速巡航戰(zhàn)斗機大家應(yīng)該很熟悉——F-104。
在不攜帶副油箱和導(dǎo)彈的前提下F-104可以在6700米的高度上不依靠后燃器加速到馬赫1.2,然后在這個高度上以超音速飛行的狀態(tài)不斷爬升,飛到14500米的高度上,打開后燃器方可沖刺到馬赫2。在F-104的駕駛術(shù)語中有一個詞匯叫做“deep zero-G unload(深度減載機動)”。如果達不到這個條件F-104其實是很難超音速飛行或者飛到2馬赫的。
雖然飛到馬赫2比較繁瑣,但在6700米高度上,F(xiàn)-104的確就可以達到不打開后燃器就可以長時間超音速飛行的目的。
另一架量產(chǎn)機就是應(yīng)該的閃電戰(zhàn)斗機。這是一個典型的力大磚飛的產(chǎn)物。
如果從正面看這架飛機似乎沒什么不對的地方,但是如果換個角度:
你就會發(fā)現(xiàn)這是一個力大磚飛的產(chǎn)品了利用兩臺發(fā)動機去驅(qū)動一架最大起飛重量只有20噸的戰(zhàn)斗機,所以想想也就知道為什么這架飛機可以在不開后燃器的情況下飛出超音速了。
其實在前面給大家埋了一個伏筆,現(xiàn)在一點點揭開,閃電戰(zhàn)斗機的機翼后掠角達到了60度。
它的降落速度比法國的“海東青”還要高,達到了每小時240公里,那么F-104呢?更是達到了270–350公里/時!閃電這玩意降落的時候的速度幾乎無法控制和F-104并稱美英兩國的寡婦制造機。于是英國后期就弄了一個VG版的閃電
采用了可變后掠翼技術(shù),在起降的時候讓飛機的后掠角變小獲得更高的升力,不過由于技術(shù)難度太高,這個VG版的閃電最終連原型機都沒有造出來。直到1988年,英國裝備了狂風(fēng)戰(zhàn)斗機。
這貨比閃電更加激進,可變后掠翼最大的收回角度可以達到67度。除了“繼承”了可變后掠翼,其實狂風(fēng)還繼承了超音速巡航能力,可以在不開后燃器的狀態(tài)下在13000米高度上以馬赫1.2的速度巡航飛行。但這架飛機的設(shè)計也有取舍。即使是展開機翼,這架飛機的著落速度依然很快達到了314公里/時(170節(jié))!
因此為了讓這架飛機能夠停下來就使用了包括但不限于發(fā)動機反推、可升起的減速板、和90度偏轉(zhuǎn)的水平尾翼、著陸鉤等一大堆的減速措施。
為的就是讓這架飛機能在跑道上停下來。
英國人嘛……在造飛機上就是這樣,會在利用堆疊技術(shù)的方式不斷的掙扎。你沒看錯,就是“掙扎”。這種精神造就了狂風(fēng)從尾部看是世界上最漂亮的飛機——沒有之一。
昔日日不落帝國的機械美學(xué)還帶著蒸汽朋克的味道。帥是極帥的,但是“好看”并不能當(dāng)飯吃。
哈哈,水了2000字,咱們開始講正文:
講正文的時候就不會那么水了,所以看熱鬧的就看到這里就可以了。
和很多人所知的的飛行原理并不一樣,本質(zhì)上亞音速飛行和超音速飛行是兩個完全不同的范疇。雖然按照升力公式來看 亞音速飛行、跨音速飛行和超音速飛行都是用的一個公式。
但是這里面有門道可講了
通用的升力公式考慮的是亞音速情況,所以CL(升力系數(shù))并不需要做修正。但和咱們昨天講伽利略速度變換和相對論修正的概念一樣,這個CL也需要在接近音速的時候進行修正。這里面咱們就得導(dǎo)入馬赫數(shù)了。修正公式是這樣的:
這時候你會發(fā)現(xiàn)當(dāng)遠小于一倍聲速的時候?qū)嶋H上就是約等于CL/1,這時候我們按照CL計算升力是沒有問題的。但如果M足夠大例如等于1的時候事情就詭異了。
修正的CL就變成了無窮大,這是什么鬼?據(jù)80多年前開飛機撞上音障還活著的人的回憶口述——飛機似乎撞上了一堵墻,在巨大的沖擊力下飛機解體了,這就不是升力了,而是激波將飛機撕碎了。
