最近美言微信群里掀起了一波,关于战机机翼作动筒的热烈讨论,核心疑问特别直白,歼-20、歼-35-36机翼,都带着一眼就能看见的作动筒整流鼓包,还有空军版歼35A机翼也藏着各两处小型鼓包等等,海军版歼-35各只有一个小型鼓包,唯独网传歼-50机翼板面光滑干净,半点凸起都没有,这差别到底藏着什么门道?

这个没有鼓包的细节,最终被大家指向了一个更深层的技术命题,歼-50是否实现了真正的全电飞控?硬件条件是否已经成熟?与其他六代机的动力管理方案又有何不同?

本文将从作动筒的设计原理出发,通过理论计算验证,纯电作动的机电作动器,以及全电飞控的工程可行性,最终勾勒出六代机全电管理技术的基本轮廓。整篇文章算是学习探讨,希望批评指正。

顺带提一嘴圈内俗称,在日常讨论中,动作筒的说法也很常见,尤其在描述具体部件时,比如襟翼动作筒。但作动筒是更规范的术语,下文统一采用作动筒。

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一、作动筒是飞控系统的执行器件

1、什么是作动筒

作动筒是飞机飞控系统中,将控制指令转化为机械运动的执行元件。通俗地说,它就是飞控系统的执行器件,类似于人类的肌肉部分,飞行员推杆或飞控计算机发出指令后,作动筒推动舵面偏转,从而改变飞机的姿态。

一般五代飞机作动筒,属于液压活塞结构,内部通过液压压力驱动,是将液压能转换成直线运动机械能的执行元件。

在传统飞机上,作动筒遍布机翼后缘、垂尾、平尾等所有控制面附近。由于作动筒本身需要一定的体积来容纳活塞、液压油和密封结构,而现代战斗机的机翼,又追求极致的薄型化以降低阻力,因此作动筒往往无法完全嵌入机翼内部,这就产生了我们在歼-20、歼-35等战机上,看到的鼓包或整流罩

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2、作动筒的驱动方式演进

一般作动筒的驱动方式,经历了三个主要阶段:

第一阶段,纯液压驱动。这是最传统的方案。

飞机发动机通过附件机匣驱动液压泵,产生高压液压油(通常为21MPa28MPa),通过遍布机身的管路输送到各个作动筒。液压系统的优势是功率密度高、响应快,但缺点是系统复杂、管路沉重、维护困难,且一旦管路被弹片击中,液压油泄漏将导致飞控失效。

第二阶段,电液作动(EHA)。

电静液作动器(EHA)是功率电传技术的核心类型之一。它由电机驱动双向液压泵,将电能转化为局部液压能,推动作动筒工作。电静液作动器的优势,在于取消了中央液压源和长距离管路,每个作动器独立工作。如美国F-35采用电静液作动器取代了部分中央液压系统,降低飞机重量136kg

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美国F-35 图源:“美言网之家”微信群

第三阶段,纯电作动(EMA)。

机电作动器(EMA)更进一步,直接用电机通过齿轮或丝杠驱动舵面,完全取消了液压油。机电作动器具有体积小、功率密度高、效率高等优点。永磁同步电机(PMSM)因其优异的功率密度,已成为机电作动器的首选电机类型。

功率电传作动系统,省去了中央液压源和管路,仅通过电缆与飞机电力系统相连来控制舵面运动,为军用和商用飞机制造商,提供了更高的可靠性和更少的后勤维护支出。

3、有无鼓包的工程含义

机翼外侧有没有凸起的整流鼓包,核心看作动器布置形式与驱动架构,目前主流分三条技术路线。

第一是机翼分布式作动布局,每一块舵面单独配一套液压作动筒,直接装在舵面根部。五代机机翼薄、液压作动筒个头偏大,塞不进翼型内部,只能在外皮加整流鼓包补偿,如歼-20就是这套方案。

第二是机身集中式传动布局,整套作动机构全部收纳在机身、翼根厚段,依靠长扭力杆把力矩传到外侧舵面,机翼外表面不用额外鼓包,如早年FC-31原型机用的就是这套思路。

第三是全电机的电作动器机,电作动方案,高功率密度电机直接集成在翼根,靠短刚性转轴带动舵面。机电作动器,体积远小于传统液压作动筒,能完全藏进机翼轮廓内部,这也是歼 -50选择这条技术路线的核心目的。

4、作动筒鼓包与飞机性能的对比分析

作动筒鼓包,从来不只是外观颜值区别,战机的隐身、超音速、机动三大核心指标,全都会受牵连,代际差距一眼就能看懂。

在隐身层面,机身任何外凸结构都是雷达强散射源。歼-20的作动筒鼓包即便做了锯齿修形、隐身优化,也只能削弱回波,没法彻底根除反射信号。反观歼-50无凸起的顺滑机翼,直接从源头抹掉一处重大隐身短板。

