解析第四代战机设计中的几个关键要点

日期：2009-01-21 15:44:25|0000-00-00 00:00:00　来源：中华网论坛　作者：外委把总

　　第四代战机设计中的几个关键技术要点.在此总结一下: 　　 　　(1)涡扇发动机技术(turbofan　engine　technology)和超音速巡航能力(super　cruising　capability):　很多人都很羡慕F22的超音速巡航能力.无庸置疑F119-PW-100的性能的确十分强大,它为F22提供了充足的动力.　但是超音速巡航能力并非某种绝佳技术.　现代的涡扇发动机(turbofan　engine)发展了好几代,但基本上每一代基本都只提高30千牛左右的推力.比如MIG29的RD33-2,其最大加力推力达到了95千牛.而SU27的AL-31F则有125千牛,F119-PW-100更是155千牛!　另外我们也知道现代涡扇发动机基本上是带加力燃烧室(Extra　combustion　chamber).　那么除开这些,就单从进气道--->N级风扇--->压气机--->内函道燃烧室及外函道--->涡轮这整个连续部分来看,其产生的高速冷热混合气体所带来的中间推力往往都比前一代涡扇机的中间推力要大30千牛-50千牛不等.　比如AL-31F不开加力时可以有75千牛.　F119-PW-100不开加力时可以有125千牛.　我想在航空燃料大致相同的情况下,　发动机推力的提升主要来源于双转子涡轮机性能的提高.　首先它会使得被吸入空气的密度不断提高,而空气密度的提高则会使得燃料燃烧更充分,热效率更高.另外流经N级风扇经过第一次加速后的冷空气在涡轮带动下进行第2次加速并使其与热气混合再喷出,这就提高了推进效率.　而整个涡扇发动机的效率就包括热效率和推进效率.　大函道比的涡扇机更是把这一平衡推向极至!　但我认为涡扇发动机的内外函道可以在压气机处进行分离设计而不是在N级风扇后就直接将内外函道分开,这样就可以使得流经涡轮前的冷空气能经过两次加速后最后再由涡轮带动转动,使其最终的冷热混合气体的喷射速度更快获得更大的推力! 　　 　　其实超音速飞行很常见.　第三代战机只要开加力,推重比就可以轻松超过1.0(在正常起飞重量条件下即带足油料和AAM),这样战机经过极短时间加速后就可以立刻破音障(sound　barrier),达到超音速飞行状态.　而加速到一定程度后,受战机材料,结构限制,一般第三代及第四代战机都只能飞到2.2倍马赫的速度.　象MIG31那样的是另类,可以到3马赫.　但基本上很难再突破了,即使是大名鼎鼎的SR71也只能飞到3.0马赫,之后机体表面温度就会非常高而难以承受. 　　 　　所以超音速飞行的关键在于开加力.　但是这样的话会消耗大量燃料,使战机支持不了多久的飞行.　但由于F119不开加力也可以达到125千牛.　在双发的支持下,即使F22A正常起飞重量达到了24000KGS,但是推重比也能超过1.0.　因此也可以以1.6马赫的速度超音速全程飞行而不需要考虑燃料的过度损耗.　那么可能有人会问我们没有F119.　是的.　但是只要把正常起飞重量下,不开加力时的推重比超过1.0.　即使没有好发动机,我们也可以造出能超音速巡航的战机. 　　 　　-------个人分析:　在WS15研制出来之前,最好的涡扇机当属WS-10B.　其最大加力推力达到了135千牛.　不开加状态时,保持在80千牛.　这样的话造一架双发战机,并大量使用复合材料以减轻重量.　使其空重在9000KGS左右,　载弹量维持在4000KGS-6000KGS,　因此正常起飞重量应该不会高于16000KGS.　如此一来,　双发不开加力,　推重比也能高于1.0　.同样可以进行超音速巡航.　所以并不一定需要最先进的发动机.整个机体结构的设计,重量的控制也很关键.　另外4吨到6吨的载弹量在第四代机中算是非常低了,但是现代战争讲究精确打击,所以只要武器系统先进,弹药少带一些也行. 　　 　　(2)隐形技术(stealth　technology):　主要指的是雷达隐身能力.　这种技术的关键除了能吸收雷达波的特殊涂料外,关键还在于外形设计.　