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163軍情:中型四代製空戰機 質次價高難堪大用(組圖)

(2012-07-02 12:14:38) 下一個


端午節期間1架出現在高速公路上的疑似中國中型四代隱身戰機引起了網友的熱議。戰機高低搭配也再次被大家提及。我們真的需要製造一種性能夠用就行的所謂中型四代戰機嗎?就戰後六十年來的戰鬥機發展曆程來看,這恐怕隻是一個海市蜃樓,絕不真實,不具備任何可行性。

現代飛機

現代飛機

海灣戰爭中多國部隊的製空力量基本隻有20架F-15組成的鷹牆,負責掩護數百架攻擊機攻擊,控製數萬平方公裏的空域。圖為F-15型戰機。

現代戰機性能提高不會再出現千機大會戰

首先我們要知道一點,二戰以後,製空戰鬥機的戰場密度都是處於不斷降低的狀態。在二戰中經常爆發雙方在一個戰場投入近千架製空戰鬥機殊死空戰的宏大場景,在朝鮮戰爭中,雙方都沿用二戰戰術投入空戰,但是在短暫的實戰後,雙方不約而同的減少了製空戰鬥機的投入。

因為噴氣式飛機的爬升率、加速性都遠遠超越螺旋槳戰鬥機,導致飛機空戰範圍的不斷擴大,大量急劇爬升俯衝的動作出現,使得飛機需要更大的空間作戰,同時飛機機動性的不斷提升也使得指揮控製極為困難。

海灣戰爭美軍隻投入20架製空戰機掩護數百架攻擊機

所以在朝鮮戰爭後,噴氣式飛機的作戰,一個戰場基本上雙方隻會投入兩三個中隊級別的製空戰鬥機。而在越南戰爭中的經驗教訓也證明,讓飛行員掌握瞬息萬變的空情比在戰區堆砌製空戰鬥機數量更為有效。指揮所通過大型雷達有效引導戰鬥機占據有利攻擊位置最為關鍵。

隨著機動性大幅度提高同時配有先進雷達和導彈的F-15戰鬥機的服役,戰場製空戰鬥機的密度進一步下降。在貝卡穀地的戰鬥中,以色列基本隻在戰場上空保持12架戰鬥機巡邏,到了海灣戰爭中則又進了一步,多國部隊的製空力量基本隻有20架F-15組成的鷹牆,負責掩護數百架攻擊機攻擊,控製數萬平方公裏的空域。

[專題]中型四代戰機:質次價高難堪大用

有網友在端午節前幾天拍到中國某款戰機運輸照,各大軍事論壇紛紛對此戰機進行了分析:“此機采取常規布局中單翼,大平尾,傾斜雙尾翼,機長17米上下,機高5米上下,翼展12米左右,空重量12噸左右。”有網友猜測:“這款隱形戰機可能是沈飛設計的四代隱形戰機。”圖為疑似中國中型四代機。

掌握空情的製空戰機將在空戰中占據絕對優勢

越南戰爭中的米格21和貝卡穀地的F-15向我們解釋了空情掌握的巨大價值,在地麵雷達網的引導下,米格21和F-15繞開敵方戰鬥機火控雷達狹小的掃描區域,從敵戰鬥機後方發起掠襲,具有驚人的殺傷效果,在越南戰爭中米格21在有一段時期甚至創造了12:1的驚人交換比,而F-15在貝卡穀地創造的82:0的奇跡,都是來源於自身不對稱的信息優勢。

戰鬥機的世界裏沒有夠用就行隻追求最優秀性能

在四代機的對抗中,空情掌握能力的影響將更為巨大,麵對隱身飛機,機載火控雷達戰術作用極度弱化,同時電子戰能力迅速提升,也就必需要四代機平時關閉雷達保持無線電靜默狀態,必須依靠預警機和大型地麵雷達站掌握空情搶占有利空戰位置。從朝鮮戰爭以來的經驗來看,製空戰鬥機的使用,貫徹的原則,是列寧的一句話:“寧可少些,也要好些”。我國生產300到400架殲20戰鬥機,本身就足以滿足製空作戰的需求,而投入所謂的中型製空戰鬥機,卻反而會影響戰場空情,複雜指揮,反過來降低製空作戰的效率。

需要指出的是,戰鬥機設計從來沒有什麽夠用就行的說法,對於製空戰鬥機來說,追求當前技術下能達到的最好性能才是可行的,因為你麵對的對手不可能是你一廂情願所指望壓倒的老式戰鬥機或者攻擊機,你必然會跟對方的製空戰鬥機遭遇。墨菲定律告訴我們:“事情如果有變壞的可能,不管這種可能性有多小,它總會發生”。

