作者flakchen (flak)
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標題Re: [提問] 何時改的?--渦扇引擎與第四代戰機
時間Tue Aug 11 22:54:56 2015
: : 典型的當然是F15 F16 F18
: : 主要特点是采用推重比达到8的涡扇发动机、
: : 全方向全高度全天候火控系统、
: : 电传操纵系统和先进气动布局等,
: : 武器以空空导弹为主、航炮为辅，最大飞行速度高度与第二代相近，
: : 中低空亚音速和跨音速机动性突出,
: : 并具有超视距作战和下视下射能力
:
: F-16一開始設計並沒有超視距作戰
: 真正有關係的決定性因素是渦扇引擎，沒有渦扇引擎就沒有能量機動性
:
: → huckerbying : 說起來的話…F15算是第四代戰機的代表機，F16好像在 08/11 00:45
: → huckerbying : 部份設計上不同而被分類成4.5代 08/11 00:45
: 推 user1120 : 請問為何"沒有渦扇引擎就沒有能量機動性"呢? 08/11 01:26
: → user1120 : 渦噴除了耗油,輸出應該不輸渦扇?超音速阻力嗎? 08/11 01:27
: 推 eterbless : 馬力跟紐力的差別? 08/11 01:36
渦扇引擎對於第四代戰機的決定性，我並沒有看過有書這樣寫
但看過幾種第四代戰機的發展歷程，都可以看到設計者在尋找適當的渦扇引擎
所以，我個人認為，這的確是第四代戰機的決定性因素
渦扇引擎的主要優點有二：推重比大，省油
它推重比大的原因是中間的核心段：高壓壓縮機、燃燒室與高壓渦輪的直徑都比
同樣大小（外徑）的溫噴引擎來得小，因此它的重量比較輕，另一方面，根據熱力學
第二定律，也就是「溫水煮青蛙」定律：作功越溫和，效率越高，反之，entropy增加。
因此，渦扇引擎用低壓風扇加壓能用比較有效率的方式產生推力。因此，渦扇引擎的推力
跟同樣尺寸的渦噴引擎差不多，但重量卻比較輕，效率比較高（=耗油少）。
而對第四代戰機而言，要提高能量機動性的關鍵有二：一是接近一，甚至超過一的推重比
；二是夠低的翼負荷。引擎的推重比提高，戰機的推重比就提高；引擎省油，油箱縮小，
戰機推重比又進一步提高。另外，第四代戰機的材料與前一代差距不大（都是鋁合金），
因此要降低翼負荷就得增大翼面積，或降低機身重量。翼面積增大就會增加阻力，需要
更多推力來克服，結果也是需要推重比更大的引擎來克服阻力並減輕重量。
因此，第四代戰機之父：John Boyd雖然發展出一套完美的理論來設計第四代戰機
但如果沒有推重比大的引擎是巧婦難為無米之炊的。事實上，他在制訂F-15/16規格時
就必須將引擎的旁通比考慮進去，才能確保出來的能量機動性能夠提高。
但渦扇引擎的問題在於燃燒室縮小，卻要產生差不多的功率來帶動風扇與壓縮機，
因此燃燒室與後方的渦輪都必須承受更高的溫度。這也是剛好那時候引擎工業界克服了
高溫合金的關鍵問題，才得以實作出來（雖然剛做出來的問題很多，導致F-111與F-15都
被引擎拖累妥善率）（太行表示好熟悉）。另外一方面，當速度超過音速，燃燒室溫度
就會爆掉而需要降溫，導致渦扇引擎的效率在超音速下降，而渦噴引擎卻後來居上。
因此，渦扇引擎受到一些人的排斥，認為無法做出一架速度優勢的戰機。
這就是輕戰機黑手黨有名的論戰了：兩馬赫性能到底有啥用？這就好像你的車子速度表
最大到240km/h，但你開了十年到底踩到200km/h以上的時間有多久？對越戰的超音速戰機
做了統計，結果是很悲催的，超過1.8馬赫的總時數加起來可能沒有幾分鐘，超過1.6M
的可能沒有幾小時。但戰機可能花了幾千個小時在0.8-1.2馬赫之間加減速進行空戰。
也就是說，當你的車子是主要在市區超車、剪車、閃車時（而不是可以一路踩到底的無
限速高速公路），重要的性能到底是50-100km/h的加速時間，還是200km/h以上的尾速？
以當時，甚至目前的引擎科技，戰機就算使用渦噴引擎也要開後燃器才能達到超音速。
而渦扇引擎也可以開後燃器，而且推力增加幅度還比較大。因此，John Boyd用熱力學
計算一下，證明F-15用渦扇引擎＋後燃器也可以到達兩馬赫，而且總加速時間不會差多少
（所以空軍後來就修改一架F-15來破世界紀錄）。因此，如果你真的要高速攔截還是可以
（連F-16用固定進氣孔都可以兩馬赫），但平常的巡邏、空戰你都可以享受省油的貼背感
，你換不換？
: 推 dopyu : 渦噴就是旁通比為零的渦扇發動機，這樣想會好了解些 08/11 08:06
: → dopyu : 高空高速性能神佳，包線掉下來的幅度超小，但很耗油 08/11 13:11
: → dopyu : 渦噴也是能玩能量機動的，只是推力較小玩不好而已 08/11 13:12
若遵循能量機動性的公式來設計，低推重比的渦噴引擎也可以硬撐，只要你肯縮小油箱
來減輕重量，但結果就是航程更悲催，比第三代戰機還差。
省油也是第四代戰機很重要的關鍵，因為「輕戰機黑手黨」眼中的輕戰機其實不是像F-5
這種很短腿的小飛機，他們的理想是二次大戰的P-51：小但是航程遠。航程遠才能到達
更遠的地方去爭取戰果，關在家裡爽是沒有意義的。
這也可以提到第四代戰機中的異類：MiG-31，它完全沒有能量機動性可言，但還是採用
