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[原创] 从发动机尾喷口看“J20”的试飞 ——兼科普

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从发动机尾喷口看“J20”的试飞 ——兼科普

看了最近网传的黑丝试飞视频。 不敢对飞机的气动做评价,哥不专业。哥只能尝试从发动机的状态来做一些推测。

首先,我要科普一下尾喷管的知识。 说深了估计大家也不是很明白,简单一点说一个道理:以胶水管为例,正常出水的时候,如果你把出水口捏住,会感觉水对手指有个压力(出水背压),捏的越狠,水的压力越大。空气也是如此。对于一个管流,当减小出口面积时,流体的压力会升高。

而对于同一台发动机来说, 转速可以代表 涡轮和压气机的 工作状态,只要转速一定,它们的工作状态基本是不变的。  涡轮 转速高 比转速低 发出的功多。 飞机的油门杆位置,实际上不能直接控制发动机,只是告诉发动机,飞机需要一个相对的推力大小。 发动机有自己的控制器来翻译这个信号。

涡轮就是在喷管前面的部件,它能够吸收一些燃气的能量,转化为机械能(世界上最强大的装换装置)。 喷管的大小会直接影响到涡轮后面的压力,我们叫涡轮的背压。   涡轮做功能力跟 前后的压力差有关(落压比、膨胀比),落压比越高,代表涡轮发出的功多—— 就是说,如果涡轮进口压力不变, 它后面压力越高,发出的功就会越少。

一般战斗机发动机采用 可调收扩喷管(民航机不用,用固定收缩喷管)。 在启动阶段,尾喷口会放到最大——很简单,喷口的压力小,空气更容易流过去。别在意什么涡轮转换功很大的问题,这个时候基本上没有转速,涡轮和压气机都可以认为没有工作,启动过程的终点叫慢车状态,这时发动机能够自己维持运转,但是基本上没有推力。
发动机启动起来过了某个转速(一般是过慢车转速再高一些),尾喷口会缩到中间位置,这个位置会一直保持,直到转速到设计的状态。这个时候叫做额定状态。  
如果到了额定状态,不收油门而这个时候收喷口——背压升高,涡轮做功降低,转速自动下降,按照发动机控制率,油门不动意味着转速一定,发动机会自动增加燃油供给——就是说更多的能量被释放进了燃气——这个时候对比额定状态,转速没有变化,就是说 涡轮从 燃气中 吸取的能量没有变化, 而燃气的能量实际上增多了,因此发动机的推力会比额定状态还要大。 这个状态叫最大状态。
如果发动机到了最大状态还想增加推力,一般采用加力燃烧室。 就是在涡轮后面 继续喷油,直接向燃气加入能量,这样推力比最大状态还有提升。  但是,燃气又膨胀了,自然又增加了 背压,按照前面最大状态的规律,还需要在涡轮前增加燃油 来维持转速—— 但是这样的话,涡轮进口的温度会高到 烧毁涡轮的地步。  怎么办?? 也许你想到了, 增加喷口的面积,让背压降到跟最大时一样的大小,这样涡轮的状态就没有改变。   发动机从慢车(喷管最大位置)到最大状态(喷管最小状态) 时间各有不同(跟控制系统有关),2代发动机估计在 40s -50s左右, 3代的发动机就可以很快升转,有不到20s 的。

我们来看视频,视频前一部分有一架J10双座型起飞。 首先是滑跑到跑道端点(这个时候比慢车状态高比额定小,尾喷口在中间状态),(中间缺失了一部分时间)然后发动机喷口缩小(这时是最大),飞机开始滑跑,突然尾喷口扩大, 通过上面的描述,我们知道,它打开了加力。 从尾部看过去,可以看到蓝色的火焰(不开加力时,尾焰是看不见的,否则就是烧涡轮了)。  按时间记,起飞用了大概 15s 。

到了 J20 起飞时,我们就只能看到 尾喷口缩小(明显比前面几次滑跑要小),没有一个扩大的过程。 说明 发动机是工作在最大状态下,而不是 加力状态。 按时间计,起飞大概在 12-14s之间

