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目測殲20性能:與F-22同級的重型隱身戰機(網易網友)

(2011-01-12 06:30:58) 下一個

近日,國內互聯網上出現了國產第五代戰鬥機的係列照片,這些照片得到了西方軍事觀察家的確認。那麽中國第五代隱形戰鬥機的各項性能相比F-22如何?是否具備隱身能力?是否具備超音速巡航能力?采用什麽發動機?

  隱形戰鬥機回顧:YF-22與YF-23

  第五代戰鬥機的性能特點可以用4S來概括,即:“隱身、超音速巡航、超機動和短距起降”,其中具備革命性的就是隱身性能。

  五代戰鬥機的隱身性能采用的是波束控製概念,即利用雷達必須接收目標反射回來的電磁波才能探測到目標的原理,讓照射到本身的電磁波偏離照射方向。要想實現波束控製必須盡可能消除飛機上的強反射源,包括垂直麵、鼓包、台階等,主要邊緣如機翼必須平行,除了外形隱身還不夠,同時還需要采用吸波材料,共同作用來降低飛機的雷達反射麵積。根據美國空軍的對抗演習,F-22對四代機有驚人的空戰交換比,很大程度上就是依賴隱身性能取得的。



YF-23與YF-22兩款技術驗證機一起伴飛。YF-22正是憑著機動性的優勢在美國空軍第五代戰機項目上最終擊敗了隱身性占優的YF-23


  不過隱身性能隻是飛機作戰性能一個因素,過分的強調隱身性能反而對飛機的其他性能如機動性能造成負麵影響,所以第五代戰鬥機盡可能在各個作戰指標之間取得一定的平衡,其中最典型的就是F-22戰鬥機。當年美國空軍的ATF計劃催生了YF-22、YF-23兩款技術驗證機,YF-23比YF-22隱身性能更好,其原因在於YF-22的後緣前掠角為17度,與前緣後掠角並不一致,這樣就造成機翼、尾翼的邊緣並不平行,所以其強波束反射隻能控製在8個角度左右,相比之下,YF-23的機翼、尾翼平行,強波束反射控製可以在4個以內。但YF-22的設計增加了機翼麵積,降低了翼荷,提高了飛機機動性能;而YF-23在機動性能方麵付出了更多的代價。最終憑借更好地兼顧了隱身與機動性之間的關係,YF-22得以擊敗YF-23,成為美國空軍的新一代戰鬥機。

  目測中國第五代戰鬥機:總體氣動布局

  總體概述 隱形重型戰鬥機

  從目前的圖片來看,中國第五代戰鬥機采用了單座、雙發、雙垂尾、帶邊條的鴨式氣動布局。通過參照物對比,可大致推測出該機長度超過20米、翼展超過13米,屬於一款雙發重型戰鬥機,但該機高度比殲10還低,估計在5米以內。該機的機頭、機身呈現菱形、垂直尾翼也向外傾斜,起落架艙門采用鋸齒邊設計,具備隱形戰鬥機的特征。

  主翼

  前麵提到,中國第五代戰鬥機采用帶邊條的鴨式布局,目前圖片沒有大角度的俯視或仰視圖,主翼翼型尚無法確定。但從現有圖片來推測,主翼應該是類似殲10的大三角翼,安裝位置在進氣道上邊緣,整體屬於上單翼設計。主翼帶有下反角,這也是上單翼戰鬥機的慣例,可以增加滾轉速度、提高飛機的敏捷性。



網上流傳的中國第五代戰鬥機的整體清晰照,從照片上看,中國第五代戰鬥機采用了單座、雙發、雙垂尾、帶邊條的鴨式氣動布局,具備隱形戰鬥機的特征


  邊條和鴨翼

  從四代戰鬥機(如F-16)開始,戰鬥機氣動設計采用了“渦升力”技術。即在主翼前麵,利用邊條翼、鴨翼產生強大渦流,渦流從主翼上翼麵掠過可以大幅增加主翼升力,這就是“渦升力”概念。F-16、殲10等四代戰鬥機利用“渦升力”技術獲得了比F-4、殲7好得多的機動性能。F-22則采用了進一步發展的“渦升力”技術,其采用3段式邊條,產生的組合渦流更強大;並且其邊條已非傳統的邊條翼,F-22利用機頭棱線、進氣口上唇口、進氣道前部棱線產生渦流,付出的阻力代價更小、對隱身更有利。