渦扇引擎，為何？因為它需要延長航程才能同時接近MiG-25的高速與Ye-28的航程，以
「取代」這兩種第三代攔截機。MiG-31曾考慮過可變翼，但太過昂貴，最後只靠渦扇引擎
來滿足需求。可以說，MiG-31就是換裝渦扇引擎，與升級雷達的MiG-25。
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推 dopyu : 推F大的詳述!! 08/11 23:01
推 Su22 : push 08/11 23:06
推 F16V : 推 08/11 23:13
推 t72312 : F16的機鼻有整流的效果 f大不順便來篇可變進氣道嗎 08/11 23:22
推 darksnow : 感謝詳解 08/11 23:28
推 steelgate : 推! 原來之前讀到的資料都是有問題的.. 08/11 23:32
推 defenser : Mig-31其實是會射飛彈的預警機 08/11 23:36
推 sath : 好有趣! 08/11 23:51
※ 編輯: flakchen (219.70.219.178), 08/12/2015 00:05:56
推 diechan : 推啊,三篇好文啊 08/12 01:15
推 ellipsed : 推 08/12 02:20
推 geosys : 推 08/12 08:52
推 user1120 : 推!印象中F16有改成DSI進氣道的實驗機~~ 08/12 11:19
→ Piin : 是有一架，不過測完就拆了 08/12 11:57
→ kuma660224 : 測試DSI時是發現效果不錯，結構簡化變輕， 08/12 12:24
→ kuma660224 : 不過差距沒大到美國想掏錢整型的地步， 08/12 12:24
→ kuma660224 : 打玻璃小針美容&換229引擎比較划算。 08/12 12:24
推 user1120 : 所以關鍵就是 渦扇的推重比大，省油，而核心機溫度 08/12 12:26
→ user1120 : 可以提高後，輸出和渦噴差異不大，1.0M上下才是常用 08/12 12:26
→ user1120 : 區間，因此能量機動理論得以應用上去 08/12 12:27
→ user1120 : 那新造的F16為何不用用看DSI呢？結構簡化變輕，理應 08/12 12:29
→ user1120 : 都是正面的呀？ 08/12 12:29
→ huckerbying : 有裝過DSI，但是結論是沒什麼差異 08/12 12:39
→ huckerbying : 本來F16結構上就很輕了，換裝DSI雖然有提升運動能力 08/12 12:45
→ huckerbying : 但沒提升到非常驚人的結果，然後礙於原本設計，在超 08/12 12:45
→ huckerbying : 音速方面也沒提升太多，所以就沒換了 08/12 12:45
→ huckerbying : 看以後會不會有F16用的超巡引擎，那個時候DSI的價 08/12 12:47
→ huckerbying : 值才會再浮現出來 08/12 12:47
→ kuma660224 : 差異不大，新造的量不多，大概不會想搞特規 08/12 12:48
→ kuma660224 : 現有進氣道有數千架的量，還有玻璃魔改秘技 08/12 12:49
→ kuma660224 : 換掉就無法延續既有資源了。 08/12 12:51
→ kuma660224 : 模具不同需要有大客戶砸錢量產才能壓低成本。 08/12 13:02
推 user1120 : 感謝 h大 k大 解惑。另外"玻璃魔改"指是什麼呢？ 08/12 13:09
推 F16V : have glass? 08/12 13:09
→ user1120 : 喔～～"有玻璃"啊？不愧是本人... XD 08/12 13:31
→ huckerbying : 就有玻璃(have glass)匿蹤處理 08/12 13:31
推 skyhawkptt : "玻璃魔改"是指現在的飛行員駕駛整合式數位觸控螢幕 08/12 13:32
→ kuma660224 : 這邊指的是塗料，雖然座艙航電也常稱為玻璃化 08/12 13:37
推 nerv072 : MIG-31不是用來烤兔子的嗎？ 08/12 14:49
→ huckerbying : 不過f16V的升級項目也有玻璃化座艙，所以兩種“玻 08/12 14:59
→ huckerbying : 璃”都有 08/12 14:59
→ PsycoZero : 烤兔子是MiG-25，另外不是Ye是Yak-28 08/12 20:25
→ PsycoZero : 說這Yak-28的設計能超音速也是很神奇 08/12 20:26
Sorry，我打錯了，應該是Tu-28，不是Ye-28
http://www.aviastar.org/air/russia/tu-28.php
→ PsycoZero : F-16有裝F119的發夢，沒實現... 08/12 20:26
※ 編輯: flakchen (219.70.219.178), 08/12/2015 22:39:14
→ PsycoZero : Tu-128更神奇了，拿轟炸機的設計去改成戰鬥機 08/13 10:43
→ PsycoZero : 比YF-12還神奇 08/13 10:43