歼20战机外观设计专利获大奖 这种布局究竟强在

来源:兵工科技

2020年7月15日,成都飞机设计研究所传来一条喜讯,根据国家知识产权局官方公布了第二十一届中国专利奖评审结果,歼-20的“升力体边条翼鸭式布局飞机”外观设计专利荣获中国专利奖外观设计金奖。这是航空工业成都所首次获得专利领域的国家级奖项。歼20飞机外观设计获中国专利奖,不仅是对成都所知识产权实力的认可,更是对飞机设计自主创新能力的肯定。

歼-20采用中国原创的“鸭翼+边条+主翼”的组合式气动布局设计,解决了鸭式布局与高升力体布局的融合难题

那么,什么是升力体边条翼鸭式布局?这种布局究竟强在哪里?

根据宋文骢院士的《一种小展弦比高升力飞机的气动布局研究》我们可以看到。近代先进战斗机(即第四代战斗机)利用上世纪六七十年代研究出的脱体涡流型,或者采用边条翼正常式布局形式,或者采用鸭式布局形式,获得了较好的升力特性,最大升力系数一般在1.6左右。这里指的典型机型,包括F/A-18“大黄蜂”、F-16“战隼”(边条翼正常布局)和歼-10(采用鸭式布局)。

F-16作为四代机中的代表作,其采用的边条翼气动设计元素,曾产生了巨大的影响

宋文骢院士进一步指出,由于第五代战斗机对最大升力系数的要求更高,加之使用双垂尾设计会损失最大升力特性,因此必须把升力水平提高到远超第四代战斗机的水平。为了实现这一目的,“在鸭式布局的基础上,融入升力体边条翼布局的特点,形成升力体边条翼鸭式布局”,能够较大幅度改善最大升力特性”。通俗点讲,宋文骢院士领导的成都飞机设计所研究人员们,经过研究和试验发现,如果将四代机上发现非常好用的边条翼和鸭翼两种气动设计元素结合在一起,形成混合式或组合式的新布局,在气动效应上,能进一步提升气动效率,达到1+1大于2的效果。这一研究结果经成都飞机设计研究所进一步发扬光大,最终形成工程实践,就有了歼-20战斗机及其独树一帜、与众不同的“升力体边条翼鸭式布局”。

在升力体边条翼鸭式布局这一设计研究成果被发现之前,鸭式布局一直被认为不能应用于第五代战斗机,因为第五代战斗机被认为必须采用高升力的升力体布局(高升力布局使得飞机拥有极高的升阻比,从而使五代机获得超声速巡航和远航程这两个重要的能力),而四代机比如歼-10、“鹰狮”等一般要遵循鸭式布局“鸭翼布置位置高于机翼的设计要求”,因为鸭翼高于机翼,才能实现经鸭翼起涡的气流对机翼形成下洗,改善机翼上表面气流分离现象,达到增加升力,提高鸭式布局飞机气动效率的目的。

但是,升力体布局从总体布置上难以满足传统鸭式布局的这一要求,升力体布局要求鸭翼最好能和机翼呈水平布置,这就使得传统鸭式布局与五代机的高升力体布局产生直接矛盾,使得鸭式布局没法应用在五代机上。是以最早出现的三种五代机——F-22、F-35和苏-57,均不约而同采用了非常适合高升力体设计的“正常式气动布局”。

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