  中國第五代戰鬥機采用的也是類似F-22的3段式“棱線”邊條,並且在進氣道前部設有帶明顯上反角的鴨翼。這應該是因為鴨翼安裝位置與主翼處於同一平麵,帶上反角可以提高渦流位置,保證從主翼上翼麵掠過。邊條和鴨翼兩種措施同時出現,中國五代戰機對“渦升力”的利用應該比F-22還要充分。

  垂直尾翼和腹鰭

  中國第五代戰鬥機采用了外傾的雙垂尾設計,從圖片來看,明顯是全動垂尾。這是配合“渦升力”利用的一個設計,渦流強度的提高會對垂直尾翼造成影響,降低飛機的縱向穩定性,需要減小垂尾麵積;而減小垂尾麵積又會減低垂尾效能,所以須采用全動垂尾去解決。

  另外,中國五代戰鬥機還設有F-22所沒有的腹鰭,這是增加大迎角情況下飛機縱向穩定性的一個措施。俄羅斯的T-50也采用了腹鰭配合全動垂尾的設計。腹鰭會增加額外的重量、並會對隱身構成不利影響,之後會不會取消可能需要視試飛的情況而定。



網上流傳的中國五代機正麵照片。從圖中可看出五代機采用了邊條和鴨翼(圖中紅圈處)來提供比F-22(F-22屬於常規布局)更好的機動能力,也許這是為彌補發動機性能差距而做出的設計


  總體評價

  中國第五代戰鬥機機身較長,長細比大,鴨式布局比常規布局有更好光滑的縱向麵積分布,可以得到較低的超音速阻力。隻要發動機性能能跟上,可以獲得超音速巡航能力。從邊條、鴨翼兩種增升措施同時使用的情況來看,中國五代戰鬥機比F-22更注重通過氣動設計來獲得好的機動能力,這也許是因為中國設計師意識到發動機性能差距難以縮小,所以通過更超前的氣動設計來彌補。當然,對“渦升力”的深度利用、全動垂尾的采用,對飛行控製軟件的設計提出了極高的要求,這從側麵上也反映了中國設計師的自信。總的來說,通過采用更超前的氣動設計,即便以後發動機性能較差,中國五代戰鬥機也可以獲得與F-22基本相當的機動性能。

  隱身方麵,中國五代戰鬥機總體上采用了隱身設計,同時鴨翼和腹鰭的存在對隱身性能構成了不利影響,正麵RCS值應該會大於F-22。但鴨翼、腹鰭麵積都非常小,中國五代戰鬥機的正麵RCS值與F-22應該還是處於同一級別,對實戰影響不大。

  所以總的來看,中國五代戰鬥機的外觀特征反映了體現了設計者力求在隱身、機動和超音速巡航等技術指標上實現平衡。中國五代戰鬥機的機動性能應該與F-22相當,隱身能力比F-22略差。

  目測中國第五代戰鬥機:進氣道、起落架、彈艙、座艙

  起落架

  中國五代戰鬥機的主起落架艙設在機身側麵,有較大的幾乎截斷機身側麵的艙蓋開口,起落架支柱與主翼承力部件連接,由於采用上單翼設計,主翼離地高度較大,所以主起落架支柱也比較長。

  進氣道

  從圖片來看,中國第五代戰鬥機采用了DSI進氣道。DSI進氣道首先在美國F-35戰鬥機上應有,之後中國成飛也在梟龍戰鬥機上進行了應用。DSI進氣道通過進氣口前的一個3維鼓包達到消除空氣附麵層的目的,具有重量輕、適應速度範圍廣、不會對隱形造成影響的優點。中國第五代戰鬥機的進氣口緊貼機身側麵的拉長四邊形,3維鼓包位於進氣口上半部的前方,設計較為獨特。

