枭龙能对抗苏30米格29

枭龙能对抗苏30米格29


FC一1是中国第一种自己全新设计、主要面向外贸的轻型高机动多用途战斗机,预备替代“幻影”Ⅲ/5、Q一5、J一7、F一5、米格一21等第二代战斗机和F一16A/B、“幻影”2000等早期三代机。该机最大起飞重量12吨左右,载弹量4吨左右,主要任务是夺取制空权,次要任务为对地攻击。


对于该机的性能,用户方巴基斯坦的要求是价格不超过1500-2000万美元,必须具备优秀的超视距攻击能力(BVR)和不逊色于三代机优良的机动性,其主要设计目标是全面超越巴空军现用的F一16A/B,能正面对抗印度装备的米格一29、苏一30和“幻影”2000C。同时,中国空军由于全新的三代战斗机价格太高,有可能购买几百架FC一1作为高档战斗机J一10、J-11的补充,形成高中低搭配。


由于定位在低端,该机的价格成本受到严格限制,这是研制计划存在的基础。特别是考虑到让工业基础较差的巴基斯坦也能够进行批量生产,选用的材料、技术工艺和设备是重点考虑的部分。这是中国首次价格决定技术的全新尝试,先于美国JSF的可支付性要求,也是中国在商业化管理运作下、首次先进战斗机研究开发计划。在价格限制下,机上的设备应该尽可能采用便宜、成熟产品。这是一种自上而下的全新设计思路,用预先给定的整机系统价格,逐级控制各个分系统的价格,以达到总体费用达标。这种设计思路下的飞机讲究成熟、可靠,研制风险相对较小,但是不足之处是由于费用限制,往往不能采用最先进的技术和设备,性能受到很大限制。


FC一1设计过程中不可避免的遇到战术条件要求改变、追加设备、要求提升性能等问题。既要设备先进又要价格便宜让计划不可避免地出现了一定的拖延,同时价格也从最初的不超过l 500万美金变为不超过2000万美金。美国JSF也是类似的设计思想,但是由于其工业基础极为强大,他们所谓的成熟技术、便宜产品不再是从别的尖端战斗机上面经过长期试验、成熟后经过修改而得到的,而是采用发展速度和应用步伐都比较快的民用组件,或者是经过验证的简化军用技术。采用民用技术组件后,飞机性能会稍有降低,但是从可靠性、维修性、通用性、使用费用和全寿命价格方面得到了极大的好处。这样做最明显的优点,就是可以用相对较低的价格和较高性能的飞机占领原来F一16、F一18的市场。只是现在因为技术复杂性和不断叠加的高技术要求,导致飞机比最初预计采购价格高了一倍以上,但由于没有同类产品竞争前景仍然看好。


FC一1发动机采用比较便宜可靠的俄罗斯RD一93发动机。该发动机是著名的米格一29的唯一动力装置一一RD一33的单发型。RD一33拥有20年以上的使用历史,稳定性好、表现泼辣,能够让米格一29完成诸如尾冲、“眼镜蛇”等高难动作而不出现异常状况。但是其主要不足就是推力还不够大、推重比偏低、寿命也比较短。在中国暂时没有类似推力级别涡轮风扇发动机的情况下,RD一93这种便宜的发动机成了唯一的选择。为了应付不可预知的风险,国内也开始研制RD一33的仿制改型——FWS—13。后者的各种指标比RD一33有一定提高,不过成熟要稍待时日,估计2010前后能装机使用。FC一1的航电系统大量采用成熟产品,直接使用国内其他型号战斗机成熟设备的简化型号,如直接从第三代战斗机挪用过来的8 X 6英寸液晶显示器、敌我识别系统、导弹告警装置、简化机载脉冲多普勒雷达和多余度电传飞控系统等等,节省了大量研制、试验时间和费用。


