> 产品分类 / PRODUCTS CLASS

h88和记工程机械有限公司

联系人:张经理 18994949493

微信:18994949493

地址:徐州金山桥工业园

您现在的位置:主页 > 新闻资讯 >

深度剖析中国四代隐形战机J-20(3)

作者:h88和记 发布于:2020-02-13 14:16 点击量:

  再先进的空空导弹,也要满足一定的发射条件。良好的敏捷性、爬升率仍是取得空战胜利的重要保障。

  对于军事航空爱好者来说,总希望能比较出各种先进战斗机的长短和优劣,而且最好能把战斗机的综合战斗力用数字的形式一目了然地表示。不过战斗机大部分与战斗性能相关的关键参数都是保密的,而且是要经过试飞测试才能获得的。加上不同的文章、不同的资料来源出于不同的立场和观点,对同样的飞机褒贬不一。因此,即使对专家而言,想找到现成数据,从比较客观的角度去衡量战斗机的能力也不是一件很容易的事。

  那么是不是不能给战斗机的空战能力打分呢?不是的。现在人们已经发展了不少评估战机能力的方法。这些方法首先根据对未来空战的分析判断,确定诸方面的权重,然后根据对战机气动外形的分析、对工业科研能力的估算,再结合少量的公开数据,战斗机的空战能力评分:对不同战斗机之间相同的项目的一一按同一标准估分,进而量化飞机的作战效能。

  这里我们就在上一专题对现代空战的分析判断的基础上,用一一评估了世界第四(五)代战斗机的作战能力,评分排序。由于被评估的不少参数并没有确定数据,所以在我们在每一项评估中都给出了所依据的技术评价原理,说明了所采用的评分理由。和缺乏细分分析,没有理论依据的随性打分完全不同。而整个理论介绍和分析对广大对于现代战机技术本质知之不多的读者来说,也具有较强的参考性。【详细】

  在分析的最开始,我们必须通过分析,确定出战斗机一个极为重要的参数的相对比值——“升阻比”。顾名思义,这是飞机飞行中所获得的升力与阻力的比值。这一数值几乎就等同于空气动力效率,愈大愈好。飞行器的升阻比越大,其空气动力性能越好,对飞行越有利。

  由于空气动力分析复杂性,我们先给出最终结论表格,再一一解释。F-22、YF-23、歼-20、T-50、F-35这五种典型的现代战斗机的升阻比评估如图,其中的原始增益,是相对常规布局的第三代战机而言的。【详细】

  通过关于歼-10战机的大量介绍,鸭翼的涡流增升效果已为广大关注军事的网民所了解,而其具体增益效果约有30%左右。而研究表明,歼-20同时采用机头棱边+鸭翼+机翼前边条的综合布局,可以得到高达60%的升力增益。这比F-22和F-35仅依靠机头棱边的10%增益、T-50的机头棱边+可动边条翼的30%增益高出不少,这也是歼-20气动设计的最大亮点所在。

  此外,翼身融合升力体设计还可有20%的增益。而对于这里所要评估的亚音速机动性来说,歼-20、T-50、YF-23等为追求高速性能的的大后掠角小展弦机翼有一定不利影响,F-35的中后掠角中展弦机翼却更适合。各种飞机不同的机体阻力也需考虑。经综合得出了各自飞机的升阻比增益值——歼-20以105%的比例遥遥领先于F-22的25%。

  在传统的飞行理论中,飞机的迎角是不能够超过其特定的失速迎角(一般在25-40度左右)的,否则飞机就会因上翼面的气流场分离而失速,进入尾旋甚至坠毁。随着现代航空科技的发展,通过采用推力矢量技术等方法,已经使飞机有可能超过失速迎角了。【详细】

  “过失速机动”是指飞机在上仰超过失速迎角之后区域的战术机动。这一概念包括两个层次的要求:

  一、在超过传统的失速迎角之后,仍然具有稳定飞行的能力,而不会失控进入尾旋;

  二、仍具有可靠的绕立轴、横轴或纵轴进行旋转的机头指向能力,仍然有能力完成可操纵的战术机动。

  对于第一点,大部分第三代战斗机(特别是第三代后期)都具有这种能力。但对于第二点,第三代常规布局战斗机只能依靠自身的气动特性保持稳定,直至因惯性等退出大仰角状态为止,其间飞行员只具有有限的控制俯仰状态的能力,并不具备过失速状态下的偏转和滚转能力。

