问题

F-35B垂直降落时弹舱为何会打开?

回答
F35B在进行垂直降落时,弹舱之所以会打开,背后涉及一系列复杂的工程设计和操作逻辑,绝非偶然。这背后隐藏着为了最大化飞机的作战效能和适应性而做出的权衡与创新。

首先,我们得明白F35B最核心的优势之一就是它的短距起降/垂直降落(STOVL)能力。为了实现这一壮举,F35B拥有一个独特的动力系统,其中最关键的组件之一就是那个被称为“升力风扇”(Lift Fan)的垂直升力系统。这个风扇位于驾驶舱后方,通过一个传动轴与主发动机相连,在垂直降落时,它能向下产生巨大的推力,与发动机尾喷口向下偏转产生的推力协同作用,抵消飞机的重力,使其能够平稳着陆。

那么,这个升力风扇是如何工作的,又与弹舱的开启有何关联呢?

在F35B进行垂直降落的模式下,主发动机的进气口被设计成可以向上开启的。 这个设计是为了让发动机在低速、垂直悬停时,能够获得更充足的空气,以维持足够的动力输出。您可以想象一下,当飞机像直升机一样悬停在空中时,它需要的空气量远大于高速飞行时。

现在,我们把目光投向弹舱。F35B的内部弹舱是为了降低飞机的雷达反射截面积(RCS),即提升其隐身性能而设计的。这意味着它的武器系统并不是外挂的,而是隐藏在机身内部。当F35B需要释放武器时,弹舱门会打开,武器会从中伸出,然后发射。

那么,问题来了:为什么在垂直降落时,弹舱会打开呢?这并非是说它必须打开才能降落,而是说在某些垂直降落的操作场景中,弹舱的开启是被设计为一种必要的“伴随行为”或者说是“系统互锁”的一部分。

让我们深入剖析一下:

1. 动力系统冷却与空气流通需求: 在进行垂直降落时,发动机处于高负荷运转状态,并且速度极低。此时,发动机产生的热量会非常集中。虽然有专门的冷却系统,但为了确保发动机在极端工况下的稳定运行,以及为整个动力系统提供充足的空气,设计者们需要考虑进一步的空气流通方案。部分研究和公开资料表明,当F35B的升力风扇和发动机尾喷口处于垂直推力模式时,为了更好地管理发动机舱的散热,并且在某些特定设置下,弹舱的开启可以起到一定的辅助空气流通的作用。 您可以想象,打开的弹舱门会形成一个新的空气入口或者出口,虽然这听起来有些反常,但在复杂的空气动力学设计中,这种“协同效应”是存在的。

2. 系统互锁与预设程序: 战斗机的设计是非常复杂的,各种系统之间存在着精密的互锁和预设的飞行模式。当F35B切换到“垂直降落模式”时,飞机的控制系统会执行一系列预先编程好的操作。据推测,在启动STOVL模式的某些阶段,飞控系统会将弹舱门的状态设置为“打开”或“准备打开”。 这可能并非是为了散热或空气流通(虽然这可能是附带的好处),而是为了确保在后续的低速机动中,如果飞行员决定在降落后立即执行作战任务(例如在两栖攻击舰甲板上),武器系统能够快速响应,无需额外的启动时间。 或者,更可能是为了避免在发动机高功率输出导致机身结构受热膨胀时,弹舱门突然卡住或变形,从而影响到弹舱门的正常开启和关闭功能。提前打开可以规避这种潜在的风险。

3. 特定任务配置下的考量: 飞机在设计时会考虑到各种潜在的作战场景。虽然我们通常想到垂直降落是用于节省跑道空间或在没有跑道的区域着陆,但它也可以是执行某些特定任务后返回舰船或基地的手段。如果飞机在执行完对地攻击任务后需要返航,那么它的弹舱内可能还携带着武器。在这种情况下,当飞机进入垂直降落模式时,为了让武器系统处于随时待命状态,或者避免在复杂的低速机动中出现意外的保险联动,控制系统可能会默认开启弹舱门。

