F-47的真容依然是保密的,但51区的试飞视频流传出来后,引起人们的极大兴趣。现在看到的很可能是F-47的某种技术验证机,不是真容,但考虑到YF-22与F-22、X-35与F-35的关系,现在看到的技术验证机(姑且称为YF-47)很可能在大方向上确定了F-47的气动布局。
有人根据模糊的视频图像画出YF-47的想象图。不能说这有多精确,但这是现在能得到的最精确的描绘了。从这里,可以得到不少有意思的结论。
这明白无误地是一架鸭式飞机,但机翼采用奇特的下垂翼尖。上反的翼尖用于控制翼尖扰流,减少翼尖涡流引起的阻力。下垂翼尖在理论上可以达到同样的效果,但很少采用。下垂翼尖离地较近,起飞、着陆时如果横向摆动,翼尖容易触地。YF-47的下垂翼尖也太大,明显不是控制翼尖扰流用的。
60年代的XB-70轰炸机采用下垂翼尖,那是用于产生压缩升力的。这是近乎升力体的升力产生机制,特别适合在空气稀薄的极高空以极高速飞行,XB-70就是M3的轰炸机。但YF-47明显达不到M3的速度,美国空军的要求是M2+。压缩升力应该不是问题。
波音“猛禽”(Bird of Prey)技术验证机也采用下垂翼尖,还带有后缘气动控制面。这其实可以看做倒置的浅V形双垂尾,只是安装在翼尖而不是机身,因此间距特别宽大。这还有一点在侧面方向上遮挡发动机喷口红外信号的作用。
与常规向上树立的浅V形双垂尾相比,倒置浅V形双垂尾在大迎角飞行是没有机体遮挡和涡流问题,所以把这看做超大而且可动的双腹鳍也可以。
问题是这样的设计使得升力中心很靠后,不利于气动平衡。为此,波音“猛禽”设计可宽扁的铲形机头,加上扁平的机身下表面,产生靠前的升力,恢复气动平衡。
并非巧合的是,F-47的前机身与波音“猛禽”惊人地相似。
这也将是美国第一种鸭式战斗机,当年“让鸭翼装在敌人战斗机上就好”的豪言壮语悄悄地吃掉了。
波音“猛禽”只是验证铲形机头-下垂翼尖组合的技术验证机,能飞、可控就行,并没有多少机动性要求。F-47对机动性还是有点追求的,美国空军吃F-35机动性不足的哑巴亏吃够了,不想重复错误。因此需要用到另一架技术验证机的技术。
麦道X-36是一架很惊艳的高机动技术验证机,生来就是为下一代战斗机技术研制的。引人注目的是,X-36没有垂尾,但有鸭翼。实际上,还有可横向偏转的推力转向。换句话说,这是用横向推力转向取代垂尾的鸭式战斗机。
X-36的推力转向与F-22那样的机械式不同,这是流控式,采用附面的小喷流,在一侧加速以形成低压区,对主喷流产生吸附作用,这样来形成推力转向。没有机械部件,重量轻,推力损失小。
这是亚音速喷流的情况。超音速喷流式,可能换一个办法,用小喷流导致收敛-扩散喷口的喉部正激波变形,引导喷流转向。
还有其他办法。但显而易见,流控式推力转向的机制和实现较为复杂,可靠性和精细度的挑战很大。但也可超出F-22那样的二维偏转,实现三维偏转。
YF-47将倒置浅V双垂尾和流控式横向推力转向相结合,比如推力转向用于粗调,倒置浅V双垂尾用于细调,可以达到较好的偏航控制,飞控复杂性也当然相应增加。
与中国南北六代相比,中国使用更加简洁的大三角基本构型。就气动而言,大三角更加高效,而且翼内油箱容积更大。就偏航控制而言,南六采用机翼后缘双自由度控制面,北六采用可动翼尖,各有千秋,后者可能更先进一点。下垂翼尖的优点是更加成熟可靠。高下要到看到真实机动飞行的时候才能比较出来。
但南北六代更加简洁的气动外形无疑对减阻和隐身有利。
鸭翼一般要与主翼有所分离。“台风”和“阵风”都是鸭翼在前上,主翼在后下,通过两个不同平面来避免不利耦合;
歼-20在同一平面,靠鸭翼上反来避开不利耦合。
X-36看不出来,YF-47现在也难判断。前向艺术渲染图上是同一平面,而且没有不同的上反。最后可能和歼-20一样,还是需要上反角的差别来保证鸭翼和主翼气流有所分离。
鸭翼无疑有助于机动性,但南北六代在早期试飞的视频里就展现了不俗的机动性。如果最后F-47和南北六代在机动性上没有多少差别,这只能说明中国的气动设计水平已经领先于美国,而且是在隐身也领先的情况下。
不过YF-47的隐身设计也是有好处的。最好的隐身设计是所谓“四回波”设计,只有前左、前右、后左、后右四个方向上有较强回波,在正前、正后、正侧方最多只有弱回波。
正前是敌人方向,正后对逃离很重要,正侧一般是水平方向上投影面积最大的方向。在这几个方向放把稳定回波降到最低,其他方向上本来就在不同程度上一闪而过,这样基本上就达到全向隐身的要求了。
从外形隐身的原则来说,所有前后缘统统对齐,是达到“四回波”的刚需。在这一点上,YF-47看来做到了。相反南北六代因为相对平直的机翼后缘,没有做到“四回波”。但更加长直的机翼前缘避免了不必要的转折和反射,无鸭翼也意味着减少突出物造成的反射,在总体上,南北六代的全向隐身性能应该有用YF-47。
YF-47的主要目的应该还是测试气动和飞控设计,发动机、雷达、人机、AI等都可以到后面再说。F-47要求在2028年首飞,那时更多细节必将公诸于世。到时候回过来看看,现在的推测有多少是靠谱的,会很有意思。