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翔天猛龙-歼-10B是否配备有源相控阵雷达?  

2010-08-29 20:55:34|  分类: 中国军情 |  标签: |举报 |字号 订阅

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翔天猛龙-歼-10B是否配备有源相控阵雷达? - 小飞猪 - 小飞猪的博客
歼-10B似乎取消了空速管,难道是为了上AESA?

 近期网上出现可能是歼-10B图片,其中一个明显的特点就是取消了空速管,这就涉及到一个令人感兴趣的问题:歼-10B配备的是不是有源相控阵雷达?

实际上当歼-10B出现的时候,人们就注意它的倾斜式雷达罩,就有歼-10B配备的是不是有源相控阵雷达的议论,因为相控阵雷达天线一个比较显著的特点就是雷达天线可以倾斜,这样雷达电波照射到天线的时候,就不会返回到照射的方向,从而增加雷达的隐身能力,另外从国外的经验来看,日本的F-2战斗机因为机头空速管与雷达不匹配,造成雷达性能不稳定,而美国的F-16E/F为了配备AN/APG-80有源相控阵也取消了机头空速管,所以歼-10B这个做法的确让人非常感兴趣。

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早期的歼-10B空速管明显
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 采用机头空速管的F-16
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 为了配合APG-80有源相控阵雷达,F-16E取消了机头空速管
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  机头空速管一度让F-2的AESA表现粉茶几

有源相控阵向低端飞机扩散

进入新世纪以来,有源相控阵雷达以其功率大、探测距离远、多目标能力强等优点,迅速替代机械扫描雷达成为现代机载雷达发展的主流,各国纷纷发展AESA配备自己的战机,并用随着微电子技术的发展,原来价格昂贵、体积和重量偏大的AESA也变得更加小巧,成本和价格也得以大幅降低,如美国空军AN/APG-63V2雷达,其探测距离比原来的AN/APG-63大约增加1倍,可以在90公里的距离上探测到低空巡航导弹大小的目标,但其配备的AESA采用了早期的T/R模块,体积和重量较大,被戏称为“砖块”型,F-15改装后,机头重量增加大约200公斤左右,影响飞机的飞行性能,这时需要在机尾增加大约同样的重量以平衡重心,这样经过改装后F-15的空重增加近500公斤,这样在一定程度上影响了飞机的机动性能,而最新的AN/APG-63V4采用了新一代T/R模块,其体积和重量都大幅度降低,被称为瓦片式,单元成本达到200美元左右,因此整个AESA的重量和成本也大幅下降,这样雷达在改装后,其重量比原来的AN/APG-63略微增加,从而避免了为平衡飞机重心而增加配重,让飞机空重大幅增加的情况的发生。

 

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AN/APG-63V2 采用的是早期的T/R模块,重量和体积均较大

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 AN/APG-63V-3采用新一代T/R模块,重量和体积及成本都大幅度降低

T/R模块的技术进步,让AESA的重量和成本降低,直接后果就是AESA的运用更加广泛,也就是门槛变得更低,许多轻小型飞机也可以采用AESA,以提高机载雷达的性能,这里最明显的就是意大利SELEX公司和英国BAE系统联合研制的SEASPRAY-7000E有源相控阵雷达,该雷达是第一部用于直升机的有源相控阵雷达,其重量只有80公斤,有两个可更换单元组成;AESA和开放式结构的E-处理机,具备容易安装、体积小、重量轻等优点,甚至其重量比原来的直升机安装的机械扫描雷达还要轻,雷达可以对空中、陆地、海上目标广域的监视能力,并具备较强的小型目标探测能力,还可以对目标进行精确的成像能力,由于AESA具备的高增益低旁瓣性能,还有波束的敏捷性,让雷达具备较好的低截获概率的特点,具备较好的电子对抗能力,在该雷达的基础上,将其放大就成为7500E有源相控阵雷达,其主要用于海上巡逻机,除此之外,该公司还面向轻型作战飞机如AMX攻击机、教练机等飞机研制了Vixen 500E有源相控阵雷达,该雷达上视时可以提供超过70公里的探测距离,下视为50公里,并具备边搜索边跟踪模式,在此模式下可以同时跟踪10个目标,其他对空模式包括平显近距离空战模式、近距垂直搜索模式等,空地模式包括合成孔径成像(可以提供3米的分辨精度)、地面移动目标指示等模式,可以有效的提高飞机的作战效能。

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可用于轻型直升机的 SEASPRAY-7000E有源相控阵雷达

