取消機頭空速管那么難嗎？

2024年11月12日至17日，第十五屆中國國際航空航天博覽會正在廣東珠海如火如荼舉辦。在之前的航展上，我們經(jīng)常可以看到許多戰(zhàn)機采用了當時先進的尖頭設(shè)計，顯得非常霸氣。機頭上明顯的是有一根細長的刺，給人的感覺像是獨角獸的角一樣。為了拿掉戰(zhàn)斗機頭上的這根針，航空專家就花了很多年的時間。實際上，這根“長刺”其實就是傳說中的空速管?？账俟苣軌驕y量出戰(zhàn)機在空中飛行時的大氣壓強和靜壓，從而得知目前飛機的飛行速度和升降情況，為飛行員提供參考依據(jù)。如果沒有空速管的話，飛行員在天空中很容易判斷失誤，誘發(fā)空中事故。

空速管是飛機重要的大氣數(shù)據(jù)傳感器，其利用皮托管原理來精 確測量飛行時的大氣總壓和靜壓，大氣數(shù)據(jù)計算機再通過伯努利全靜壓方程等計算式來換算得飛行控制所需的飛行速度、升降速度和大氣壓力等數(shù)據(jù)?？账俟茉谑褂弥幸艿綒饬鞲蓴_，空速管的長度越大，前端測壓口與機體的距離越遠，所測量的靜壓就越接近大氣真實靜壓。因此，為提高測量精度，準確測量總壓、靜壓，空速管軸向應(yīng)盡量與氣流方向平行，空速管的zui佳安裝位置就是在與機身軸線相同的機頭前方，大氣數(shù)據(jù)計算機的誤差修正精度、換算得的數(shù)據(jù)更容易保證。

其實機頭空速管的取消，直接體現(xiàn)的好處就是雷達罩的結(jié)構(gòu)設(shè)計難度的降低。飛行時空速管受到壓力和彎矩影響時，剛性管體的應(yīng)力會傳到復合材料的天線罩上，對作為基座的雷達罩的位置精度和受力不利，特別是在戰(zhàn)斗機高速機動時的影響更為明顯，結(jié)構(gòu)上的彈性變形會影響到空速管的測量效果。所以，機頭空速管對雷達罩尖 端連接位置的材料強度要求和結(jié)構(gòu)重量都很高較大，不利于根據(jù)雷達技術(shù)合理化設(shè)計雷達罩的結(jié)構(gòu)。機頭空速管的取消，從而使機載雷達罩的結(jié)構(gòu)設(shè)計擺脫了空速管的桎梏，結(jié)構(gòu)設(shè)計、加工工藝上將更為自由，可完全按照雷達信號的有利特點來確定雷達罩的層數(shù)、罩體厚度、鋪疊方式和纖維方向，獲得結(jié)構(gòu)強度與重量和雷達波透射性能間平衡的有利結(jié)構(gòu)。

再從飛行空氣動力學上來看，飛機機頭頂著的這個大長桿，在與周圍大氣相互作用形成的激波干擾將影響飛行器的氣動性能；特別是在大迎角飛行狀態(tài)時，其是引起頭部渦流及側(cè)向不穩(wěn)定的因素之一，導致操控品質(zhì)的下降；還有就是作為突出于飛行器正向表面的部件也影響到了飛行器的隱身性能。所以從70年代開始，國外的戰(zhàn)斗機轉(zhuǎn)而采用機身空速管設(shè)計。雖然在數(shù)據(jù)采集的精度上，機身空速管要差于很佳位置上的機頭空速管，但通過對稱設(shè)置多個L型空速管，利用大氣數(shù)據(jù)計算機更強的數(shù)據(jù)處理和修正程序的誤差補償，也可保證測量的精度。機身空速管的更為輕便，安裝位置更為靈活，但前提是通過風洞測試和試飛所取得的充足大量的氣動數(shù)據(jù)，測量出數(shù)據(jù)誤差與速度、攻角、側(cè)滑角的關(guān)系曲線，才能通過大氣數(shù)據(jù)計算機的修正程序，對空速管測量的靜壓數(shù)據(jù)進行補償和修正。所以我們看到國內(nèi)外的諸多機型，在原型機試飛階段、氣動數(shù)據(jù)積累的早期階段還是都要在“頭頂”安裝測量精度高的機頭空速管，只是在大量的試飛測試中獲得了足夠充足準確的氣動數(shù)據(jù)和可靠的修正系數(shù)，數(shù)據(jù)計算機的修正程序可以支撐起數(shù)據(jù)的修正補償后，機頭進氣管才會在量產(chǎn)機型中取消。轉(zhuǎn)而使用機頭側(cè)面小巧的機身進氣管或者像F-35采用嵌入式大氣數(shù)據(jù)傳感技術(shù)。