同一发动机,一般 加力推力比额定(中间)推力要大 1/2 左右, 例如 F135 公开文献说 额定 13xxx kgf ,加力  18xxx kgf ,而 31f,额定为 8xxx kgf ,加力为 12xxx kgf 的样子 。 最大状态推力 比 额定 大概能够大 20% -25% 左右。

如果我们假定 J20发动机 跟 J10 的在同一水平(推力级别 ), 就是说 J20 每台发动机 推力比 J10 的状态 小 15%-20% 左右。 起飞滑跑时间差不多, 这样的状态下  J10 如果推重比为1 , J20此时的推重比也在1左右(稍大)。 相当于此时 J20 机身 比 J10 机身要重 0.6-0.7 倍 的样子 。  31f 推力最大为 12xxx kgf , 那 J10 起飞重量也为 12t 左右, 这样的话  此时的 J20 重量应该 在 19-20t 左右。 因为是试飞状态,此时电子设备应该是用 压仓重物模拟,燃油极少(从飞行时间很短可以看出来), 飞机 接近空重 的样子。 估计 空重在 18-18.5t 左右,扣掉前面少的1s起飞时间,空重也得接近17.5t。 两台发动机 重量 3- 3.3t  是很可能的。   J20 在研制试飞状态(很多设备没有),就如此重,似乎有点汗了。 YF22 应该在 14t 左右,后来F22号称超重20% ,加上弹仓的增重,后来空重接近19t。

至于为什么 不开加力, 这个原因就很难说了。
1. 发动机 加力性能没过关 有可能 —— 这样的话,就有可能是使用了TH
2. 飞机没有预定重,毕竟是研制试飞,没必要开加力。
3. 至于发动机推力能够达到 F135的水平。 这个可能性是极小的。
4. 其他原因,安全什么的。

一家之言,欢迎拍砖

[ 本帖最后由 huoyaozhihou 于 2011-1-13 01:25 编辑 ]
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  • ssTory 金币 +80 精彩文章 希望再见兄弟大作 2011-1-20 10:31
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从视频上看J20起飞的滑跑距离要比J10短,不加力是不是目前是首飞,要求能起飞就达到目的,求稳,还没到测试加力起飞的阶段?

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感觉楼主说的钱2个可能性很大,毕竟试飞机首要就是稳定,矢量动力还不成熟

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专业性强啊,偶端小板凳来学习(虽然很多话看不懂
楼主懂原理,欢迎楼主继续开贴科普发动机原理,用通俗易懂的语言从最基本的讲起。

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谁家新研制的飞机一上来就玩高剧烈的格斗动作?想当年F22编程的时候只能非很小的幅度,还为次摔了一架次~
新生的事物总是要慢慢来的~别着急!因为美国人比我们更着急!

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美国人比我们更着急。这话太对了。米国当我们还没有搞出来的时候啊。先捧杀中国,说中国危胁啊。军事不透明,在搞高科技武器,鼓动印度之流赶紧到我这里来买吧。等中国有了,又说你中国搞出来的啊是缩水版的,比我的差多了。以前神盾啊中段反导什么的,没搞出来就说这个太厉害了,小弟们快来我买些家伙去,不够喝一壶的。等中国有了,赶忙说小弟们别慌,他这个不管用的。要真不管用,最近的演习不用那个盾而要用航母呢。你看现在不是在说我们的航母厉害着呢。等下水了立马会说中国航母是山寨的。
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  • ssTory 金币 +4 回复认真,鼓励! 2011-1-19 10:07

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太专业了,很希望我们的国家能够够强大,好好保护我们

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观点挺不错的,够详细!希望我们国家的发展会越来越好!挺到第二岛链!和西方国家相抗衡!

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楼主很有才呀,很专业,j20尾喷口很明显,两个大圆圈很难看,F22就不同了,请楼主评论一下。

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引用:
原帖由 haoligang 于 2011-1-13 17:51 发表
楼主很有才呀,很专业,j20尾喷口很明显,两个大圆圈很难看,F22就不同了,请楼主评论一下。
呵呵,F119 使用了 二元矢量喷管——就是用上下两块板子动作,是排气尾流在 竖直平面上 偏转

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