  從起落架艙設在機身側麵來判斷,中國第五代戰鬥機的進氣道設計采用了S形彎曲,加上進氣口橫向尺寸很窄,所以估計發動機風扇會被完全遮蔽,有利於隱身。



網上流傳的中國五代機側麵照。從上圖可看出五代機采用了與F-35類似的DSI進氣道(紅圈處)。在下圖中可看出五代機將主彈艙設置在了機身腹部,並采用了整體式座艙蓋,整體式座艙蓋此前隻有F-16和F-22有采用,連歐洲的台風和俄羅斯的T-50都沒有運用。以上這些都體現了中國巨大的技術進步


  彈艙

  從起落架艙設在機身側麵還可以推測出,中國第五代戰鬥機與F-22一樣,將主彈艙設置在機身腹部。這也是一個隱身的重要措施,內載武器可以消除外掛武器和機體之間的互反射效應,同時可以大幅降低飛行阻力。有消息指中國相關廠所已經研製了用於彈艙發射導彈用的伸縮式導彈發射架,配合第五代戰鬥機的發展。

  現在還不明確的是,中國第五代戰鬥機是否會在進氣口與起落架艙之間設置側麵輔助彈艙,F-22在這個位置上放置了2枚體積較小的AIM-9X格鬥導彈。

  座艙

  從圖片可以看出,中國第五代戰鬥機采用了整體式座艙蓋,這也是一個亮點。對於視距內的近距格鬥空戰,飛行員需要良好的視野,過去由於材料及工藝不足,我國戰鬥機多采用帶曲形風檔的座艙蓋,限製了飛行員視野。而采用整體式艙蓋的當今戰鬥機隻有美國的F-16、F-22兩種,連歐洲的台風及俄羅斯的T-50都沒有做到,這充分反映了中國工業基礎的進步。

  目測中國第五代戰鬥機:航電係統

  雷達

  從圖片上看,中國第五代戰鬥機的座艙靠前,機頭非常短促、空間有限,這其實是一個好消息。因為這樣就意味著火控雷達采用了有源相控陣雷達,相控陣雷達由於實現了電子掃描,因此就不需要機械機構來轉動天線,這樣就明顯降低了係統的體積,所以F-22、F-35和T-50的機頭都非常短。相控陣雷達還可以把天線做成向上傾斜,以偏離照射的雷達電波,相比較而言機械掃描天線必須是垂直,這樣當被對方雷達電波照射的時候,就會形成較強的反射。有源相控陣的隱身能力還體現在可以采用低截獲概率,工作模式包括多種波形、猝發等,以躲避對方電子係統的探測。

  分布式紅外探測係統

  另外,中國第五代戰鬥機的座艙前並沒有鼓包形的紅外探測係統,可能采用了分布式紅外探測係統,類似於F-35的DAS係統,即在機身不同部件安裝光學窗口,然後由後台數據處理係統對不同器件獲得的圖像進行融合,這樣的好處就是省略了機械轉動機構,同時光學器件可以最大限度的埋入機身以內,再加上對窗口進行鋸齒處理,就會降低係統的體積和重量,提高飛機的隱身能力。



網上流傳的中國五代機另一張側麵照。從圖片上看,五代機座艙靠前,與F-22、F-35和T-50的機頭一樣非常短促,說明該機可能采用了有源相控陣雷達。另外因為沒有鼓包形的紅外探測係統,因此可能采用了分布式紅外探測係統。圖中圖(左)為在今年珠海航展上展出的四代機模擬座艙,已經使用了大屏幕座艙顯示係統