在超音速巡航层面,鼓包飞行时会诱发局部激波,超音速阶段凭空多出一大块波阻。再极致流线化的鼓包,阻力也远高于完整平顺翼面。六代机硬性指标就是长时间超巡,任何多余阻力源都要尽可能剔除。

在机动性能层面,作动筒鼓包尺寸,基本对标液压作动筒的输出功率。如果歼-50搭载全电的机电作动器,既能做到舵面驱动力不弱,甚至强于歼-20,还彻底取消外置鼓包,等于机动能力不缩水,隐身与高速性能同步跨越式升级,这才是实打实的代差优势。

简单来说,外置作动筒鼓包,对五代机属于妥协办法,想要强机动就必须扛下隐身、阻力的代价。而歼-50的全电架构,能在保留舵面机动性能的同时,还根除鼓包短板,是航空飞控工程一次质的突破。

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-20  图源:“美言网之家”微信群

二、解开歼-50机翼零鼓包的核心谜题

1、全动可动翼尖

-50最颠覆常规的设计,就是直接砍掉了传统战机必备的垂直尾翼。垂尾虽说能稳住战机航向,却是隐身最大的累赘,巨大立面极易反射雷达波。早年美方也曾攻关无垂尾战机,最后因为飞控扛不住复杂气流干扰,操控失控只能搁置。

-50拿出的解决方案就是全动翼尖,机翼最外段整段做成可大幅偏转的活动结构,直接顶替垂尾承担航向操控。从试飞实拍图能直观看到,样机单侧翼尖能和主翼形成明显折角。

这套机构适配多种飞行工况,适配性拉满,超音速巡航阶段,翼尖小幅微调,抚平气流、削减激波阻力;近距离狗斗时,翼尖直接大幅立起,化身临时垂尾,爆发出极强偏航控制力矩。 再搭配二元矢量喷管联动调节,机身、翼尖、发动机三位一体协同控姿,操控冗余和机动上限直接拉满

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-20虎背版作动筒鼓包小巧多了 图源:“美言网之家”微信群

2、拆解分析机翼表面无鼓包原因

军迷圈内针对歼-50取消作动筒鼓包,目前流传三种主流技术猜想,优缺点一目了然。

猜想一,机身集中扭力杆传动,作动筒全部布置在机身内部,依靠长扭力杆传动驱动远端全动翼尖,早年FC-31初代原型机就是这套布局,机翼表面不用凸起鼓包。但这种技术短板十分致命,超音速飞行时长杆容易扭曲形变,类似于麻花,再加上温差带来的伸缩、机械传动间隙,高速下舵面响应精度、最大偏转角度都会严重受限,不能匹配六代机超巡需求

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-35 图源:“美言网之家”微信群

猜想二,传统液压作动筒完全内置,依靠精巧结构把整套液压作动设备塞进机翼内部,规避外置鼓包。早期歼-35就用了内藏思路,但机翼依旧留有小型凸起。歼-50用的超薄兰姆达翼内部空间极度紧张,想要完整容纳体积笨重的液压作动筒,工程难度几乎无法落地,可行性很低。

猜想三,分布式全电机电作动器为机电作动(圈内认可度最高),大功率机电作动器直接集成在翼根位置,短刚性转轴直驱动。机电作动器电机功率密度高、整体体积小巧,能完美收纳在机翼轮廓里,从根源消除外置鼓包。

综合对比下来,扭力杆方案有超音速硬伤,纯液压内置受机翼空间限制,只有全电机电作动器路线在物理层面完全说得通,也是后文重点推演验证的核心方向。

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3、从歼-15电动折叠翼到歼-50全电飞控的关联

通过央视公开航母影像曝光,歼-15舰载机的机翼折叠机构动作声音,很明显是采用电机驱动。还有不少实地观摩过航展歼-15真机的军迷,都提到一个关键细节,歼-15 地面折叠机翼时,传出的是电机运转声,完全没有液压机构标志性的声音。

这个细节绝非无关紧要,直接理清了国内航空功率电传技术完整积累脉络。舰载机折叠翼属于低载荷、高可靠的验证场景,地面折叠仅需克服机翼自重与转轴摩擦,气动负载远低于空中高速舵面受力。可以先在低风险辅助机构落地电机驱动,稳步积累机电作动器EMA设备工程调试经验,再逐步迁移到核心飞控舵面,是很自然联想到的思路。足以说明国内功率电传技术不是一步登天,而是经过十余年层层试验、迭代打磨才走到六代机全面应用这一步

