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人民空军成立60周年纪念之中华猛禽  

2009-11-10 22:52:00|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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人民空军成立60周年纪念之中华猛禽 - 小飞猪 - 小飞猪的博客

F-22的威胁促使我国研制第四代战斗机

本月8日,我国空军副司令员何为荣中将在接受央视采访的时候,出人意料的表达我国第四代战机即将首飞,毫无疑问这是献给空军60年大庆的最好的礼物,也是继大运之后,我们听到关于空军和我国航空工业的又一大喜讯,这着实反应了我国经济技术力乃至综合国力的迅猛发展。

早在2005年,一则消息并没有引起外界太多的关注,就是我国燃气轮机研究院完成我国首台高推涡扇发动机的核心机的首次点火,随即空军装备部专门到燃气轮机研究院就我国高推涡扇发动机核心机的继续发展进行了探讨,这意味着用于第四代战斗机的高推涡扇发动机已经进入工程研制阶段,所谓发动机核心机是指是涡扇发动机极其重要的组成部分,包括了发动机系统中温度最高、压力最大、转速最高的组件和系统,主要有压气机、燃烧室、高压涡轮、传动系统等组成,核心机包含了发动机压缩系统的主要部分,在核心机压气机中实现了发动机的大部分总增压比,核心机的重量占到发动机重量的40-50%,在发动机研制过程中发生的80%左右的技术问题都与核心机密切相关,可以说发动机核心机的成功与否直接关系着飞机发动机的研制是否顺利,所以有人说飞机研制看发动机,而发动机的研制又要看核心机,根据国外部件、材料研究-核心机-验证机-型号的发动机研制惯例来看,我国用于第四代战斗机的高推涡扇发动机可能还处于由核心机向验证机过渡的阶段,那何为荣中将说的不久将试飞的我国第四代战斗机可能也处于验证机的阶段,即先用现有的发动机来验证飞机气动及操纵性能,待飞机成熟后再装备新的发动机及航电和武器系统,用于飞机全状态试飞,这也是国际通用的一种做法,比如欧洲战斗机前两架原型机DA1和DA2采用的就是狂风战斗机的RB199涡扇发动机,法国阵风A型战斗机则使用美国的F404发动机,因此笔者推测可能不久就要首飞的我国第四代战斗机可能会使用国产涡扇-10发动机进行首飞,待高推涡扇成熟后再装备到新机上进行相关的试飞。

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EFA早期采用RB199发动机

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RAFALE使用F404发动机

隐身战斗机对我国安全的威胁

我国空军目前以KJ-2000搭配歼-11、10型战斗机形成的联合网络空战系统完全可以压制周边国家装备的第三代战斗机,配备正在研制的有源相控阵雷达后也可以抗衡周边可能装备的F/A-18E、EF-2000和RAFALE这些三代半战斗机,但是随着F-22在冲绳进行海外布置,我国面临着隐身战斗机的带来的直接的挑战,现有的三代战斗机面对F-22显然力不从心,更重要的随着F-35的批量生产,隐身战斗机也将开始扩散,根据F-35的生产计划,从2015年起我国周边的如日本、澳大利亚、韩国甚至印度、台湾地区都有可能获得F-35战斗机,从而对我国国家安全形成巨大的威胁,因此研制我国自己的隐身战斗机已经迫在眉睫,也就是说我国空军需要在2020年左右建立自己的隐身战斗机来抗衡F-22和F-35战斗机,确保国家及经济利益攸关地区的空中优势,以维护国家领土和权益。

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布置在冲绳的F-22战斗机对我国形成直接的威胁

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F-35机身上众多的国旗表明其是一种所谓的国际战斗机

研制什么样的战机

从何为荣中将的说法;我国空军第四代战斗机的方案应该已经确定,我国未来战斗机是什么样子,外界不得而知,只能根据我国空军未来负担的作战任务进行大致的推测;前面说过我国空军需要新一代战斗机来抗衡国外隐身战斗机带来的威胁,因引新一代战斗机肯定要具备较强的隐身、机动能力以保证较强的空战能力,由于增强机动性能可能需要采用推力矢量喷口,这会增加战斗机的短距起降能力,同时由于我国国土辽阔,需要战斗机具备较强的拦截能力和快速机动能力,因此可能还会需要战斗机具备超音速巡航能力,超音速巡航能力还可以增强战机的超视距空战能力,因此我国空军第四代战斗机可能是典型的具备4S能力的战斗机;即隐身、超级机动、超音速巡航和短距起降能力。

