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袁騰飛
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深度刨析中國四帶隱形戰鬥機

深度刨析中國四帶隱形戰鬥機



整體佈局觀察

在此預言成真的時刻,我們根據網絡上流傳的照片,對這種中國第四代重型戰鬥機(外界一般將其稱之為殲 -20,可能是取殲 -10下一代之意,我們也暫時以此為稱呼),以外觀為基準,進行一個概觀性的分析。
首先,殲 -20延續了殲 -10的鴨翼加切尖三角翼佈局,其實中國軍方人士早已在去年就透露,稱中國四代機將是一種殲 -10的重大改型。這一做法是完全可以理解甚至預料得到的 - 美國的F - 22就可算作架F - 15的隱身大改型,俄羅斯的T - 50就可算作蘇 -27的隱身大改型。各國空軍的機型設計,大多帶有一定的延續性,這是因為一是設計單位有著自己的技術底蘊,設計特點和方向,二是在戰機背後代表的是該國空軍對空戰的理解和規劃,這兩點都是素有淵源和傳統的。
其次,整機線條平直,沒有多少複雜曲線起伏,類似的F - 22;菱形機頭,折線機身,大量運用傾斜面,具有非常明顯的隱身特徵。整體機身瘦長,鋒銳,犀利,總體機身正面略顯偏窄,側面看機身稍顯厚實,為升力體機身。由於機身較長,其中有巨大的空間可以佈置內置彈艙和油艙。其他主要特點還包括,採用V型全動垂尾,具有菱形機頭邊條和機翼前小邊條;和確認服役的三種四代機(架F - 22和F - 35,T - 50型)一樣採用上單翼,但翼展相對最小(學名為“小展弦比”)。

殲 -20究竟是四代機還是五代機
在各國軍方,專家學者,新聞傳媒中,存在著對戰機代次的不同定義和劃分,而由於不同叫法中新老代次的錯迭,進而導致了更大的混亂。比如說,中國的這種新型戰鬥機到底是四代機還是五代機,四代機是指像蘇 -27這樣的還是指像架F - 22這樣的戰機,一直難以統一,甚至還進一步分化,連很多軍事迷都說不清道不明。
為此我們在此不得不在此花些篇幅追根溯源,解釋清楚這一問題。首先,關於二戰後噴氣式戰鬥機的代數劃分,有著兩個略有差異的劃分辦法標準。而原先美國所採用的劃分標準是:
第一代噴氣式戰鬥機生產於戰後的上世紀 40年代末至50年代,典型戰機有美國的的F - 80和F - 86和F - 100和蘇聯的米格-15,17,19。
第二代戰鬥機興盛於 1960年代,典型戰機有美國的的F - 104,F - 4型和蘇聯的米格-21,23,特點是追求更快的速度。