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三、理论计算分析全电飞控的硬件条件是否具备

1、铰链力矩,作动筒负载的物理本质

要判断歼-50能否用机电作动器驱动翼面,首先需要计算作动筒需要输出多大的力。这个力的物理来源是铰链力矩,气流对舵面产生的转动力矩。

铰链力矩Mh是气流作用在操纵舵面(副翼、升降舵、方向舵)上,绕舵面铰链转轴的气动力矩。

铰链力矩的基本计算公式为(工程最常用)

作动筒所需推力F=Mh/L,其中L为力臂(作动筒连接点到转轴的距离)。

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2、工况设定与参数取值

我们以歼-50的翼面为对象,在典型最大空战工况下进行计算,即超音速极限工况,高度15000m,速度M1.8

那么可以查资料知道,动压q28,000Pa,高空空气稀薄,动压反而降低,超音速激波使载荷系数翻倍,Ch0.030

Mh=0.030×28,000×3.0×1.2 =3,024 N·m

F = 3,024 / 0.25 = 12,096 N  1.23吨力

因此计算歼-50全动翼尖的单侧作动筒峰值推力,需求约为1.0~1.3 吨力。

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3、与传统方案的对比

作为参照,F-22的副翼作动筒最大推力约1.8吨力。歼-50全动翼尖的负载1.0~1.3吨力,反而低于传统大副翼,这是因为全动翼尖的面积远小于传统副翼。

这正是歼-50设计的精妙之处,通过将长副翼切成小块(W形后缘),单个舵面的面积大幅减小,铰链力矩随之降低。负载小了,作动筒就能做得更小,从而塞进薄机翼,这就是没有鼓包的数学真相。

设作动速度为200 mm/s(注意200mm/s并不是机电作动器EMA的极限速度,而是快速机动响应的一个工程保守值,实际上,实验室级的EMA直线速度可以达到 400~800mm/s。),则单侧全动翼尖的瞬时功率:

P=F×v=12,000N×0.2m/s=2.4kW

假设,全机全动翼尖加上其他舵面(襟翼、副翼、矢量喷管等),总驱动功率需求约20~30kW

这个功率水平在当前技术下完全可行。现代商用电作动器EMA产品的功率范围,已达0.15~4.4HP(约0.11~3.3kW),而航空级永磁同步电机的功率密度还在持续提升,因此完全没有问题。

这里还可以做一个非常精彩的推演:机电作动器设作动速度为200mm/s时,歼-50最核心的超机动潜力,可能具备原地掉头能力,正是全电机电作动器赋予。早先有歼36原地掉头的视频,当然可能是旋转了镜头的错觉,那也是极其惊艳。

传统液压系统的响应速度受限于油液的压缩性、管路沿程损耗和阀门切换时间,要达到200mm/s的舵面偏转速度,液压系统需要付出巨大的重量代价,必须要加粗管路、提高压力。

电作动器EMA是电信号直驱电机,飞控计算机发出指令,电流瞬间到达电机线圈,扭矩建立几乎是微秒级的。没有油液压缩的“软绵绵”过程,响应时间可以从液压的100~150毫秒直接进入20~50毫秒级别。

因此,歼-50的飞控响应速度,理论上比顶级液压系统快3~5倍。这是原地掉头的物理基础。在全电飞控下,飞行员的意图(或AI的战术决策)到舵面偏转,几乎是所想即所得。这种人机合一的体验,也是液压传动的五代机歼-20F-22永远无法达到的。

虽然原地掉头,在现实中会受限于人体抗过载能力(飞行员承受不了持续高G),但歼-50确实具备了,在无尾布局+矢量推力+全电飞控三重加持下,做出这种违反物理直觉的超机动的硬件条件。可能意味着着空战从能量空战时代,开始迈入瞬时指向时代。

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4、硬件条件已具备

综合以上计算,可以得出结论,歼-50可以用机电作动器驱动全动翼尖。

推力需求,歼-50全动翼尖的峰值推力约1.0~1.3吨力,处于当前EMA技术的可及范围内。

功率需求,单侧约2.4kW,全机约20~30kW,歼50在全电管理技术的大容量电网完全可以支撑。

产业基础,国内在永磁同步电机、行星滚柱丝杠、功率电子器件等EMA核心技术上已有深厚积累。

因此结论就是,驱动歼-50全动翼尖的全电飞控硬件条件已经具备。歼-50选择全电电作动器EMA方案,更多是一种工程实现的优选,而非需要等待的技术突破。

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四、六代机的全电管理技术

1、从多电飞机到全电飞机

全电飞控并非孤立技术,而是全电飞机宏大愿景的一部分。

传统飞机的能源架构是混合式的,发动机同时输出机械能(驱动液压泵)、电能(驱动发电机)和气能(引气用于环控)。各类能源无法互相转换,总的能源需求只能通过简单峰值叠加。