FC一1的设计采用最先进的无纸流程,以及CATIA这种功能强大的计算机辅助设计解决方案,可以构建虚拟现实的三维飞机结构,能预先进行虚拟装配和调试,使设计制造周期大大减小,错误返工率急剧降低。中国在10年前就开始应用这款由达索系统公司开发的软件,其在B777、B737一X、B787和A380等著名客机上也有超过10年的成功应用。该软件现在已经普遍推广到整个世界航空工业,使飞机设计和制造真正进入数字化时代,实现数字化设计、数字化制造、数字化检验和数字化装配,大大提高了设计制造效率、装配精度,使设计修改变得极为快捷方便,也利于提高工作效率。现在的做法往往是配合并行工程的开展,使得以前的“设计--I装一零件一装配一检验”一条龙模式,变成了并行流程,真正达到设计、强度、气动和制造、检验、维护等部门同时开始工作,大大提高工作效率。这是一个真正和国际接轨的进步。


FC一1为了降低造价和使用成本,大量使用了常规材料和工艺,制造和设计难度比较小,类似于J一7E。其选材方面基本是:钛合金很少使用,绝大部分为常规的铝合金,复合材料仅在操纵面和雷达罩上使用,但是出人意料的在部分操纵面上使用了原来仅见于新型歼击机的灰色柔性材料。为了降低制造费用和维修难度,机身蒙皮使用小尺寸蒙皮进行拼接。从一些公开的装配照片上可以看出,很多机身零件都为钣金成型,造价低、方便生产,但是不足之处是造成飞机结构重量有所增加。而从公开的电子样机图像看来,在关键的框上应该使用了高强度预拉伸铝合金厚板机加框。这样的工艺材料选取比较能够配合巴基斯坦和其他第三世界国家的现有工业基础,方便输出生产线技术、提高出口竞争力。就是在这种条件限制下,FC—1战斗机的结构寿命依然比传统国内战斗机高150%,结构重量系数并没有明显增加,载荷限制还从7.5g提高到9g。尽管没有什么特别突出的地方,但考虑到在价格和材料选取限制下达到这样的水平还是非常不容易的。这也能看出中国在材料和加工工艺上的巨大进步。


气动及飞行性能评析


FC—1设计要求类似于F一16,要求有突出的亚音速机动性,同时兼顾一定的超音速性能。为了控制价格,该机尺寸、重量设计点取值偏小,气动布局和结构大量借鉴F一16,并针对其不足作了很多调整。从FC—1的机翼、尾翼和机身都可以明显看到F一16的影子。该机最明显的气动特征之一是两侧布局的DSI进气道。这是一种F一35战斗机上才开始应用的、最先进的进气道设计技术。采用这种技术不仅可以大幅度减轻重量,还能提供更好的超音速飞行性能。机翼设计也比较特别,选择了大型哥特式尖拱型边条。这种边条比F一16较窄的内凹边条性能好很多,能够提供强力而稳定的涡升力;加上机翼设计上选择了更低的翼载荷,可以以较小的迎角飞行。在两机展弦比相同的情况下,FC一1的亚音速升阻比应该比F一16更好。


同F一16一样,FC一1采用了计算机控制的变弯机翼设计,但不同的是将副翼独立出来。这能让飞机横向控制更为有效,且不会在纵向机动时影响横侧机动性。同时,由于大边条和机翼的结合,FC—I升力斜率比F一16大,升力系数也较大,特别是同样迎角下的实际升力系数更大,非常有利于在盘旋中取得对F一16的优势。由于气动设计倾向于亚音速机动性,FC—l高速阻力较大。为了不使飞机超音速性能下降太多、尽量降低迎风面积,FC一1使用了较低矮的座舱,但飞行员坐姿较高,视野优于“幻影”2000,优先保证了前视野,一定程度上牺牲了后视野。不过,即便是F一16这样的气泡式座舱,要想在绑着安全带作机动的时候绕过弹射座椅去看尾后目标也是很困难的。并非所有的西方战斗机都设计有这样的视野,同样也有很多采用带后视镜的设计。因此以FC一1的实际情况来考虑,牺牲一些后视野换取阻力的降低还是值得的。


在进行战斗机机动性能对比时,一般采用两种对空战具有决定意义的曲线(瞬等值曲线和SEP等值曲线。采用这两种曲线的依据是战斗机的瞬时盘旋角速度(瞬和单位重量剩余功率SEP是反映战斗机空战格斗机动能力关键参数。实践表明,喷气战斗机空战最关键的性能参数是瞬时盘旋角速度。因为目前很多国家空军战机已经装备了具有大离轴角发射能力的空空导弹,所以只要将机头稍微对着目标,即使本身速度在逐步下降,由于导弹加速很快,仍然可以发射并有效攻击目标。


