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一鸣惊人-热烈祝我国第四代战斗机亮相  

2010-12-31 21:37:40|  分类: 四代专题 |  标签: |举报 |字号 订阅

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一鸣惊人-热烈祝我国第四代战斗机亮相 - 小飞猪 - 小飞猪的博客
网上流传的可能是我国四代机的飞机,

 近日,网络上出现可能是我国第四代战斗机的图像,虽如果属实,将标志着我国是继美国和俄罗斯之后第三个研制出第四代作战飞机的国家,其意义是非常深远的。

从图片上看,这种飞机鸭式布局,鸭翼及机翼在一个平面上,同时采用了棱形机头及机身、V形垂尾,是典型的第四代作战飞机的特点,体现了设计者力求在隐身、机动和超音速巡航及短距起降等技术指标实现平衡。

鱼和熊掌不可兼得

第四代作战飞机的性能特点可以用四S来概括,即;隐身、超音速巡航、超机动和短距起降,其中具备革命性的就是隐身性能,四代作战飞机的隐身性能采用的是波束控制概念,所谓波束控制就是利用雷达必须接收目标反射回来的电波才能探测到目标的原理,让照射到本身的电波偏离照射方向,要想实现波束控制必须消除飞机上的反射源,包括垂直面、鼓包、台阶等,主要边缘如机翼必须平行,除了外形隐身还不够,同时还需要采用吸波材料,共同作用来降低飞机的雷达反射面积,隐身性能提高了第四代作战飞机在现代空战指挥引导体系环境下的生存能力,在面对三代机的时代具备单向的信息优势,从而占尽先机,我们经常听到F-22与三代机有惊人的交换比,很大程度上就是依赖隐身性能取得的,不过隐身性能只是飞机作战性能一个因素,过分的强调隐身性能反而对飞机的其他性能如机动性能造成负面影响,所以第四代作战飞机尽可能在各个作战指标之间取得一定的平衡。最典型的就是F-22战斗机,我们经常听到这样的话;当年YF-23比YF-22隐身性能好,但是机动性能逊于后者,所以美国空军选择了后者,其原因在于F-22的后缘前掠角为17度,与前缘后掠角并不一致,这样就造成机翼、尾翼的边缘并不平行,所以其波束反射只能控制在8个角度左右,但这样的设计增加了机翼面积,降低了翼荷,提高了飞机的机动性能,相比之下,YF-23的机翼、尾翼平行,波束反射控制在4个以内,但是付出了机动性能下降的价,最终凭借更好兼顾了隐身与机动性之间的关系,YF-22得以击败YF-23战斗机。

性能平衡的四代战斗机

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我国四代采用了单座双发,鸭式布局设计 

从图片来看,我国四代战斗机采用了单座、双发、带边条的鸭式布局,体现了设计者力图在隐身和机动性能之间寻找平衡的思想-许多人认为鸭式布局影响飞机隐身,实际上根据波束控制理论,只要飞机主要边缘平行,就会把波束反射控制在几个主要方向上,所以我国四代战斗机的鸭翼和机翼在同一个平面上,这样就比较容易做到飞机的主要边缘平行,从而控制波束的反射方向,飞机的机头和机身呈现棱形,垂尾也向外倾斜,根据相关资料,飞机侧面上下30度范围内的威胁最大,所以四代战斗机机身倾斜在35度左右,以偏离侧面照射的雷达电波,此外笔者注意到四代的座舱较为靠前,由此进气道显得较长,同时似乎也采用了DSI设计,这表示四代的进气道可能采用了S形进气道,以屏蔽发动机这个主要的雷达反射源,S形进气道对总压恢复系数会造成一定的影响,从影响发动机的推力,所以把进气道拉长,以最大限度的降低这种影响,四代其他体现隐身的设计包括没有采用传统的鼓包形IRST,同时起落架舱门也可以看见锯齿边的存在,这样做的主要目的也是为了隐身,前者是消除飞机外形一个主要的散射源,后者锯齿边缘与飞机主要外形边缘平行,将散射源纳入到飞机的主要反射波束中去,以提高飞机的隐身能力,这里可以看见,设计者在设计四代的时候,的确把隐身能力放在一个较高的位置上来考虑。