而且“低檔”戰鬥機遭遇“高檔”戰鬥機不是可能性很小,而是基本上隨時會發生。製空戰鬥機需要有數量,但是必須是以質量為保證。

現代飛機

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F-35采用的F-135型發動機已經是人類曆史上推力最大的戰鬥機用發動機,但仍存在動力不足的缺點。圖為F-135型發動機。

F-35戰機采取推力最大發動機機動性仍偏低

在製空作戰中,單台大推力發動機或者兩台中等推力發動機的中型四代機,對比兩台大推力發動機的重型四代機,都有著天然的劣勢。如果中型四代機價格低廉到足以形成相當規模數量,那其飛行性能在加速性和爬升率上都比不了於F-15和蘇-27這樣的重型製空三代機。

F-35采用的F-135型發動機已經是人類曆史上推力最大的戰鬥機用發動機,推力達到了178千牛(折合18.2噸),但是F-35A空重達到了13170千克,內載燃料8382千克,空戰狀態下重量(空重+一半燃料重量+武器重量+人員重量)預計將達到17900千克以上,推重比隻能勉強達到1.01,在三代機中都算是中等偏下的水平。

作為對比,F-22戰機空戰狀態推比接近1.4,F-15推比也在1.3以上。受到推重比影響,該機的爬升率和加速性能都類似於F/A-18,遠劣於F-16,最大飛行速度隻有1.6倍音速。同時,該機的機翼麵積隻有42.70平方米,空戰狀態的翼載荷高達419千克/平方米,相對應F-15的翼載荷隻有318千克/平方米,F-35的翼載荷在三代機中僅僅略優於使用可變後掠翼的F-14。

中國發動機落後於美國中型四代機機動性相當堪憂

在和三代機的對抗中,該機可以憑借先進的航電和隱身能力取得優勢,但是在製空作戰中麵對F-22或者殲20這樣真正的四代製空戰鬥機,其還會有什麽優勢嗎?中國設計的四代機也必然會麵對這個問題,如果基於前述兩種發動機設計,在中國複合材料技術落後於美國,不能像F-35那樣大量采用複合材料減重,也受到價格限製不能像F-22和殲20那樣大量采用鈦合金減重的情況下。

使用單台WS-15的戰鬥機在保證足夠內油的情況下,其空機重量很難壓縮到12噸以內,而WS15發動機的推力隻有16噸,雖然與F-135相比涵道比較小,在高速性能上有優勢,但是其推重比的劣勢也一如既往的繼承了下來,在確保基本的航程需求的情況下,該機至少需要6噸內油,所以空戰重量將至少達到15.5噸(12噸空重+3噸內油+0.5噸武器和人員),推重比隻有1.03,基本上來說不要指望有超音速巡航能力和較好的爬升加速能力,這樣的飛機在與具有真正4S特性的戰鬥機的對抗中,生存力相當堪憂。

中型四代中型機使用雙發體重將嚴重超標

如果使用兩台9500千克推力發動機的型號,又會如何?如果該型發動機按照F414發動機的標準設計,其單台重量將超過1100千克,兩台發動機總重達到2200千克,而單台WS-15發動機如果不安裝推力矢量噴口將在1600千克左右,等於比單發構型增重600千克。就算是單發飛機發動機增重600千克也將至少增加2000千克的空重,而雙發戰鬥機和單發戰鬥機相比需要更寬的機身、更大的鈦合金隔框,空重增長幅度甚至會達到3000千克以上,考慮到燃油也要隨之增加至少1.5噸以保持足夠的載油係數,該機的空戰重量將達到20.5噸甚至更多。

兩台9500千克推力發動機甚至不能使得該機空戰推重比超過1。同時,在同等噸位條件下,單發比雙發在設計上有明顯優勢,重量低、結構效率高、氣動阻力小,雙中推構型同等推比下性能也落後於單大推構型,更不要說推比還遠遠不如了,其爬升-加速性能將會像F-4這樣的二代戰鬥機靠攏。這兩種中型四代機,對於四代機之間的空戰來說,幾乎近於無用,就像用夏利車跟法拉利跑車在賽車場比賽一樣。

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製空戰機永遠不應該以低檔次目標為考慮,因為奪取製空權是空軍存在的基礎。圖為F-22型戰機。

製空戰機永遠不應該以低檔次目標為考慮

製空戰機永遠不應該以低檔次目標為考慮,因為奪取製空權是空軍存在的基礎,製空戰鬥機需要的永遠是在現有技術和預期技術發展上達到最好,才能從容的應對技術的發展變化。所謂夠用就好,其實最後必然是不夠用,設計時候夠用,到服役的時候、到使用中期的時候都將麵對巨大的挑戰。

