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热烈庆祝歼十研发成功并正式列装

原创 IT生活 作者:myoasis 时间:2007-01-07 02:39:52 0 删除 编辑

中午看中央一套的新闻联播,惊喜地看到歼十战斗机正式列装的官方消息。虽然很久以前就知道它的存在,但毕竟都是非正式渠道,始终充满着神秘感!此时的心情确实是激动!有关歼十的详细介绍可参考以下:

20世纪80年代初,中国航空工业重新制定了“更新一代,研制一代,预研一代”的发展方针,即用较先进的歼-7、歼-8替代部分老式战机;研制歼-7、歼-8的后继改进型;以米格-29、苏-27为主要作战目标,预研能够满足2000年前后作战需要的先进战斗机。其中,第三个目标就演化成了后来的“猛龙”战斗机。这样一架新型战斗机需要先进空气动力设计、火控及航电设备、大推力涡扇发动机和空空导弹等多方面的有机结合,才有达到设计要求的可能。让我们把目光重新聚焦到那段时光,探寻中国的航空工业是否具备相应的技术基础。

气动布局 鸭式布局,简言之就是用主翼前方的鸭翼代替了后方的水平尾翼,这样做避免了正常布局的飞机在大迎角飞行时,水平尾翼舵面效率明显下降情况的出现。近距耦合是指鸭翼与主翼距离较小的鸭式布局,这种布局可以利用鸭翼前缘的脱体涡在主翼上翼面形成的有利干扰,产生涡升力,从而提高飞行性能,特别是大迎角飞行时的机动性能。同时,鸭式布局的飞机一般都采用大后掠角三角翼,普遍具有翼载低、阻力小的特点。由于这种布局在一定程度上兼顾了机动性能和超音速飞行性能,广为新一代战斗机所采用,尤其是EF-2000欧洲战斗机。如前文所述,“猛龙”采用这种气动布局更多缘自我国对鸭式布局的青睐和不懈研究,这让中国航空工业再一次抓住了先进气动布局发展的脉搏。“猛龙”采用鸭式布局也标志着国产战斗机彻底跳出了强调高空高速性能的有尾三角翼时代。

此外,“猛龙”还在国产战斗机中首次实际运用了机腹进气方式。这种进气方式在F-16上取得了极大的成功,可以满足飞机在大迎角飞行、高速转弯等极端状态上的进气要求。这样一来,“猛龙”战斗机的气动布局就具备了第三代和三代半战机的典型特性,使得其飞行性能可以媲美任何一种第三代战斗机。

前机身 图片资料显示,“猛龙”的前机身截面更接近于圆形,这显然是为了配合雷达罩截面。就前机身对气流进行整流压缩的效果看,这种设计确实不如F-16那种近似横椭圆截面的前机身。但是后者在大迎角时会提供一个上仰力矩,对F-16这种正常式布局飞机而言,由于平尾离重心较远,配平能力较强,问题还不大;对于静不稳定的近距耦合鸭式布局飞机而言,大迎角时鸭翼的配平负担已经相当大,再加上一个上仰力矩,无疑又挑上了一副重担。在推力矢量控制(TVC)技术出现以前,解决方法无非是加大鸭翼面积、使用升降副翼,但都会付出升力性能损失的代价。

所以,采用近距耦合鸭式布局腹部进气的战机中,只有“狮”沿用F-16的前机身设计,但其鸭翼面积相当大,可以预料其对机翼的下洗也将加大,造成机翼升力损失。米格1.44验证机前机身设计类似于“狮”,但已经确定采用推力矢量技术,可以大大减轻鸭翼的配平负担。而EF-2000则和“猛龙”一样采用了圆形截面前机身。笔者认为,“猛龙”采用圆形截面前机身设计,比套用F-16的设计更能够适合自身特点,至少在引入TVC技术之前是这样。

进气道 “猛龙”采用了矩形进气道,与F-16和“狮”的椭圆型进气道完全不同。如前所述,由于前机身设计与“狮”并不相同,进气道设计当然也不能全套照搬。另外,“猛龙”的进气口上唇口明显向前延伸,形成一块面积较大的延伸板。这块延伸板不仅起到了隔离附面层的作用,而且弥补了圆形前机身整流压缩效率不高的缺点。这种设计在EF-2000上同样可见,但是这样的设计付出的是重量代价。为了获得优良的超音速飞行性能,“猛龙”估计采用了可调式进气道。