现代空战一般都把飞机拉到最大可用升力系数以便快速掉转机头,有些三代战斗机的最大瞬时盘旋角速度已经达到30度/秒。典型的三代机如F一16A,其最大瞬时盘旋角速度能达到26到/秒,这一性能主要和翼载荷有关;其后期型号重量增加了近2吨,但机翼和气动设计毫无变化,虽然可用攻角范围放宽、升力系数有所增加,但是盘旋能力仍然有所下降,最大瞬盘角速度降为24度/秒左右(各批次重量不同)。FC—1空战翼载荷约为325公斤/平方米,参考F一16A的风洞试验资料,可以推测该机如果限制最大许用迎角30度的话,其最大升力系数可达1.8左右;考虑抖振、非对称机动较严格的限制等因素,其瞬时盘旋能力应该优于F一16A,估计可达28度/秒。


在剧烈空战过程中,飞机速度将会下降很快,因为发动机推力一般都不足以补偿为获得最大瞬时盘旋过载而用最大升力系数转弯所产生的阻力,所以速度不断降低。在发射完武器后,加速性的优劣十分关键。如果长时间在低速状态对下一步空战十分不利。飞机加速性的好坏决定于单位重量剩余功率SEP。SEP=(发动机推力一阻力)X速度/重量。SEP越大,加速性能和爬升性能越好。特别是西方强调的能量空战战术异常重视能量补充能力,SEP几乎已经成为衡量三代机性能优劣的重要指标。


对FC一1的SEP的计算取决于对推力和阻力的估算。RD一93是一种典型小涵道比涡扇发动机,因此套用经验公式。根据手册上介绍RD一33发动机特别强调了高空性能,对高空性能指数取较大值。飞行阻力包含零升阻力和升致阻力,零升阻力与飞机的浸润面积等参数有关,也与飞机表面质量有关,较难准确估算,笔者采取在F一16和T一38实际数据基础上进行推测的方法。根据不断采取提高超音速可用推力的情况,估计FC一1零升阻力要大于F一16。FC一1的升致阻力,由于可以计算出42。后掠角切尖三角翼的奥斯瓦尔德效率因子,可以通过经验公式计算得到,再参照实际型号进行修正。笔者同时根据部分计算数据和同类飞机实际数据,拟合了FC一1的飞行包线。


FC—l的最大瞬时盘旋角速度比较优异,但是由于发动机推力限制,整体推重比稍弱于F一16,SEP指标不算高,加速和爬升性能稍微欠缺。但是FC一1的空战推重比高于“幻影”2000,和F/A一18A/B相当,海平面SEP大于295米/秒,和F一16的330米/秒有一定差距。但考虑到FC一1本身还具有一定的发展潜力,未来有改进9000公斤级推力发动机的趋势。如果这一改进成为现实,FC一1的推重比将比F一16更高,SEP性能也会超越后者。即便是沿用RD一93的8300公斤推力,目前FC一1的SEP性能也能达到三代战斗机的中游水平。由于空空导弹的进步,SEP虽然对飞机性能至关重要,但对空战胜负的影响力却在降低。对于一种价格只有F一16一半的战斗机,过度求全是不现实的。即便如此,FC一1的SEP还是比号称“三代半”的瑞典JAS一39战斗机更有优势。


FC一1装备巴基斯坦空军后,其作战对象将是印度空军的300~400架三代战斗机,如“幻影”2000、米格一29、苏一30MKl等。在下个10年,巴基斯坦老式的“幻影”Ⅲ/5、J-7M、J-7P、J-7PG和Q一5等战机大部分要退出现役。那时,巴基斯坦拥有的高性能战斗机或许就是30~60架中国J一10出口型,以及100架左右高速性能不很突出的F一16和150架FC—1。一旦发生战争,这一空中实力是远远不够的。所以,巴基斯坦空军提出尽量在不过度提高价格的情况下提高高速性能。为此,04架样机采用了DSI进气道,并修改了整个前机身,全机重量降低了200公斤,高速阻力也得以降低,同时提高了发动机的进气品质特性。更换DSI的意义不仅仅是减重,更在于改善了进气一推进系统的效率,能够在同样高度和速度下提供更大的实际推力。这不仅提高了SEP,还提高了高速飞行能力——FC一1的DSI取值设计在1.4马赫以后总压恢复比F一16高3%、1.8马赫以后提高甚至达到10%。每提高1%的总压恢复系数,可以产生1.5%的推力增益,FC一1最大速度原设计目标只是达到1.6马赫,而改


