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F-22究竟飞多快？为何才飞2马赫？ 第一个问题的答案：F-22的极速大概是在2.2马赫附近，这个速度已经很快了，但是比起米格-31这样的截击机在最大飞行速度上还是有较大差距，那么这是为什么？ 我们首先要知道下最大飞行速度和什么性能有关系，这样才能知道F-22的极速性能为什么只有2.2马赫左右。 我们首先构建一个飞机定常平飞时的模型，当攻角接近于0时，我们可以分别从横轴和纵轴上得到T=D和L=W。 也就是横轴上的推力=阻力，纵轴上的升力=重力，此时飞机处于平衡状态，飞行速度方向向左 而此时的推力又被称为平飞需用推力Tr，平飞需用推力=阻力。（当然不同飞行高度和速度下的平飞需用推力也是有很大差别的） 我们现在知道了，要想飞机稳定在这个速度那么我们需要提供相应的推力让T=Tr，此时的T就是可用推力。可用推力也就是发动机能够提供的推力。 最大平飞速度也是一样的，如果飞机能够稳定在这个速度，那么它的阻力是一定等同于推力的。 也就是这幅图中的Ta和Tr曲线交点，这一点时Ta=Tr，所以此点在横轴上代表的速度就是飞机的最大飞行速度 所以想要尽可能的提高最大速度，无非就是两个做法，一个是提高推力，一个是降低阻力。 提高推力就是从发动机着手，减小阻力就是从气动外形着手。 我们知道现在的航空发动机一般都是涡轮风扇发动机，这类的发动机的风扇会压缩空气，被压缩的空气会被分成两股，一股进入外涵道，一股进入外涵道，外涵道与内涵道空气流量之比为涵道比。 图中的就是简单的涡轮风扇发动机，由于外涵道不需要经过高压压气机，燃烧室所以是不需要消耗燃料的，所以涵道比越高就会更省油。而涵道比越小，相对来说推力就会越大，因为气体经过高压压气机，燃烧室等，自身的动量就会越大，而发动机的推力原理正是来源于动量定理 而我们知道，光考虑涵道比自身油耗和推力是不可以的，因为发动机随着飞机飞行高度和飞行速度的变化，自身的转速就算不变，推力也是会发生改变的。 意思就是海平面时，此发动机能够提供1t的推力，90000米高空时，在转速相同，速度相同的情况下，此发动机只能够提供0.3t的推力。当然我只是举个例子而已，没有真实性的。 所以就有了发动机推力曲线： 比如此图，就是涡喷关于高度的发动机推力曲线，纵轴上方描述的量是推力，下方是耗油率Cf，涡喷也是一样的，一定程度上你可以将它想象成涵道比为0的涡扇发动机，举个例子而已 现在我们知道发动机有推力曲线了，一般来说高涵道比的发动机更适合亚音速，低涵道比的发动机合适超音速，所以如何提高飞行器的极速，对于发动机的要求就是：推力尽可能大，涵道比尽可能低。（像涡轮前温度这些，都可以大致归入推力大的方面） 那么现在我们来看气动方面，如何降低飞机超音速后的阻力呢？我们首先要知道飞机超音速的阻力主要有哪些。 飞机超音速阻力主要有两个：一个是在跨音速区间突增的波阻，一个是飞机配平是舵面转动产生的配平阻力。当然其他阻力也是存在的，不过减小这两个阻力是目前超音速飞机能够实现的途径。 波阻减小的方法有很多种，增加机身的长细比，机翼采用小展弦比大后掠角的设计，加大尖削比，面积率修型，减小机翼的相对厚度，减小机身的截面积等措施。 协和式客机就是典型的例子，大长细比机身，机翼厚度小，机身截面积小等措施，让它成功的比一票战斗机飞得都快 米格-31这类截击机极速高的原因长细比机身占了很重要的原因 减小配平阻力的方法目前通用的有两个：一个是采用远距耦合鸭翼，一个是将飞机设计成静不稳定性。 配平阻力其实就是力臂问题，飞机在天空中飞行的时候，是不可能时时保持一个平稳状态的，所以这需要飞机的平尾，副翼和垂尾去维持飞机在俯仰，横滚，偏航力矩的平衡。 所以就会产生配平阻力，我们都学过杠杆定理，知道力臂越长越省事，对应到飞机中也是一样的。那么我们如何去将力臂变长呢？ 对于俯仰配平阻力来説，我们可以寻找鸭翼，远距耦合鸭翼到重心的距离比平尾到重心的距离更近，所以力臂更长，所以配平时舵面偏转就小，产生的配平阻力就小。 台风就是典型的远距耦合鸭翼，其鸭翼位置这么靠前的原因就是尽可能的远离重心，这样可以增强配平效率 静不稳定其实就是全机的升力中心在重心之前，简单地说就是，当飞机攻角增大时，飞机会自发抬头让攻角更大，攻角变小时，飞机会自发的低头，这样的飞机就是静不稳定的。 现在我们来看第二个问题F-22的极速为什么只有2马赫？ 我认为是由于F-22采用了兼顾亚音速性能与超音速性能的缘故，由于F-22是空优机和单纯的截击机是不一样的，所以在设计时会考虑亚音速机动能力，是不可能将机身的长细比进一步放大的。所以尽管采用了F-119这样的小涵道比发动机，F-22的极速也没有米格-31这类单纯的截击机强。 不过，话说回来，极速越高不代表飞机的超音速机动能力强，因为升阻比不止要求阻力系数低，也要求升力系数高。 毕竟F-22选择的是综合，它的机动能力就远不是米格-31比得上得了，不管是超音速机动能力还是亚音速机动能力。 |
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