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为什么中国的战斗机背部有一条隆起,西方的战斗机背部没有?

2020-11-13 09:31阅读(60)

为什么中国的战斗机背部有一条隆起,西方的战斗机背部没有?:这个是脊背,早期可以加强机身结构强度,现在主要容纳电缆电线这个东西学术上叫做脊背,早期战斗机

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这个是脊背,早期可以加强机身结构强度,现在主要容纳电缆电线

这个东西学术上叫做脊背,早期战斗机常用脊背作为加强肋,增强机体结构强度,早期战斗机机体结构采用偏软式设计,用脊背加强肋作为补强,这样可以节省结构重量。但从第三代战斗机开始,由于速度和机动性能增强,机体结构强度要求很高,脊背作为加强肋的作用意义已经不大。但是这个位置,风阻最小,前面有座舱盖挡住,后面又有垂尾的尾撑吃风阻,所以这个位置增加的阻力最小。

歼-7的脊背是比较明显的,他是作为油箱而存在,米格-21/歼-7非常紧凑,并且机头进气挤占机内空间,必须要充分利用空间,也就挤占这个位置作为布置油箱。

在歼-10上脊背就小了很多,歼-10的脊背主要是用来布置电缆和数据线的,传输电力和数据,这个位置正好是飞机的正中线,可以比较方便的布线到机身各处,并且利于维护和检测,相当于DIY装机的主板背线。

双座型歼-10S的脊背就要大的多,原因在于后座驾驶员挤占了机内空间,部分设备就要被迫移到脊背那里去,因为加高那里增加的阻力最小。

另外把西方这两个字去掉,这是欧洲台风战斗机,人家的脊背明显要比歼-10大多了

这是法国的阵风,大家纷纷表示单垂尾战斗机不设计点脊背完全是S13

最后我来告诉你为什么美国人不设计脊背,原因就在这里,美军是硬管加油技术,背部中间是硬管加油口,你在这里布置电缆和数据线,万一加油机加油探头戳歪了戳破了,那战斗机不是直接来个自由落体?

所以F-16相当别扭的一点,中间塌下去,尾撑又特别大用来容纳设备,这种设计还真不如直接脊背通下去

现在F-16的美军订单早已没有了,洛马也承接海外客户的私人定制要求,所以很多国家新订购的F-16也是直接脊背通下去,而且脊背做的相当过分和夸张,以满足越来越多电子设备的安装需求,这是波兰的F-16D。

这是以色列的F-16I

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国产战斗机,比如“飞豹”、歼-7、歼-8、歼-10上可以看到一根很明显的,由座舱盖尾部延伸到垂直尾翼前端的隆起,专业术语叫背鳍,材料一般采用玻璃纤维。

背鳍的作用很大,可以有效改善座舱盖尾部的流线型用以减阻,增加机身后部侧向投影面积,后移侧力中心,还可以加强机体结构强度。

特别是战斗机在高空高速飞行时,航向静稳定性、空气动力阻尼力矩的均值会大幅度下降,易导致“惯性交感”出现,使战斗机在高滚转速率状态下完全失稳难以改出,最后酿成机毁人亡的惨剧。增大背鳍恰恰能增加阻尼力矩,增强航向稳定性。

苏联空军的米格-9战斗机早期版本的背鳍比较小,且尚未找到因此酿成事故的相关资料,但为了保险起见,米格-9后期的背鳍体积明显更大。

背鳍内部还能容纳各种电缆和数据线,负责整机电力和数据的传输,因背鳍处于战机正中线,方便线缆分布到机身其他部位,便于维护保养。更大一点的背鳍还能容纳多余的内油。

比如歼-10单座战斗机就有背鳍,但较歼-7/8明显要小,而双座版的歼-10背鳍就明显增大,因为增设的后座飞行员挤占了战机空间,部分设备和线缆不得不后挪到背鳍里。

西方战斗机也有背鳍,比如美国的F/A-18“大黄蜂”战斗机、欧洲的“台风” EF-2000战斗机、法国的“阵风”战斗机、瑞典的SAAB JAS-39“鹰狮”战斗机的背鳍都比较明显。

因此不论是西方国家还是中国,依靠背鳍来减阻、布线、增强航向稳定性和加强结构的方法都是一样的。

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我国的战机背部隆起不是每款战机都这样,只有歼10脊背的隆起脊椎比较小,感觉有点突兀,显得不够自然。

下图歼轰七的脊背隆起比较圆滑

下图法国阵风战机不是一样有吗?

