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日志

 
 

【引用】J-20机动性浅析  

2012-02-29 09:43:39|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文转载自puffinus《J-20机动性浅析》
J-20机动性浅析 - puffinus - 剪水鹱的博客
 
J-20 最初露面之时,陷入恐慌之中的西方军事观察人士,特别是直接感受 TG 军事压力的袋鼠国民间智库,歇斯底里地将其全长估计为 75 英尺/22.9 米,并据此将 J-20 定位为具有高机动性和超巡能力,作战半径达到 F-111 水平的怪兽级战术飞机。但是不久之后,MD 的专家们心中根深蒂固的白种人优越主义便重新抬头,J-20 也被斥之为长度不过 62 英尺/18.9 米,翼面积小于 60 平方米,机动性平常的战术打击飞机。J-20 的尺度显然无法与 F-111 相比,现阶段的 TG 也万万没有能力搞出 Carlo Kopp 博士设想的怪物,然而 MD 方面后来的估计又颇显矫枉过正,一厢情愿。迄今为止,西方许多主流军事网站刊物等描述 J-10A 时,使用的仍是犹太国流产的 Lavi 的主尺度数据和倭瓜国的大鸡肋 F-2 的使用空重数据,西方 ”专家“ 们的评价因此不足为凭。对比 J-20 和 J-10 的卫星照片,并参考其它方面资料,可以看出 J-20 的全长应为 20.5 米上下,机翼面积或许在 70 平方米左右 (如果以 MD 18.9 米长,机翼面积 58.5 平方米的估计值为基准,按比例放大,则 20.5 米长时机翼面积为 68.8 平方米)。


J-20机动性浅析 - puffinus - 剪水鹱的博客
 
俄罗斯 T-50 PAK AF 机翼面积为 78.8 平方米。


J-20机动性浅析 - puffinus - 剪水鹱的博客
 
洛马 F-22A 机翼面积为 78 平方米。


J-20机动性浅析 - puffinus - 剪水鹱的博客

诺斯罗普 YF-23 巨大的机翼足有 88 平方米。


J-20 的机翼面积因此很有可能是重四中最小的,由于通常认为翼载越低,机动性越好,J-20 的设计似乎与高机动性的要求背道而驰,其实问题没有这么简单。在所有重四设计方案中, J-20 最为淋漓尽致地利用了涡升力,其单位面积主翼所产生的升力可望显著高于其它型号,从而补偿为实现整体设计目标而在机翼尺寸上做出的牺牲 (反之,强调隐形性能,气动方面相应妥协的 YF-23 虽然机翼最大,机动性却相对比较差),最近曝光的试飞录像也充分证明了 J-20 的机动性潜力。尽管如此,J-20 的高亚音速持续转向能力仍很有可能略逊于 F-22,且几乎必然不如深得 Su-27 衣钵,升力面积冠绝三巨头的 T-50。

出现这样的情况恐怕会令指望 J-20 与 F-22 对掐的一干人等深感失望,却充分显示了成飞设计团队和 PLA 裁判组对现代空中战役的深刻理解。如果 PLA 追求的是高亚音速机动性,重四项目雀屏中选的就该是传说中的 601 三翼面设计了,选中 J-20,正说明高亚音速机动性虽未被忽视,却非 TG 重四性能优化的核心目标。

多年以来不断有隐形战斗机空战必然格斗化的论调出现。这样的言论看似合乎逻辑-大家都不能远距发现目标,所以只能近战-其实是没有深入思考问题的表现。雷达回波强度随着距离缩减以 4 次方增强,即使是 F-22 这样的顶级隐形战斗机,在得到完美维护,且以 RCS 最小的机首指向威胁源的情况下,其隐形屏障仍可在十几海里外被 AN/APG-77 级别的 AESA 战斗机雷达烧穿。现役 AESA 雷达的控制软件基本继承了机械扫描 PD 雷达的核心指令集,硬件的潜在能力尚远未得以发挥,即使射频元件原封不动,仅靠优化波束控制和信号处理软件,便很可能将对 F-22 的正面烧穿距离增大到 20 海里以上。量子阱 IRST 在超音速空战典型高度 (对流顶层,海拔万米以上)  则可于 40-50 海里外捕获以 1.6 马赫超巡的战斗机产生的激波锥。后向散射超视距雷达,地波超视距雷达,大型 AESA 米波雷达等反隐形传感器虽无法精确锁定高端隐形战斗机,却足可为己方战斗机提供敌隐形战术飞机的粗略位置信息。换言之,由于传感器和数据网络技术的发展,对抗双方的隐形战斗机基本不会在毫无准备的情形下,突然近距遭遇敌机,隐形战斗机非近战不可的说法是完全占不住脚的。