由於設計指標太低,這種飛機的服役時間將受到巨大的限製,甚至可能服役十年就完全無法用於製空作戰,之前的戰鬥機還可以外掛大量武器充當攻擊機,這種中型四代製空戰鬥機為了空戰性能還無法像F-35這樣的攻擊戰鬥機一樣內掛大型對地武器,在外掛彈藥徹底失去隱身性後,存在的價值恐怕也就是用來訓練飛行員了。

控製相同空域中型機需要比重型機數量多4倍

從另一個方麵來看,由於推重比的限製,中型四代戰鬥機缺乏足夠的速度、爬升率和加速性,導致該機很難適應製空作戰。製空作戰對飛機性能的要求最為全麵,飛行性能的差異將帶來製空作戰效果的巨大差異,以速度為例,F-22可以以1.45倍音速速度出擊,攻擊580公裏外的空中目標,從鬆開刹車到抵達作戰位置耗時約25分鍾,而中型四代戰鬥機不開加力的話隻能采用高亞音速飛行,25分鍾時間到達的截擊位置隻有300公裏左右等於是該機防空任務時候能覆蓋的區域隻有F-22的四分之一左右。

也就是說控製同樣空域需要四倍於F-22的飛機,這就讓數量優勢成為泡影,後文將對此進行詳細分析。四倍的飛機數量,還需要部署四倍的機場來確保覆蓋,需要四倍的飛行員,四倍的地勤人員,四倍的後勤支援,反應到戰時緊張的運輸條件下,產生的壓力就要以幾何級數放大。

現代飛機

就算中型機投入較多數量的戰機,也將在重型戰機絕對性的飛行性能優勢中被徹底抵消。圖為F-35型戰機。

中型機與重型機之間的飛行性能差距無法用導彈彌補

速度不光是在截擊中體現,在其他作戰中也是不可取代的優勢,根據《鋁與火的教訓》一文的介紹,在越南戰爭中米格-21的恐怖優勢是地麵引導和高速性能的完美結合,在一個戰例中“1968年2月,2架F-102為加油機護航飛行,長機赫然發現1枚未爆的空空導彈插在僚機的尾部!顯然,在渾然不覺的情況下,它們遭到了襲擊。這兩架飛機連忙返回泰國的基地,途中,襲擊它們的殺手米格21出現了,米格再次攻擊,迫使僚機墜毀。這個例子看似離奇,但在越戰中卻屢見不鮮,許多美軍軍機都是這樣被米格21掠襲下來的,而米格21高達2馬赫的速度卻讓美機連複仇的機會都沒有”,這就是戰鬥機超音速性能的充分體現。

而新一代的製空戰鬥機,也是人類曆史上超音速性能最好的一批,而F-22更是空前的超音速怪物,可以在高速下有相當的機動能力,還可以以1.45馬赫速度巡航飛行,中國的殲20戰鬥機也是基於高空高速思路發展的新一代製空戰鬥機。

同樣的道理,爬升率對於製空戰鬥機也是非常重要的,有足夠的爬升率才能奪取有利的空戰占位,而爬升率是對於推重比最為敏感的飛行性能,F-35和F-22處於同一高度開始爬升占位,F-22每一秒至少能比F-35多100米高度,始終保持占位優勢,從容選擇攻擊時機。

F-22和F35的對抗中如此,而在殲20和中型四代機的對抗中也是如此。在這種對抗中,就算中型方投入較多數量的戰鬥機,也將在重型戰鬥機絕對性的飛行性能優勢中被徹底抵消。即使在大離軸角發射的導彈大行其道的今天,推重比對於空戰的影響已經下降,但如此巨大的差異已經讓導彈無法彌補飛行性能上的不足了。

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現代戰機一半成本是航電係統中型機價格無法下降。圖為F-35型戰機座艙。

美軍F-22戰機單價隻比F-35貴1個半發動機錢

我們再回頭來討論一下數量優勢的問題。隻按照價格優勢來投入中型四代機,那先要解決的問題是,中型四代機對於重型四代機真有價格優勢嗎?

