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雷霆之击-浅析歼十加装保形油箱  

2010-01-01 15:42:05|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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 雷霆之击-浅析歼十加装保形油箱 - 小飞猪 - 小飞猪的博客

近期公开的配备有保形油箱的歼-10风洞模型

近日,我国公开为了歼10增加保形油箱的模型图片,从这个模型是在风洞内进行测试的情况来看,显然我国空军已经在着手为歼10增加保形油箱的前期准备工作,做为今后决策的重要参考和依据。

为歼十添加保形油箱从侧面表明空军认为歼十载荷/航程不足的说法,也表明我国空军已经由原来的国土防空向攻防兼备转变。

我们知道,飞机航程的基础是载油量,而载油量越大,油箱就越大,但飞机的空间却是有限的,在狭窄的机体中要安装发动机、雷达及火控系统、座舱及环境控制系统等,留给油箱的空间实际上是比较小的,另外扩大油箱还要加大机体,从而增加飞机体积和重量,这意味着对发动机的推力要跟上,由此衍生的问题就是整个飞机的研制难度、成本都要大幅度增加,如果在不增加飞机重量和成本的情况下增加战机的载油量,最简单、快捷、经济的办法就是副油箱,副油箱结构简单、成本低,另外一个比较明显的优点就是可以在紧急的时候把副油箱抛弃,从而减少战斗机的负担,副油箱是如此的好用,以至于现在F-22这样先进的战斗机在长途转场飞行中使用副油箱,但是外挂副油箱的最大的缺点在于其载油量受限于外挂架的能力,即如果要想挂载较大的副油箱的话就需要占用飞机外挂能力最强的那个挂架,从而会出生与机载武器争夺挂架的情况,特别是有些飞机外挂点比较有限的情况下,就会出现飞机载荷和航程之间的矛盾,为确保航程就必须增加载油,而增加载油又挤占了机载武器的外挂点,从而降低了飞机的攻击作战能力,在这种情况下就需要在飞机其他地方寻找副油箱安装的地方,这就是保形油箱。

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飞机的内部空间有限,难以容纳较多的燃料,图为苏-35剖视图

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F-22有时需要副油箱的支援

我们知道因为飞机的外形是经过严密的计算和大量的风洞测试研制而来,外表如果有大的突起的话就会破坏飞机表面的空气流场,从而对飞机的性能产生较大的影响,因此油箱必须根据飞机的升力、阻力、操纵、外挂等性能进行综合设计,以期将其对飞机的性能的影响降低到最小限度,一般而言保形油箱根据特定飞机全机面积分布,以不增加甚至降低飞机的气动阻力为条件而进行设计的。通过合理设计悬挂位置和形状,使全机更接近理想的面积分布曲线。这样在增加了飞机的载油量,增加飞机航程和作战半径的同时,可减小飞机亚声速阻力,甚至可以小于净形飞机阻力,使飞机在广泛的高度范围内进行超声速飞行。同时,还可以根据需要改装成为多用途保形外挂。甚至还可以可大幅度的降低飞机侧向的雷达反射面积,提高飞机的隐身能力。当然保形油箱也不是完善缺少,其也有缺点,最主要的就是不能抛弃,燃料用完后就成了飞机累赘,从而影响飞机的机动性能,特别是在紧急的情况下更是如此,这样其使用范围就局限在空地攻击任务中,而副油箱就广泛的多,另外就是油箱本身相当于增加了飞机的结构重量,如果战机在设计之初没有考虑到加装保形油箱,机身强度没有预留太多情况下,加装保形油箱会增加机体负荷,从而影响飞机的使用寿命。

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保形油箱要根据飞机的气动性能进行设计,所以呈现复杂的曲线外观,注意这架F-16垂尾上的CFT

  为提高现役飞机的航程和作战半径,增加机身保形油箱实际上是一个流行的做法,如巴基斯坦空军引进我国歼-6战斗机之后,为增加该机航程就在机腹上增加了一个可以容纳800公斤油料的保形油箱,英国皇家空军的“掠夺者”和我国空军的强-5都有类似的设计,但是由于机腹保形油箱由于受飞机离地高度的限制,难以安装较大的油箱,从而影响载油量,所以这个设计现大多已经不采用,目前比较典型的是在机身侧面和上部安装,如F-15的保形油箱在进气道两侧,长度接近10米,几乎与进气道等长,其载油量也非常惊人,每个油箱载油量超过2吨,加上F-15自身可以载油近6吨,采用保形油箱后F-15的总载油量超过10吨,特别需要指出的是由于保形油箱设计较为合理,F-15采用后其阻力不但没有增加,反而因为飞机两侧外形的改善,降低了飞机在亚音速时的阻力,这样F-15凭借自身燃料的作战半径提高70%以上,空中优势任务时间增加一倍,在900公里远进行空中巡逻的时间增加近2倍。比较有趣的是F-15的保形油箱并不单纯是油箱,而是采用了模块式结构可以安装探测设备、电子战系统等,并且还可以外挂武器。拥有较高的效费比。