  如苏-27战机最为著名的“普加乔夫眼镜蛇机动”, 机动过程中飞行员快速向后拉杆使机头上仰至110度~120度,形成短暂的机尾在前,机头在后的状态,然后推杆压机头,再恢复到原来水平状态。只能说跨入了过失速状态,但还不具备控制能力,不能随意机动。【详细】

  但对于 F-22来说,以上就不必担心了,凭借先进的TVC(推力矢量技术),F-22可以利用双发推力矢量差产生控制力矩,在近70°的大迎角下,机头指向的改变速率可达近90°/秒,还能保持这一仰角进行360度横滚。在此迎角之下,机头能精确地停留和指向某一角度,并且有足够的低头控制能力。

  F-22可以依靠TVC提供的推力矢量分量,维持和实时调整这个迎角,控制俯仰角和攻角误差在0.5°以内,以便机头指向目标、锁定和开火,随后快速推杆,使飞机回复到较小的迎角(还原和复位)。

  总之,要具备过失速机动性,良好的大迎角飞行品质和有效的控制手段是必需的两大基础。除了TVC,鸭翼也是有效的控制手段。歼-10首席试飞员雷强就曾透露,歼-10能做仰角达160°~170°的“眼镜蛇机动”,而且稳定性及保持时间比苏-27更好,形成短时间内战机后仰近乎倒飞的不可思议飞行状态。

  关于这一描述,很多军事迷和航空迷都认为纯属吹牛。但实际上,鸭翼差动能达到与TVC差动近似的大迎角控制能力,区别只是鸭翼无法提供向下的克服地球重力的推力矢量分量,不能保持大仰角状态而已。

  歼-10的双腹鳍,大垂尾的气动设计,加上鸭翼差动能够实施对左右涡流体系的主动控制,使得歼-10在相当大范围迎角能都有很好的横侧向稳定性。苏-27能甩到110°,静不稳定度更高,俯仰操纵面效率更高的歼-10甩到160°是可能的。更先进的歼-20就更不用说了。【详细】

  机动性是一个涵盖范围很广的概念,影响因素也有很多。需要说明的是,这里说飞机机动性,主要是指亚音速机动能力,包括常规机动性、非常规机动和控制性能的集合。超音速机动能力另有权重参数。 战斗机的基本的机动性包括加减速性能、转弯、爬升和滚转性能,以及飞机的盘旋性能,其代表指标是爬升率、最大盘旋过载、加速时间和持续盘旋角速度。如果要推估分析,可以以推重比、剩余推力、翼载和升阻比等为参考指标,而这些指标又都大都可以最终推究到发动机推力和气动布局的本源上。

  爬升率是指飞行器爬升时在单位时间内增加的高度,其计量单位为米/秒。它体现了飞机的垂直机动性。无论是格斗还是拦截,都需要应用飞机的爬升能力,在垂直片面内进行平飞加速、俯冲、跃升、筋斗等。因此爬升率历来都是战斗机最重要的机动性指标之一。爬升率的数值和单位都和“单位重量剩余功率”(SEP,其值等于飞行速度×(发动机可用推力-总阻力)/飞机当时总重)直接相关。SEP 和另一个机动指标——飞机加速性也直接相关。所以,推重比是飞机加速爬升的决定性指标。

  在绝对数值上,第二代战机的海平面最大爬升率一般在200-250米/秒左右,第三代战机270-300米秒左右,F-22则超过350米/秒。此外,计算爬升率的需要各种飞机处于同等条件。我们在这里使用的是最大非加力推力下的正常飞行爬升率(机内半油,加典型战斗载荷)。具体的推重比(发动机推力/战机重量参数)我们将在后续专题中展开详细讨论,这里先给出数值。减阻增益的估算是指细长的歼-20、YF-23更符合面积律分布要求,短粗的F-22、F-35则压差阻力偏大。不过这并不影响大局。

  加速爬升性能是飞机机动性的基础性指标,体现了飞机迅速改变自身速度、高度的能力,其占飞机亚音速机动性能的比重我们酌定为30%。【详细】

  从放宽静稳定度的第三代战斗机开始,敏捷性这一概念从机动性中衍生、独立出来并得到重视。战斗机的敏捷性是指飞机迅速改变飞行状态的能力,从数学定义上来说,机动性反映的是飞机对其状态的变化率,敏捷性则反映了在单位时间内这一变化率的变化率。它突出了在机动性能的基础上飞机对指令的响应,强调了其时间特性,也被称之为瞬时机动性。而简单地说就是飞机反应敏捷迅速、操控响应性好。这是关于飞机机动性的高级评价,其代表指标是瞬时盘旋角速度。