同样重要的是,今日的”近距格斗“与越战时期的”狗斗“已全无相似之处。当时的格斗导弹射程短,寻的头探测半径小,且只能追踪发动机热排气流的信号,战斗机必须具备出色的高亚音速持续转向能力才有机会夺取有利的导弹发射阵位,F-15,F-16 的设计充分反映了这一现实。到了 80 年代,全向热寻的导弹的出现使迅速改变机头指向的能力变得比持续转向性能更为重要,酝酿于这一时期的欧洲双风,J-10 等的设计因此便重点突出了瞬时转向率。90 年代以来,射程大幅度增长,超高机动性,大离轴角格斗导弹的面世,则再次颠覆了 ”格斗“ 空战的模式。当双方战斗机相距仅数千米时,剧烈机动的目标往往以很高的角速度掠过我方战斗机视场,优秀的瞬时转向率对于最大限度发挥导弹性能至关重要。高性能 IRST 使得新一代战斗机能够在数十千米距离上可靠地识别敌我,双方进入 ”格斗“ 状态的时间大幅度提前,假定 ”格斗区“ 宽度为 20 海里,则进入格斗时,以马赫 1.8 (F-15,Su-27,”台风“ 等高端常规制空战斗机典型空战载荷时的最大平飞速度) 垂直于本机前进方向 (从而产生最大的角速度) 飞行的敌机,角速度大约只有 1 度,快速改变本机机首指向因而已经不甚重要,至于持续高亚音速转向,与敌机狗咬狗,就更加是大脑进水的举动。隐形战斗机的最大优势在于远距离交战,进入 IRST 探测范围交换 ”格斗“ 导弹,造成 ”互相确保摧毁“ 的局面,是对资源的极大浪费,只要是头盖骨下面还有三个脑细胞的指挥官,就不会干这样的傻事。如果以超视距武器互殴,高性能隐形超巡战斗机则很难击落类似性能的对手 (目前的超视距导弹打常规高性能战斗机都勉强)。J-20 大战 F-22 或许令人热血沸腾,但却是双方指挥部门均将竭力避免的场面。对高性能隐形战斗机来说,更有油水的目标比比皆是。


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MD 空军目前共装备 E-3 预警机32 架,任务机组通常为 17-23 人


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RC-135 大型情报飞机,典型任务机组 27 人


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MD 空军拥有 KC-135 系列空中加油机 400 余架,任务机组 3-4 人


与数以千计,乘员 1-2 人的战术飞机相比,数量稀少,乘员少则 3 人,多则数十人的兵力倍增器,如雷达预警与指挥控制系统飞机,电子侦察/信号情报飞机,空中加油机等,才是远程隐形战斗机最为理想,肥美多汁,唾手可得的天然猎物。大型情报飞机的价值远较 F-22 为高,每损失一架都将造成数十名难以快速替换的任务专家死于非命,且屈指可数的装备规模无法承受哪怕是短时间的消耗。KC-135 加油机虽然本身价格不高,但却是 MD 空中力量有效运作所不可或缺。这些以民航客机为基本平台的大肥鹅,雷达反射截面高达上百平方米,冲刺速度不过马赫 0.9,机动性对战斗机来说更不值一哂,此等美味当前,若弃而不食,反去啃 F-22 这样的硬骨头,TG 空军的指挥官就去跳黄河算啦。战争不是骑士决斗或奥林匹克竞赛,如果不作弊,便是不努力。J-20机动性浅析 - puffinus - 剪水鹱的博客

要有效穿透 F-22 和可能出现的有限超巡版 F-15 组成的战斗机巡逻区,同时避免在突防过程中与 MD 战斗机过多纠缠,J-20 必须在超巡航程和超音速持续转向能力上,压倒重四的标杆 F-22 ”猛禽“。J-20 的气动布局追求的因此是马赫 1.6 时的作战半径和机动性。主机翼面积的适当收缩虽然造成了超音速转向时可用升力的下降,但通过对飞机整体横截面积分布的改善,有效降低了超音速波阻,两相权衡之下,仍是利大于弊。虽然具体数据处于保密状态,但根据历史型号的经验估计,J-20 由于长细比大,横截面积变化平滑,马赫 1.6 时的阻力可能较 F-22 低 25% 左右,即使不考虑其升力效率比 F-22 有所提高的因素,在机翼面积比 F-22 小大约 10% 的情况下,超音速升阻比仍可明显优于 F-22,一旦发动机技术成熟,马赫 1.6 时的持续转向过载将超过 F-22。J-20 的超音速升阻比,燃油系数,进气效率均在 F-22 之上,超巡航程应当十分可观。