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隐身是第四代战斗机的最突出特点

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隐身让F-22相对于传统战机占据很大优势

另外一个问题就是这架飞机有多大?我们知道飞机越大、内部空间越大,载油及武器越多,航程和作战半径越大,但飞机越大,重量越重,就会影响飞机的机动性能,特别是发动机水平一定的情况下,因此战斗机会在满足国家战略或者空军预定用途的情况下尽量减少重量,比如美国的战斗机一般都做的很大,就是为了配合其全球战略,能够迅速从本土飞赴热点地区,而我国战略是和平崛起,奉起和平自主的外交政策,因此我国空军的战斗机并不会象F-22那样追求全球布置的能力,换句话说在航程方面要求就会相对较宽,从整体来说我国主要作战方向仍旧是海洋方向,不论是维护国家统一和海洋权益都需要空中优势作为支援,因此从这个角度来说,我国战斗机需要维持到第一岛琏的空中优势,也就是作战半径在1000公里左右,这个指标象F/A-18E这样的大小的飞机已经能够满足需要,也就是最大起飞重量在20-25吨左右,之所以将我国空军第四代作战飞机的作战半径限制在1000公里另外一个原因这也是我国目前指挥引导系统所能覆盖的距离,由于我国不追求象美国那样具备众多的海外基地来支持E-3A这样的预警机进行海外布置-象E3A这样配备众多精密设备的飞机需要大量的后勤支援及测试维护设备,因此需要较为完善的后勤设施,所以从KJ-2000只能从本土机场起飞,所以其对周边空情信息获取的范围就受到限制,所以我国第四代战斗机的作战半径超过这个范围实际上也没有太大的意义。还有一个很重要的原因就是我国第四代战斗机可能要考虑到上舰可能性,也就是说随着航空母舰编队成为我国海军主要作战手段,为其配备第四代隐身战斗机也成为能否发挥海军未来航母作战能力的关键,由于第四代战斗机需要大量的经费投入、动用大量的资源,因此象法国RAFALE那样采取陆、空通用可能是我国一个理想的选择,那么我国第四代战斗机还要受到航母甲板、机库及起降机尺寸这样一系列的限制,那么在我国未来航母吨位不可能太大的情况下,我国第四代战斗机的尺寸可能也不会太大。

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空情指挥引导的能力制约空军战斗力的作战半径

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如果考虑到舰载,那么航母的甲板、机库和升降机都将限制战机的尺寸和重量 

制约我国第四代战斗机还有一个关键因素就是发动机,如果我们能够推测飞机的大适的吨位,就可以推测发动机的性能,比如三代机的空战推重比一般要求超过1,以西方标准来计算(机内半油、飞行员加两枚红外弹,发动机最大推力),再根据第三代载油系数0.3,就可以知道发动机的最大推力,反过来可以利用发动机最大推力来求出上述的指标,比如歼-10配备的AL-31FN发动机最大推力为12500公斤,那么就可以推测其空战重量最大不超过12500公斤,那么就可以进一步推测其空重大约在9.6吨,当然这样的计算带有众多的假设成分,结果肯定也会有较大的误差,但应该还是在这个大致的范围内,同样道理根据我国第四代战斗机大致的重量范围,根据第四代战斗机空战推重比、载油系数,那么可以大致知道我国高推涡扇发动机的推力可能在130-140水平,支持这个指标还包括我国第四代战斗机采用涡扇-10作为验证机的发动机,那么两者的指标差距并不能太大,否则话难以模拟四代战斗机的飞行状态,如EF-2000的DAl的试飞任务是飞机操纵性和发动机发展;DA2的试飞任务是扩展飞行包线、试验“无顾虑操纵”飞行和发展飞行控制系统,在高推涡扇研制的同时,研制一型涡扇-10的改进型做为高推涡扇一旦出现延误时的替补,当然也可以用于现役战斗机的升级。另外也可以从俄罗斯进口类似的发动机如117S发动机做为国产发动机的替补。即采用歼-10模式,在国产发动机没有成熟之前,先用进口发动机实现战斗机的定型及批量生产、装备部队。