2010財政年度,F-22戰鬥機的飛離價格(扣除先期投資,不考慮後期維護成本的純成本),是1.6億美元,而同年,美國國防部宣布的F-35A預期目標單價是1.116億美元,看上去很不錯是嗎?兩架F-22的成本可以購買三架F-35了,但是請別急,這個價格是不包括配用的F-135發動機的,F-35A采用的發動機平均價格是1900萬美元,也就是說該機價格是1.306億美元,僅僅比F-22低3000萬美元,簡而言之就是說這種一台發動機的中型攻擊戰鬥機隻比兩台發動機的重型製空戰鬥機低一台半發動機的錢,機身和設備之類的價格差值隻相當於半台發動機而已。而這還是建立在F-22批量隻有183架,F-35批量超過3000架的基礎上,也就是說相當多的生產投資F-22是183架均攤,F-35則是3000架均攤,考慮到這個,還會覺得中型戰鬥機便宜嗎?

F-35航電係統采用商業部件無法與F-22相比

而且F-35相對F-22先進的航電設備采用大量成熟的商業部件,編程語言也采用了程序員最多並且采用麵向對象模式,開發成本最低的c++語言,而不是像F-22一樣采用使用極為狹窄且沒有采用麵向對象開發模式,導致開發成本遠超過c++語言的ADA語言。

在最昂貴的機載火控雷達上,最昂貴的部件是發射/接收模塊,而F-35采用的AN/APG-81雷達僅有1200個發射/接收模塊,F-22采用的AN/APG-77雷達則有超過2300個發射/接收模塊。雖然F-35的電子係統更加複雜,但是基於電子技術不斷的進步,其價格並不比F-22的係統更為昂貴。

同時,為了盡可能節約成本,F-35的機身大量采用複合材料,而不是像F-22一樣采用鈦合金;另外,F-135發動機也相對於針對製空作戰要求高性能的F-119發動機,降低了發動機工作參數,減少了貴重金屬材料的使用,有效的控製了成本。但是這些成本累加起來,也僅僅是半台發動機的價格而已。

戰機一半成本是航電係統中型機價格無法下降

這其實反映了一個現實,就是飛機本身機體部分的價格,在飛行器價格中的因素越來越低,FC-1戰鬥機機體和發動機總價格在700萬美元左右,而航電設備則高達800萬美元,航電設備已經成為了飛機價格的主體。一個12噸空重戰鬥機的機體,並不會比17噸空重的戰鬥機便宜什麽,同等航電配置下,雙發戰鬥機比單發戰鬥機昂貴的,恐怕也就是多一台發動機的價格了。但是相對於增加一台發動機帶來的飛行性能飛躍性提升,這一點代價是完全可以接受,或者說純粹是微不足道的。

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為了盡可能節約成本,F-35的機身大量采用複合材料,而不是像F-22一樣采用鈦合金。圖為F-22型戰機正在組裝。

也許有人提出,可以不要那麽好的航電設備來降低價格麽?這個恐怕是更不可能的,前麵已經提到,製空作戰中最重要的因素就是空情掌握,如果你換裝低成本的航電,怎麽確保空情掌握?而且現代先進空空導彈射程不斷提升,也需要采用先進的AESA雷達利用這個射程,以流星為代表的新一代中距離空空導彈,射程已經超過100公裏,那就需要雷達在強電磁幹擾環境下對100公裏距離上的典型目標建立起穩定跟蹤,這個要求隻有先進的AESA雷達才能實現,隻要采用AESA雷達,整個航電係統的成本就不可能太低。至於電子戰設備那更是不可能削減的,越戰中美國飛行員就寧願少掛兩枚空空導彈也要掛載兩個自衛電子戰吊艙。

這樣來說,等於是你的中型三代機電子設備必須采用與重型四代機相當的航電設備,除了因為機頭直徑造成雷達陣麵麵積較小,沒法裝載那麽多發射/接收單元以外,其他什麽成本都省不下來。就算強行發展一款中型四代戰鬥機,那無非也就是10架殲20的成本,可以換算成12架中型四代機,這個所謂的數量優勢在質量優勢麵前根本不值一提。

F-35的研發經費足以購買至少300架F-22戰機

根據F-22研製的經驗,F-22總采購成本隻有300多億美元,研製成本則需要400多億美元,F-35研製經費更是高達700億美元,現代戰鬥機研製費用攀升已經是不可遏製的趨勢。在這樣的趨勢下,光是中型四代機的研製成本,就足以采購上百架殲20戰鬥機在這樣的情況下,中型四代戰鬥機對於重型四代戰鬥機還有什麽優勢嗎?

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由於選擇了鴨式布局,殲-20的短距離起降能力也是相當出色的。瓦良格號航母上前點105米的長度完全可以滿足要求。圖為殲20戰機。

殲20甲板起飛距離可以比殲15短90米

當然也有人會問,中國未來航空母艦也需要艦載隱身戰鬥機,而殲20戰鬥機體型過於巨大,重量過大,沒法在航空母艦上彈射起飛,那還不是需要中型四代戰鬥機來頂替這個戰力空缺嗎?

