取消机头空速管那么难吗？

取消机头空速管那么难吗？

2024年11月12日至17日，第十五届中国国际航空航天博览会正在广东珠海如火如荼举办。在之前的航展上，我们经常可以看到许多战机采用了当时先进的尖头设计，显得非常霸气。机头上明显的是有一根细长的刺，给人的感觉像是独角兽的角一样。为了拿掉战斗机头上的这根针，航空专家就花了很多年的时间。实际上，这根“长刺”其实就是传说中的空速管。空速管能够测量出战机在空中飞行时的大气压强和静压，从而得知目前飞机的飞行速度和升降情况，为飞行员提供参考依据。如果没有空速管的话，飞行员在天空中很容易判断失误，诱发空中事故。

空速管是飞机重要的大气数���传感器，其利用皮托管原理来精 确测量飞行时的大气总压和静压，大气数据计算机再通过伯努利全静压方程等计算式来换算得飞行控制所需的飞行速度、升降速度和大气压力等数据。空速管在使用中要受到气流干扰，空速管的长度越大，前端测压口与机体的距离越远，所测量的静压就越接近大气真实静压。因此，为提高测量精度，准确测量总压、静压，空速管轴向应尽量与气流方向平行，空速管的zui佳安装位置就是在与机身轴线相同的机头前方，大气数据计算机的误差修正精度、换算得的数据更容易保证。

其实机头空速管的取消，直接体现的好处就是雷达罩的结构设计难度的降低。飞行时空速管受到压力和弯矩影响时，刚性管体的应力会传到复合材料的天线罩上，对作为基座的雷达罩的位置精度和受力不利，特别是在战斗机高速机动时的影响更为明显，结构上的弹性变形会影响到空速管的测量效果。所以，机头空速管对雷达罩尖 端连接位置的材料强度要求和结构重量都很高较大，不利于根据雷达技术合理化设计雷达罩的结构。机头空速管的取消，从而使机载雷达罩的结构设计摆脱了空速管的桎梏，结构设计、加工工艺上将更为自由，可完全按照雷达信号的有利特点来确定雷达罩的层数、罩体厚度、铺叠方式和纤维方向，获得结构强度与重量和雷达波透射性能间平衡的有利结构。

再从飞行空气动力学上来看，飞机机头顶着的这个大长杆，在与周围大气相互作用形成的激波干扰将影响飞行器的气动性能；特别是在大迎角飞行状态时，其是引起头部涡流及侧向不稳定的因素之一，导致操控品质的下降；还有就是作为突出于飞行器正向表面的部件也影响到了飞行器的隐身性能。所以从70年代开始，国外的战斗机转而采用机身空速管设计。虽然在数据采集的精度上，机身空速管要差于很佳位置上的机头空速管，但通过对称设置多个L型空速管，利用大气数据计算机更强的数据处理和修正程序的误差补偿，也可保证测量的精度。机身空速管的更为轻便，安装位置更为灵活，但前提是通过风洞测试和试飞所取得的充足大量的气动数据，测量出数据误差与速度、攻角、侧滑角的关系曲线，才能通过大气数据计算机的修正程序，对空速管测量的静压数据进行补偿和修正。所以我们看到国内外的诸多机型，在原型机试飞阶段、气动数据积累的早期阶段还是都要在“头顶”安装测量精度高的机头空速管，只是在大量的试飞测试中获得了足够充足准确的气动数据和可靠的修正系数，数据计算机的修正程序可以支撑起数据的修正补偿后，机头进气管才会在量产机型中取消。转而使用机头侧面小巧的机身进气管或者像F-35采用嵌入式大气数据传感技术。