下图美国FA-18“大黄蜂”不是一样隆起背部吗?

下图英国“台风”战机不是一样有隆起背部吗?

飞机背部脊椎是整体结构的主骨架部分,是整体机身最大承重的主轴。

歼10是单发战机,发动机进气口到尾喷口贯穿着整个机身,使它背部轴骨架不能做得太大,但是,要保证它的机背结构强度,背部轴线就必须加厚骨架来增加脊背强度。脊背加厚还可以利用这个位置来布设线管,一举两得。

三代机对气动外形的隐身要求并不高,关键在于整体性能。现在隐身战机都已经在不断量产中,将来的作战方式已经用不上三代机去突击,只是作为后备力量和辅助力量来使用。

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总的来看,飞机脊背的作用,一个是结构和传动系统的需要,另一个是对方向安定性起到一定作用。至于机载设备,由于脊背相对来说非常窄,除了个别天线外,一般不会把机载设备安装在这个位置。

国产战斗机里,机身脊背最明显的是歼-7。歼-7战斗机的脊背里主要是容纳平尾和垂尾的操纵连杆,就是连接平尾、方向舵与操纵杆和脚蹬的机构,歼-6、歼-8的脊背也与之类似。类似这样的第二代战斗机的后机身实际上就是一个大洞,要容纳发动机,但是机身后方的方向舵、平尾又需要通过连杆与机身前部驾驶舱内的操纵杆连接,这一连串的连杆就是从操纵杆底部开始,绕过座椅下部和背部,从机身脊背里穿过,一直延伸到后机身。

但歼-7III的脊背明显加大,主要是除了容纳连杆外,在脊背上还增加了油箱。

实际上脊背里并没有纵向的大型承力件,因此对增加机身结构强度的作用是很有限的。

歼-7的小脊背

歼-7III的脊背显得特别大


歼-7操纵系统示意图

歼-10以后的第三代战斗机,由于采用了电传操纵系统,驾驶杆并不与舵面直接连接,因此脊背里容纳的是电传系统的电缆连线,相对歼-7来说要小得多。但双座型歼-10由于前机身增大了座舱,对方向安定性有一定的破坏,为了改善飞机的方向安定性,也相应增大了脊背。

一般来说机载设备在脊背里安装的很少,即使是天线,也只是天线及其底座,相应的处理设备并不在脊背里。

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那个叫飞机的背鳍。是为了改善飞机流线外形而设计的,同时还能改善飞机的飞行稳定性。背鳍里面可以安装各种设备,包括油箱。

这个设计可不是只有中国飞机才有的。苏联飞机、美国飞机都有。


美国F100战斗机的背鳍


苏联米格-21战斗机的背鳍

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飞机脊背是一种比较常见的设计,属于设计习惯,其实并不应该强行区分中国和西方。

比如发财1号战机,它的脊背有点鼓,可能这就是题主说的“背部隆起”。

但我们仔细看看就会明白,这条背脊并没有那么简单,设计这样一道隆起,显然是综合考虑了流体气动、机身结构、维护方便等多方面内容的。

其实现代战机的背脊早就只是个修型了,加强的作用很小,内部主要作为飞机的传导中轴使用,为传感器、缆线、传动杆、管路传输、液压筒等提供空间。

毕竟喷气式飞机的机身中部都被巨大的喷气式发动机和相关结构占领,不设立个脊背,就得换用其它的方式将部件塞进去,这是不利于机体的整合与维护管理的。

这就好比城市地下开了个综合地下道,排污、天然气、电线、通信全都从里面走,比各自为政的分散布置更容易。

所以,我们在重型战斗机上很少看到这种布局,重型机多采用双发设计,机身空余空间较多,再加上背部减速板等设计,以及双尾翼等传动布置,当然很难见到背脊。

像上图的法国幻影战机,它的背脊非常明显,我们从机身布局也能看出来,总不能让机身的中脊线路与发动机抢地方吧?

