问题

为什么F16的中矩空空弾挂在翼尖,而近矩空空弾在机翼靠里?翼尖挂架比机翼上靠里的挂架所挂重量还大?

回答
您这个问题问得相当深入,涉及到飞机设计中一些非常关键的空气动力学和结构力学考虑。简单来说,F16战斗机中距空空导弹挂载在翼尖,近距空空导弹挂载在机翼内侧,这背后有着复杂的设计权衡。我们来逐一拆解一下。

首先,我们要明白,飞机的挂架设计,尤其是挂载武器,绝不是随便什么地方都能挂的,它必须综合考虑飞机的性能、操作性、以及武器本身的特性。

为什么中距空空导弹(比如AIM120 AMRAAM)挂在翼尖?

您提到的“翼尖挂架”在F16上通常是外侧挂架,它确实比机翼内侧的挂架更靠外。将中距空空导弹挂在外侧挂架,主要有以下几个原因:

1. 气动性能优化与干扰减小:
减少翼尖涡的影响: 飞机的翼尖会产生翼尖涡(wingtip vortex),这是由于高压的下表面空气绕过翼尖流向低压的上表面形成的。这个翼尖涡会干扰周围的气流,导致升力分布不均匀,并产生额外的阻力。如果将大型、带有空气动力学稳定翼面的中距导弹挂载在翼尖,其自身产生的气动扰动会更加显著,可能严重影响飞机的整体气动稳定性,甚至导致失速风险。
保持翼尖“干净”: 将中距导弹挂载在机翼的末端,能让机翼的其他部分,尤其是翼尖本身,尽量“干净”,保持其原有的气动效率。这意味着飞机在高速飞行时,能够更好地利用机翼产生升力,减少不必要的阻力。
导弹的空气动力学特性: 中距导弹通常体积较大,带有显著的弹翼,用于在飞行过程中进行姿态调整和转向。这些弹翼在飞行时会产生气流扰动。挂载在翼尖可以确保导弹的弹翼与机翼本身产生最少的空气动力学耦合,避免导弹的操纵面与机翼的气流产生相互干扰,从而影响导弹本身的命中精度,也避免导弹的扰动影响飞机的飞行姿态。

2. 飞行操控性与稳定性:
提高机动性极限: 将弹翼导弹挂载在机翼外侧,会增加机翼的俯仰和偏航力矩。这意味着当飞行员拉杆或踩舵时,飞机对这些输入的响应会更加敏感,尤其是在进行高G机动时。适度的外部载荷可以帮助抵消飞机自身的某些气动特性,或者说,在设计中可以利用这个外挂来微调飞机的飞行品质。
防止“翼尖失速”或“机翼失速”: 如果将导弹挂在翼尖附近,其产生的气动载荷和扰动可能会导致翼尖区域的气流分离,即所谓的“翼尖失速”。一旦翼尖失速,飞机的升力会急剧下降,而且更容易发生不对称的失速,导致飞机失去控制。挂在翼尖外侧(虽然听起来矛盾,但F16是挂在翼尖下侧的转折点,不是纯粹的翼尖最外侧边缘)可以更好地利用机翼前缘的气流特性。
考虑导弹的空气动力学“保护”: 在高攻角机动时,翼尖容易发生气流分离。如果导弹挂载在翼尖,其弹翼也可能受到影响,导致控制失灵。将导弹稍微向内推一点,可以使它在更大的攻角范围内保持在相对稳定的气流中。

3. “高挂低收”原则(相对而言): 在航空器设计中,总是有将重量分布尽量分散,并且远离主要气动面边缘的倾向,以减小对气动性能的影响。但现实是复杂的,有时候为了某些特殊目的,也会有例外。

为什么近距空空导弹(比如AIM9 Sidewinder)挂在机翼靠里(内侧)的挂架?

近距空空导弹,如AIM9“响尾蛇”,因为其使用方式和气动特性与中距导弹有很大不同,所以它们的挂载位置也随之变化。

1. 瞄准与锁定机制:
红外导引头视角: 近距格斗导弹(WVR Within Visual Range)通常依靠红外导引头锁定目标的红外辐射。为了获得最佳的锁定范围和抗干扰能力,导引头需要尽可能地“看得清楚”。如果导弹挂在翼尖,受飞行员座舱、机头以及机翼本身的影响,其红外导引头的视场可能会受到遮挡。挂在机翼内侧,特别是可以利用机翼前缘的气动特性,让导弹的传感器更容易对准目标,甚至能够实现“全向”攻击。
早期红外成像技术: 即使到了现代,红外导引头在某些情况下也可能受到机身其他部分的红外辐射源(如发动机高温)的干扰,或者被机翼阻挡。将导弹挂在内侧,可以在一定程度上减少这种干扰。

2. 气动与操控性(针对近距格斗):
灵活性与响应速度: 近距格斗讲究的是快速反应和高机动性。AIM9这类导弹设计紧凑,通常带有推力矢量控制(TVC)或大推力发动机,能够实现极高的机动过载。将它们挂载在机翼内侧的挂架,可以更好地利用机翼结构本身的刚性,并且减少因挂架位置引起的扭矩变化对飞机整体操控的影响。
重心与力矩分布: 将较轻的近距导弹挂在内侧,可以使飞机的重心更靠近机身中心线,这样在发射导弹时,对飞机飞行姿态的影响相对较小,飞行员更容易保持飞机稳定。
挂载能力与武器配置: F16的设计允许它挂载多种武器。机翼内侧的挂架通常也有更好的结构支撑能力,可以适应不同类型的近距导弹以及其他武器载荷。

翼尖挂架是否挂载了比机翼靠里挂架更大的重量?