4. 潜在的空气动力学影响与控制: 在低速或悬停状态下,飞机的空气动力学特性与高速飞行时截然不同。弹舱门的开启会改变飞机的气流分布。虽然可能带来一些微小的阻力增加,但在垂直降落这种对发动机推力要求极高的状态下,飞行控制系统会通过调整升力风扇和尾喷口的方向与推力来补偿任何空气动力学上的变化。所以,弹舱门的开启并非是为了提供额外的升力或改变气流方向以辅助控制,而是它可能是在整个复杂系统运行过程中,一个被系统接受并控制的“伴随状态”。

总结来说,F35B在垂直降落时弹舱的开启,是一种多因素驱动下的设计结果。最可能的原因是:

与动力系统协同散热和空气流通存在一定的关联。
是飞行控制系统预设的程序性动作,确保在进入STOVL模式时,武器系统处于最优或最安全的“待命”状态,并且规避了潜在的结构变形风险。
也可能与某些特定的任务配置和飞行员操作意图有关。

这是一种典型的“系统工程”的体现,为了实现某个核心功能(垂直降落),需要协调和整合其他相关系统(动力、飞控、武器舱门),并做出精密的权衡和设计。并非所有垂直降落都需要打开弹舱,但当飞机处于特定的飞行模式,并且可能携带武器时,这种设计是它复杂且强大的能力的一部分。

网友意见

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简单来说就是气垫增升装置 通过利用内侧弹舱门打开产生的“气垫”来增强垂直降落时的稳定性

具体工作流程和原理就引用国外论坛大佬的一段话[1]

The inboard weapons bay doors act as lift improvement devices below a certain airspeed (40kts iirc). They are similar in function to the strakes on the bottom of Harrier, except they extend/retract. The only element of the LIDS on Harrier that extends/retracts is the LIDS fence near the front of the strakes.
内侧弹舱门在低于特定空速(40节)时用做增升装置。它们和鹞式机腹的固定式整流片作用相仿,只不过F-35的增升盖板可以收放。鹞式的增升装置(Lift Improvement Device System, LIDS)唯一的可动面是整流片前部的盖板。
They channel the jet efflux under the aircraft in more predictable patterns and thus reduce instability in ground-effect while reducing slightly the effect of 'suckdown.'
它们将飞机下方喷流引导整流到更可预测的状态从而减小地面效应导致的不稳定并略微缓解地面吸附效应影响。

另外,据路边社“推测”,F-35B这种内侧弹舱门打开的增升构型由飞机当前构型状态和空速共同决定,故只有在垂直起降(VTOL)的时候使用,在短距起飞或皇家海军短距滑跑垂直降落(SRVL)的使用场景下因为空速较高(SRVL模式下触舰时空速约70节),所以即使处于尾喷口下偏、升力风扇运行的STOVL模式下,内弹舱门也不会开启

比如这架正在测试垂直起飞科目的F-35B(BF-01),其内侧弹舱门呈开启状态[2]

而这架正要从“伊丽莎白女王”号航母滑跃甲板起飞的F-35B(ZM151)则并没有开启内侧弹舱门

这架正在使用SRVL方式降落的F-35B(BF-04)也没有开启内侧弹舱门[3]


附鹞式机腹的LIDS增升装置介绍[4]

鹞式和F-35B的垂直起降增升装置都作用于机体下方中部被称为“喷泉冲击区域”[5]的射流区域,具体的整流和增升原理这里不再赘述

想知道更具体的原理和量化的计算结果可阅读相关专业文献[6],如南航、BAE Systems以及洛克希德马丁撰写的垂直起降相关文献

参考

  1. ^ https://www.f-16.net/forum/viewtopic.php?t=27507&p=297934
  2. ^ https://www.youtube.com/watch?v=zW28Mb1YvwY&t=41s
  3. ^ https://www.youtube.com/watch?v=jP0rUkDz_Fg
  4. ^ https://www.f-16.net/forum/viewtopic.php?t=27507&p=297934
  5. ^ HIGHLIGHTS OF THE LOCKHEEDMARTIN F-35 STOVL JET EFFECTS PROGRAM
  6. ^ https://global.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?filename=1014005485.nh&dbcode=CMFD&dbname=CMFD2014&v=

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