座舱罩 “猛龙”是第一种从一开始就采用整体式前风挡的国产战斗机。对于座舱罩的外形,某些分析指出,“猛龙”战斗机座舱罩顶部的曲线接近于直线,“接近直线的设计会让飞行员坐得更矮一点,如同苏联米格-29战机一样,由于飞行员坐得太矮,所以西方飞行员试飞后的评价是:虽然有气泡状的形状,但真正的视角范围仍然远不如预期中那么好。”同时也指出:“这并不是说米格-29或‘猛龙’的设计者头脑有问题,故意让飞行员坐那么矮,而是外凸的座舱罩对于气动力学或是结构力学都有不利影响。外凸的曲线会让座舱罩更深入机身上方的流场,对于机身后段产生不小的影响。座舱罩越外凸也意味着它将承受更大的空气压力。”因此,这样的设计更可以看作一种折衷的做法。

鸭翼 由照片可见,“猛龙”的鸭翼采用切尖三角翼。这种机翼升力特性较差,必然会增大鸭翼配平阻力;但另一方面,这种大后掠机翼的失速性能较好,失速迎角较大。为了保证飞机的大迎角控制能力,选择这种机翼也在情理之中。

另外,与“阵风”和JAS39类似,“猛龙”的鸭翼后缘止于接近主翼前缘位置。而同为鸭式布局的“台风”和“狮”则分别走了两个极端,一个将鸭翼和主翼的距离拉得很开,另一个的鸭翼和主翼有很大一块重叠面积。决定两者之间的合理位置既要考虑配平方面的要求,又要权衡鸭翼在大迎角飞行时对主翼的有利干扰,以及鸭翼所产生增升效果的轻重(在鸭式布局中,增强一方就意味着削弱另一方),最终的拍板定案往往需要无数的理论计算和试验调试,相信会得到一个最优化的结果。

机翼 “猛龙”战斗机的主翼是具有较大后掠角的小展弦比三角翼。这种机翼具有零升阻力系数小、失速特性好、从亚音速到超音速时焦点移动量小的优点。较大的机翼面积也使飞机获得了较小的翼载,从而提高了机动性能;另一方面为安装更大的机翼油箱提供了方便。缺点是诱导阻力较大、升力线斜率低。通过与鸭式布局和大推力发动机的配合,这些固有缺点在“猛龙”上得到了很大改善。机翼的内侧前缘为固定前缘,外侧前缘装有机动襟翼,机翼后缘装有升降副翼,从中间分为左右两块。

垂直尾翼 作为鸭式布局战斗机的特征,巨大的垂直尾翼也出现在了“猛龙”战斗机的身上。“猛龙”的垂直尾翼又高又大,高是为了保证在大迎角飞行时,垂直尾翼仍能保持对方向的控制能力;大是为了保证飞机在超音速飞行是的方向稳定性。不仅如此,“猛龙”的尾部还安装了两块大面积腹鳍,显然设计师在方向稳定性方面留有充分的余地。垂尾根部有一个笔状的容器,减速伞就安装在其中。伞具由长期研制生产减速伞、降落伞、炸弹伞的宏伟机械厂负责研制,是类似苏-27的十字形结构。在此上方,则是常见的方向舵。

起落架 “猛龙”运用了目前飞机普遍采用的前三点式起落架,前起落架为双轮,在进气道下方,向后收起。这样做的好处是:万一起落架破损,异物不易被发动机吸入。一般腹部进气的战斗机都采用这样的起落架布置方式,但是这样也使起落架所能承受的强度降低,这可能也是大多数舰载机都采用两侧或肋下进气方式的原因吧!

主起落架为单轮,收起方向向前,但收起的方式比较复杂。由于后起落架的放置位置在机身中部,利用了进气道的内部空间,起落架张开时向外呈一定角度,呈外八字形,因此收起动作既要向前,还要向内。这使得起落架的动作装置相对复杂,但节约了翼下宝贵的空间,使“猛龙”具备了增加更多翼下挂架的潜力。类似的设计在F-16和“狮”上都可以见到。

减速板 “猛龙”战斗机共有四块减速板,机身后部、机翼根部上下各两块。上面的两块分居垂尾根部下方的两侧机身,外形为矩形;下面的两块处在紧靠机翼的机身两侧,近似正方形,面积较上方的两块略大。

动力装置

之前已经提到,“猛龙”的动力系统采用了一个复杂的方案,为其项目发展带来了不少隐患,好在俄罗斯的及时介入挽救了该机。否则,很难想象无法解决动力问题的“猛龙”还能够走多远。

留利卡·土星公司提供的AL-31FN型涡扇发动机从AL-31F改进而来,为了适应单发战斗机而做了相应改动。根据《简氏防务周刊》的报道,改进包括将附件传动箱移到发动机下方,简化发动机附件以及拆除内外涵流道的分离隔板。从而发动机长度从4.99米减小到4.95米,重量从1570公斤减小到1547公斤,发动机的推力没有改变,耗油率略有增加,从0.683公斤/牛·小时增加到0.699公斤/牛·小时。总体来说,AL-31FN秉承了AL-31系列发动机的优良特性,工作泼辣、加速伶俐、喘振余度高。除了暂时填补了“猛龙”战斗机的发动机空缺外,也为其飞行性能提供了基本的保证。由于AL-31FN的改进主要致力于适应单发战斗机的要求上,其性能水平并没有得到有效改善,仍然停留在80年代初期水平,显然无法适应“猛龙”战斗机长期发展的需要。