尽管空速管技术是目前很成熟、应用广泛的大气数据测量技术，空速管直到现在仍然是飞机空速测量的重要手段。但远期来看随着航空航天技术的发展，新技术的出现以及新飞行器特殊的飞行要求等综合因素下，传统的空速管的新问题和无法满足新需要开始凸显。特别是，在当下几个主要军 事强国争相发展的高超音速飞行器领域，空速管的上述问题更为突出。不仅是高超声速飞行状态时，空速管所产生的激波将干扰飞行器的整体气动特性，不利于对飞行器的攻角、侧滑角等实现精 确控制，而且高超音速飞行所产生的气动热更是很可能将传统的空速管烧蚀。

苏-27是机头雷达罩前空速管，只不过利用安装位置优势缩短空速管长度。在今年亮相的SU-57则是进一步取消了机头空速管，这一特点也在国外多型战斗机的新升级改型中出现。取消机头空速管后的优势主要有以下方面：
机头空速管设计逐渐被取代
取消了安装在机头雷达罩上的空速管，一定程度上了降低了这一机载雷达天线前方不透波结构对雷达工作的影响。但实际上，无论是从很早的圆锥扫描和单脉冲雷达，还是现在主力的平板缝隙PD雷达，再到先进的AESA相控阵天线，机头空速管所产生的影响和问题都是一样的，也是一直存在的。是的，机载雷达的雷达波扫描到了绝缘的天线罩上的金属结构时，金属反射回的雷达波会干扰雷达的正常工作，所以要采用泡沫结构的金属吸波材料来遮挡，吸收消耗照射到金属部件位置上的雷达波束，来削弱雷达罩内的反射信号。但在雷达罩上的金属部件可不只是目前已经可以取消的空速管，还有必需的防雷击分流条。全天候各类复杂恶劣气象条件下飞行的战斗机，遭遇雷击时，其雷达罩如果没有分流条这一放电措施，就很容易破坏雷达罩结构和内部的雷达系统。所以说，取消雷达罩中心位上的机头空速管，对机载雷达的益处可能并不会是理所当然的那么突出。

现在有没有尖刺一样的空速管，现在已经成为了战机是否强大的一个标志。一般而言，取消尖刺空速管的战机都比较先进，因为部署在机头上的空速管会影响机载雷达的探测效果。现如今世界上主流的战斗机都采用了有源相控阵雷达，再搭配这样的空速管就不合适了。现代战机的空速管已经变成了微小的L型空速管，位于机头的侧下方，不仔细观察的话根本看不到。以美国战斗机为例，现在的美国绝大部分战斗机都已经取消了机头空速管的设计，比如F-15C战机、F/A-18战机，F-35战机和F-22战机，它们都是没有机头空速管的，侧面反映出了美国战斗机的强大。对于俄罗斯战斗机来说，空速管一直是标准配置，一直到苏-35战斗机才取消。但是就算这样，苏-35使用的雷达依然是无源相控阵雷达，但是其优点就是雷达体积很大，所以在功能上和美国战机差不多。取消空速管也是为了让机载雷达更好地进行探测。再看欧洲，欧洲目前有两款主要的战斗机，一个是欧洲四国的“台风”战斗机，一个是法国的“阵风”战机。这两款战机在一开始设计的时候就取消了机头空速管，目前可以说是欧洲战斗机中很强大的。

 其实机头空速管的取消，直接体现的好处就是雷达罩的结构设计难度的降低。飞行时空速管受到压力和弯矩影响时，刚性管体的应力会传到复合材料的天线罩上，对作为基座的雷达罩的位置精度和受力不利，特别是在战斗机高速机动时的影响更为明显，结构上的弹性变形会影响到空速管的测量效果。所以，机头空速管对雷达罩尖 端连接位置的材料强度要求和结构重量都很高较大，不利于根据雷达技术合理化设计雷达罩的结构。机头空速管的取消，从而使机载雷达罩的结构设计摆脱了空速管的桎梏，结构设计、加工工艺上将更为自由，可完全按照雷达信号的有利特点来确定雷达罩的层数、罩体厚度、铺叠方式和纤维方向，获得结构强度与重量和雷达波透射性能间平衡的有利结构。