歼10B换装相控阵雷达有利有弊 重量大增致一性能下降

2016年12月24日 14:30 新浪军事 微博
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图:歼10B参加珠海航展

  根据空军工程大学的论文《新型战机综合航电系统及其高速光互联技术》,歼10B上采用的是类似美国F22航电总体架构的设计。

  而根据国内其它的资料分析,国内在发展歼20的过程中,航电总体方案设计经历了两个主要阶段;早期是跟踪F22的宝石柱系统构架,而后期则放弃了这一设计,转而跟踪综合化程度更高、未来发展潜力更大的F35宝石台系统构架。歼10B上的航电系统,实际上就是国内第一轮四代航电系统研究的具体成果。

图:歼10B采用了相控阵雷达

  在外观上来看,歼10B最显著的改变特征就在于使用DSI进气道减重并更换了相控阵雷达天线。对于现代的先进战斗机来说,相控阵天线的探测性能要远远优越于传统的平板缝隙阵列天线;特别是其扫描速度极快、探测数据刷新率极高、而且波束变化快速灵活等特性,能使得相当多传统的雷达对抗战术几乎完全失效。

图:F15从机械多普勒雷达更换相控阵雷达后增重明显

  但是另一方面,除了大幅度提升成本以外,相控阵雷达也对歼10B造成了明显的飞行性能负面拖累。事实上这不只是歼10B一家的问题,包括F15、F16在内,几乎所有的三代机改装相控阵雷达,都要面临飞行性能下降的问题。

  最为直观的问题在于,战斗机相控阵雷达的天线由少则近千个、多则近两千个信号发射和接受单元组成;其重量远远高于传统的平板缝隙天线和倒置卡赛格论天线,再加上其供电消耗和散热都要求更高,最终会使雷达的总重量明显增加。飞机越重,飞行性能就会被拖累的越厉害。

  而另一个不太直观、但影响同样严重的问题;在于飞机要保证飞行安全和机动性,它的重心是有严格限制的。重心过于靠后,则飞机过度不稳定,极易失控;重心过于靠前,则飞机过度稳定,机动性和操纵性变得很差。

图:战斗机的重心本身都处于比较靠后的地方

  相控阵雷达的大幅增重,正好是在飞机的最前端,对飞机重心前移影响最大。为了把重心给调回去,保持在初始设计范围以内,战斗机必须相应的增大后机身的重量。如果没有办法通过能获得收益的手段满足增重要求——比如加大发动机的重量,换取更高的推力和寿命;那么就只能进一步靠增加配重这样的死重来保证飞机重量分布的平衡了。

  比如以F15为例,美国空军的一部分F15C/D进行了相控阵雷达的升级工作。其中较早在2000年左右升级、采用重量较大的AN/APG-63(V)2有源相控阵雷达的F15C,就被迫在飞机尾部增加了重达272公斤(600磅)的配重。

  特别是喷气式战斗机,发动机在机身后方,后机身增重对于重心的影响能力,由于力臂长度较短,天生就不如前机身厉害。在F15C上,雷达重量在超过一定幅度以后,增重和配重的比例高达1:2.47,机头增重1公斤,机尾要用接近2.5倍的重量补回来。飞机不同,重心设计不同,歼10对应的比例关系也不会完全和F15相同,但是类似的问题是同样存在、不可避免的。

图:战斗机重量和阻力增加带来的飞行性能恶化,并不能完全依靠发动机推力的加大进行弥补。

  这也是歼10B采用DSI进气道的最核心原因,通过取消进气道的附面层隔道结构、复杂的液压调节机构,它能为飞机减下很大的重量。但是由于它位置更接近机身中央,因此只能在一定程度上缓解歼10B改进后的增重和重心前移问题,而不能彻底消除。

换装相控阵雷达有利有弊,歼10B重量阻力大增,机动性有所下降

  除了重量以外,歼10B另一个困扰是,它装备的雷达其实最初是为四代重型机设计的,天线尺寸很大。这虽然带来了更强的探测能力,但是除了增重大以外,还迫使歼10B进一步加粗机头。而跨超声速阻力,对于飞机的机头截面积是非常敏感的,机头明显加粗必然带来跨超声速阻力的显著增大。

  目前很多人认为,歼10B作为重大改型、三代半型号,其飞行性能也会显著优于歼10A。然而这并不符合客观规律,歼10B作战性能的提升是依靠其四代机的航电武器水平来获得的,而飞行性能则在一定程度上为此做了让步。(作者署名: 候知健 )

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