前文已经介绍过,AL-31FN只是暂时的替代品,真正与“猛龙”配套的动力装置另有其他型号。根据公开资料,上世纪80年代初期,我国获得了一批CFM56-3型涡扇发动机。CFM56-3是一种广泛用于各类喷气式客机及其改型的大涵道比涡扇发动机,采用了与美国军用涡扇发动机F101相同的核心机(燃气发生器,即发动机上产生高温高压燃气的核心部件),著名的F110系列军用涡扇发动机也是在这一核心机的基础上结合F404发动机风扇和喷管等技术研制成功的。由于F110发动机技术水平先进,推力量级也接近“猛龙”的需要,当时的航空工业部门很可能希望以上述核心机为基础,瞄准F110型涡扇发动机为“猛龙”研制一款性能相近的发动机。根据国内公开报道,在某引进核心机基础上研制的新型涡扇发动机具有较高的技术水平,其最大推力达到13200千牛,推重比为7.5,涡轮前温度为1747K,主要性能指标全面超过AL-31F发动机,总体性能水平与美军1991年投入使用的F110-GE-129IPE型发动机基本持平,可以装备“猛龙”和某引进型号的国产化改型。

航电及火控系统 综合航空电子系统是通过中央控制单元的计算机和软件,用数据总线将各传感器和电子设备连接起来。这样可以简化系统间的连接、减轻设备间的系统干扰和电子干扰,并提高信息资源的共享度,有助于提高作战飞机的性能,是第三代战斗机的标志性特征之一。公开资料显示,中国的综合航空电子系统起步于上世纪80年代初,从某种程度上说是与西方军事交流的必然结果。在研究过程中,我国设计部门参考成熟的MIL-STD-1553B数据总线通用标准,建立了我国自己的数据总线标准——GJB-289A。同时,经过10多年的不懈努力,综合化航空电子系统的初步研究成果成功地应用于某型战斗机上。这为我国综合化航空电子系统的进一步发展以及在“猛龙”上的运用奠定了坚实基础。

根据通常的配置,综合航电系统大致包括火控雷达、通信—导航系统、电子对抗系统、座舱显示系统、任务管理系统、数据传输设备等。关于“猛龙”火控雷达的传言颇多,包括俄罗斯的“珍珠”、以色列的EL/M-2032、意大利的Grifo 2000/16以及国产的几个型号等。或许针对“猛龙”火控雷达的选型,确实展开过大规模国际招标。种种迹象显示,国产雷达的获胜几率可能略大一些。对比上述型号,大致可以勾勒出“猛龙”火控雷达的形象:它是一种全数字化多模态全波形脉冲多普勒雷达,采用了脉冲压缩技术和频率捷变技术,对战斗机类目标的最大发现距离不小于100公里,能同时攻击两个以上目标,具有丰富的对地对海功能,在抗干扰能力和数据处理能力上也应该明显优于早期第三代战斗机上的产品。

通信、导航、敌我识别、电子对抗等系统一直是我们的软肋,长期以来,抗干扰能力差、体积庞大、可靠性差等问题一直伴随着这些系统。但是,随着自身的不断努力和有益的技术交流,近年来,中国在这些领域取得了长足进步,两年一度的珠海航展和其他一些相关展览就是这些进步的展示舞台。随着这些产品不断推陈出新、功能不断精益求精,可以想象,它们在“猛龙”身上所体现出的,也一定是更上一层楼的水平。

有了FC-1战斗机的“一平三下”,许多读者对“猛龙”的座舱水平一定有了更高的预期。笔者认为,“一平三下”已经可以满足“猛龙”战斗机的性能要求,更高的配置会增加不必要的成本。出于备份和便于飞行员适应的角度,“猛龙”应该会保留部分显示仪表。头盔瞄准具似乎是我国的强项,我国不仅迅速完成了某型头盔瞄准具的仿制,更在短短几年时间内就使其产品性能较原型有了大幅提高。如果能够获得以色列的技术支持,中国研究机构可能只要几年时间就可以制成与F-35战机头盔显示系统类似的装置。

数据传输设备也就是通常所说的数据链,不仅是作战单位间信息传输的关键设备,也是军用联合战术信息分发系统的基本构成。这方面资料目前比较匮乏,但我国在这一领域并非无所作为,第一代数据传输设备早已使用了,功能更强的第二代产品也在技术攻关中。