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可用于轻型作战飞机的VIXEN500E有源相控阵雷达 

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 VIXEN500E有源相控阵雷达增加了飞机的作战能力

AESA运用的瓶颈

虽然T/R模块的进步,让AESA日益普及,但这并不代表所有的飞机都可以配备AESA,还有一个运用的瓶颈,就是飞机是否有足够的电力来支持AESA的工作。

根据雷达距离公式,雷达探测距离与发射机的功率呈正比,也就是说在接收机灵敏度、信号/数据处理能力一定的情况下,发射机功率越大,探测距离越远,相控阵雷达一个重要原理就是利用天线阵元的辐射在空间进行叠加和合成,从而达到较大的功率,实现探测距离的增加,这样对于AESA来说,在T/R模块功率一定的情况下,需要较大的阵面来配备较多的阵元,以实现较大的功率,但是雷达本身并不产生电力,就如同我们计算机中的CPU需要电源才能工作一样,雷达也需要相应的电源才能工作,以一个阵面有1000个T/R模块的AESA为例,设每个T/R模块的功率为10W,那么整个AESA功率为10KW,以T/R效率为20%计算,也就是说其热耗功率为80%,这部分也需要消耗电能来散热,同时雷达还有其他需要耗费电源的地方如接收支路、波束控制及其他控制电路都要耗电,因此对于整个雷达来说,至少要60KW才能满足雷达的使用要求,但雷达本身并不产生电能,所以就需要机载供电系统,

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不起眼的飞机发电机是作战飞机能否配备AESA的关键 

一般来讲机载供电系统包括电源和配电两大部分,前者包括发电机及控制设备,由机载发动机带动,产生电流供机载设备如电子、飞控、座舱显示等系统使用,后者变压器及变流器等组成,主要将发电机产生的电流变换为适合用电设备需要的电流,用电缆将电流分配给各用电设备,飞机除了主电源系统外,还有应急电源系统,用于在发电机出现故障时,向飞机重要设备供电,保证飞机返航或者着陆。目前作战飞机运用最广泛的是采用机械液压式恒速传运装置的恒速恒频交流电系统,该系统具备较高的系统性能、可靠性、较低的系统重量和体积,典型如F-16A/B型作战飞机的主电源系统是一台发动机驱动的40KV机械液压式发电机,配备有带微处理器的控制器及主接触器组成的恒速恒频交流电源系统,应急交流电源是由应急动力系统驱动的5KV自冷式交流发电机及控制器组成,到F-16C/D型,由于光电吊舱等“耗电大户”的引入,其发电机由40KV增加到60KV,

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有源相控阵雷达需要强大的冷却系统才能有可靠的工作 

除了电能外,雷达的冷却也是个问题,前面说过T/R模块的效率在20%左右,大部分电能被转换成了热能,因此当AESA整个阵面的上千个T/R模块同时工作的时候,其产生的热能是非常可观的,而高温正是电子设备的大敌,所以为了维持雷达的正常运作,必须有高效的冷却设备配合,对于机载雷达来说,由于作战飞机的空间狭窄,且天线阵的装配密度大,因此热量散发困难,所以普通雷达的风冷已经难以满足AESA的散热要求,需要采用水冷的办法来对雷达系统进行降温。以F-16E/F型战斗机为例,其配备了AN/APG-80有源相控阵雷达,主电源仍旧为F-16C/D的60KV发电机,但应急发电机由原来的5KV增加到7KV,环境控制系统方面除了原来的12KW风冷环控系统外,还增加了一个13KW的水冷系统为APG-80雷达及其他电子系统进行冷却。

歼-10B的限制

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 歼-10如果配备AESA,似乎发电机功率不足

让我们回到歼-10B,根据超级大本营(http://lt.cjdby.net/)相关网友的说法,歼-10采用了的俄罗斯AL-31FN发动机,其配套的GP-21型发电机的功率为30KW,从目前来看歼-10B的发动机没有更换,因此其发电机功率似乎也难有较大的提高,与前面F-16的相关系统进行比较的话,就会发现GP-21的功率可以用差强人意来形容;仅为F-16C/D的一半,甚至低于F-16A/B的发电机功率,因此这个发电机应该很难带动象AN/APG-80这样的有源相控阵雷达,解决的办法是提高现有发电机的功率,但是想从30KV提高60KV的可能性并不太大,另外就是更换新的大功率发电机,这种办法也有一定的难度,这是因为机载发电机是通过发动机附件机匣与发动机联接在一起,中间还有一个恒速传动装置,这个设备的作用是把转速变化的发动机输出功率变换成恒定转速的输出功率加到发电机转轴上面,从而让发电机输出恒频的交流电,如果更换发电机意味着相应的恒速传动装置及与发动机联接件都更换,这需要一定的时间及精力来完成。

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 否则的话只能配备象SABR这样的雷达,在T/R模块及功率上做出妥协

