殲-20少了這根“尖刺” 你發(fā)現(xiàn)了嗎？
F-117A“夜鷹”亞音速隱身攻擊機在機頭配置了4個全向大氣數(shù)據(jù)探管
今年是新中國成立70周年，據(jù)國新辦消息稱，今年的閱兵式將安排部分先進武器裝備首次亮相，如果有先進戰(zhàn)機掠過長空，大家不妨觀察一下它們的空速管。
超音速軍用飛機炫酷的外形令很多軍迷著迷，它也差不多是現(xiàn)在速度最快的航空器。在超音速飛機的圖片中，我們經(jīng)常能看到飛機的機頭部位有一根長長的“尖刺”，比如米格-29，而殲-20的機頭卻少了這根“尖刺”。這兩種設(shè)計的區(qū)別在哪里呢？我們要先從這根“尖刺”是什么說起。
“尖刺”是什么？
這根“尖刺”是什么？江湖上流傳著很多關(guān)于它的傳說：跟敵人拼刺刀用的！還能避雷！突破音障全靠它！其實沒有那么玄幻，這根“尖刺”的大名叫空速管。
飛機能夠飛上天，依靠的是流過機翼表面的高速氣流產(chǎn)生的壓力差，氣流與飛機相對速度的大小是升力的決定性因素之一。這個相對速度叫做“空速”，是飛行的重要參數(shù)，知道這個參數(shù)才能知道當(dāng)前的升力、阻力等數(shù)據(jù)，進而可靠地操縱飛行器?？账俟艹袚?dān)的就是測量空速的重要工作。
空速管由兩個套在一起的細管組成，一個與外界連通，獲得當(dāng)前環(huán)境的氣壓；一個直直地迎著風(fēng)，感知氣流吹來造成的總壓。兩個細管間的壓力差造成膜盒變形或液柱高差，就能具象地指示出當(dāng)前的空速。
殲-10B的L形空速管
那為什么空速管要安裝在飛機頭的部分，又被做成“尖刺”的形狀呢？
這是因為在飛行中，機身周圍的氣流會被飛機“推開”，這部分受到飛機影響的氣流并不能體現(xiàn)出真正的空速。為了測量到不受影響的氣流，空速管一般被放置在飛機的前端，并盡量離開機體一段距離，這就是空速管常被做成長長的“尖刺”狀的原因。
超音速是誰的功勞？
但正是因為空速管通常被放在機鼻這個存在感極強的位置，并且?guī)缀?ldquo;機機必備”，出鏡率極高，關(guān)于它的謎之傳說也就流傳開來了。
但其實空速管的唯一作用就是我們前面說的，測量空速。
要想突破音障進行超音速飛行，可不是空速管能解決的問題，它需要發(fā)動機和飛機整體氣動外形一起配合，細長機身、后掠翼、超音速翼型等設(shè)計才是降低阻力的關(guān)鍵。要真說“突破音障”，還是要靠尖尖的機頭。
現(xiàn)在的新式戰(zhàn)斗機已經(jīng)采用尖頭設(shè)計，進氣道放在兩側(cè)或腹部，尖頭有利于減小阻力，進行超音速飛行。
但早期的超音速戰(zhàn)斗機還采取機頭進氣的方法，機頭圓鈍，比如米格-21，這種機頭阻力較大，它如何突破音障呢？
答案就是機頭進氣道內(nèi)的這個錐形，它的名字叫激波錐或者進氣錐，能夠破壞進氣道處的激波。可以看到，相較于機頭和激波錐的尺寸，空速管實在太小了，即使它“有心”破除音障也“無力”啊！
“應(yīng)該在車里還是在車底”
亞音速飛機通常把空速管放在機翼或者垂尾前緣，超音速飛機則一般放在機鼻位置。
米格-29機頭部位長長的“尖刺”
但是既然知道了空速管的真正作用，我們也就知道，這些設(shè)計套路并不是不可違背的金科玉律，超音速飛機的空速管并不是必須放在機鼻位置。在具體的設(shè)計中，空速管的位置有很多選擇，對同一機型來說，也有多種裝備方法，按照需求而定。
作為一種機械裝置，空速管簡便可靠，物美價廉，即使在二十世紀后半葉出現(xiàn)了新型的電子測速設(shè)備，空速管的地位仍然穩(wěn)固，一架飛機通常要配備至少兩套空速管裝置，電子測速設(shè)備則通常僅作為備用。
但是隨著戰(zhàn)斗機的發(fā)展，機頭空速管變得越來越“礙事”了。我們知道，高空中氣溫很低，還有云團等水汽。為了防止結(jié)冰失靈，空速管都是金屬材質(zhì)，以便加熱除冰。
金屬材質(zhì)的空速管給安裝在機頭的雷達帶來了一些麻煩，一方面是金屬材質(zhì)反射雷達波，給雷達探測造成干擾，需要在機頭內(nèi)安裝額外的吸波材料；一方面是新型的機頭雷達罩大多采用復(fù)合材料一次成型，強度不如金屬機體，空速管繼續(xù)安裝在這里的話，容易引起基座變形，影響測量精度。而且，當(dāng)今戰(zhàn)斗機速度普遍提高，這一點也加劇了機頭空速管的顫震。
除此之外，新式戰(zhàn)機對隱身性能的要求也越來越高。為了減小飛機的雷達反射截面，以增強隱身性能，飛機外形需要盡可能平滑、少尖角，長長的機頭空速管顯然對隱身非常不利。
于是，出于氣動、結(jié)構(gòu)、隱身等各種性能的考慮，大家各出奇招，空速管被做成了各種形態(tài)。比如F-18和殲-10等機型都采用了在機頭兩側(cè)安裝多個L形空速管的設(shè)計。經(jīng)過算法修正，L形空速管也能保證較高的測量精度。
殲-6的機頭空速管可以向上折疊
在海灣戰(zhàn)爭中一戰(zhàn)成名的F-117A“夜鷹”亞音速隱身攻擊機，在機頭配置了4個全向大氣數(shù)據(jù)探管，整合了測量空速、側(cè)滑角、迎角等多種功能。
F-35和殲-20都采用了嵌入式大氣數(shù)據(jù)傳感系統(tǒng)，這種測壓方法使用壓力傳感器陣列加上算法修正，只需要開孔，而不需要安裝外置的結(jié)構(gòu)。
值得一提的是，盡管使用了嵌入式大氣數(shù)據(jù)傳感系統(tǒng)，在試飛驗證階段飛機一般仍要保留空速管，用于收集數(shù)據(jù)，比如殲-20的原型機；在定型之后，殲-20的空速管就取消了。
殲-20機頭前少了一根“尖刺”
對隱身性能要求更高的B-2轟炸機干脆舍棄了傳統(tǒng)的空速管，在風(fēng)擋前方的機頭部位安裝了6組嵌入式大氣數(shù)據(jù)傳感器。
2008年，一架B-2轟炸機在美軍的關(guān)島空軍基地墜毀，原因是當(dāng)?shù)氐某睗駳夂驅(qū)е嘛w機傳感器故障，使得計算機提供的空速和高度數(shù)據(jù)嚴重錯誤，最終撞地墜毀。
B-2較差的平衡性固然也是墜毀原因之一，但此次事件也顯示了對計算機的依賴給飛機帶來的風(fēng)險，電傳和計算機仍然不能完全取代空速管的作用。
文/Aloysius
來源/科學(xué)大院公眾號
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