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从气动设计看F-4 VS 米格-21

发布时间:2015-07-29  原作者:候知健   点击数:

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原载候知健的头条(http://toutiao.com/m4166980049/

处处被动,敏捷不足——F-4战斗机在越战中失利的根源

  虽然F-4在二代机中的空中格斗能力算不上很好,但综合所有方面的性能来说,它确实是二代机中作战效能最为强大的机型。也正是因为这个原因,它不仅从美国海军走向了美国空军,而且统治了整个西方空军。至今在一些国家,经过改进后、装备较为先进的雷达和主动中距导弹的F-4改型战机仍然承担着主力型号的角色;虽然其综合性能不及真正的三代机,但这已经是米格-21无论如何都达不到的高度了。


多次创造飞行记录的F-4原型机

  F-4战斗机设计时和米格-21不同,它的基本设计取向从一开始就是为了满足多种作战任务需求而确定的。因此这种飞机的吨位尺寸很大,搭载有复杂、精密、完善的机载电子设备,配备双人机组;为了满足挂载大量武器弹药执行攻击、轰炸任务并有足够的使用寿命,F-4的结构强度和刚度储备也非常高;而作为舰载机来说,F-4不仅需要拦阻钩等专用起降设备和结构设计,而且必须采用一些很复杂的升力增加手段,比如向前、后缘襟翼喷射高速高压气流,来保证飞机具有很高的低速起降能力。

  这些强大的功能和性能指标,无不要战斗机付出足够的重量和体积作为代价。F-4因此成为一种名副其实的重型战斗机,其空重接近14吨。然而作为一种美国飞机,F-4虽然超重却并不用为动力发愁,两台J79-GE-17涡喷发动机提供了高达8120x2共计16.24吨的推力,其最大海平面爬升率达到251米每秒,在二代机中属于佼佼者。

  而在气动设计上,F-4选择了下单翼布局,机翼为前缘45度后掠的后掠翼,这两个核心设计都是为了满足舰载需求。飞机靠升力——也就是飞机上下表面的压力差进行飞行;在最大的极限状态下,一架飞机要短时间内经受最大过载1.5倍的升力。比如一架9G的飞机,它要经受相当于自身14.5倍重量、由下而上的气动压力而短时间内不解体;这意味着机身、机翼下方高压区的强度和刚度要求比上方的低压区要大得多。

  而下单翼布局中,机翼主要承力结构和机身的主要承力结构都在下侧连接为一体;舰载机可以仅付出很少重量代价、采用较简单结构设计的前提下,就能将主起落架的轮距做的很大,轮胎更靠近外侧,这可以使舰载机降落时因为姿态不佳——比如一侧主起落架先接地时引起的侧倾等事故率大幅度降低,因此在早期舰载机设计中特别流行。


F-4战斗机主起落架的轮距相当大

  F-4虽然是强调高空高速的二代机,但是为了改善起降性能,它的机翼实际上很注重低速升力表现。F-4机翼的前缘后掠角度比只注重高速低阻的米格-21要小很多,45度设计和后来的常规布局三代机相差不是很大,比如苏-27就是42度设计,而F-15则是相同的45度。而且在翼型厚度上F-4并不小,达到5%。后掠翼设计则是为了加大展弦比,提高巡航升力的效率,改善载荷航程性能。不过由于单位面积上机翼的重量负载要高出20%,F-4在持续时间较短的盘旋中面对米格-21时并占不到什么便宜。

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