第三代戰鬥機在此後不足十年即開始面世,一直興盛至今,美國的的F - 14和F - 15和F - 16,F/A-18戰鬥機,蘇聯的蘇 -27,米格-29,法國的幻影-2000,中國的殲 -10都在其列,其特點是轉為追求更強的機動性,配備了中遠程空空導彈,超視距空戰成為基本作戰樣式。
F - 22的宣告了第四代戰鬥機時代的到來,它也定義了四代機的四個標準 - 隱身,超音速巡航(四代低檔戰機做不到,如F - 35戰機),超機動性和信息能力。
俄美面子之爭加劇的混亂
而在原蘇聯的劃分辦法中,又將美國標準的第一代戰機根據能否超音速飛行,劃分出前後兩代,形成了五代戰機。第一代是架F - 80和F - 86和米格-15, 17這種亞音速戰機,第二代是架F - 100和F - 101和米格-19這種超音速戰機。由於這種劃分過細,沒有必要,中國並不採用此辦法,而是習慣採用美式的劃分。
不過,由於近年來俄羅斯處於市場宣傳的需要,竭力將自己的T - 50的稱為第五代戰機,將蘇 -27改進型稱為四代半戰機,美國覺得自己比俄式戰機都先進的架F - 22只稱為第四代,實在是氣勢上吃了虧,於是近兩年也改用了俄式的劃分法。於是乎,俄美,新舊不同的辦法交織在一起,造成了極大的混亂。
而中國則堅持繼續採用四代劃分法,也就在國際傳媒中遭遇了美國前些年的困擾。不過,中國軍事迷們並不以為意,親切地把黑色的殲 -20稱之為“黑四代“,簡稱”黑絲“。這倒也是一種鮮明的區分。
已確定將服役的三種第四代戰機:F - 22戰鬥機和F - 35,T - 50型
架F - 22戰鬥機是美國洛克希德 - 馬丁公司為美國空軍研製的21世紀初主力重型制空戰鬥機,主要用於替換美國空軍現役的F - 15型戰鬥機,在美國空軍武器裝備發展中佔有最優先的地位。1990年原型機首飛,1997年樣機首飛,已經於 2005年服役,目前預定建造的180架已經全部交付空軍,但美國空軍希望能擁有 380架,而最早的裝備計劃更是多達750架。
F - 35戰機是由洛 - 馬公司設計的中型戰鬥機,目前正在試飛,預計 2014年開始裝備美國空軍,海軍和陸戰隊,其總體佈局就像縮小版的F - 22戰鬥機,但與 F - 22的相比較為低端,隱身能力無法與 F - 22戰機相媲美。為了兼容陸戰隊型號的垂直起降要求,不但不具備超音速巡航能力,甚至最大時速不過 1.6馬赫,是最近50年來的戰鬥機中最慢的,非常不利於空戰。其設計目標和執行的任務的70%是對地攻擊,有30%是制空任務。將成為美軍以對地攻擊為主的多用途戰鬥機,替代退役的第三代戰機。此外還將作為惟一一款可購買的高端戰機出口到美國的諸多盟國。
的T - 50是俄羅斯蘇霍伊設計局剛剛推出的第四代戰機,總體基礎在大獲成功的蘇 -27的基礎上改進,2010年1月29日上午首飛。預計將在5-6年後裝備俄羅斯和印度空軍。