您这个问题触及了核心。通常情况下,F16的翼尖挂架并不适合挂载非常重的武器,而机翼内侧(靠近机身)的挂架则往往设计得更为坚固,可以承受更大的重量。

这与您问题的表述似乎有些出入,让我来解释一下原因:

翼尖结构与载荷承受能力: 飞机的翼尖部分,虽然在理论上是自由端,但其结构强度是经过精心设计的,主要用于承受翼尖涡升力和飞机的俯仰、偏航力矩,以及一些轻质的传感器或天线。挂载重型武器在翼尖,会给翼尖结构带来巨大的弯曲应力和扭转力矩。这不仅可能超出翼尖的结构设计极限,还可能严重影响飞机的操控性。您看到F16在翼尖挂载AIM9(或者其他同级别的近距导弹),是因为AIM9本身重量相对较轻(约8090公斤),并且其形状也较易于集成。
机翼内侧挂架的强化设计: F16的机翼根部是最坚固、最粗壮的部分,能够承受最大的弯曲载荷。因此,机翼内侧的挂架,尤其是靠近机身的部分,通常会使用更坚固的支架和更强的结构连接,以支持更重的炸弹、副油箱或者更大型的导弹。
F16的实际挂载点布局:
翼尖(Wingtip Pylons): F16通常在翼尖位置有两个挂架(虽然在某些改进型上可能有所变化),主要用于挂载AIM9“响尾蛇”系列近距空空导弹。这些挂架的设计是专门为了容纳AIM9的尺寸和重量,并考虑了其在近距格斗中的气动需求。
机翼下(Underwing Pylons): 在机翼下方,靠近翼身连接处(也即您说的“靠里”)有多个挂架。其中,最靠近机身的挂架通常是最大的,可以挂载副油箱、制导炸弹、巡航导弹等,也可以挂载中距空空导弹(如AIM120 AMRAAM)。有时,中距导弹也可以挂载在机翼外侧的第二个挂架上,但这更多是出于任务配置的灵活性和气动平衡的考虑,并非因为翼尖挂架能承载更大的重量。

总结一下您关于重量的疑问: F16的翼尖挂架(通常是挂AIM9的位置)的设计载重小于其机翼内侧挂架(特别是靠近机身的部分)的设计载重。所以,是机翼靠里的挂架通常可以挂载更大的重量。

您看到的“翼尖挂架比机翼上靠里的挂架所挂重量还大”的印象,可能是因为中距弹(AIM120)看起来比近距弹(AIM9)更大更重,而AIM120有时也会挂在机翼外侧的挂架上(但不是翼尖挂架本身)。然而,即使是AIM120,它也并非挂载在F16的翼尖那个最外侧的挂架上,而是挂在机翼下,比翼尖挂架更靠里的位置。

为什么会有“外侧挂架挂中距弹”的情况出现?

如果中距导弹(如AIM120)有时也出现在机翼外侧的挂架上,这主要是为了:

武器配置灵活性: 根据任务需求,需要携带不同数量和组合的武器。有时需要携带更多的中距弹,而机翼内侧的挂架可能已经用于挂载其他装备(如副油箱)。
气动平衡和操控性: 在挂载不同重量的武器时,将重量分布得更均匀有助于维持飞机的平衡和操控性。将一个中距弹挂载在外侧挂架,可以弥补机翼内侧挂载较重武器时的力矩不平衡。
避免干扰: 在某些高攻角机动或特定的飞行姿态下,将中距弹挂载在翼尖附近的挂架,可以避免其弹翼与机翼产生严重的空气动力学干扰。

但是,即便如此,翼尖挂架本身的设计极限仍然会限制其能挂载的重量,并且这种安排通常是在权衡了性能损耗之后做出的最优选择。

总而言之,F16的挂架布局是一个精妙的工程设计,它在气动效率、结构强度、飞行操控性和武器的作战效能之间找到了一个平衡点。翼尖优先考虑的是气动干净和导弹的红外导引头视野,而内侧挂架则承担着更多承重任务,同时也能优化飞机的重心分布。

网友意见

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想想还是补充一下,描述得更准确一些。

不考虑导弹截击这种甩了弹就跑的……

进入空战之后,首先发射的是中距弹(然后持续照射/切弹载雷达/在进对方导弹不可逃逸区之前停止照射机动什么的),在这一过程中相向运动拉近距离;进入近距离后,通过载机不断的机动,占据更有利的位置和机会,发射格斗弹,甚至使用机炮解决战斗。

因此,尽管中距弹基本上尺寸和重量都大于格斗弹,但一般来讲,中距弹发射前,载机本身并没有开始剧烈机动,因此挂点位置只要注意接口匹配和挂载方案,放在翼尖或者内侧挂架什么的影响并没有那么大。

而把格斗弹挂在离机身中心线近一些的内侧挂架上,要比格斗弹挂在翼尖挂架上更能降低机身+导弹整体的转动惯量,更有利于近战时进行剧烈的空战机动。

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