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战鹰利眼-浅析歼-20航空电子试验机   

2012-10-21 11:49:40|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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战鹰利眼-浅析歼-20航空电子试验机 - 小飞猪 - 小飞猪的博客
我国歼-20型战斗机2003号飞机,注意它的设备舱已经打开

    近日,网上出现了可能是我国歼-20型隐身战斗机2003号原型机的图片,从这张图片可以清晰的看到2003号已经安装了设备,如果图片属实,表明我国歼-20的试飞工作又迈入了一个新的阶段。

从图片上来看,歼-20不仅仅机头的雷达舱已经安装了设备,甚至座舱下的主设备舱也在安装设备这表明2003号机可能已经安装了全套的机载雷达及航空电子系统,我国歼-20向设计定型又迈出一大步。

笔者做出这个推测,是因为2003号飞机座舱下那个主设备舱一般是安装航空电子的核心设备-中心数据处理系统,象F-22的CIP就安装在这个位置,在现代作战飞机,CIP这样的设备是系统的核心,主要用于对传感器采集来的信息进行处理,然后对各系统、武器进行控制和管理,并且完成显示任务,特别是一些主要武器、设备的使用程序都驻留在此,包括机载火控雷达、空空导弹、电子战系统,举一个简单的例子;现代作战飞机的攻击目标顺序一般是先在预警机或者地面雷达引导下进入战区,然后开机搜索目标,先在速度搜索模式下确认空中态势以后,再进入多目标搜索与跟踪模式,得到目标角度、距离和运动方向等信息,经过中心数据处理系统处理以后,然后再进行威胁确定、目标排序、火力分配,飞行员根据相关信息操纵飞机和攻击目标。 

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 F-22的CIP安装位置,可能对比下歼-20的2003号设备舱

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 这张图片可以更加直观

我们知道第四代作战飞机航空电子系统是高度集成,象第三代作战飞机雷达还有自己的信号/数据处理系统,雷达探测到数据预先处理后才交给任务计算机或者火控计算机进行处理,而第四代作战飞机将系统集成已经延伸到分系统的信号/数据处理系统,也就是把传统航空电子的纵向划分转变成横向划分,用功能分区替代原来的分系统管理,也就是说把原来各分系统自己的信号/数据处理系统统一纳入到一个CIP中,在CIP划分不同的功能区来完成不同的功能,然后再利用高速数据总线实现各区之间的数据交换,比如F-22的CIP就可以对APG-77有源相控阵雷达进行控制,也就是后者的信号/数据处理是由CIP完成的,而F-35的ICP更加先进,它已经延伸到雷达的天线终端,通过一个高速的光交换网络,将所有的传感器、武器、通信导航、电子战系统纳入到一个多处理器网络之中,从而让系统结构更加紧凑,具有更广的综合范围和更深的综合深度,实现了综合传感和孔径管理技术,也就是所谓的综合射频技术概念。由于系统综合程度的加深,这样各系统之间传递的信息就不在是处理好的数据,而是未经处理的信号和中间信息,这样就需要更大的传输速度和带宽,现有的铜缆显然无法满足使用要求,所以第四代作战飞机都采用以光纤为介质的数据总线,以满足海量的数据交换要求。从这里我们可以看出,歼-20型战斗机2003号飞机如果已经安装了中心数据处理系统和火控雷达的话,那么它的航空电子系统已经相当的完整。