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进气道旁边的保形油箱是F15的标志之一

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F-15保形油箱折离状态,注意油箱上的挂架

上世纪90年代,以色列及部分中东国家面地两伊的“飞毛腿”地地导弹威胁,要求新型战机能够深入对方纵深打击目标,这样F-16载荷/航程缺点就暴露出来,在这种情况下,洛马分向以色列和阿联酋提出F-16ES和F-16方案,前者发展出了F-16I(F-16BLOCK50/52+),后者就是大家熟悉的F-16E/F-BLOCK60,两个方案的共同特点就是在机身上方增加了一个保形油箱,载油量超过700公斤样加上F-16原来3吨的载油量,其总载油量达到4.5吨,根据洛马的资料;在采用保形油油、外挂2个2000公斤副油箱的情况下,机载武器为2枚908公斤JDAM、2枚AIM-120、2枚AIM-9L的情况下,作战剖面为高-低-高,作战半径超过1600公里,比F-16BLOCK50/52高出30%以上,

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采用保形油箱的F-16E/F

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采用保形油箱的F-16I

另外一种我们熟悉的战机就是米格-29,由于该机作为前线歼击机研制而来,因此航程并没有做为重点使用,结果该机不只是载荷航程,连基本航程都不足,米格-29S的内油大约为4600公斤,航程只有1500公里,成为制约米格-29主要缺点,为此米高扬设计局提出来了米格-29SMT方案,就是在机背增加两个保形油箱,一个载油约1吨,另外还可以安装一个较小的载油约200公斤的油箱,这样就可以让米格-29SMT的总载油接近6吨,航程达到2200公里左右。根据米格扬设计局介绍小的油箱直接放到飞机,接通油路即可,而大的油箱,空军修理厂就可以进行,除了这些飞机外,其他一些国家为提高自己战机的载荷/航程性能而采用保形油箱,如欧洲的EF-2000战斗机,就在两侧机翼与机身融合机各增加了一负荷为1500升的保油箱,可以增加飞机航程约25%,而法国的阵风战斗机在同样的位置各增加了一个载油为1105升的保形油箱,可将阵风战斗机的满载作战半径增加到1800公里左右。另外除此之外,巴西空军在其F-5E“虎”2战斗机升级计划F-5EM中就包括在进气道上方增加保形油箱,台湾地区空军在其IDF中期性能升级计划中也有增加两个机身保形油箱,每个载油量大约500公斤左右,可以增加航程约20%,不过这个计划将视TFE-1042-70发动机的推力提高程度而定。

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mig-29smt采用机背保形油箱

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早期的MIG-29,注意机背

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配备保形油箱的阵风战斗机

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配备保形油箱的台风战斗机

我们知道歼10设计于上世纪80年代,其主要任务位在国土防空作战,当时我国航空工业设计、工艺及材料方面的限制,特别是在大推力涡扇发动机还未成熟的情况下,估计我国在歼-10研制之初恐怕不会要求该机有较高的载油量和载油系数,也就是其航程性能并不能估计太高,这样在机内载油在设计之初已经确定的情况下,想通过修改结构来增加载油就非常困难,这意味着飞机的气动、结构、强度等要重新进行设计,耗时费力,这方面最明显的例子就是F-16XL,其采用了大三角翼来提高更大的载油空间,可以让战机的载荷航程性能得到大幅度提高,但是由于研制时间及成本问题,始终无法找到用户,因此只能采用外部油箱来解决问题,但歼-10采用的机腹进气、三角翼布局则限制了其外挂能力,机腹进气,由于离地高度近,因此难以挂载大型的空地武器,三角翼飞机的外挂效率向来较低,这是因其展弦比较低,可以提供的外挂点空间比较有限,另外就是其后掠角较大,外侧外挂点的位置靠后,对于飞机的重心影响较大,特别是当挂载较重的武器时,由于重心移动对飞机操纵性的影响较大,因此三角翼飞机这个位置一般并不会挂载重型武器,这样歼10虽然号称有11个挂架,其实其能够用于挂载大型武器的挂架不超过4个,这样在执行远程作战任务时,就会出现武器与副油箱争挂点的情况,特别是在执行远程作战任务时,这在国土防空作战时代也许并不是一个太大的缺点,但在强调攻防兼备的今天,我国空军作战形式以远程打击,那么歼-10的缺点就非常明显了。如何解决这个矛盾?答案其实也很明显就是机身保形油箱。