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涡扇-10将作为我国第四代战斗机的验证机,其改进型还可以做为其发动机的备选

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俄罗斯的117S可能是另外一个备用方案

航空电子没有什么悬念,2008年,我国机载有源相控阵雷达-AESA试飞成功,空军首长为此兴奋的说我国第四代机的雷达问题已经解决,因此我国第四代战斗机肯定会以AESA会主要探测手段,考虑到技术复杂性及成本,估计还不会采用保形天线或者智能蒙皮技术来实现飞机的全向探测能力,但可能会采取一些简单的模块来执行通信、识别、导航等功能。雷达不过只是航电系统的一部分,那么我国第四代战斗机航电系统结构和体系是什么?上世纪90年代我国为新一代战斗机研制的新型光纤数据总线试飞成功,以此为基础我国开始研制用于新一代战斗机的航空电子结构及数据通信系统,根据有关资料我国新一代战斗机的航电系统以高速数据处理模块、数字信号处理模块、及大空量系统存储器为核心,通过光纤总线将各系统有样联合成一体,形成综合航空电子系统,现在的三代机的航空电子系统虽然有时也被称为综合航电系统,但其综合层次在数据处理这块,即以任务计算机为核心,将各探测系统的处理后的数据融合在一起,在数字地图上显示,形成整体的战场态势,因此其综合只在信息处理的后端及显示部分,而新一代的综合航空电子系统则延伸到信号处理甚至天线这一块,形成综合射频控制系统,第四代战斗机的综合航空电子系统已经打破了传统各分系统界限,如按功能分区,可将整个航空电子系统划为一个核心处理区和几个相应的综合区。其中核处理区可以说是航空电子系统的大脑,它完成达、电子战、 光 电等传感器的信号处理和数据处并完成数据融合、导航计算、火控计算、显示控管理等任务处理功能。如F-35的共用综合处理器-ICP就包括:通用数据处理模块、数字信号处理、输入/输出控制模块及图像处理模块,总的数据处理速度为 4 0.8 G每秒运算次数 ( OP S ),信号处理速度为7 5.6 G 每 秒 浮点运算次数( F L OP S),图像处理是用一种专用信号处理方 法,其速度为2 2 5.6 G每秒乘/加运算次数 ( MACS ) 。

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我国第四代战斗机将装备综合航电系统

与强大的处理系统相适应,F-35采用座舱综合显示系统,即采用一块大型多功能显同示屏,并采用多个任务分区替代现有战斗机的多块显示屏,最重要的是其实现了智能座舱的概念,即引入专家辅助决策系统,将探测系统获得的信息进行处理、辅助飞行员进行决策,即将战场信息分为飞行员应该攻击、应该注意的和应该回避的,在座舱显示屏进行不同的显示,这样飞行员就可以根据这些信息进行战术决策,从而降低了飞行员的负担。

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F-35的座舱

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我国展出的与F-35相类似的座舱

考虑到第四代战斗机价格比较昂贵,而我国空军又需要一定的规模来防御辽阔的国土及海区,因此可利用其科技成果研制一型单发轻型多用途战斗机,考虑到成本及避免隐形技术外泄,可以采用类似于美国的“适时隐身”概念,即在主要威胁方向而不是全部方向实现隐身,如战斗机强调前方和下方的隐身,该机不但可以用于替代现有的歼-10战斗机还用于出口,上世纪90年代起许多国家采购的F-16、米格-29等三代机在2020年左右到达使用寿命,有些国家可能无法负担F-35这样的战机,这是我国未来轻型隐身战斗机的潜在市场。

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我国需要自己的JSF

结语

如果点评我国空军现有的作战体系,就会发现其两个主要限制就是隐身战斗机和大型运输机,随着国产四代战斗机和大运即将面世,我国空军作战体系更加完善和强大,特别是这一切建立我国自主研制的基础上,这无疑是我国屹立世界民族之林的最坚实的基础。

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参考资料:

1、核心机及派生发动机研究

2、航空电子综合核心处理技术研究

3、本文配图来源于网上,权利归原作者所有

 

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