氣動特點和升力特性
殲 -20採用了“鴨翼+ +邊條翼升力體”綜合佈局結構,把全動鴨翼,邊條翼,升力體三者結合一起。

殲 -20鴨翼的主要作用,和殲 -10一樣,是為了產生的脫體渦,對主翼上翼段形成有利干擾,改善主翼的升力特性和操控性能。不過殲 -20的鴨翼還帶有上反角,這是因為為了隱身,鴨翼和主翼根部只能設置在同一個平面上,因此,需要拉開一段距離,發揮鴨翼的增升作用。殲 -20既具有菱形機頭的菱線機頭邊條,在鴨翼後和主翼前還見縫插針安排了一段邊條翼。
而美國的F - 22,F - 35戰機,俄國的T - 50都只有變形的,大小不等的邊條翼,擁有完整的鴨翼和邊條翼的殲 -20,在全球已有的四代戰鬥機中,升力特性最好,升力係數最高。這意味著中國四代有著更短的起飛距離和更優秀的穩定盤旋能力。

比F - 22戰機更先進的DSI的進氣口
DSI公司意為無分離板超音速進氣口,Diverterless超音速進氣,首創者是美國的F - 35的研製承包商洛 - 馬公司。它巧妙地採用一個經過流體力學計算設計得出的,形狀複雜的三維鼓包,將邊界層的呆滯氣流層從中間一剖為二,引向進氣口兩側的邊角洩放,而不影響主要的“乾淨”氣流層穩定地進入發動機。
這樣,避免了DSI的F - 22戰鬥機所使用的進氣口邊界層分離板,避免了前向隱身的一大隱患,而且還能對進氣道形成一定程度的遮蔽,減輕了機身結構重量,一舉多得。
之後成飛迅速於 2006年年在“梟龍”飛機的改進上也應用了這一先進的進氣道技術,既而又在2008年運用到殲 -10的改進上。和洛 - 馬公司成為全球掌握並應用該技術的兩家公司之一。
DSI的進氣口的局限性
不過 DSI公司的鼓包儘管經過精心計算,但是不可調的。這意味著採用這種進氣道的戰機,儘管得到了減重,提高發動機效率的優勢,但這種優勢只能固定在某一速度範圍,主要是高亞音速附近。也就是說它們的超音速性能受到了制約。
F - 22戰鬥機使用傳統的進氣口邊界層分離板,保證了較高的超音速飛行性能的需要。而DSI的進氣口一般只能適用於飛行速度比較低的戰機,如F - 35戰機和“梟龍” 。這兩種飛機都是近50年來飛行速度最慢的戰鬥機,最高使用速度僅為 1.6馬赫。
殲 -20採用了獨創的“可調進氣道 DSI公司”
殲 -20獨創的“可調 DSI的進氣口”,做出了新的創新,解決了DSI的高速性能不佳的難題。殲 -20進氣口鼓包固定但是進氣道側面有可調擋板,可有效隨速度變化改變進氣量,從而達到從低到高各個主要速度段的優秀的進氣控制能力,令發動機更為澎湃地工作,也將意味著更好的加速性,爬升率和超巡能力。同時可調擋板重量輕於傳統的進氣口邊界層分離板,也不影響隱身性能。
殲 -20的氣動設計極其重視超音速性能
美國人仰持強大的發動機和長期領先他人的技術優勢,一貫對氣動設計不夠上心,較為保守,傻大笨粗是美國空軍主戰戰機自二戰以來給人的一貫印象。短粗的的F - 22和和為了兼顧垂直起降更為肥碩的F - 35戰機就是典型。俄羅斯的T - 50的機身設計扁平而寬大,這種構型的亞跨音速升阻比較好,但是超音速下會有巨大的阻力。
成飛設計的殲 -20機身令人容易想起米格-31,1.44甚至殲 -8,蘇 -15這種追求速度的截擊機造型,或者從某種意義來說,這就是成飛 70年代所設計的2.6倍音速的殲 9的重生。
     
      
舊 2011-01-17, 11:15 AM #1
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它採取了略顯激進的,重視超音速性能的設計。這是對發動機暫不如人的一種彌補(有樂觀的估計認為,甚至只使用中國現有的“太行”發動機或者其改型,殲-20也能實現超巡),也體現了中國空軍一以貫之的追求速度的決心(實際上,殲 -10的高速性能就相當突出,具有截擊機的特點)。

“令人糾結”的鴨翼?似懂非懂的“專家”?

對於殲 -20來說,爭議最大,非議最多,質疑最猛的,無疑就是延續了殲 -10的鴨翼佈局。儘管這種佈局如上所述具有升阻比大,氣動控制強悍等優點,但大部分似懂非懂的“軍事專家”都認為,這也要付出隱身能力下降的代價。
從直觀的感覺上來看,似乎確實如此,由於鴨翼安排在主翼之前,從正面看過去是一小塊複雜的形狀,又不像常規的水平尾翼一樣能夠為主翼所遮蔽,因此擔心其成為雷達回波的主要反射目標是很自然的。因而廣大軍事迷,眾多媒體也都紛紛人云亦云,認定中國殲 -20的性能肯定不如架F - 22,甚至不如採用了“隱形鴨翼”的T - 50型。此言差矣!
實際上,在真正洞悉雷達隱身原理的人眼中,這根本就不是問題。一個好的隱身飛機要處理好上百個問題。所謂鴨翼問題,只不過是個極為普通的次要問題而已。要理解這一點,就必須了解雷達和隱身的原理。