  如果一个飞机的盘旋性能非常好,但因为敏捷度低,所以需要5秒钟才能达到最大盘旋角速度,那么它在空战中必然失败,因为对手在其反应过来之前就已经占据优势将其击落了。而在空空导弹技术迅速发展的今天,敏捷性和机动性能更大的意义往往体现于机头指向性——为抢先发射导弹提供保证。

  敏捷性与飞机的气动布局、静不稳定度、飞行控制系统等有关,特别是与飞机的升阻比有关,鸭式布局在这方面占有优势。

  当然,敏捷性和机动性必须是完全在飞行员有效控制下的飞行姿态的改变,不可控的或不易控制的瞬变是没有意义的,必须与飞机的操纵品质一起做综合考虑。尤其是一些脱离作战需求,而一味地以表演为目的的敏捷性、机动性展示,是毫无意义的。

  我们在这里把敏捷性和狭义的机动性——飞机进行盘旋或滚转,改变运动方向或姿态的能力,合称为敏捷机动性。这是飞机机动能力的关键指标,占飞机亚音速机动性能的比重我们酌定为50%。【详细】

  从地面试验图片来看,歼-20不仅具有鸭翼差动,还具备尾翼差动的控制能力。鸭翼差动的目的有两个:第一是通过鸭翼涡的不对称侧洗,在飞机重心前产生强烈的偏航力矩,结合重心后的垂直尾翼同步偏转,实现直接侧力控制,能够对航向轴实施直接控制。第二是通过鸭翼差动,主动控制、调整两侧鸭翼涡体系的强弱,保证大迎角状态下的稳定性。

  正是因为拥有对航向轴的直接控制能力,加上未来装备TVC发动机后具备推力转向控制,歼-20将具有超过 F-22、T-50的机动控制和指向能力,这没有疑义。【详细】

  强调机敏性的战斗机,就要在设计时放宽静稳定度。战机稳定度变得很小甚至不稳定,非常灵活,但却是传统机械操控方式无法操纵的,因为这需要每时每刻不间断的对舵面进行大量的细微调整。对人而言这是无法做到的。所以必须要靠自动化的电传飞控系统来操控舵面,才能达到飞行员想要的稳定飞行姿态。

  歼-10飞机采用放宽静稳定度和数字化电传技术,从未发生因此导致的故障和坠机问题,在世界第三代战机研制试飞中创下奇迹。其优良的飞行性能和操纵品质,成为歼-20的设计基础。【详细】

  机翼面积是一个令设计人员颇为头痛的参数。一方面要获得良好的盘旋能力,翼面的单位面积负载的重量(翼载)当然越小越好,这需要大的机翼面积;而另一方面,飞机平飞速度的平方又和翼载成正比,要获得良好的高速性能,就需要大的翼载,即小的机翼面积。

  两种相互矛盾的要求如何折中处理,其难度简直可以称为“艺术级”。歼-20优越的气动设计在相当大的程度上平衡了这一矛盾。其升力体边条翼鸭式布局,使超声速升阻特性和亚声速升阻特性的矛盾得到了统一。【详细】

  关于“过失速机动”作用的详细分析可见右侧栏文字,而最活生生的例证是美国主办的“红旗”多国空军对抗性训练演习,远道参加的印度苏-30MKI战机飞行员,频繁卖弄其幼稚的“超机动”,结果很容易失去速度,成了F-15及AIM-9X高性能导弹的靶子。所以,我们将占“过失速机动”占飞机亚音速机动性能的比重定为20%。【详细】

  正如上一专题所述,在未来空战中,超视距攻击将成为主要的攻击形式,战斗机逐渐由武器向武器投送平台转变,速度、航程、隐身将是未来的主要指标,机动性越来越退居后排。我们最终将亚音速机动性占全机战斗力评估的比重定为10%。

  虽然不可避免的是仍有30%以上的空战会进入近距格斗空战。但现代格斗导弹的机动性也明显超过了战斗机的机动性,具有优异的机动性能、大角度离轴发射能力和抗干扰能力。同样降低了战机的机动性(狭义)提高需求。

  不过,再先进的短程空空导弹,也要满足一定的发射条件。飞机具有良好的敏捷性、爬升率仍是快速改变机头指向、完成武器系统的瞄准和射击,从而取得近距格斗空战胜利的重要保障。【详细】

  有人认为,“过失速机动”提高了战机的近距格斗战斗力,开辟了全新的空中格斗战术。主要是可控迎角扩大很多,大大超过了失速迎角,机头指向能力加强,截获目标机会增大,提高了武器的使用机会。