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歼-10的三角翼外挂点数量不足

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歼-10外侧挂架挂载能力不足

从风洞模型上看,歼-10的机身油箱采用了和F-16一样的机身背负式,这是因为歼-10和F-16一样机身较小,都采用了中单翼的形式,再加上采用机腹进气道,因此只能采用这个布置方式,另外其油箱安装位置靠近翼根,这个位置除了载荷能力较强,阻力小也是一个因素,从模型上看,歼-10的保形油箱几乎和机翼等长,也就是其长度几乎是歼-10机身长度的一半左右,长应该是7-8米,大致和F-16的保形油箱长度相近,考虑到战机的运载能力,可以认为其载油也和后者相当,大约为700公斤上下的样子,这样就相当于为战机增加大约1400公斤油料,和歼-10目前采用的1700升副油箱差不多,但是由于保形油箱是根据降低机身阻力进行设计,阻力较小,而外挂副油箱则增加了飞机的迎风阻力,因此保形油箱让战机增加的航程和留空时间要高于容量相近的副油箱。最重要的是空出两个翼下外挂能力最强的挂架用于挂载空地武器如重磅激光制导炸弹、隐身防区外弹药散布系统等,这样歼十的远程打击配备模式可能为;2枚霹雳-8近距格斗空空导弹、2枚霹雳-12中距拦射空空导弹(威胁程度较低的情况下可以更换成空地武器)、2枚重磅激光制导炸弹/卫星制导炸弹,机身保形油箱和机腹副油箱,虽然性能还是比不上F-15、苏-30MKK这样的远程打击战机,比F-16E/F、F-16I也有差距,但已经能和F-16C/D相近了。

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歼-10的保形油箱用于替代翼下的1700升副油箱

尽管保形油箱能比较有效的提高歼-10的载荷/航程性能,但是笔者认为歼-10是否采用还需要解决一些关键问题,比如歼-10在设计之初是否预留了必要的强度支持保形油箱的运用,否则的话恐怕要以降低歼-10的使用寿命为代价,空军是否接受?另外一个比较大的问题就是发动机的升级,由于保形油箱尺寸较大,本身重量就不轻,加上为增装保形油箱而机体做的必要的改动都会增加飞机的重量,如F-16E/F就比F-16C/D增加近一吨的重量,因此其发动机推力也由后者的130千牛级提高到140千牛级,但是机动性能仍旧有较大的下降,对于歼-10来说,其推重比在三代机里面本来就不算突出,如果再增加重量的话,就会进一步降低该机的机动性能,因此如果想为歼-10增设保形油箱的话,升级发动机是必不可少的配套项目,但从我国能够拿到的发动机来看,太行和AL-31F-M1都在130千牛级这个级别,可以用力不从心来形容,比较适合的发动机是AL-31F-M2,其推力为140千牛级,或者将太行的推力提高到这个水平,但这个两个发动机都需要时日,因此歼-10能否增装保形油箱很大程度上并不在于飞机本身,而在于配套发动机的升级程度。纵观F-16的改进,其空重从最初A/B型8吨的重量提高到E/F的9吨出头,其发动机推力也随之由原来的100千牛级提高到140千牛级,可以说是F-16改型的最可靠的基础。

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发动机的改进为F-16的改进提供了强大的动力,图为F110涡扇发动机雷霆之击-浅析歼十加装保形油箱 - 小飞猪 - 小飞猪的博客

F110-GE-132的测试平台

 “航空振兴,动力先行”已经不仅仅是一句口号,而是我国空军作战能力提高的迫切需要。因此不断提高我国航空发动机的水平,为空军战斗力提供强大的动力是我国航空工业的当务之急。

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参考资料:

1、保形油箱设计研究

2、本文配图均来源于网上,权利归原作者所有。雷霆之击-浅析歼十加装保形油箱 - 小飞猪 - 小飞猪的博客6雷霆之击-浅析歼十加装保形油箱 - 小飞猪 - 小飞猪的博客雷霆之击-浅析歼十加装保形油箱 - 小飞猪 - 小飞猪的博客雷霆之击-浅析歼十加装保形油箱 - 小飞猪 - 小飞猪的博客

 

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