新版歼20完善航电系统向实战化迈进

2014年07月01日 16:30  新浪军事  收藏本文

  至于未来引入TVC技术之后,腹鳍是否会继续存在的问题,笔者认为仍然存在的可能性更大。相对于飞机本身的体量,歼-20的全动垂尾面积并不像F-22和F-35那样大,又不像T-50那样依靠类似苏-27的发动机悬吊式结构可以部分起到腹鳍的作用,为了保持大迎角下足够的方向安定性,同时提供足够的系统冗余度,腹鳍的存在仍然是重要的。

资料图:歼-20最新款2011号正在降落。资料图:歼-20最新款2011号正在降落。

  动作筒修形和襟副翼调整:

  隐身战斗机为了尽可能降低各个方向的雷达反射截面积,对外表的光洁程度要求较高。因此,歼-20前两架原型机尺寸较大的外露式动作筒颇受指摘,这是因为强调超音速飞行性能的歼-20机翼较薄,不足以将襟副翼动作机构包裹在内所致。在2011号原型机上,动作筒的尺寸明显缩小,而且不同于2001/2002号原型机的动作筒与机身轴线平行安装的方式,该机的动作筒和襟副翼垂直安装,和机身轴线有一定夹角。

  实际上,这两个改动是相辅相成的。从理论上说,动作筒和襟副翼垂直安装,使得操纵力臂更短,工作更省力,对驱动动作筒工作的电机功率要求就更低,电机的尺寸就能更小一些,使得包裹整个动作筒的整流罩也变小了。另外,动作筒和襟副翼垂直布置,也有助于改善机翼下表面的流场情况,减小阻力和乱流。

  顺着动作筒观察,襟副翼本身的设计也有调整,对比前两架原型机可以发现,由于2011号原型机的边条和尾撑加宽,腹鳍外扩,使得机翼内侧的襟翼也需要外扩,并进行了切尖处理以避免在动作时和腹鳍发生干扰。但是在翼展不变的情况下,外扩的襟翼不可避免的挤占了机翼外侧副翼的空间,使得副翼的宽度有所降低。

  为了使得飞机的滚转性能不降低,2011号原型机加大了副翼的前后长度。在前面的原型机上,副翼和襟翼的安装点并不在一条直线上,副翼的长度要比襟翼短一点;而在2011号原型机上,通过前移服役的安装位置,使得副翼和襟翼的长度一致,基本保持了副翼面积不变。

资料图:2011号歼-20的两个发动机。资料图:2011号歼-20的两个发动机。

  气动改进小结:

  就气动设计这个环节而言,工程验证机需要在保证方案的基本设计要求得到满足的前提下,在其设计细节上提供更多的可能性,以便科研人员通过试飞对这些细节进行其可行性的深入验证。就这一点而言,由于不存在实机竞标环节,歼-20的前两架原型机要比YF-22这样的方案验证机更加接近于工程验证机的概念。而到了型号原型机设计阶段,就要根据要求和试飞情况对各个设计细节进行相应的取舍。

  和同为第四代双发重型战斗机的F-22相比,歼-20相对较长的机身长度和较小的机翼面积已经能明显看出其更偏向超音速飞行性能的设计方向。而类似“台风”的远距耦合鸭式布局也有助于在发动机性能难以和美俄媲美时提高超音速飞行能力。

  从2011号原型机在气动上只是进行细节上的修改来看,歼-20的基本设计思路已经得到了认可。个人认为,使用单位对歼-20的性能要求是保证足够的亚跨音速范围性能的前提下,强化超音速性能,做到有所取舍。进一步向超音速性能指标倾斜,并强化隐身能力——从某种程度上说,歼-20的发展方向似乎和YF-23有着某种相通之处。

  这种取舍的思路反映了空军对歼-20的定位更加清晰,如果说2001和2002说明空军当时仍然把歼-20看做是一架能在超音速段和亚音速段机动性均全面压制三代机,同时具备一流隐身能力和全面状态感知能力的“全能战斗机”;那么在2011身上能够看到,空军通过歼-20第一阶段的试飞,对四代机的作用有了更加理性的认识。作为四代机,歼-20面对三代机时拥有与其大体相当的亚音速段机动性即可,重点则是依靠远优于三代机的超音速机动性,结合隐身性能和航电武器系统的优势来形成对三代机的压制。

  细节之变:

  作为主要用于验证某一方面性能,并不会投入批量生产的飞机,技术验证机在细节上难免会有些粗枝大叶之嫌,这也算是各国惯例。例如美国的前掠翼验证机X-29,身上很多配件都是F-5和F-16的成品,前文提到的HiMAT高机动验证机,同样也没少用货架产品。前苏联进行早期垂直起降飞机实验的时候,直接在米格-21和苏-15的机身中央塞入升力发动机进行验证试飞,搞得两型飞机都成了真正意义上的“机场围墙守护者”,更是简单粗暴至极。

