(图文) 惊天喜讯:万众期待的中国新歼10先进改型已首飞成功 | ||
www.wforum.com | 2009-03-17 12:08:35 世界军事网 | 0条评论 | 查看/发表评论 | ||
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文章提交者:shan..lin 26号下午一点左右试飞落地,之前晒了几天太阳,现在终于展翅飞天。据说新歼十B采用了DSI进气道、垂尾电子舱、台风机翼、红外侦搜系统、无源相控阵。 从航空技术发展试分析歼-10的后续改进方向
歼-10的现状和改进需求 歼-10战斗机是中国航空工业自行发展的世界第三代水平的先进战斗机,本世纪初期开始批量生产歼-10不但提高了中国空军的装备水平,而且从基础上为中国的航空工业建立起了系统化的先进战斗机设计经验。歼-10的研制成功和装备确实给中国的航空兵和航空工业带来了新的进步,但是歼-10出现的时候国外装备的三代战斗机早期型号已经处于退役状态,目前作为主力的第三代战斗机大都是经过现代化改进的改进型。歼-10要想在现代化高技术战争中具备与强大对手对抗的战斗力,那么必须在现有型号的基础上开发综合战斗力更加强大的改进型,而歼-10的改进在中国航空工业技术水平快速发展和国防压力不断增加的现在,也已经成为了在技术上和装备上都必须得到重视的关键发展项目。 气动布局方面的改进 航空技术的长期发展积累和基础科研条件是现代化战斗机设计先进性的保障,美国在70年代设计的F-16战斗机经过长达30余年的发展后仍然没有过时,F/A-18、F-15E/K和SU-27也都是第三代战斗机设计的经典和长青树,国外三代战斗机在整体气动布局和结构设计上的延续说明其在基础设计上具有很大的发展潜力。歼-10战斗机的气动设计基本达到了国外上世纪80年代初期的平均水平,虽然歼-10的气动设计放到国内来说确实是个了不起的进步,但是在15年前就已经基本确定的气动布局设计并没有达到真正完善的程度,很多当初设计时因为经验和条件限制所存在的缺陷还没有解决。中国近年来在航空技术上取得的收益已经克服了原有的很多技术瓶颈,歼-10改进设计中可以利用近年来完成的新技术来改善原始设计,通过新技术和新成果的采用来提高飞机的综合气动性能和发展潜力。 歼-10的气动设计代表着中国航空工业上世纪90年代初期的先进水平,但是目前看歼-10的整体气动设计还存在很多求稳保守的方面,尤其是传统的国土防空思想在飞机气动设计上的影响仍然存在,这就使歼-10目前的设计在气动与结构上还存在改进提高的很大空间。歼-10改进中的气动修形应集中重点来提高飞机气动和战术水平,通过对气动设计进行修整后的增升减阻来提高飞行性能和巡航经济性,通过改进的气动设计来降低歼-10正面的雷达反射面积,解决目前歼-10在雷达信号强度上略超过国外同规格战斗机的问题。
FC-1第4号原型机开始应用与美国F-35类似的DSI无附面层隔道式进气道,应用DSI进气道的FC-1在性能上比早先的原型机有一定的提高,尤其是在减阻和减重方面的获得的收益更是促进FC-1飞行性能发展的关键。歼-10的设计中采用了速度适应范围较大的矩形多波系可调节机腹进气道,现有的进气道虽然在技术上完全能够满足歼-10战斗机所需要担负的作战任务,但是矩形进气道在阻力和结构重量方面确实在同类型飞机中显得过高。歼-10目前存在的结构重量大的问题也是影响飞行性能的主要因素之一,如果歼-10能够在改进设计中适当降低对飞机超音速飞行性能的要求,将飞机的最大飞行速度降低到M1.8就可以用DSI进气道替代现用的矩形进气道。DSI进气道设计的主要优势就是简化结构和降低飞机的结构重量,歼-10采用DSI进气道的效果如果是按照FC-1的标准来估算,那么可以初步判断出在结构方面能够降低重量约70千克左右,而且还能够使进气道的安装更加简单和更容易与前机身融合,为进气道下侧方的外挂点的挂物提供更加良好的尺寸空间。 上世纪80年代中期确定初步设计要求的歼-10还保留传统防空战斗机的特点,在现代化战斗机开始强调多用途和多功能的情况下,歼-10在进行气动与结构调整的同时改善外挂条件,是在技术改进过程中提高歼-10多用途能力和扩展飞机应用范围的有效方法。歼-10在外挂条件上存在的问题首先就是用常规挂架携带的外挂物阻力较大,因此在改进设计中应该综合利用气动修形和弹射挂梁的方法,尽可能保证外挂物接近机身形成气动干扰和阻力最小的保形外挂,并且在减少外挂阻力的同时改善外挂点的空间条件以放宽对外挂物的尺寸限制。