雷達眼中的物體特徵和物體幾何形狀完全不同
雷達是靠接收己身發出的電磁波照射到目標上返回的回波來探測目標的,削弱雷達回波的強度和穩定性是隱身處理的入手關鍵。
理論上說,假如雷達電磁波恰好垂直照射到一塊板上又直線返回,這是最理想的雷達工作模式,但實際上這樣的機會微乎其微,照射到平面上的電磁波大部分會像光線照射到鏡子上一樣,按法線折射原則轉向其它方向。
從雷達原理來說,雷達實際的反射信號中最強的部分,是當雷達波照射到飛機的,尖銳,縫隙,邊緣等突出或凹陷(學名將其稱為角形結構和凹腔結構)的外形不連續處時,經過兩次反射產生的180度轉向返回的反射信號,這種信號才是回波能量的主體。
也就是說,雷達電磁波所“注意到”的物體特徵,和實際的物體幾何特徵差別是很大的。它對“尖銳”,“凹陷”的小構件很敏感,而對大塊的平面相對很“無視”(除非恰好垂直)。
從雷達波長看,鴨翼並非重點反射目標
至於何為“外形不連續,尖銳,縫隙”,則與對方雷達的波長量級有關。與雷達波長相近的物體,就是強反射目標。當雷達波束的波長接近於飛機的構件尺寸時,這些構件就像鏡子一樣,強烈的反射無線電波。而構件尺寸是雷達波長的兩倍的時候,產生諧振效應,反射最強。
對於機載的的厘米波(電磁波長為厘米量級)雷達來說,“外形不連續處”指的主要是飛機上的各種艙門(起落架艙,彈艙,維修開口等)縫隙,天線基座,突起狀物體等。
目前隱身飛機和半隱身飛機電磁處理的第一要務,就是處理這種效應,而其處理方式也較為簡便 - 盡量簡少外置天線,機身艙門即可。
美國海軍的F/A-18大從沒有考慮隱身處理的的A / B型,發展到考慮隱身設計的E / F類型“超級大黃蜂”,儘管整體外觀沒有變化,正面雷達信號卻下降了一個數量級。當然,更進一步的優化還包括將必不可少的縫隙,艙蓋等邊緣處理成鋸齒狀,以求雷達波能折射和散射到其它方向。
物件對不同的雷達有不同的反射特性
而對於地基遠程警戒的米波(波長為米一級)雷達來說,鴨翼,機翼,尾翼等翼面的體量與其波長相近,都算是“外形不連續處”,這也就是米波雷達反隱身能力較強的原因。當然,米波雷達的精度較差,只能提供早期預警和方向指引。
從這個視角,控制翼面是在機翼前面(鴨翼)還是後面(常規水平尾翼),對厘米波雷達來說差別不大,因為翼面和波長差別較大,不屬於最強的反射特徵;對米波雷達而言差別也不大,因為都屬於強反射特徵,而由於照射角度問題(一般都是從下側方入射),翼面無論在前還是在後都會被照射到。

氣動特點和升力特性

按隱身原理的要求,我們從整體到細節逐一檢視殲 -20所採用的隱形措施。首先,整體表面平滑,毫無贅物,甚至到座艙蓋,也是和F - 22戰鬥機一樣的一塊玻璃一體成型,沒有了前風擋框架的反射。這樣一個細節無疑強烈顯示了成飛追求隱身性能的決心。而發動機尾部,殲 -20也和F - 22戰鬥機一樣,基本做到了完全遮蔽,與後半部幾乎敞露的T - 50的完全不同。總之,在外形隱身上,殲 -20與 F - 22戰鬥機採取的措施是完全等同的。

最終隱身值:無法獲知的機密,但應與 F - 22戰鬥機處同一層級
之前所列的種種看得見的隱身措施,可以將戰機的雷達反射截面積(RCS)的從 10平方米以上降至1平方米的量級,但要進一步降低,就進入隱身塗料的比拼範圍。根據美國空軍內部資料披露的數據,F - 22戰機的正面雷達散射截面為 0.1平方米,這些都仰賴隱身吸波塗料的貢獻。
但是,對唯一不能量化評估的,也就正是殲 -20的隱身塗料和複合材料的吸波效果究竟如何。對於隱身戰機而言,這是不願為外人所知的高度機密。而且,隱身塗料,隱身材料的敷設使用量,也與戰機成本息息相關。如B - 2轟炸機為保證對地基米波警戒雷達也實現隱身,噴塗了厚厚的吸波塗層,整機單價也為此高達 20億美元。
在外形隱身措施和F - 22的毫無二致,雷達散射截面已經降至1平方米的前提下,殲 -20在隱身塗料上或許會出於控制成本而減少用量,或許研製功底與美國尚有差異(但也應相去不遠。中國對此也有30多年的跟踪研究)。
我們在此只能推測,殲 -20的最終隱身效果,應與 F - 22戰機處於同一量級。若F - 22戰鬥機的雷達散射截面為 0.1平方米,殲 -20最佳應能達至0.3平方米,最差也不會大於 0.6平方米。無論如何,都會遠勝的T - 50的1-2平方米。

