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全面碾壓F-22和殲-20?下一代戰機究竟長啥樣?
華夏經緯網   2017-04-06 09:58:59   
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    自從美軍率先研發成功劃時代的F-22戰機以來,五代機的4S(超音速巡航、隱身、超機動性、先進航電)概念就開始深入人心。隨著殲-20的入役,按照標準裝備一代、研製一代、預研一代的思路,現在也該是研製下一代戰機的時候了。 

    相對於四代機時代的百花齊放,五代機就剩下中美兩個大國能獨立進行研發。俄羅斯這種把蘇-27拍癟了修修型就拿出來忽悠人的只能算4.9代機的還不夠格。而其他傳統軍工強國因為各種有原因無力自研五代機,他們紛紛瞄準了六代機準備來個彎道大超車。 

    翻開戰機發展史來看,超音速戰機是如何從初代發展到五代的?這幾代戰機的設計無一不是由以往實戰、演習的經驗和工程技術條件所共同決定的。對於無力研發甚至無緣裝備正規五代機的國家而言,想研發六代機只能拾人牙慧或者腦洞大開。拾人牙慧則無法實現全面超越,而腦洞大開則充滿了未知風險,容易被對手以成熟體系全面碾壓。 

    目前五代機的實戰經驗基本為零(F-22隻扔過一次鐵炸彈),只能在演習場上進行試驗。而目前的演習更多見的則是四代機和五代機之間的對抗,以幫助四代機獲取經驗提升他們的生存能力。五代機之間的對抗經過和結果則很少被公佈。其實不難想像,以目前的雷達技術,機載雷達對於隱身目標的發現距離都很短,往往都在目視範圍之內。五代機之間往往很難發現彼此,更別談什麼對抗了。打擊對方的關鍵作戰節點才是最重要的事情。 

    而作為更新一代的六代戰機,將具備哪些能力,將通過怎樣的技術條件實現? 

    戰機更新換代的決定性條件,是機體性能。電子設備和作戰軟體可以通過後期升級不斷完善,而機體性能則只能小修小補。F-15和蘇-27這種典型的四代機無論如何修改都無法實現超巡和隱身,只能不斷用4.XX代戰機的稱謂來安慰自己。

    所以,全新的機體和性能才是新一代戰機的基礎。那麼六代機需要什麼樣的機體呢? 讓我們從戰機的幾項關鍵性指標來看看吧。

    發動機

    機體的先決條件在於發動機,這一點毫無疑問。下一代發動機技術路線已基本確定為變循環發動機。變迴圈發動機可大範圍調節涵道比以適應寬廣的工況範圍,以一台發動機兼顧渦扇、渦噴和亞燃衝壓發動機的性能優勢區間。對未來戰機而言,巨大的氣流速度和高度(密度)適應範圍比單純的增加推重比更加有意義。使戰機可以同時兼顧低油耗的亞音速巡航和高戰術價值的超音速巡航,而不是現在的2選1。

    當然,下一代發動機的推力肯定也會進一步增加,其推重比有望提升至12或13級別。與之相應的,就是油耗、體積和複雜度的上升。不難想像,未來戰機的個頭不會比現在的五代機小,否則將出現內部空間不足,油箱減小作戰半徑縮短的問題。

    變迴圈發動機的高適應性還有一個好處,就是對進氣道的設計要求降低,同時尾噴口大小也可以固定以省去截面調節機構。這對機體外形的設計而言無疑是個福音。 

    速度和航程

    速度和航程往往是矛盾的兩面,高速往往意味著需要克服巨大的阻力和高昂的油耗,因此帶來航程嚴重不足。

    然而在優秀的發動機基礎之上,下一代戰機有望同時兼顧2馬赫以上的超巡能力和省油的亞音速巡航能力。從而實現超越五代機的巨大作戰半徑,在理想狀況下可超過2000公里。

    為什麼超巡能力只增加到2馬赫?原因很簡單,氣動加熱。即使是3萬米高空的稀薄空氣,以3馬赫飛行時的啟動加熱將達到300°,而5馬赫將達到900°的高溫。在這種溫度下機身材料難以保持剛度和可靠性。結構簡單的導彈彈頭可以靠犧牲燒蝕層和攜帶液氮來頂個一時半會兒,結構複雜且需要長期重復使用的戰機則不可能承受。

    曾經的3馬赫飛機米格-25和SR-71通過選用鋼材和全鈦機身勉強應付高速需求,但也成為了機動性嚴重下降的“飛行火箭”。下代高機動戰機還這麼做就得不償失了。 

    另外,氣動加熱將產生嚴重的紅外信號。而現代機載紅外感測器技術大幅升級,過高的速度將不利於紅外隱身。

    隱身、機動和結構

    這三項是戰機外形設計的限制條件,他們對戰機外形的要求往往是矛盾的。以往戰機總有不同程度的顧此失彼,難以完美兼顧。

    隱身性能的進一步完善是下代戰機的優化重點。由於發動機技術和氣動控制技術的進步,機體外形設計可以做的進一步簡潔。其中最大的亮點就是有可能完全取消垂直尾翼。垂直尾翼的主要作用是控制戰機飛行的偏航並保持方向穩定性,但它也是一個巨大的側向反射源。在五代機的時期通過垂尾傾斜的方式控制反射方向,而到了六代機時期,則可以通過更先進的佈局來兼顧氣動需求和隱身需求。