盡管空速管技術(shù)是目前很成熟、應(yīng)用廣泛的大氣數(shù)據(jù)測量技術(shù)，空速管直到現(xiàn)在仍然是飛機空速測量的重要手段。但遠期來看隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展，新技術(shù)的出現(xiàn)以及新飛行器特殊的飛行要求等綜合因素下，傳統(tǒng)的空速管的新問題和無法滿足新需要開始凸顯。特別是，在當下幾個主要軍 事強國爭相發(fā)展的高超音速飛行器領(lǐng)域，空速管的上述問題更為突出。不僅是高超聲速飛行狀態(tài)時，空速管所產(chǎn)生的激波將干擾飛行器的整體氣動特性，不利于對飛行器的攻角、側(cè)滑角等實現(xiàn)精 確控制，而且高超音速飛行所產(chǎn)生的氣動熱更是很可能將傳統(tǒng)的空速管燒蝕。

蘇-27是機頭雷達罩前空速管，只不過利用安裝位置優(yōu)勢縮短空速管長度。在今年亮相的SU-57則是進一步取消了機頭空速管，這一特點也在國外多型戰(zhàn)斗機的新升級改型中出現(xiàn)。取消機頭空速管后的優(yōu)勢主要有以下方面：
機頭空速管設(shè)計逐漸被取代
取消了安裝在機頭雷達罩上的空速管，一定程度上了降低了這一機載雷達天線前方不透波結(jié)構(gòu)對雷達工作的影響。但實際上，無論是從很早的圓錐掃描和單脈沖雷達，還是現(xiàn)在主力的平板縫隙PD雷達，再到先進的AESA相控陣天線，機頭空速管所產(chǎn)生的影響和問題都是一樣的，也是一直存在的。是的，機載雷達的雷達波掃描到了絕緣的天線罩上的金屬結(jié)構(gòu)時，金屬反射回的雷達波會干擾雷達的正常工作，所以要采用泡沫結(jié)構(gòu)的金屬吸波材料來遮擋，吸收消耗照射到金屬部件位置上的雷達波束，來削弱雷達罩內(nèi)的反射信號。但在雷達罩上的金屬部件可不只是目前已經(jīng)可以取消的空速管，還有必需的防雷擊分流條。全天候各類復雜惡劣氣象條件下飛行的戰(zhàn)斗機，遭遇雷擊時，其雷達罩如果沒有分流條這一放電措施，就很容易破壞雷達罩結(jié)構(gòu)和內(nèi)部的雷達系統(tǒng)。所以說，取消雷達罩中心位上的機頭空速管，對機載雷達的益處可能并不會是理所當然的那么突出。

現(xiàn)在有沒有尖刺一樣的空速管，現(xiàn)在已經(jīng)成為了戰(zhàn)機是否強大的一個標志。一般而言，取消尖刺空速管的戰(zhàn)機都比較先進，因為部署在機頭上的空速管會影響機載雷達的探測效果。現(xiàn)如今世界上主流的戰(zhàn)斗機都采用了有源相控陣雷達，再搭配這樣的空速管就不合適了?，F(xiàn)代戰(zhàn)機的空速管已經(jīng)變成了微小的L型空速管，位于機頭的側(cè)下方，不仔細觀察的話根本看不到。以美國戰(zhàn)斗機為例，現(xiàn)在的美國絕大部分戰(zhàn)斗機都已經(jīng)取消了機頭空速管的設(shè)計，比如F-15C戰(zhàn)機、F/A-18戰(zhàn)機，F(xiàn)-35戰(zhàn)機和F-22戰(zhàn)機，它們都是沒有機頭空速管的，側(cè)面反映出了美國戰(zhàn)斗機的強大。對于俄羅斯戰(zhàn)斗機來說，空速管一直是標準配置，一直到蘇-35戰(zhàn)斗機才取消。但是就算這樣，蘇-35使用的雷達依然是無源相控陣雷達，但是其優(yōu)點就是雷達體積很大，所以在功能上和美國戰(zhàn)機差不多。取消空速管也是為了讓機載雷達更好地進行探測。再看歐洲，歐洲目前有兩款主要的戰(zhàn)斗機，一個是歐洲四國的“臺風”戰(zhàn)斗機，一個是法國的“陣風”戰(zhàn)機。這兩款戰(zhàn)機在一開始設(shè)計的時候就取消了機頭空速管，目前可以說是歐洲戰(zhàn)斗機中很強大的。

 其實機頭空速管的取消，直接體現(xiàn)的好處就是雷達罩的結(jié)構(gòu)設(shè)計難度的降低。飛行時空速管受到壓力和彎矩影響時，剛性管體的應(yīng)力會傳到復合材料的天線罩上，對作為基座的雷達罩的位置精度和受力不利，特別是在戰(zhàn)斗機高速機動時的影響更為明顯，結(jié)構(gòu)上的彈性變形會影響到空速管的測量效果。所以，機頭空速管對雷達罩尖 端連接位置的材料強度要求和結(jié)構(gòu)重量都很高較大，不利于根據(jù)雷達技術(shù)合理化設(shè)計雷達罩的結(jié)構(gòu)。機頭空速管的取消，從而使機載雷達罩的結(jié)構(gòu)設(shè)計擺脫了空速管的桎梏，結(jié)構(gòu)設(shè)計、加工工藝上將更為自由，可完全按照雷達信號的有利特點來確定雷達罩的層數(shù)、罩體厚度、鋪疊方式和纖維方向，獲得結(jié)構(gòu)強度與重量和雷達波透射性能間平衡的有利結(jié)構(gòu)。