氣動特點和升力特性
不論亞音速,跨音速,還是高音速狀態下,殲 -20的俯仰,側滑,橫滾,盤旋的能力和大迎角操控效率,也就是戰鬥過程中的“佔位”,“搶位”能力,均超過 T - 50型,遠勝 F - 22戰鬥機,可以輕鬆做出種種不符合常規,超乎想像的恐怖動作。
在接敵過程中,殲 -20的機頭可以迅速指向敵機,加上未來配備的可大角度離軸發射的導彈,則可先敵發射,先敵脫離,優勢不言而喻。


融合全球多種優秀戰機的精彩設計於一體
從目前已經曝光的照片分析,殲 -20作為中國第四代重型戰鬥機,融合全球多種優秀戰機的精彩設計於一體。這些技術包括:
美國的F - 22的菱形機頭和整體式黃金鍍膜艙蓋(殲 -20在此基礎上進一步優化了升力體設計),美國的F - 35的DSI的進氣道改進型(殲 -20採用可調式DSI公司進氣道);中國殲 10的鴨翼的改型(中國四代採用了上反鴨翼,與下反主翼等翼面配合,共生渦升效應);多種三代機(如美國的f /的A - 18)採用的大邊條及翼身一體設計的改型,俄羅斯的T - 50的全動垂尾,三維推力矢量(實為殊途同歸);俄羅斯米格1.44的後機身設計(窄間距雙發動機噴口,寬間距外傾雙垂尾及腹鰭等 - 都屬於超音速減阻措施)的改型等等。

全球戰機氣動設計的集大成者
綜合就是創造,這些優秀設計經過消化吸收,經過綜合,最終匯集到以高速為特點,隱身毫不遜色,機動性極為突出的殲 -20之上,可以說,中國的第四代重型戰鬥機集全球優秀三代機和四代機的精粹於一體,是採用現有優秀技術最多,綜合最為完善的機型,是目前全球戰機氣動設計的集大成者,可謂冠蓋群芳。

在2009年年底,中國空軍副司令何為榮在央視節目中透露了中國的第四代戰鬥機將很快首飛。這一消息引起了外界廣泛的質疑,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。
今天,在成都的機場上,我們已經看到了奮鬥的初步成果,看到中國航空人追踪國際先進技術,自主創新取得的重大突破。正如在去年表示絕對不能相信中國能迅速造出四代機的加籍華裔軍事觀察家平可夫,也不得不客觀的認為,這是相當成熟,有創造力的設計,相關研製企業是成功者,具備了真正的實力,“勝利者是不應該受到批評的” 。
從時間看,自從 1982年殲 10立項到1998年殲 10試飛,從 2004年殲 10量產,到2010年中國第四代重型戰鬥機亮相。中國航空業在改革開放的三十年,走了一條越走越快的快車道,尤其是過去的十年,在國家財力大增的大背景下,注重投入,取得了突飛猛進的跨越。

展望未來,中國的航空業將以四代重殲為突破標誌,必將迎來大運輸機,直升機,水上飛機,無人機等各個方面的整體突破,全面發展。每個關心中國發展的海內外炎黃子孫,無不深為中國航空業和空軍的歷史性進步,歷史性跨越而歡呼雀躍。
 
舊 2011-01-17, 11:18 AM #2
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舊 2011-01-17, 11:39 AM #3
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加入日期: Jun 2001
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聽說楊采尼露胸貼耶
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武士:看來我不應該來。
紫霞:現在才知道太晚了,
武士:留下點回憶行不行?
紫霞:我不要回憶,要的話留下你的人。
武士:這樣只是得到我的肉體,並不能得到我的靈魂,我已經有愛人了,我們不會有結果,你讓我走吧。
紫霞:好,我讓你走,不過臨走前你要親我一下。
舊 2011-01-17, 11:46 AM #4
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