综上所述,“猛龙”的航电系统在各关键设备上已经具备了相当的实力,保守估计,其总体水平应该可以超过F-16C/D Block40/42,与F-16C/D Block50/52大致相当。

这里有必要提一下“猛龙”的四大关键技术之一——数字式电传操纵系统。由于鸭式布局的先天特性,只有配备电传操纵系统才能实现飞机的稳定控制,并最大限度的发挥鸭式布局机动灵活的特点。细数我国电传操纵系统的发展,我们可以发现,从BW-1到歼-8ACT,再到歼-8ⅡACT,可谓是一步一个脚印逐渐走向成熟。然而,“猛龙”的电传操纵系统似乎游离于这一发展进程之外。笔者可以断定的是,这套数字式电传系统为“猛龙”战斗机全面提升性能提供了必要的保证,至今没有造成重大飞行事故。甚至有评论称,“猛龙”的操纵系统可以采用国际上在20世纪90年代发展的综合气动控制技术,对飞机操纵面进行优化控制,显著提高飞机的控制效率、响应速度以及气动效能,是一种典型的三代半战斗机技术。如果这种说法属实,那么“猛龙”的飞行性能就更让人叹为观止了。

武器系统

“猛龙”的固定武器是一门6管23毫米机炮。这种机炮属“加林特”型6管旋转炮,其工作原理与美国M61A1“火神”相同,但其具体结构有所差异。全炮系统由某型6管23毫米机炮、液压驱动装置和射击程控箱构成,全重115公斤。该炮主要特点是射速高,射速达6000发/分,初速820米/秒。由于每根炮管工作负担减轻,工作寿命得以大大延长。该炮安装在进气道下方,起落架的左侧。

根据早些时候的图片分析,“猛龙”只有7个外挂点,1个位于机腹中线位置,两侧机翼各3个。外挂点数量只与轻量级的JAS-39相等,少于其他三代/三代半战斗机。当“猛龙”战斗机为了到达更遥远空域而不得不携带三个副油箱时,留给其他武器的就只有四个挂载能力最弱的翼下挂点了。这种外挂状态下,“猛龙”只能承担基本的防空巡逻任务。如果要腾出挂点增加武器的挂载量,则航程就会受到影响。

新近出现的“猛龙”战斗机地面展示照片显示,设计人员在“猛龙”进气道/发动机外部整流罩的前部和后部分别增加了两个外挂点,一定程度上改善了“猛龙”缺乏外挂点的问题。图片显示,这些挂点由于位置等原因的限制,只能提供有限的挂载能力,比如低阻航空炸弹和各类吊舱等,甚至精确制导炸弹也会因为控制面过大而无法挂载。当然,这种粗糙的改良对于只具有有限对地攻击的“猛龙”初期型号来说已经够用了。但是仍有不少问题值得思考:让“猛龙”投放航空炸弹攻击地面目标,效费比军方是否能够接受?为什么不动翼尖挂点的脑筋,而在空间局促的机腹部做文章?

试飞阶段,“猛龙”主要挂载的是PL-8型格斗导弹和某型中距导弹。PL-8是以色列“怪蛇”3的国产仿制型号,性能优良,目前已经装备许多国产战斗机,并已推出若干改进型号,是目前我国的主力格斗导弹。某型中距导弹同样有一定的外来血统。若干年前这种导弹已经研制成功,因为研制周期过长,性能方面也无法令人满意,估计很难看到其大量服役。从长远来看,PL-8导弹虽性能尚可,但经不起时间的考验。随着新一代格斗导弹如AIM-9X、ASRAAM等不断问世,对PL-8的改进必然无法满足长期性能要求。好在PL-8并非后继无人,多篇关于空空导弹研究院的公开报道指出,该院已经突破了红外焦平面导引头核心技术。珠海航展上也传出信息:新型红外焦平面导引头的离轴发射角可以达到±90°。随着相关技术的成熟,相信新型红外空空导弹很快可以成型。

根据前面诸多分析,我们可以认定,“猛龙”是一种突出空战能力的新型战斗机。由于采用了大面积三角翼,该机可以获得较小的翼载,加上近距耦合的增升作用和大推重比发动机的贡献,其盘旋性能不可谓不佳;低展弦比大三角翼还具有从亚音速到超音速时焦点移动量小的优点;大推力的涡扇发动机足以提供在空战最频繁发生的跨音速段的优良加速性能;如果能够换装“太行”发动机,“猛龙”还能够获得更强的垂直机动性能;哪怕高速性能,“猛龙”也不甘落后。虽然结构复杂的进气道构型增加了一定重量,但是其与大面积垂尾和腹鳍遥相呼应,充分保证了“猛龙”的高速性能。

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