全电架构直接推倒重来,用纯电作动彻底替代液压、气压、机械传动机构。电能可以跨系统调配,适配不同作战阶段的峰值功耗需求。超视距交火时,集中电力供给雷达、电子战吊舱;遭遇敌方导弹机动规避时,再把绝大多数电能输送给舵面机电作动器,拉满操控力矩。

这样通过分析,歼-35与歼-50和歼-36,可能采取三种不同的技术路线图片。通过对比可以看出,中国六代机研发采取了多条赛道并行的策略:

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2、全电架构的核心优势

因战机全电管理技术,是六代机的核心技术之一,对比五代机的核心优势有如下几条:

一是能源高效利用。以F-22为例,其液压功率达560kW,但并不是全部做功。如改为在全电架构下,飞行任务的大部分时间,可将部分液压功率替换为电能使用,使全机可用电能倍增。

二是显著降低发动机外廓尺寸。全电架构飞机能够取消飞附机匣和发附机匣,采用嵌入发动机的起发电机。据说,英国暴风六代机采用的发动机,就采用了嵌入式启动发电机(EESG)技术,实现发电能力的量级跃升。

三是减小系统重量和体积。全电架构使得能源类型纯粹,简化了机载系统的复杂程度和系统规模。如F-35仅通过电静液作动器EHA,取代部分液压系统就减重136kg

四是战损生存力提升。全电架构取消了遍布机身的高压液压管路,这些管路是战斗中最脆弱的部分。一旦被弹片击中,液压油泄漏将导致飞控失效。而全电架构的各个翼面电机独立供电、独立控制,即使部分受损,剩余翼面依然能维持飞行。

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3、全电飞控的热管理

全电飞控并非没有代价。电作动器EMA在高功率密度下工作时,会产生显著的热量。航空级电作动器EMA的功率密度极高,散热成为制约其可靠性的关键瓶颈。

六代机对高能武器和高功率传感器的需求,直接催生了机载大容量电网和高效热管理系统的发展。热管理已不再是简单的散热,而是上升为核心的能量回收与管理任务,通过热电转换等方式将废热转化为可用功。

这也解释了为什么歼-50的无鼓包设计,如此引人注目,它不仅取消了液压作动筒的物理空间需求,还意味着整个热管理系统必须重新设计,没有液压油作为热沉,所有的热量都要通过其他方式散去。

五、歼-50全电飞控的技术意义

通过前面的理论计算,大致可以确认歼-50全动翼尖的推力需求(约1.0~1.3吨力),功率需求(单侧约2.4kW),均在当前电作动器EMA技术的可及范围内。因此歼-50选择全电电作动器EMA方案,并非冒险,而是在技术成熟条件下的工程优选。

因此全电飞控为歼-50带来了三重战术优势:

第一,隐身天花板更高。彻底取消液压管路和外露作动筒后,全机表面极度平滑,雷达反射截面积可降至极低水平。

第二,飞控响应零延迟。电信号直接驱动电机,不存在液压油传递的滞后。配合AI飞控系统,歼-50实现了毫秒级的姿态调整。

第三,战损生存力更强。各个翼面电机独立供电、独立控制,即使部分受损,剩余翼面仍可维持飞行。

对比东大另外一款六代机歼-36,虽然也属于全电管理技术范畴,但走的是不同的实现路径。与歼-50的纯电作动器EMA方案不同,歼-36采用了应该是混合全电架构。它的作动系统,部分依然以电静液作动器为最终执行方式,但液压源不再是中央泵站统一供压,而是分布式的电动液压泵(EHA)驱动。每个作动器自带一套电机+液压泵的小型组合,就近为舵面提供液压动力。

这种方案的好处是显而易见的,保留了液压系统的高功率密度优势,在大负载舵面上表现更从容,技术风险更低。全电管理的核心理念,动力分配由电能统一调度,只是执行端仍用液压。代价则是,作动器体积仍然偏大,无法完全塞进薄机翼,因此依然可以看到小型整流鼓包。

所以,歼-36的作动筒鼓包,本质上并非技术落后,可能是工程稳健性的选择,在追求六代机性能的同时,不冒险把全部筹码押在尚未充分验证的纯电作动器EMA上。

50和歼-36并非竞争关系,更像是中国航空工业在六代机动力管理上的一次组合拳,一条路线求稳,一条路线求突破,彼此互为备份,最终殊途同归

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六、结论

-50没有作动筒鼓包,这看似微小的外观差异,背后是一整套从液压到全电的飞控架构革命。它标志着中国航空工业,从跟跑到领跑的跨越,也为下一代战机的发展方向,提供了清晰的工程参照。


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