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四代的鸭翼有一个明显的上反角,可以增加鸭翼的作用 

前面说过隐身性能和机动性能有时候会出现矛盾,比如当鸭翼与机翼在一个平面的时候,提高了飞机的隐身性能,但是却降低了鸭翼的作用,我们知道鸭式布局原理是利用涡升力,也就是鸭翼先把涡拉起来,进行加强,对机翼表面气流进行补充,以推迟分离,从而增加飞机的升力,提高飞机的机动性能,所以传统的鸭式布局鸭翼一般在机翼的上方,这样可以加大两者之间的距离,有助于涡的生成和加强,但是缺点就是增加一个反射面,并且雷达电波在两者之间多次反射后可能有一部分会反射回去,这可能是四代把鸭翼和机翼放在一个平面上的原因,那么如何弥补鸭翼效能的损失?从目前来看,四代采用了鸭翼加边条的办法,就是边条先把涡拉起来,然后鸭翼再对其进行加强,这样就较好的解决了这个问题,根据相关资料这种设计不但会提高飞机在大迎角条件下的升力,还有效的降低阻力,另外四代的鸭翼似乎有个上反角,对于鸭翼而言,大迎角状态下上反鸭翼的升力较小,之所以采用这个设计,可能还是希望鸭翼距离主翼的距离能够更大一此,提高涡的强度,涡的强度提高也有不利的一面,就是对垂尾有一定的影响,从而降低飞机的纵向稳定性,为了降低这种不利的影响,四代采用了较小的垂尾,衍生的结果就是垂尾效率降低,所以四代采用了全动垂尾,其优点就是通过与飞控及电传操纵系统的联动,实现对飞机航向的主动纠偏和控制,这显然需要设计者在飞控设计方面有深厚的功底,因为这种设计会增加飞机的气动控制面,如何协调各控制面的工作是一件非常复杂事情,四代采用这样的设计体现设计者对于飞控设计的自信。设计者重视飞机的机动性能还体现四代那个整体式舱盖上面,这个也是四代的一个亮点,对于近距格斗在视距内,采用的武器也是红外制导空空导弹和航炮这样的静默武器,需要飞行员良好的视野,过去由于材料及工艺不足,我国战斗机多采用带曲形风档的座舱盖,限制了飞行员的视野,而采用整体式舱盖的当今战斗机只有F-16和F-22两种,连欧洲的双风及俄罗斯的T-50都没有做到,因此这充分反映了我国工业基础的进步。

  四代采用了鸭式布局还体现了对超音速巡航等能力的要求,从图片上看,四代的机身较长,长细比较大,速度性能较好,而鸭式布局比正常布局有更好的光滑和均匀的纵向面积分布,可以得到较低的超音速阻力,同时由于鸭翼比远离重心,较小的面积就可以起到较好的效果,从而降低了飞机的重量和体积。这对于航空发动机研制基础尚不雄厚的我国来说显然有着非常现实的意义。

航电系统

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四代的座舱前为靠前,机头空间相对较小,也没有发现T-50的球形IRST
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  俄罗斯T-50战斗机,座舱前的球形清晰可见,是一个明显的散射源
 
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 不仔细看,恐怕很难找出F-35座舱前的IRST(舱盖前的黄色方块)

从图片上看,四代的座舱较为靠前,这样就压缩了机头空间,这样就意味着四代的航电系统安装空间较小,这实际上表明我国航电系统的体积和重量性能都有了较大的提高,比如雷达采用了有源相控阵雷达,由于实现了电子扫描,因此就不需要机械机构来转动天线,这样就明显降低了系统的体积,尤其可以把天线做成向上倾斜,以偏离照射的雷达电波,相比较而言机械扫描天线必须是垂直,由于雷达罩是透波材料制成,这样当对方雷达电波照射的时候,就会形成较强的反射,有源相控阵的隐身能力还体现它可以采用低截获概率工作模式包括多种波形、猝发等,以躲避对方电子系统的探测,另外笔者注意到四代座舱前并没有鼓包形的红外探测系统,不排除四代采用的是分布式红外探测系统,类似于F-35的DAS系统,即在机身不同部件安装光学窗口,然后由后台数据处理系统并不同器件获得的图像进行融合,这样的好处就是省略了机械转动机构,同时光学器件可以最大限度的埋入机身以内,再加上对窗口进行锯齿处理,就会降低系统的体积和重量,提高飞机的隐身能力,这样就意味着我国航空电子系统的数据处理能力的飞跃,已经跨越了F-22的宝石台系统,而直接向F-35的宝石柱系统看齐,也就是所谓的综合射频管理系统,即机载AESA不仅仅是是一部雷达,还可以用作电子对抗、数据链等多种用途,强大的数据处理系统需要先进、完善的座舱显示系统配合,以向飞行员提供近实时的战场态势感知,并提供空战战术的辅助决策,本次珠海航展我国洛阳光电研究中心已经展出了大屏幕座舱显示系统,从相关资料来看,该座舱与F-35一样,采用了大屏幕显示技术,这样飞行员可以从一块屏幕上得到所有的信息,而不用在多块屏幕上来回切换,这样就意味着飞行员可以迅速得到大范围的战场态势,从而有更多的时间去维持战机周围的空情掌握,这对于提高飞机的近距格斗能力也有莫大的帮助。