后來空氣動力學(xué)的研究將這個無窮大叫做“普朗特-格勞爾奇點”
這項研究的成果就是通過理論上的計算得出了音障的存在。在達到馬赫1的時候,空氣由于不可壓縮的特性變成壓力無窮大。所以,這個修正系數(shù)你可以在升力公式里面對CL進行操作得出的CL修正值,其實對氣壓p做操作也可以得到氣壓的修正值
對于一連串的乘法來說,作為誰的分母都是一樣的。
所以真正的升力公式是:
能把文章看到這里的人其實今天就是賺到了,W君幫你從數(shù)學(xué)上清晰的定義了升力到底是什么。
跨過音障之后修正值又開始急劇下降。這就說明了一點——亞音速和超音速根本就是兩件不同的事情。超音速多了什么?——“激波”,在超音速的時候由于激波的存在,升力就不取決于機翼上表面的彎曲加速氣流的效應(yīng)了,而是取決于攻角的大小。所以這時候
升力公式也就成了,怎么推導(dǎo)的就不和大家倆了,比較麻煩,而且很容易讓人犯困。
你只需要知道翼形在超音速飛行的過程中并不是十分重要就可以了。在超音速飛行的時候更大的問題是機翼在不被激波摧毀的前提下如何更好的利用激波獲得升力。理論上利用激波獲得升力一個小薄片的機翼就夠了,根本不需要考慮翼形。
但是從實際上我們又無法造出無限薄又有足夠強度的小薄片,而且還得兼顧亞音速飛行,這樣才有了現(xiàn)在的機翼造型。
同時激波會導(dǎo)致機翼損傷,這時候通常會采用大的后掠翼設(shè)計用于在高速飛行的時候保護機翼。
這樣是不是就和前面講到的為什么英國的閃電、狂風(fēng)、美國的F-104都是大后掠角或者短小機翼的設(shè)計接上了吧?
現(xiàn)在就還剩下兩個扣要解開,第一個是阻力:
無論是在超音速狀態(tài)還是在亞音速狀態(tài)下,飛機飛行時都會遇到空氣阻力,這件事是避免不了的。
在亞音速的時候我們一般會討論飛機在飛行的時候遇到的摩擦阻力、誘導(dǎo)阻力和壓差阻力。
飛機的外形極其復(fù)雜,所以一般的情況下,我們會有一個阻力公式,這里面會有一個阻力系數(shù),其實呢,就是在風(fēng)洞里面吹出來的。
和飛機的升力公式很相像,依舊還是和速度的平方成正比和機翼面積的大小成正比這實際上就是摩擦阻力、壓差阻力和誘導(dǎo)阻力的一個綜合結(jié)果,我們只不過用CD把復(fù)雜的計算簡化了。
但看到公式中的p了吧?那一個認真看過前面的升力修正公式的人就必然得想到p是可以用普朗特-格勞爾奇點的計算方式進行修正的!
這樣看起來是不是順眼很多了?
依舊是到了馬赫1阻力無限大。和我們討論升力的時候一樣,激波的出現(xiàn)讓飛機跨過了奇點,飛機獲得激波升力的同時也會被波導(dǎo)阻力所影響。
波導(dǎo)阻力是由于激波(Shock Wave)產(chǎn)生的能量損失,它的本質(zhì)是氣流無法“讓開”飛機,而是直接撞上去,其阻力系數(shù)的公式:
其中k是一個依賴于機翼后掠角、機身形狀的常數(shù),t/c則是機翼的厚度比(Thickness-to-Chord Ratio),表示機翼的相對厚度。
所以,你應(yīng)該知道為什么超音速飛機是后掠翼以及是小小的薄機翼了吧?這都是在努力的降低波導(dǎo)阻力的系數(shù)。
但是要知道這么一點在超音速之后,并不是因為波導(dǎo)阻力的產(chǎn)生其他的摩擦阻力、誘導(dǎo)阻力和壓差阻力就消失了。這些阻力由于空氣墻的彈開會有所削弱但并沒有完全消失,因此飛機在飛行的時候所遇到的阻力并沒有因為“超音速”這件事而降低,反而是大大的被提升了。
那么咱們就得說下一個“扣”了。發(fā)動機推力是什么?