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现在看来歼-20的试飞相当的顺利 

应该说歼-20型战斗机2003号飞机以航空电子试验机面目的出现是相当令人振奋,这它表明成都飞机公司成功首住了型号节点,将研制工作稳定的向前推进,根据相关资料,我国新型战斗机研制后,首先是调整试飞,根据试飞出现的问题对飞机进行修改,以排除飞机一些初始性的故障,如果问题较大可能还需要对飞机的气动布局进行局部修改,甚至有可能推倒重来,所以我们看到一架飞机的难证机和原型机与正式型号外表有所区别就是这个原因,在飞行包线完成80%以后才能进入国家鉴定试飞,参与鉴定试飞的原型机可按不同的分工完成各自的试飞任务,包括飞行行动、操纵性及颤振、航空电子和武器系统等等,一般而言进入国家鉴定试飞以后,涉及到外形的修改就很少了,主要改进都在机内系统,这表明通过前阶段试飞,歼-20实际飞行数据与理论计算基本吻合,完成了大部分飞行包线的试飞,已经或者即将转入国家定型试飞。据此可以看出歼-20的试飞进度是非常快,笔者举一个例子,俄罗斯T-50隐身战斗机在2010年初试飞,到2011年11月第3架原型机完成有源相控阵雷达及光学系统的安装,今年8月开始试飞,而歼-20在2011年完成试飞,目前就完成了航空电子试验机的研制,即将进入试飞,在试飞比T-50晚一年的情况下,进度基本上能够与它保持一致,显现歼-20的试飞还是非常顺利的。

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俄罗斯T-50也开始了航空电子系统的试飞 

从相关图片来看,歼-20的雷达罩呈菱形,这个是考虑到了隐身要求,根据波束控制原则,机身所以的边缘都要平行,以便能够把照射到本机的波束集中到少数几个角度,这样对方只能接收到微弱的信号,难以对本机进行锁定和跟踪,从歼-20机头大小来看,它的雷达罩直径在1米左右,这样的它的T/R模块可以安装在2000个以上,目前国产T/R模块的指标:10W/个,效率30%,工作比10%计算,它的峰值应该是6KW,平均功率在2KW左右,应该说这已经是一个相当强大的指标了,特别是平均功率高达2KW,而现代机载雷达虽然可以得到较大的峰值,但是平均功率较低,一般都在1KW以下,平均功率对于提高雷达立体空间搜索能力、跟踪距离至关重要,对于一个雷达来说,平均功率的重要性可能要高于峰值,孔径和功率是提高雷达探测距离的两个关键参数,以AN/APG-77为例,它对RCS=1的目标可以提供近200公里的探测距离,而它的孔径功率乘积与歼-20的雷达相近,扣除天线增益、灵敏度、信号/数据算法等到因素外,那么歼-20的探测距离等参数可能和AN/APG-77相当或者相近,这应该是一部威力相当大的雷达了。

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我国在珠海航展公开的综合处理系统-ICP 

除了机载雷达,我国在第四代航空电子的中心数据处理系统、综合座舱显示等领域也取得了长足的进展,从珠海航展公开的资料来看,我国第四代战斗机航空电子系统的核心是综合处理系统-ICP,而还是F-22的通用处理系统-CIP,这表明我国第四代战斗机的航空电子系统起步较高,直接跨过了F-22,达到了F-35的水平,做出这个选择,笔者认为可能和F-22航空电子系统的架构有着较大的局限性有关,F-22的航空电子系统受限当时的电子技术水平,其整体综合能力还是不强,只是在核心层面实现了数据综合,在一些次要系统方面还保留了第三代战斗机系统,采用了1553B数据总线来交换数据,因此整个系统结构比较复杂,同时功能也受到限制,随着信息技术的进步,原来的一些技术瓶颈得到突破,所以对于我国来说没有必要再从F-22的航空电子系统起步,根据我国在珠海航展公开的ICP图片来看,它拥有大约24插槽,目前已经拥有6个模块,一般来说分别应该是数据、信号、视频/图像、存储、输入输出控制、电源等,这些模块分别构成了系统的信号、数据处理系统,分别完成相关子系统的信号和数据处理系统,并且通过高速数据总线相连,实现数据的实时处理和交换,从各种公开的情况来看,我国公开的展出的ICP大致与F-35的ICP大致相当,根据相关资料,F-35的两个子ICP有24和7个插槽,共有31个模块,目前已经使用了22个,预留有9个用于升级,其中通用数据处理模块使用POWERPC G4处理器,数据处理速度为40.8G每秒运算次数(OPS),信号处理速度为75.6G每秒浮点运算次数(FLOPS),图像处理是用一种专用信号处理方法,其速度为225.6G每秒/加运算次数(MACS)。 