机载武器

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 四代采用了侧面起降落架舱,显然是为了给机身弹舱留出空间

从相关图片来看,四代采用了较大的侧面起落架舱,这样的做原因估计就是为了给机身弹舱让出空间,有消息指我国相关厂所已经研制了用于弹舱发射导弹用的伸缩式导弹发射架,四代飞机一个重要的隐身措施就是武器的内载,以消除武器和机体之间的互反射效应,同时也有助于降低飞机的阻力,从起落架位置来看,四代的武器舱较大,这可能与国产机载武器较大的有关,为达到一定的标准载弹量不得不增加弹舱容积,美国的AIM-120主动雷达制导空空导弹相对比较小巧,但是早期型号AIM-120A/B在F-22的弹舱中仍旧装载有限,所以美国发展了AIM-120C,通过降低弹翼尺寸等手段来增加F-22的弹舱容量,另外较大的弹舱容积也有助于配备较大的空地武器,以提高飞机的作战能力和使用范围。

发动机

从发动机的喷口来看,似乎四代目前现在使用的仍旧是俄罗斯的AL-31F发动机,这也符合战机研制的一般规律,国外先进战斗机如欧洲的双风在试飞的时候就采用成熟的发动机,以降低原型机试飞的难度和风险,从目前的情况来看,我国已经开展了四代航空发动机的研制工作,但是似乎总体研制进度仍旧落后于飞机本身的研制,因此四代前几架原型机采用成熟的发动机也在情理之中,笔者甚至不排除四代早期型仍旧采用国产三代航空发动机改进型的可能性。

四代的意义

本世纪初随着美国第四代作战飞机F-22和F-35的研制成功,开始陆续装备部队,其中F-22已经在我国周边进行布置行动,而F-35也大量装备亚太国家空军,俄罗斯第四代战斗机T-50也已经试飞成功,根据印度和俄罗斯达成的协议,印度也将大量装备该机,这些都对我国空中防御构成了沉重的压力,所以我国必须研制自己的四代战斗机加以应对,以捍卫新世纪国家安全。所以四代的研制成功对于我国空军还是我国来说有着十分重大的意义。

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布署在冲绳的F-22隐身战斗机是我国国家安全的重大威胁 

这似乎可以说明我国四代战斗机力求在隐身、机动等性能做到较好的平衡,由于强敌具备较强的空战指挥引导系统,所以四代战斗机要求具备较强的隐身能力,以降低对方探测能力,避免造成信息的单向透明,当四代面对四代的时候,空战很可能重回格斗时代,因为彼此都无法在较远的距离锁定对方,同时目前主要的超视距武器-主动雷达制导空空导弹体积和重量的限制,难以做到较大孔径功率之积,因此截获隐身战斗机能力有限,所以四代战斗机之间的空战很可能需要刺刀见红,我国周边国家和地区即将迎来隐身战斗机扩散的时代,在这种情况下,我国四代战斗机就需要在各方面性能做到较好的平衡以在空战中能够取得先机。

结语

我国四代战斗机的亮相,特别一系列亮点的出现,让人有我国航空工业一鸣惊人的感觉,实际上这是我国对航空工业及基础领域长期投入的结果,更是我国综合国力迅速发展的反映,当然我们也要清楚的看到四代原型机出现只是万里长征的第一步,其能否顺利试飞、设计定型装备部队还要经历许多困难,特别是有赖于国产航空发动机的研制,但是相信我国航空工业一定能够克服这些困难,国产四代战斗机也一定会一飞冲天!

 

 

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注:

参考资料:

 1、战斗机气动布局设计

2、本文配图来源网上,无法证明其真实性,仅做参考,

 

 

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