牛頓第一定律:假若施加于某物體的外力為零,則該物體的運動速度不變。
飛機飛行的時候受到的力有四個,升力、重力、推力、阻力。這四個力的合力為0飛機可以在天空中水平勻速飛行。
之前給大家說過一個概念——飛的越低大氣密度越大、升力就越大,但大氣密度大,阻力也得大,飛的越高大氣密度越低,升力就越小,升力越小就得提高速度獲得更大的升力,速度越快阻力也就越大,于是就得提高飛機的推力。是這樣吧?不明白的對前面的升力和阻力公式去“相一會面”你就可以瞬間明白了。
那么我們就剩下推力沒講了吧?一個飛行中的噴氣式發(fā)動機的推力計算公式其實很復(fù)雜,是這樣的:
我們不僅僅要計算發(fā)動機噴出的氣流還需要計算發(fā)動機吸入的空氣,同時還要計算發(fā)動機的燃氣氣壓和所在環(huán)境的大氣壓的差并通過發(fā)動機噴口的截面積再加上壓力進行計算。
所以,公式中的各種變量是這樣的:
T :發(fā)動機總推力(N)
:空氣流量(kg/s)
:噴口排氣速度(m/s)
:進入發(fā)動機的氣流速度(m/s)
:噴嘴出口壓力(Pa)
:環(huán)境壓力(Pa)
:噴嘴出口面積(㎡)
在這里,增加排氣速度、獲得更大的排氣壓力就需要消耗更多的燃喲。但是,這里有一個均衡點,也就是飛機在足夠高的高度下,氣壓足夠小但是可以提供足夠的升力,阻力并不大有一些推力就夠了,這時候燃料的消耗量也就足夠低也能保持相對高的速度。
此時,這個速度就是“巡航速度”,所謂的“巡航速度”本身是和航程、高度、載重、油耗比相關(guān)的一個速度最優(yōu)解。大部分為了躲開“波導(dǎo)阻力”實際上飛機的巡航速度都被設(shè)置在了高亞音速范疇。
飛行器飛行過程中,單位距離上消耗燃料最少的速度稱為巡航速度(cruising speed),處在巡航速度時,一般稱為飛機進入巡航狀態(tài)。
那么巡航速度是怎么獲得的呢?其實還是在推力公式上,理想狀態(tài)下,噴口壓力和環(huán)境壓力相等吸入氣流速度和排出氣流速度一致,我們就可以看到一個怪異的公式,這時候推力就和向后拋出的空氣質(zhì)量密切相關(guān)了。你又沒看錯,航空發(fā)動機本身就是空氣的搬運工,把進氣道的空氣搬運到噴口于是飛機就獲得了推力。
這里就涉及到另一個叫做“推力特定油耗”的概念。“推力特定油耗”TSFC也可以被認為是每單位推力(牛頓或N)的燃料消耗(克/秒),因此特定于推力。這個數(shù)字與比沖量成反比,比沖量是每單位燃料消耗的推力量。單位通常為 kg/(N·h) 或 g/(kN·s)。
TSFC 的物理意義一方面,TSFC 越低,意味著發(fā)動機越省油,適合巡航飛行,如民航飛機的渦扇發(fā)動機。另一方面,TSFC 越高,推重比通常更大,適合戰(zhàn)斗機或高超音速飛行器,但油耗也很高。
我們把目光放在戰(zhàn)斗機發(fā)動機上,就會發(fā)現(xiàn)戰(zhàn)斗機需要兼顧推力和燃油經(jīng)濟性。以前面提到的英國閃電戰(zhàn)斗機來說,通常轉(zhuǎn)場飛行的時候,并不開加力發(fā)動機,機內(nèi)燃油在余量800公斤的時候這架飛機可以飛行1500公里。但是英國覺得這架飛機可以超音速巡航,經(jīng)常給這架飛機配備截擊任務(wù)。于是這架飛機在執(zhí)行超音速截擊任務(wù)的時候作戰(zhàn)半徑被縮短到了250公里。大約可以飛行的距離是轉(zhuǎn)場飛行距離的1/3,問題就出在油耗上了。