这张台风战机的透视图可以很直观的看到结构情况,背脊仿佛人的脊柱,负担了盛放主神经的作用,硕大的发动机在下方占据了几乎整个后管。

再放个台风战机的实物图,他这背脊可不比发财1号的小。

台风的兄弟阵风战机也是如此,背脊非常宽厚明显,哪怕这两款战机都是双发,中型机的身板也没给其留出太多空间。

这张美国F4“鬼怪”战机的结构图可能更具表达力一些,我们可以看到背部充满了电缆。

SU-27其实也不例外,动物有脊柱贯通神经,飞机靠脊背贯通神经,避免不了的。

仔细看F-35也有,只是美国战斗机多有个特征——背部硬管受油,所以背部就给修得更加宽平。

而且像F-35B这样的战机,因为有短垂起降功能,所以中段有个大大的升力风扇,这注定它的“神经”得绕路走。

像F-16有些型号,因为加了保形油箱,改变了以往的背部加油方式,所以干脆来了个棱角分明的大驼背。

这种外军订购的保形油箱,加油方式变成了侧边软管受油,所以也就无所谓给背部受油口绕路了,还是直来直去简单舒爽。

所以结论其实很明确,突出的背脊并非中国独有。

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这是脊柱,可以在早期增强机身结构,但现在主要容纳电缆和电线这东西在学术上被称为脊柱。早期的战士经常使用脊柱作为加强筋,以增加身体结构的强度。早期的战斗机机体结构采用了较软的设计,脊柱式加劲肋被用作加强件,可以减轻结构重量。但是,从第三代战斗机开始,由于速度和机动性的提高,要求车身的结构强度非常高,而背部作为加强肋的作用不再重要。但是在此位置,风阻最小,被前座舱盖挡住了,垂直尾翼的尾撑在风阻后面,因此此位置阻力最小。J-7的脊椎比较明显。它作为油箱存在。 MiG-21 / J-7非常紧凑,鼻子的进气口占据了飞机内部的空间。必须充分利用空间来占据这个位置。安排油箱。J-10的书脊小得多。 J-10的书脊主要用于布置电缆和数据线以传输功率和数据。该位置只是飞机的中心线,可以轻松地连接到机身。维护和测试方便,相当于DIY安装的主板后线。两人座J-10S的书脊要大得多,因为后座驾驶员挤压了飞机内部的空间,并且某些设备被迫移至书脊,因为那里增加的阻力很小。此外,删除了单词West。这是一架欧洲台风战斗机,其背部明显比J-10大。这是法国的阵风。所有人都说,单个垂直尾翼战斗机完全是S13,没有背部设计。最后,让我告诉您,为什么美国人不设计背部。原因在这里。美国军方使用硬管加油技术。背部中间是硬管加油口。如果加油机的加油探针被卡住,您可以在此处布置电缆和数据线。它刺穿了,战斗机难道没有直接跌落吗?因此,F-16相当笨拙。它在中间折叠,尾架特别用于容纳设备。这种设计确实不如直接穿过背面。现在,美国军用F-16的订单早已一去不复返了。洛克希德·马丁公司还承担海外客户的私人定制要求。因此,在许多国家,新订购的F-16也是直接穿过脊椎的,脊椎过大且过大,无法满足日益增长的需求。需要安装更多的电子设备,这就是波兰F-16D。这是以色列的F-16I

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背部隆起的叫背鳍。不光中国飞机有,外国飞机也有。这不是中国人的发明创造。

很多人的回答都说背鳍有提高机体强度(特别是背部强度)的功能。其实这是想当然的外行说法。

飞机机身现在普遍采用半硬壳式结构。机身有几根主梁和很多桁条,外面包覆蒙皮。蒙皮和桁条都受力。整个机身是一个强度均匀的结构。背鳍只是容纳部分线缆,调整背部的气流,在强度上没有什么用。当然较粗的背鳍由于构件比较多,也能承受一定的外力。但是这和吧加强强度作为设计初衷不一样。

背鳍主要有两种。一种是比较宽大的,比如米格21的后期改型,作为增加的油箱空间。


另一种是比较窄的,类似于机翼厚度,可以作为气流导流片,改善机身背部的流场。早期的米格21就是这样的。

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大概几个作用:1,早期机械液压操纵的年代可以布置连杆和管路等;电传年代可以走线束。因为这里容易布置检修口盖。2,部分空间可以布置电子设备,这里容易布置散热进气口。3,还有些可以放个小油箱,米格21全天候型放大了这个部位,增加了一二百公里作战半径。4,结构设计有好处,相当于一条加强梁。5,气动上可以起到纵向稳定作用,可以缩小点垂尾和腹鳍。

另外这个东东不是中国独有,欧洲美国苏联都用,简单效果好,不用是傻子。不过随着战斗机的发展,有的共形化了,有的为了减阻或者机动性和隐身性干脆取消了。

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那个是附加油箱,西方飞机因为发动机好,比较省油,不采用类似附加油箱