  这些人的理由是,近距空战中最重要的作战品质就是迅速瞄准敌机的能力,在近距格斗时,战斗机瞬时角速度越高,及早发射格斗导弹机会越大。

  通过过失速机动获取更大范围、更有力的“角度空战”优势,似乎就成为了一种抓住战机的捷径,在快速偏转机头实施对敌指向、或在转弯过程中尽快减速和改变飞行方向,引诱敌机冲过目标等方面非常有用。

  而且传统格斗空战时,处于被动的一方通常采取急转弯、急剧升降等动作来破坏对方开火条件。飞机超机动时的角速度变化率大,可使近距离跟踪的导弹过载剧增,以致超载而丢失目标。【详细】

  但是,目前的“过失速机动”受制于机体强度和操控能力,都是在慢速状态甚至是最小速度状态下实现的,如“普加乔夫眼镜蛇”机动时飞机进入的时速度不能超过420公里。

  在超机动时,飞机必须先迅速减速,大量丧失动能,短时间呈现一种“悬挂”和“滞止”状态,恢复后速度仍很低。在进入机动前和改出后,都十分脆弱,实战时极易遭到有效攻击。

  在遇到保持一定的运动“能量”的对手面前,这种机动动作很容易被防范。以苏-27来说,如果它的“眼镜蛇机动”真的非常幸运地迫使对手冲前或者进入被攻击的不利状态,那么只要对手有足够的能量作高速向上机动,苏-27是一点办法没有,因为已经没有能量供其跟随机动了,而且此时苏-27的时速还在200公里左右,等加速完毕目标早就不知跑到哪里去了。

  更为尴尬的局面出现在多机空战中,正在进行过失速机动的战机用“能量空战”的观点来看与“活靶”无异,试图做“过失速机动”将更容易受到其他敌机的攻击,会出现挨打而还不了手的局面。

  另外,“过失速机动”的进入要求往往十分苛刻,难以把握,同时其可控性也较差。【详细】

  欧美战斗机普遍对展示其非常规机动能力不感兴趣。主要动作的名声也不如俄罗斯的响。在苏-27刚开始在国际航展上亮相时,美国的F-15飞行员解释其不编排尾冲机动、不做普加乔夫眼镜蛇的原因是不具有实战意义。当时曾受到哄笑,现在证明有一定道理。

  实际上,在F-22投入研制前,美国空军就先后用F-16/MATV、F-15SMTD、X-29和X-31等多种试验机对它可能要用到的机敏性技术进行了广泛的试验。

  例如,用F-15SMTD验证了二维矢量推力喷管,F-16/MATV验证了随控布局操纵系统,X-29验证了连续变弯边条技术、X-31验证了高机动和非常规机动。对非常规机动的研究,美国比俄罗斯要深入得多。但美国空军最终没有对非常规机动进行进一步的深入研究。

  同样,中国空军对“过失速机动”也无深究的兴趣,装备苏-27已近20年,对“眼睛蛇机动”一直没有探索的兴趣。

  这是因为“超机动”是在大量损失能量的前提下完成的。在能量机动理论被广为接受的今天,利用飞机的过失速能力快速转向瞄准所造成的飞机速度骤减是所有飞行员都不愿看到的。因此,过失速机动是只会在极端情况下才有可能使用的最后解决手段。

  总之,目前来看,“过失速机动”更多的是属于俄罗斯为推销苏-27而编排的一种花拳绣腿般的“舞术”,作为表演而设计的机动性、敏捷性展示,难以在实战中加以运用。在遇上真正的“武术”时,结果很可能并不美妙。

  因此空战原则上仍应以能量机动为主流,但是“过失速机动”却不失为一种极端条件下的保命方法,在今后探索出速度更快的“过失速机动”动作时,或许会增大它的战术价值。【详细】

  在第四代战斗机已经将超视距空战作为基本战术形式之后,在设计上仍然要求其具备足够的近距格斗能力。航空技术的发展使21世纪的空战战场上仍然无法完全避免近距离格斗,具备在较大离轴角上搜索和攻击能力的全向攻击导弹的普遍装备,使战斗机的占位和机头指向变化速度成为决定胜负的关键。第四代战斗机在保持持续机动能力的前提下,更加强调敏捷性和机头指向能力。

h88和记

上一篇:中国现役的空中格斗导弹:PL-10E

下一篇:歼16亮出双响炮斩杀100公里外敌机!但更强利器还

h88和记 - 徐工装载机配件 - 徐工压路机配件 - 徐工平地机配件 - 公司简介 - 产品展示 - 新闻资讯 - 联系我们 -

版权所有:渝ICP备13007968号-1 h88和记 地址:徐州金山桥工业园 技术支持:徐州网络公司 网站地图