F-22也是一樣,W君這邊的數(shù)據(jù),F(xiàn)-22如果使用100%機內(nèi)燃油飛行距離可以達到2500公里,攜帶兩個外掛油箱的時候利用副油箱和機內(nèi)燃油可以飛行的距離達到3300公里。但是如果執(zhí)行超音速巡航任務(wù),F(xiàn)-22的飛行距離只有1300公里,而在這1300公里的飛行距離中,其實真正能夠超音速飛行的距離只有180公里。
原因就是為了對抗超音速的阻力,發(fā)動機會處在高耗油狀態(tài)下,雖然沒有打開后燃器,但是發(fā)動機依舊是火力全開。
當(dāng)然了,的確是有一些飛機是可以長時間“超音速巡航”的,例如XB-70和協(xié)和號。
這些飛機本身可以不打開后燃器就達到超音速巡航的目的,而且油耗量并不大。甚至協(xié)和號可以把經(jīng)濟油量和超音速巡航放在一起。
以XB-70為例,XB-70 能長時間超音速巡航的關(guān)鍵是“激波升力”,在高速飛行的時候XB-70彎曲了主翼,在機翼和機身下方形成特殊的激波,在 M2.5~M3.0 時,氣流被“壓縮”并提供額外升力,減少了常規(guī)升力需求,從而降低了誘導(dǎo)阻力。同時這架飛機采用了六臺J93 渦噴,這些發(fā)動機TSFC 在 M3.0 下依然處于相對合理的范圍,不需要依賴加力燃燒提供主推力。
但是有一點大家需要注意到——J93引擎本身就十分巨大,可以看得清上面圖片中的人嗎?這是一張對比圖。
其實這里面就有“超音速巡航”的另一個“秘訣”,體積大的占便宜!
XB-70的長度為56.39米,翼展32米,高度為9米。很多人對尺寸沒有概念對吧,一個標(biāo)準(zhǔn)的籃球場長度為28米,寬度為15米,一架XB-70的占地面積差不多是四個籃球場大小接近3層樓高。這架飛機的自重為115噸、起飛重量為245噸,最大可攜帶140噸燃油。雖然每秒每千牛的燃油消耗高達19.8克,但是這家伙帶著140噸的油遠不是普通戰(zhàn)斗8-10噸油可比。
不僅XB-70如此,協(xié)和、Tu-144等可以真正超音速巡航的飛機也是如此。簡單的說人家的家底兒足夠大有巨大的發(fā)動機燃油消耗也耗得起。
超音速長時間飛行的飛機其實還有一個怪批,就是Tu-160。Tu-160的設(shè)計雖然不能夠在不開啟后燃器的前提下超音速飛行。但是也憑借著機內(nèi)130噸的燃油以1.5倍音速的速度飛行4000公里,不過如果選擇亞音速飛行的話,是可以飛行12300公里的,大約是開加力的3倍多。
TU-160本質(zhì)上是當(dāng)年蘇軍既要又要的一個結(jié)果,也算是一種取舍吧。而Tu-160和XB-70來比就是設(shè)計上的區(qū)別了。
當(dāng)然了,XB-70著重于高速飛行的設(shè)計方案。但飛機畢竟是要落地的,記得文章前面提到的英國的陣風(fēng)嗎?為了高速飛行犧牲的東西都需要在落地的時候有自己的解決方案來補齊。對于XB-70來說同樣是一個相當(dāng)艱巨的任務(wù)。為了承受XB-70落地時候的沖擊力,設(shè)計了半人多高的起落架
即便如此,著落重量在150噸的XB-70真正落地的時候還是像恐怖片一樣。
你沒有看錯,350公里/時的速度,150噸的龐然大物在落到跑道上的那一刻起落架的確是在燃燒。
這里你就建立了一個新的概念——“大飛機更容易超音速巡航”,其實這個概念是對的。
倦了,本來還想多寫一點,但是一看6000多字了,哈哈不寫了,剩下的明天再繼續(xù)……
特別聲明:以上內(nèi)容(如有圖片或視頻亦包括在內(nèi))為自媒體平臺“網(wǎng)易號”用戶上傳并發(fā)布,本平臺僅提供信息存儲服務(wù)。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.