SU35BM的外层也涂有可吸收雷达波的特殊纳米涂料,但是隐身性能就是比不上F22A,关键还是外形没变.　因此涂料也不是万能的.　对于吸收什么波段的电磁波效果好,吸收什么波段的电磁波效果差也是有选择的.　大家都知道电磁波的波长越短,　频率越高,探测精度就越高.　但是在发射机功率不变的情况下,探测距离就受限制.　可米波也是属于超短波中的一种,但是它对于F117的涂料就不感冒.　所以涂料的选择也很重要. 　　 　　--------个人分析:　在战机设计时应该本着外形第一,涂料第二的设计原则.　在保证外形的情况下,　优先选择可以吸收敌方机载雷达不同波段辐射的涂料.　再考虑选择可以吸收敌方防空导弹雷达波的涂料. 　　 　　(3)相控阵雷达技术(AESA/PESA):　现在主要流行AESA.　但是雷达的主要功能则在于探测距离,上视上射,下视下射,边搜索边跟踪,边扫描边测距,地形测绘及多目标攻击等功能上. 　　 　　--------个人分析:　只要上述功能可以保证,且具备较高的探测精度和抗干扰性.　即便使用多普勒脉冲雷达也可以.不一定需要盲目跟风. 　　　(4)超机动性能:　这主要包括最大机动过载,　大迎角机动,　加速性能,最大爬升速度,　最大盘旋速度,　过失速性,　以及眼镜蛇机动,甚至360度翻滚等等.　第3代机的最大机动过载可以达到9gs,　F22A可以达到12gs.　但是意义不大,因为在飞行员身体机能没有提升以及新的革命性的航空服未出现前,人承受7gs就很了不起了.　再大就会导致飞行员昏厥.　而360度翻滚动作则是必须加装了推力矢量发动机才行,比如SU35BM就可以具备如此强的超机动性!　但是在实战中,　机动性的保证除了有良好的发动机外,主要还是靠气动布局.　J10A的气动布局非常优秀,以致于其可以靠比较低的速度飞出120度以上的眼镜蛇机动动作,　盘旋半径控制在300米,　最短起飞距离居然只有250米,　爬升速度跟F22A都有得一拼.然而它也没有安装矢量推力引擎(Vectoring　engine). 　　 　　--------个人分析:　在确保战机机动性能时,应本着气动布局第一,推力矢量发动机第二原则进行设计.　气动布局要跟隐身性能,全机重量相兼容,相平衡,以求保证隐身,机动,　重量三者兼得. 　　 　　(5)武器系统(weapon　system):　第四代战机在对空作战方面主要有航炮,　近距格斗导弹,　主动雷达制导中距空空导弹,　远程空空导弹;　在对地攻击方面主要有远程超音速空地导弹,　无制导火箭弹,　制导炸弹,高速反辐射导弹;　在对海攻击方面则是反舰导弹. 　　 　　--------个人分析:　中国在武器研制方面走在了平台设计之前.　对于第四代战机的武器配置设想如下:　对空攻击方面选择PL-9C+PL-12+PL13;　对地攻击方面选择LS-6+FT-3+C901+C803KD+大口径无制导火箭弹;　对海攻击方面选择C803K. 　　 　　(6)可维护性及耐用性(maintainability　and　durability　):　第四代战机设计制造极其复杂,　对于维护保养难度较高. 　　 　　--------个人分析:　第四代战机必须保持非常高的可维护性及耐用性以提高其出勤率并减少其对地勤人员的依赖. 　　 　　综观整个第4代战机的设计,在雷达电子设备性能,机动性能,武器性能以及可靠性四个方面,其它的三代半战机也并不完全落于下风甚至旗鼓相当.　关键还是在于隐身性和超音速巡航能力.　现代战争中武器的精度,　射程,　威力,抗干扰力都已已今非夕比.　能发现就能摧毁.　所以现代战争中就武器比拼而言,　靠的就是发现敌人,摧毁敌人.　所以隐蔽自我,　先敌发现,先敌开火,一招制敌就变得非常重要. 　　 　　现代空战一般采用高空进入,高速接敌,高速脱离的战术以夺取战场制空权.　在这种情形下,隐身性能和超音速巡航能力则显得更为重要.　F22A就是靠的这两点而横行天下.　相比较而言我国在战机设计时,除了要把第四代涡扇发动机技术及AESA技术突破外,　也要应地制宜,取长补短.依靠着设计理念上的革新,即便是利用一些成熟的甚至略显过时的技术设备我们依然可以造出一款比较先进但更为廉价和实用的第四代战机! 　　 　　我想这种设计理念的更新比单纯的科研突破更重要!