国外目前在先进战斗机的改进设计上已经开始大规模应用保形油箱,F-15、F-16、"阵风"和EF2000都已经具备使用机身保形油箱的能力,尤其以"阵风"和EF2000使用的机身保形油箱对歼-10最具有参考价值。歼-10如果能够在机身侧上方两侧各安装一组保形油箱,按照国外类似装备的标准估算可以增加燃料载荷约1300~1400千克。歼-10采用机身保形油箱的燃料载荷虽然略少于机翼外挂副油箱,但是保形油箱阻力小的优点在综合效能方面并不比常规副油箱差,而且使用保形油箱后空出的2个机翼挂架能够增加约2000千克的有效载荷或2枚战术导弹。歼-10增加机身保形油箱后对提高载荷和增强多用途能力都有很大的帮助,只要歼-10能够基本上解决目前暂时存在的整机推重比不足的缺陷,那么增加机身保形油箱后将不会明显影响飞行性能和对空作战能力。 歼-10在机翼设计上采用了带复合弯扭的大后掠角正三角翼型机翼,这种与J-8II和"幻影"2000类似的翼形是为了提高飞机的速度性能,比较适合追求超音速拦截性能和发动机推力相对不足的条件。采用大后掠角的三角翼确实适合高速飞机的气动要求,但是因为三角翼外翼段的弦长较小和升力贡献较少,所以近几十年里发展的三角翼战斗机大都采用外翼切尖的翼形。取消外翼气动贡献有限的部分并适当降低机翼前缘的后掠角度,获得的收获是可以在机翼外侧安装导弹发射架的滑轨或吊舱,等于是在机翼上增加了一个不占用翼下空间的有效挂点。目前国外装备的F-16、"狮"、JAS-39、EF2000和"阵风"都采用了切尖三角翼,而这些战斗机全都是性能较为平衡的先进多用途战斗机。歼-10现在使用的机翼外翼的弦长较小的问题非常明显,从图片上可以看到机翼最外侧的外挂导弹前端明显探出机翼前方,外挂架和载荷的重量对机翼挂点的结构强度要求较高。歼-10如果在改进中适当降低机翼前缘后掠角以提高翼端弦长并增加翼尖挂架,那么飞机本身的高速性能虽然比现在的翼形要有所降低,但是却可以使歼-10外挂载荷的空间条件和外挂灵活性有明显的提高,而替代AL-31FN的新发动机所增加的推力也可以部分弥补改进所造成的影响。
多用途作战能力的发展前景 中国的空中力量已经逐步成为攻防一体化的现代化空中打击力量,多用途战斗机也开始逐渐取代早期的战斗机和战斗轰炸机,国内战斗机也开始采用与国外相同的多用途和多功能的设计思想。歼-10在有效载荷和外挂设置方面能够感受到多功能战斗机的基础,歼-10的现有外挂条件虽然可以达到与法国"幻影"2000类似的标准,但是相对同类型的F-16比较却存在有外挂灵活性差和载荷不足的问题,仍然还没有摆脱大后掠角三角翼战斗机在外挂形式上固有的缺陷。 根据歼-10粗壮的机身和大面积机翼估算的机内载油量约在3吨左右,对应的转场航程和作战半径应该在3500千米和1100千米左右,因此歼-10在执行半径较大的作战任务时要挂载副油箱来提高航程。歼-10的航程和作战半径指标与"幻影"2000和F-16C/D基本相当,对于担负国土防空或争夺制空权任务来说应该是完全够用的,但是要想满足现代化战斗机多用途对载荷和航程性能的平衡要求则还存在不足,尤其是外挂副油箱和机载武器载荷方面存在的矛盾更是需要解决。
中国空空导弹科研单位如果不发展类似MICA或"德比"的小型中距导弹,那么SD-10这样规格的导弹想挂在歼-10机身外侧挂架是非常困难的,而将机身侧方挂架改为两个却削弱了挂载吊舱和武器的灵活性。外挂条件的限制使歼-10在外挂条件上无法与EF2000和"阵风"相比较,是如果将外挂架的数量增加到13(增加两个机翼下挂架)~15个(增加翼尖挂梁)也可以明显改善歼-10的多用途能力。歼-10的改进型假设可以采用DSI进气道并部分降低对超音速性的要求,那么还可以通过降低机翼前缘后掠角的方法加装翼尖挂架并增加机翼面积,使歼-10在外挂载荷条件和挂载灵活性上提高到接近F-16C的标准。法国的"阵风"和欧洲良好的EF2000都是与歼-10类似的三角翼战斗机, EF2000的气动设计和外挂条件在对空作战方面有所优势,但是"阵风"合理的外挂条件和大载荷的优势却在多用途能力上超越了EF2000,歼-10与"阵风"和EF2000外挂条件上最大的差距就是机身挂架无法挂载中距空空导弹。