所以说,除去胎死腹中的 YF-23 之外,隐形战斗机型号中真正称得上是 P-38 ”闪电“ 的传人的,并非洛马的小肥猪 F-35,而是 TG 的 J-20,这是何等的讽刺。J-20机动性浅析 - puffinus - 剪水鹱的博客 J-20 将利用超音速机动性和作战半径/滞空时间的优势,绕过 F-22 巡逻区,直取 MD 的情报飞机,加油机等所谓 ”低密度,高需求“ 平台,当然也能以类似战术,携带远程滑翔武器,封闭 MD 在西太平洋战区内的各类军事基地,压制 MD 水面舰队。除非在执行任务过程中遭到敌方优势战斗机兵力的围追堵截,否则 J-20 与 MD 战斗机对决的场面,至少在战争初期是难以上演了。等到 MD 的支援飞机被打得七零八落,基地系统变成冒烟的废墟之时,由我方大型传感器网络支持的 J-20  当然可以去欺负已然无依无靠的 MD 战斗机,可是仗若真打到这份上,MD 还会死撑下去吗?

从 J-20 最有可能的任务类型可以看出来,携带机炮是毫无必要的,就连格斗导弹也主要是作为在耗尽超视距武器,又遭敌机围堵之时的最后自卫手段而已。在可靠性极高的导弹满天飞的时代背景下,继续配备有效射程不足 1 千米的机炮就如同个人电脑保留 3.5 寸驱动器一般荒谬。撤除机炮,加上省略相关的机身承力结构,隐形炮门,废气排放装置等,可望节约 500 千克左右的重量,对控制 J-20 的使用空重极为有利。

从重四三巨头的设计特点来看,可做出如下判断:
亚音速持续转向能力 T-50 > F-22 > J-20
超音速持续转向能力 J-20 > F-22 > T-50
高亚音速瞬时转向能力 F-22 与 J-20 相似,推力矢量发动机成熟后,J-20 或可略胜一筹,两者均优于 T-50
亚音速续航力 J-20 > T-50 > F-22
超音速续航力 J-20 > F-22 > T-50
隐形性能 (目前构型) F-22 > J-20 > T-50
隐形性能 (未来构型) F-22 与 J-20 大致相当,T-50 仍然垫底

除亚音速续航力外,F-22 性能比较平衡,反映了其以欧洲为主要作战环境,且设计于空空导弹技术尚不完全成熟的 80 年代的血统;T-50 整体性能最差,毛子军工体系的逐渐崩解可见一斑;J-20 是重四中超音速性能最好的,为此在亚音速机动性上做出了必要的牺牲。

顺便说一句,考虑到即使开加力,重四也无法在马赫 1.6 速度时拉出 7 g 以上过载,而亚音速大过载机动的价值又大幅度下降,J-20 除中央承力结构应按 9 g 过载设计以确保使用寿命外,蒙皮等便于更换的结构部件可考虑按 7.5 g 过载设计,以尽可能降低使用空重。

PS:
1. J-20 进气系统的速度适应范围比 F-22 强得多,如果发动机技术赶上 MD,高亚音速持续转向能力小超 F-22 也是可能实现的,但在可以预见的时期内,估计 MD 的战斗机发动机推重比将较 TG 同类型号维持 20% 的优势,F-22 因此可以靠蛮力取胜。
2. 通过采取裁撤机炮,降低对非关键结构区的强度要求等瘦身措施,J-20 的使用空重有可能低于 F-22,但是国内网上晒出来的 17000 千克是靠不住的,量产型 J-20 的空重若能控制在18000-19000 千克区间之内,便是相当不错的成绩了。典型空战载荷下的起飞重量因此估计不低于 30000 千克 (肚子里的油比 F-22 多),最大起飞重量应该与 MD 猜测的基本相符,约 8 万磅级/36000 + 千克,比 Su-30MKK 之外 TG 的所有战术飞机都重。
3. T-50 由于机身中央隧道的存在,高亚音速最大升力是重四之冠,飞行表演应该很好看,不过实战价值嘛......
4. 在空战远程化的大背景下,超机动的定义有必要修改,过失速状态的变态机动能力对于表演机很有用处,但在强调维持尽可能高能量水平的现代空战中完全没有发挥的机会。从界定典型四代制空机的目的出发,应将超机动定义为 (明显优于传统型号的) 超音速机动性。
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