那么能不能在现有的功率的基础上来配备AESA呢?比如诺格公司为F-16研制的SABR型有源相控阵雷达就是基于F-16现有的电源及冷却系统研制的,有消息说该雷达已经成功在F-16进行了飞行验证,当然这种雷达具备了相控阵雷达的优点,比如更快的扫描速度、更高的精度,更强的多目标攻击能力以及电子战能力,并具备更高的可靠性,但发电机功率降低意味着该雷达的T/R模块要少于APG-80,这样就降低了雷达的功率,由雷达距离与发射机功率呈正比这点我们可以得到这样的结论;SABR雷达的探测距离要低于APG-80,前面提到过即使F-16A/B的发电机功率都要大于GP-21,那么即使是歼-10B配备的是SABR这样级别的有源相控阵,其探测距离恐怕也要低于后者。那么给作战飞机配备有源相控阵雷达就是要增加雷达的探测距离,从而获得超视距空战方面的优势,或者抵消对方获得相应装备获得的优势,如果配备的有源相控阵雷达显现不出相应的优势,那么在重量和成本都高于机械扫描雷达的情况下,是否给战机配备有源相控阵显然是一件值得商榷的事情。

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 歼-10挂载能力比较有限,歼-10B似乎也没有大的改善

有关超大(http://lt.cjdby.net/)网友另外一个观点比较关键,就是歼-10B的挂载能力,我们知道相控阵雷达一大优势就是扫描速度快,可以在探测到目标后迅速调头扫描进行确认,同时迅速完成搜索、跟踪、识别和制导等多种功能,因此其多目标攻击能力要远强于普通的机械扫描雷达,实际上只有配备了相控阵雷达之后,作战飞机的多目标攻击能力才有实质的意义,但是这种能力不仅仅需要机载雷达,作战飞机还要有较大的载弹量与之配合,我们知道歼-10虽然号称为11个挂架,但是由于国产SD-10主动雷达制导空空导弹的重量和尺寸均较大,因此能够挂载的挂架实际上只有机翼内侧的4个,而一旦这4个挂架全部挂载,那么就会出现一个问题就是飞机的副油箱无法挂载,这样就会影响飞机的航程、滞空时间及作战半径等一系列指标,如果把其中两个挂架换成副油箱,那么为一架只能挂载2枚中距空空导弹的作战飞机配备有源相控阵似乎有浪费之嫌,解决办法一个是采用双联装挂架,来解决机载武器与副油箱争挂架的矛盾,但这会产生飞机的重量与阻力的增加的问题,另外一个就是采用它机制导方式,就是利用一架飞机的数据为其他飞机提供制导,由于作战飞机是在三维空间内进行机动,因此其产生的数据也是海量的,所以需要要高速的战机间数据链来传递这些信息,同时也增加了战机编队的配合、预警机及地面指挥所的指挥、调度等方面的难度。

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现阶段为歼-11配备AESA的效费比更高

因此从现阶段来讲,为歼-11换装有源相控阵似乎要比为歼-10换装效费比更高一点,一来是歼-11具备更大的发电机,可以支持更大阵面和更高功率的雷达,这样就意味着雷达的探测距离更远,另外歼-11的载弹量也高于歼-10,尽管歼-11只有10个挂架,但是其至少有6个挂架可以挂载中距空空导弹,并且较大的载油系数让其不需要挂载副油箱就具备较大的航程和作战半径,因此可以有效的发挥有源相控阵雷达多目标攻击能力,实际上美国空军也是先为F-15更换为有源相控阵之后,才考虑为F-16更换相关装备的。

尾声

行文之此,笔者同意超大(http://lt.cjdby.net/)有关网友的看法以歼-10B现有的能力,配备有源相控阵雷达似乎能力不足,除非其发电机能力有了明显的增加,否则的话可能只会配备与SABR这样级别的有源相控阵,这样做的目的可能更多的是出于让空军飞行员和地勤人员熟悉有源相控阵雷达的特点,为以后相关装备的普及装备打下基础。当然配备这样的级别的雷达也增加了歼-10B空战能力,同时由于雷达的多用途能力也可以扩展飞机的用途,比如利用雷达的高精度的SAR模式,获得地面目标的数据,从而让飞机具备使用国产JDAM如雷霆-3这样制导炸弹的能力。

本文专供网易军事,禁止商业性转载,非商业性转载请注明本文链接及本声明 

注:

参考资料;

1、飞机总体设计

2、相控阵雷达技术

3、SELEX公司主页

     http://www.selex-sas.com/SelexGalileo/EN/Business/Products/Radar/index.sdo

4、本文配图来源于网上,权利归原作者所有

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