生产性能方面的改进方向 现代化战斗机采用复合材料减轻结构重量是普遍采用的措施,国内近年来在航空复合材料的技术和工艺方面发展很快,复合材料的使用范围已经达到可实用的整体机翼蒙皮和其他大型构件。歼-10通过改善飞机结构设计减轻结构件重量和改善生产能力的发展潜力非常大,尤其是在中国航空制造工艺和材料技术迅速发展的现在,通过对早期设计的完善了提高可以大幅度改进现有飞机的综合性能。歼-10的结构设计和材料选择方面与国外三代早期战斗机的标准基本相当,复合材料和钛合金材料的用量低于国外上世纪末期飞机的标准,而且在整体结构设计方面的技术进步也存在飞机减重和简化结构的条件。
现代化航空技术的发展为飞机简化结构和减轻结构重量提供了新的机会,如美国F-16战斗机的基本设计上上世纪70年代初期的标准,但是在最近生产的新批次F-16战斗机的制造过程中,通过在原始设计上采用大规格整体锻件和高速加工技术显著简化了飞机的制造工时和成本,如前机身座舱和机头件的隔框采用整体毛坯高速加工成型后,零件和工具的数量各由早期设计的46件和77件减少到各1件,原始设计中所需要的483件紧固件在新部件上完全取消,生产和装配工时与结构重量也由96.9小时和7.4千克减少到22.5小时和6.2千克。歼-10的基本制造技术、工艺和选择的材料标准与J-8II这型二代机的差别并不大,如果能够利用目前我国已经掌握的新工艺、新设备和材料技术上的进步,那么在对飞机结构不进行大改进的情况下完全有条件把歼-10的基本空重控制在不超过9吨,减轻飞机的基本重量和简化结构后的歼-10更加能够发挥FWS-10增大推力的效果。 中国航空制造方面一直存在有材料性能差和工艺水平不高的缺陷,这些与基础工业直接联系的问题在短时间内并不能完全得到解决,歼-10在飞机的材料和部分关键件的获得上还需要依靠进口供应,而国内工业制造能力上存在的缺陷也限制了歼-10结构设计发展的条件。中国航空工业但是如果利用国内现有条件加大技术成果向生产力方面的转化速度,利用新设备、新技术和新工艺保证实现歼-10的材料全面国产化的可能的,随着先进复合材料生产工艺的发展和大型承力结构件毛坯锻造设备的投产,歼-10在提高设计与加工能力的同时还有降低成本的空间,更重要的是保证歼-10成为真正能够由中国本身独立生产并发展完善的现代化战斗机。国内先进飞机结构材料技术经过近20年的发展已经得到了很大的提高,钛合金和复合材料的加工工艺问题基本已经解决,而且在技术发展过程中也取得了很多有应用价值的新成果和新发现,已经能够在不对整体设计进行大调整的情况下提高歼-10综合性能和战斗力,而在歼-10上所进行的全部改进都可以促进更先进的第四代战斗机的发展。 装备技术发展的必然趋势 歼-10在改进中最重要的基础条件就是提高发动机推力提高整机推重比,只有能够满足有效提高飞机整体动力性能的这个前提,才有可能在改进中采用可能造成增重或者提高飞机阻力的改进措施。美国的F-16能够从早期的格斗战斗机发展到现在的多用途战斗机,能够在空重和最大起飞重量由第5批次的6607和16057千克提高到50批次的8666和21772千克,发动机在重量和尺寸没有大变化的情况下推力由106kn增加到131kN是个重要的基础。
AL-31FN是以SU-27SK使用的AL-31F为基础改进的型号,主要的改进特征就是为了适应单发战斗机的要求调整了部分附件的位置,发动机本身的技术性能和推力并没有得到改进。发动机推力不足现在已经成为限制歼-10综合战斗力的主要因素之一,歼-10虽然依靠先进的气动布局和电传操作系统获得了很高的机动性能,但是单纯比较与发动机推力和整机推重比相关的加速性和爬升率等指标,可以发现现在的歼-10与采用2台WP-13B发动机的歼-8D并没有明显的优势。歼-10的发动机推力目前看来并不能很好的满足飞机对动力系统的性能要求,而且这个问题在飞机进行改进改型后出现增重情况时将会更加明显,因此为歼-10改装推力和推重比更大的发动机刻不容缓。AL-31FN存在的问题还有发动机本身的可靠性与AL-31F存在差距,这是因为作为技术基础的AL-31F本身是为双发飞机设计的,在改进为单发飞机用的AL-31FN时所机械能的改进缺乏长时间应用的检验,很多在AL-31F上不存在的问题在改进设计后出现在AL-31FN的使用过程中。