    另外,針對五代機隱身頻段較窄,面對新銳的VHF/UHF波段雷達隱身性能堪憂的情況,六代機很有可能通過增大機體尺寸和細節優化的方式加以平衡。隨之帶來的是機體內部空間增大、油彈設備等載荷增加、後續可升級性好等紅利。但也帶來了結構重量的上升、推重比下降等副作用。

    隨著發動機氣流引射技術的逐漸成熟,戰機在舵面之外有了全新和高效的氣動控制方式,可實現以往難以實現的超機動性能。設想一下在機頭位置直接噴射氣流來調整機頭指向,在航展上連轉3圈是多麼令人激動的事情。若以此技術取代傳統的氣動舵面,則可進一步減少戰機表面的活動部件,大量減少VHF波段信號源,進一步提升戰機隱身能力。

    超機動的另外一個限制問題就是機體和駕駛員的G值承受能力。在高馬赫數下大力推動機頭轉向所帶來的巨大加速壓力很有可能直接將飛機壓碎解體,想像一下在高速公路上飛奔的汽車如果猛打方向盤會是什麼後果?如果不考慮人體的限制進一步增強機體強度則不可避免的帶來結構重量暴漲,這更有可能得不償失。

    六代機的超機動性將在亞音速體現的淋漓盡致,在高馬赫數下則可以避免傳統舵面控制效率嚴重下降的問題,從而在所有的速度範圍內實現9G機動。足以碾壓現有戰機。

    綜合這些先進技術,六代機將同時擁有四代機和五代機的機動性特點。並在滾轉、盤旋和機頭指向速度等技術指標上達到一個新的高度。在機動空戰中佔據絕對優勢的地位。 

    資訊感知和整合

    現代機載雷達技術在不斷的進步,但同時也受到物理規律的限制。在技術水準相近的情況下,雷達的天線尺寸、收發單元數量和功率仍然是雷達性能的絕對標桿。

    六代機上很有可能大量應用分佈式雷達,但受限于機體的外形尺寸和隱身需求,全向雷達監視仍然難以實現。戰機的主要探測和跟蹤能力依舊要靠機頭雷達實現,而後半球方向僅限于預警和輔助觀察。

    因此若機頭尺寸相差不大,保持同步升級,五代機和六代機之間的正面雷達性能就不會出現太大的差距。而六代機在側後方向上的感測器能提供更全面的保障。 

    隨著光電技術的進步,紅外和可見光的觀察距離得到巨大提升。在很大程度上可以作為雷達技術的補充:在高空背景下高速飛行的戰機會出現明顯的氣動加熱現象,即使擁有優秀的隱身能力也難以避免被高靈敏度的紅外探頭所發現。在美軍未來的設想中,就有用無人機網路用紅外定位,對抗中國隱身戰機的報告。 

    除了戰場資訊的探測和收集,整合和分發也是下代戰機不可或缺的能力。同時這也是五代機正在不斷加強的方向。依靠隱身和高機動平臺進行抵近探測和觀察,並承擔一部分指揮和控制功能,是未來戰機資訊系統的發展方向。隨著微電子技術的突飛猛進,未來戰鬥機平臺也將擁有比肩現代預警指揮機的資訊處理能力。指揮小群無人機前出探測和引誘也將是六代機的任務範圍。

    為照顧駕駛員精力問題,六代機也很有可能配備兩位飛行員以兼顧駕駛戰鬥和指揮控制。而且雙飛行員在長時間續航下進行輪流休息也可以較長時間保持效果。

   武器系統

    與下一代戰機相配套的武器系統也必須得到升級。現役空空導彈體系多為針對四代機進行設計,在面對五代機時性能已捉襟見肘。而且地面防空武器的現代化也對未來的空地武器提出了更高的需求。

    採用雙速制發動機並增大燃料攜帶可以兼顧遠射程和高突防能力,而為反隱設計的大型導引頭也要求下一代導彈更加大型化。這些重型導彈的尺寸和重量將達到早期導彈如不死鳥和獵鷹導彈等的水準。所以在面對高威脅目標時,六代機也必須擁有巨大的內部彈倉以容納這些武器。

    至於能量武器,最接近實戰化的鐳射武器也有可能裝備六代機。但鐳射武器由於受到大氣干擾限制能量衰減很快,功率有限的戰術機載鐳射系統很有可能僅用於對抗視距內目標的近戰武器。無論是近距離格鬥還是對抗來襲導彈都能發揮不錯的效果。當然鐳射武器系統能否整合進六代機的機體還受限于技術的發展。現有鐳射武器實驗平臺顯然是無法直接使用的,鐳射平臺的高功耗和高散熱需求或許是比六代機更難跨越的工程技術障礙。

    至此,我們可以對未來的六代機總體樣式畫下一個輪廓。下代戰機的體積將比現有戰機明顯放大至30噸級,雙駕駛員,完善的寬頻隱身能力,全面的超機動性、兼顧 2馬赫超巡和2000公里作戰半徑,先進的航電系統和大容量彈倉。無論是面對現役的五代機還是現代新型防空系統都將擁有巨大的技術優勢,成為未來天空的主宰。

 鳳凰軍事

 

責任編輯:胡光曲

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