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我国洛阳光电展出的整体式座舱,它采用了分区显示和触摸屏技术 

除了ICP外,我国洛阳光电系统还展出了与F-35相当的整体式座舱系统,我们知道虽然第三代作战飞机也实现了玻璃化座舱手不离杆操纵,但是在武器装备等环节上操作仍旧十分繁锁,举一个例子,F-16C/D飞行员发射一枚AIM-9L导弹,他首先要从显示器调出武器系统的画面,然后按相关的开关选择AIM-9L导弹,然后再按开关启动导弹,开启冷却系统等,而第四代战斗机的座舱就要先进的多,首它的屏幕更大,显示的信息更多,飞行员可以得到更大范围战术态势地图,并且屏幕可以分为几个子窗口,如果某个窗口的信息比较重要,还可以对它进行放大,同时显示更加简便,把一些系统测试信息放到后端来处理,飞行员看到的是经过处理后的情况,这样就可以减轻系统管理方面的负担,集中精力进行战术思考和决策。从航展公开的画面来看,国产一体化座舱显示系统右边显示的是叠加了战术信息的数字地图,左边则分为多个显示区域,包括外挂管理、飞行信息,同时洛阳光电的专家在接受采访的时候也表示这个座舱实现了“把飞行员最需要的信息提供给飞行员”的概念,这样飞行员不需要直接处理海量的数据,可以得到自己最需要的信息。

在光纤数据总线方面,我国从上世纪90年代开始研制光纤数据总线,最初的将现有的1553B升级到1773标准,也就是用光纤替代现有的铜缆,并且成功的进行了试飞,试飞的光纤数据总线拓扑由一个传输式星形耦合器、4个光缆连接器、l 6根长度不同的光缆以及LED光源和PIN探测器组成。光纤总线的子系统有:显示控制管理系统DCMPI、DCMP2,雷达RD,惯导INS,大气机CADC,总线监控器 ,飞行测试记录仪FTI。而数据传输设备DTE,外挂管理系统SMS,任务计算机Mc和接口单元I FU 等四个子系统是与l 5 5 3B总线连接,通过 l 7 7 3光纤总线的通路器G5进入光纤总线实现与其它子系统的通讯。通过试飞我国初步掌握了光纤数据总线的技术,并根据地面试验及空中试验相关数据制订了我国光纤数据总线的相关标准。进入新世纪我国在高速数据总线领域取得了长足的进步,先后完成了光纤分布接口、可变规模互连接口和全双工交换以太网等新型高速数据交换总线的研制,为我国发展第四代综合航空电子系统打下了坚实的基础。

 

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2003代表着歼-20正式进入国家定型试飞阶段 

由此我们似乎可以大致勾勒我国第四代战斗机的大致的概况;以ICP为核心,利用高速光交换系统实现高度综合的航空电子系统,利用多功能孔径/综合传感器及显示技术向飞行员提供全面的飞机状态和战场态势环境信息,并提供辅助的战术决策以提高飞机的整体作战能力。

歼-20型隐身战斗机2003号飞机的出现,表明我国第四代作战飞机的研制正在加快,距离设计定型的日子已经不远。当然我们也应该清醒的看到,目前歼-20还不能称上全状态,采用的还是现有的发动机,因此国产大推力高推重比涡扇发动机的研制是今后我们需要关注的重点。   

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2003号机仍旧采用现有的发动机 

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注:

参考资料:

1、航空综合火力控制系统原理

2、试飞中的光纤数据总线

3、机载航空电子系统高速数据总线

4、本文配图来源于网上,权利归原作者所有。

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