中国空军目前在新型重型战斗机的生产中已经开始采用"太行"来替代AL-31F,而作战部队双发重型战斗机上使用的AL-31F也将逐步被"太行"替代,虽然国内自行开发的"太行"在部分技术性能和可靠性等方面相对AL-31F还略有不足,但是持续的开发试验与实际应用过程中的改进却能够逐步解决这些问题。中国目前生产的重型战斗机已经确定了用"太行"取代AL-31F的路线,随着"太行"的性能与可靠性经过双发重型战斗机使用实践后的改善,改进后的"太行"也将会具备满足装备单发歼-10战斗机所需要的可靠性标准。歼-10采用AL-31FN发动机确实因为与AL-31F结构接近而有利于维护,但是在使用AL-31F的重型战斗机开始逐步加/改装国产"太行"发动机之后,AL-31FN在后勤维护和装备补充方面的优势将会失去,曾经具有的优势在整体装备条件变化的时候反到成为了负累。
现代发动机推力矢量技术的发展是提高战斗机机动性能和获得过失速机动能力的关键,获得推力矢量技术的歼-10确实能够明显提高飞机的近距离格斗性能,而且推力矢量技术的应用还能够改善飞机的起降性能与飞行安全性。单纯从技术的角度可以说推力矢量技术对战斗机的促进作用是确定无疑的,不过典型的第三代战斗机在执行对空作战任务时主要依靠导弹,常规第三代战斗机获得过失速机动动作的战术优势并没有四代战斗机那样明显,而且采用带推力矢量技术的格斗导弹比为飞机增加推力矢量技术更有效果。歼-10战斗机在设计时并没有考虑到机体气动布局与推力矢量技术综合的问题,因此在采用推力矢量后必须改变飞机后机身的气动设计和调整整体布局,单纯在现有机身上增加发动机矢量推力的实际作用比较有限,而且增重后代后机身对全机配平与飞行控制系统的综合都会存在困难。 中国航空工业现在已经投入力量开始发展自己的第四代高性能战斗机,具备隐身能力和高机动性的四代机在设计上就考虑到了气动与推力矢量技术的综合,歼-10增加推力矢量技术作为四代机的技术验证机还可以发挥作用,但是在实际装备的批生产型歼-10上增加推力矢量的效费比并不好。国外目前除了俄罗斯在出口型战斗机上大规模应用推力矢量技术外,在推力矢量技术上比俄罗斯更完善的美国和欧洲国家的三代战斗机,在进行技术改进的过程中都没有过多的考虑增加发动机推力矢量,而是通过提高飞机的航电火控设备和采用先进导弹武器来提高综合战斗力。
改进歼-10战斗机对中国航空兵的价值 歼-10的改进并不同于早期在歼-8与歼-7系列飞机上所进行的改进,歼-7/8长期改进的原因是为了解决飞机平台性能不足和航空兵对先进装备需求之间的矛盾,利用在现有成熟飞机上应用航空技术的新成就来提高飞机的综合战斗力,国内战斗机型号发展的滞后使这些改进型在整体性能上并没有取得很好的效果,即使是最新的歼-7/8改进型也没有弥补飞机本身性能上存在的固有缺陷。歼-10的改进与歼-7/8改进的最大区别是歼-10本身的技术性能属于三代标准,国外现在装备的先进战斗机主要还是以三代和三代改进型为主,所以在歼-10的基础上改进的最大优势是飞机本身的条件与国外比较接近。
战斗机的改进改型在提高飞机性能的同时必须考虑到成本与效益之间的比较,超越飞机战斗力需要和成本效益的改进往往得不偿失,如与歼-10同一个厂家生产的FC-1是作为低成本的轻型战斗机设计,因此目前技术先进成本却比较高昂的大型复合材料结构和主动相控阵雷达就不适合作为FC-1的改进项目,再如为只能外挂2枚中距导弹的歼-8IIM改装可同时打击4个目标的火控雷达同样是对装备的浪费。正如歼-10无论怎么样提高生产性也不可能将成本降低到相当于FC-1一样,通过改进使歼-10在综合战斗力上达到SU-27SK的国内改型同样标准绝无可能,况且大量超越飞机基础设计的性能指标既无必要又会增加不必要的成本投入。国内战斗机技术改进目前主要是利用现有技术的发展提高综合作战性能,国外战斗机的现代化改进项目中同样可以感受在性能与成本之间的平衡,所以说战斗机的改进并不是采用越多先进技术就越合适,而是要在战斗机的发展过程中根据技术与成本的考虑来满足必要的需求。
基本重量:8800千克 正常起飞重量:13900千克
空战重量:11800千克 最大起飞重量:19800千克 外挂点数量:13个 最大载油量:8400千克 最大载弹量:7000千克 作战半径:850~1300千米
转场航程:3900千米 |
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