  歼-20的前两架原型机虽然并非简单的方案验证机,在细节处理上已经有所顾及,但是经过实际试飞之后许多细节难免需要做出调整。因此,在2011号原型机上我们还是能够看到诸多细节上的变化,这也使得2011号原型机作为一架型号原型机,或者所谓“正样机”的特征更加明显。

资料图:照片显示歼20战斗机机头右侧有一个软管受油插头,它采用和F-35类似的可伸缩软管结构。资料图:照片显示歼20战斗机机头右侧有一个软管受油插头,它采用和F-35类似的可伸缩软管结构。

  加框的座舱盖:

  在这些外观细节变化中,最引人注意的变化莫过于座舱盖的改变。2011号原型机不仅将之前的一体化座舱盖改为了带内框结构的一体化座舱盖,还在舱盖顶部加装了一组外形奇特的线状物。由于歼-20的前两架原型机均使用类似F-22的一体化无框式座舱盖,而这种无观察死角的座舱盖在外形上确实更为美观,也更符合军事爱好者心目中第四代战斗机应有的“酷炫”形象,使得2011号原型机的这一改变引起了诸多疑问。

  诚然,一体化座舱盖由于没有加强框架结构,无论在提供全向视野和降低座舱雷达反射面积上都具备优势,但是也正由于它没有加强框架,必须完全依靠透明件自身支撑起结构,要达到足够的结构强度,就需要透明件必须有足够的厚度,这就导致了采用一体化设计的座舱盖在重量上反而大于传统的非一体化座舱盖。

  而且由于舱盖厚度较大,如果采用反应速度更快,技术更先进的穿盖弹射技术的话,在微爆索舱盖破裂系统爆炸后很难形成尺寸足够小并且均匀的碎块,使得飞行员可能在弹射过程中受伤,危险性较大。所以,目前使用这种一体化座舱盖设计的美国F-16和F-22两型战斗机仍然使用传统的抛盖弹射方式,而歼-20的前两架原型机估计也是如此。

  随着机载探测设备性能的进一步发展,以及空战武器使用隐蔽性的进一步提高,现代空战的突然性已经大大增加。飞机很有可能在毫无知觉的情况下就被对方的武器命中,这就对飞行员逃生系统的响应速度提出了更高的要求。

  对于隐身化、主打超视距空战的第四代战斗机而言,采用纯一体化舱盖设计带来的视距内视野优势的价值非常有限,不仅不足以抵消其对飞行员逃生安全带来的负面影响,其成本劣势、增加重量(包括舱盖本身增重以及采用抛盖弹射系统的附加重量)等因素也不能忽视。虽然内部加强框架的设计可能会增加飞机的正向雷达反射截面积,但这一问题可以靠在舱盖内部镀金属反射膜加以缓解。因此,F-35就摒弃了F-22的纯一体化座舱盖设计,改用了带内部加强框的一体化座舱盖设计以配合使用穿盖弹射救生系统。

  2011号原型机的座舱盖虽然增加了内部加强框,但是其透明件部分仍然是一体成型的,这一点和F-35相似,和仍然采用两段式座舱盖设计的T-50明显不同。而从座舱盖内部增加的线状物,也就是穿盖弹射救生系统中用于提前爆破座舱玻璃的微爆索破裂系统中也能看出2011号原型机飞行员救生方式的改变。从这种改进中,我们能够看到设计人员在四代机飞行员弹射救生系统的研发上不断分析跟踪世界先进水平的过程,标志着该机距离走向最终的成熟又近了一步。

  完善航电系统:国产EOTS和无框式HUD 

  现代战机的航电设备日趋复杂先进,因此飞机上是否安装了完整的航电设备也逐渐成为判断一架飞机是技术验证机还是型号原型机的另一个特征。虽然由于大部分航电设备都隐藏在飞机内部,从外观上很难真正看出航电系统性能的优劣,但是管窥部分设备在外观上的改变还是能看出,随着配套技术的不断完善,歼-20正在逐步走向实用化、实战化。

资料图:歼-20的主弹舱只能携带4枚PL-12中距空空导弹或PL-15中远程空空导弹。图为歼-20 2002号原型机。  资料图:歼-20的主弹舱只能携带4枚PL-12中距空空导弹或PL-15中远程空空导弹。图为歼-20 2002号原型机。

  2011号原型机甫一出现,其机头下方多出的一个钻石形状的设备就引起了广泛关注。这是因为在F-35的机头下方也有一个外形与此高度类似的设备,即光电瞄准系统(EOTS),不出意外,2011号原型机机头下方的类似设备就是国产化的EOTS。

  作为机载雷达的补充,各种光电搜索与跟踪系统由于具备隐蔽搜索跟踪目标的能力,已经成为与先进机载精确制导武器配套使用的重要传感器。它们在第三代战斗机上得到了较广泛的应用,大多数以吊舱的形式外挂在飞机的挂点上使用。但是,对隐身性能要求很高的四代机来说,即使是做了隐身修型的吊舱也会对机体的隐身外形造成明显破坏。

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