中國海軍航空兵的整個訓練體係,已經基於滑躍起飛建立起來了,在其中已經投入了巨大成本,所有飛行人員都是基於滑躍起飛所訓練,而蒸汽彈射係統潛力較小,難以使用重型艦載機。在可以預見的將來,不太可能花費巨大代價拋棄原有的係統用蒸汽彈射係統取代,至於未來的電磁彈射器,使用簡單很多,彈射能力也大幅度提高,基本不存在無法彈射起飛的問題。至於滑躍起飛,殲20戰鬥機推重比遠遠高於蘇33戰鬥機。

而且靜不安定布局和先進的前翼可以產生巨大的升力,彈射起飛需要的距離可以大幅度縮短,蘇33可以在195米後點以32.2噸起飛重量起飛,而殲20以其巨大的氣動優勢在105米前點就可以用相當大重量起飛,並不存在無法滑躍起飛的問題。至於體型過於巨大的問題,就目前國內外分析,殲20戰鬥機長度在20米左右,小於蘇-33戰鬥機的22米,航母操作上比類似蘇33的殲15戰鬥機更為方便

殲20在護衛航母的防空戰中比中型機有壓倒性優勢

同時,航空母艦艦載機本身對截擊性能要求相當高,F-4和F-14都是作為航空母艦專用截擊機設計的,其發動機加力燃燒室無使用時間限製,就是為了從起飛開始就全加力盡快趕到攔截點攔截敵機,美國現役航母削弱了截擊能力是因為蘇聯解體再也沒有重大海空威脅,但是我國麵對的軍事環境更加複雜,攔截能力還是非常重要。殲20的攔截性能相對於中型四代機有著壓倒性的優勢,對於提高航空母艦編隊防空能力有著巨大的增強效果。

現代飛機

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中國構建空中進攻打擊體係不用照搬美國的思路,因為中國空軍沒有全球作戰的壓力。圖為殲20戰機。

F-35是攻擊機空戰能力隻以自衛為標準

因此在可以預見的未來,無論空戰技戰術怎麽發展,空軍的對地支援任務總是需要繼續發展的,而當前隨著空地一體化作戰的不斷推進,對地攻擊作戰需要數量較多的作戰飛機來應對不斷增加的支援需求。F-35戰鬥機,從項目選型時期就亮明了招牌,聯合攻擊戰鬥機(Joint Strike Fighter JSF),攻擊是第一使命,而空戰能力以自衛為標準,也是不打算投入製空作戰的,這個任務會被交給F-22戰鬥機。

殲20戰機與二炮配合就足以完成未來任務

如果我們仔細琢磨一下,我們還應看到這樣的問題。F-35作為隱身的四代攻擊機如果在已經掌握製空權的前提下執行近距離支援任務時,隱身的意義其實並不大。隻有在空情未明的前提下執行對地支援任務時,F-35的隱身優勢才能夠凸顯。中國自身構建的空中進攻打擊體係顯然不會照搬美國的思路,中國空軍沒有全球作戰的壓力,因此這使得中國空軍可以更多的依賴本土的傳感器係統配合作戰。

這就讓空情未明的情況大為減少。在這樣的大前提下,中國空軍依靠殲20突貫縱深摧毀對方的關鍵防禦節點,並且在二炮導彈部隊的支援下,可以有效的構建一個不一樣的打擊體係。因此,我們沒有必要去學習美軍在四代機上的高低搭配。

中國重裝陸軍與美國輕裝陸軍對飛機需求不同

每個國家都有自己獨特的體係,中美之間的體係必然會存在相似之處,但是絕對不能認為中國就一定會選擇與美國一樣的體係。中國陸軍的打擊能力之強、手段之豐富是令全世界陸軍所讚歎的,因此在解放軍的諸軍兵種合成進攻戰役中,陸軍對於近距離的打擊能力和手段是必須考慮在內的。

從美軍的作戰條令來看,美軍重視快速反應,對於戰場環境的建設更多依賴大係統和空基/天基傳感器。這種作戰模式必然導致美軍地麵輕裝部隊經常會遭遇大量無法通過自身伴隨火力解決的目標,在這樣的前提下,才會使美軍提出了非常嚴苛的近距支援任務要求。

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由此我們可以更清楚的看到,一種中型的、貌似廉價的四代戰鬥/攻擊機不是中國未來所需要的。在現階段各國軍費都比較緊張,用有限的經費去采購一種性能隻是馬馬虎虎的四代機,還不如購買更多的三代機改型更為劃算。

作者:鄧璞 周晨鳴





























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