  總體評價

  這樣就意味著我國航空電子係統的數據處理能力的飛躍,已經跨越了F-22的寶石台係統,而直接向F-35的寶石柱係統看齊,也就是所謂的綜合射頻管理係統。即機載相控陣不僅僅是是一部雷達,還可以用作電子對抗、數據鏈等多種用途,強大的數據處理係統需要先進、完善的座艙顯示係統配合,以向飛行員提供近實時的戰場態勢感知,並提供空戰戰術的輔助決策。本次珠海航展我國洛陽光電研究中心已經展出了大屏幕座艙顯示係統,從相關資料來看,該座艙與F-35一樣,采用了大屏幕顯示技術,這樣飛行員可以從一塊屏幕上得到所有的信息,而不用在多塊屏幕上來回切換。飛行員可以迅速得到大範圍的戰場態勢,從而有更多的時間去維持戰機周圍的空情掌握,這對於提高飛機的近距格鬥能力也有很大的幫助。

  目測中國第五代戰鬥機:發動機

  從發動機的噴口來看,中國第五代戰鬥機目前仍然使用俄羅斯的AL-31F發動機。這也符合戰機研製的一般規律,國外先進戰鬥機在試飛時也往往采用成熟的發動機,以降低原型機試飛的難度和風險。

  但第五代戰鬥機內設彈艙,全機重量較大,另外要求具備超音速巡航能力,AL-31F發動機難以滿足試飛的要求,無法將飛機的右側包線飛出來。根據外媒報道,中國也已經展開渦扇15發動機的研製工作,但研製進度落後於飛機本身,渦扇15的研製進度將決定中國第五代戰鬥機的進度,樂觀估計在2020-2025年間可以投入服役。

  當然,如果渦扇15研製遭遇困難,也不排除會先使用國產渦扇10太行發動機的改進型、或俄羅斯AL-31F的推力加強版發動機。但這樣會導致飛機機動性能出現較大幅度的下降,這顯然是中國軍方不願意看到的。



從尾噴口上看,中國五代機目前仍然使用的是俄羅斯AL-31F發動機。此後中國將為五代機換裝渦扇15發動機,不過目前渦扇15的研製進度落後於飛機本身,由於其研製進度將直接決定中國五代機的進度,樂觀估計中國五代機在2020-2025年間可以投入服役



  中國第五代戰鬥機的意義

  在2009年底,中國空軍副司令何為榮在央視節目中透露了中國五代戰鬥機將很快首飛。這一消息引起了外界廣泛的質疑,央視軍事節目的專家們認為是殲10改進型戰機,即便是最樂觀的中國軍事愛好者都難以相信,國產重型隱形戰鬥機會來得如此之快。

  但僅僅一年之後,何副司令透露的消息得到了證實,中國第五代戰鬥機僅比俄羅斯T-50晚了一年。而放眼全球,美國空軍由於軍費所限,先進的F-22僅裝備了187架就停止了生產,性能有所削弱的F-35目前進度拖延,估計正式服役要到2013年。歐洲等國得到F-35的時間至少會到2015年之後,不是項目合作國的日本、韓國要得到F-35最快也需要等到2020年之後。所以,很可能出現的情況是,中國將與日本、韓國幾乎同期裝備第五代戰鬥機,而中國第五代戰鬥機設計指標瞄準F-22,F-35很難在空戰中與之對抗。除非美國重啟F-22生產線,並對外出口,否則中國空軍將會在2025年左右取得東亞地區的質量、數量雙優勢。

來源: 網易軍事
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評論
都市紅塵 回複 悄悄話 本文寫的很好,但是在發動機部分有一個錯誤:
2011年1月11日試飛的那次,飛行的殲20飛機裝備的不是AL31發動機,而是國產的發動機,型號不詳。
殲20原型機有兩架,一個裝備的是AL31,就是俗稱的“黑菊花”(尾噴口為黑色),還有一架裝備的是國產發動機,俗稱“白菊花”(尾噴口為白色),試飛的那天的飛機是白菊花,非常明顯。
此外,兩架飛機的編號都是2001
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