此文是以前写的,不过现在看仍旧有现实意义。有助于让不太熟悉超巡特点的读者理解为了超巡需要付出的代价。
很多人一谈到第四代战斗机(国内标准)就必然提及超巡(超音速巡航),然后就有一大堆关于超巡的各种憧憬,下面就是比较有代表性的一例:
支持他这么想象的大概是他觉得超巡很省油,至少没费油。
那么我们就来分析一下,看看超巡有没有那么省油?
我们要用的就是航空界常用的布雷盖航程公式:
V是飞机时速,C是耗油量,L/D是升阻比,Wi是初始重量,Wf是燃油消耗后的重量。用这个公式,既可以估算出飞机的亚音速巡航航程,也可以计算出超音速巡航航程;当然前提是这架飞机能超巡。
其实我们只需根据公式里的两个变量,耗油量和升阻比的变化就可以估算出同一架飞机超巡和亚巡航程的大致比例。超巡速度取1.5马赫,亚巡速度一般取0.8马赫,高度均为1.1万米。
比如对于F22,已知其亚音速巡航升阻比11.4(航空工业出版社《飞机设计手册》),超巡升阻比假定为5 (超音速条件下,来自机翼的阻力已经退居二线,主要阻力已经来自激波阻力,因此升阻比大为降低,超音速条件下能够取得5这样的升阻比已经属于非常难得)。中航工业606所2013年曾经分析过F119发动机的相关性能,见下图,分析得出F119超巡的耗油率为0.1183kg/N/h,亚音速巡航的耗油率取0.0837kg/N/h(其实可能更高些,但因没有数据,所以取此值)
所以,亚巡升阻比是超巡的2.28倍:11.4/5=2.28。超巡耗油率则是亚巡的1.41倍:0.1183/0.0837=1.41。两者相乘约为3.2。考虑到速度差异,也就是说F22亚巡的航程大概是超巡航程的1.7倍,但是超巡在相同时间内的油耗是亚巡的三倍,这意味着超巡是不能用于战斗巡逻的。
所以,为什么有传出来的说法是F22在包含超巡100海里(185公里)条件下的作战半径为410海里(788公里),原因就是超巡这种玩法太耗油了。归根结底是超音速下的激波阻力远比亚音速下机翼上的那点空气阻力凶残得多,吃掉的的油量不是拿高空空气稀薄这么轻轻一句话就可以搪塞的。
所以,以目前人类科技的水平,超巡不是不可以玩,但是你要准备同样距离内付出大致比亚音速巡航多一半的油量,同样时间内大致是亚音速巡航三倍的油量才可以。所以,那些动不动就叫嚣超巡空战如何如何的人士要记牢爽的代价是1.5倍以上至三倍的油量消耗,所以飚一次超巡的距离不要随随便便就超过200公里,F22如此,歼20也一样,否则不要说宝贵的空战用油(那个才是耗油的大头)了,你连回家的路能不能自己走完都可能是问题了。
XB70
对超音速升阻比的取值为5我解释一下:由于跨音速段之后的激波阻力已成为主力,因此同一架飞机的超音速段升阻比一般是亚音速升阻比的一半甚至更低,除非针对超音速长航时飞行专门设计,即便如此超音速升阻比也赶不上亚音速升阻比。苏27的亚音速升阻比13,但超音速升阻比连6都到不了。美国60年代研制的三倍音速的轰炸机XB70的气动外形是针对超音速飞行特化的,其超音速升阻比也才7.0,那是什么样的外形?能在亚音速段做空战机动?我所说的升阻比5是来源于多年前看的一本国内航空科技文集(抱歉名字忘了)里对于21世纪战斗机基本参数的估计,里面指出其亚音速升阻比为10左右的同时还应具备超音速升阻比5左右的气动性能。而近年来的实际进展如何,建议各位下载文章《T50战斗机三维重建及其气动性能分析》,其中46页的图4-17标识出了仿真的超音速升阻比,其峰值如下:M=1.2时,不大于4.5;M=1.4时,不大于3.8;M=1.6时,不大于3.5。现在看来,如果根据这份文献的估算,超音速升阻比小于5更合适。不过那结果会更加让一些人不能接受了,于是还是选这个比较和谐一些的5吧。