进以后可望达到1.8马赫左右。最大速度提高的同时,包线靠右端位置的加速性和稳定盘旋能力也得到提高。面对印度空军大量装备R一77导弹的米格一29、苏一30MKI战机,改进后的FC—l凭借高速能力的大幅度提升,基本能够与之对抗,同时还有体形小、雷达反射面积小的特点,一定程度上还能占据优势。


巴基斯坦空军在0l架试飞后,提出将最高速度从1.6马赫提高到1.8马赫。从04架的情况推测,经过努力(假如发动机推力能提高到9000公斤的话),FC一1最大飞行马赫数也许还会有所提高,接近或达到F一16的水平。较好的高速性能对巴方的截击作战要求是比较实用的。从现在情况来看,由于发动机推力小,FC一1的爬升性能稍微不足,与F一16A/(N差较多,但是比IDF好。对近距空战最关键的盘旋性能指标,稳定盘旋角速度略低于F一16,但是瞬时盘旋性能更好,远远超过IDF。这主要归功于大边条高涡流升力和低翼载的综合作用,是FC一1的主要设计亮点之一。


总的说来,FC一1经过不断设计、改进,目前的水平是:机动性能基本和F一16A持平,大迎角性能则要超过F一16A,关键飞行性能指标远远超过IDF。


对空对地作战能力评估


对战斗机作战效能影响的关键因素是作战半径和载弹量能力。载弹量大,对空作战时候可以多挂油箱,增大航程、提高效能;对地攻击时可以多挂弹。在战斗机普遍多用途化的形势下,尽量提高载弹量有很大必要。从第三代战斗机的型号发展历史中可以看出,改进重点主要包括增加起飞重量、提高载弹量和航程。比如F一16A/B早期型号最大起飞重量16.06吨,F一16C/D Block 60则提高到22.679吨;苏一27早期SK型号最大起飞重量33吨,改进后苏一30MKK达到38吨;F一15早期型号A/B型从25吨增加到C/D型的30吨,E型增加到36.7吨。


预计FC一1以后的批次应该也会考虑增加起飞重量、提高载弹量,采用的方式可以考虑增加保形油箱、提高发动机推力、改进和增强机翼、提高挂载能力、增强起落架、采用多联装挂架等。


巴基斯坦用FC一1的机载雷达具体型号现在还没有确定,但是由于客户实际考察和试用,胜利天平现在明显偏向国产某型雷达了。FC一1的雷达现在看来有两种选择:意大利的Grifo S2000和国产某型雷达。从性能来看,国产雷达指标要稍微好一些,也超过美国F一16C/D用的AN/APG一66雷达不少,配用射程80公里的PLl2/SD一10后会有更大的杀伤力。当然,随着中国雷达技术的不断进步,在FC一1中期改进中配备先进的有源相控阵雷达(AESA)和冲压式空空导弹也不是没有可能的。


FC一1的基本机载武器是一门从米格一23“遗传”下来的双管23毫米加斯特机炮,机身下有1个挂架,机翼下左右各有3个(包括机翼翼尖挂架),基本与JAS一39、IDF类似,数量不算少。但是从现代空战和对地攻击的角度来说,挂架明显不足。现在FC一1对空只能在机翼内侧挂载2枚中距拦射空空导弹,外侧挂载4枚近距格斗导弹,火力密度明显不足。改进方法主要是增加拦射导弹的双联装挂架,这样会稍微增加阻力,对性能不大。美国F一16在高威胁环境作战时需要挂载电子干扰吊舱,FC一1的电子自卫设备则安装在机体内,不用再占用机腹挂点。这个挂架也可以挂载一个双联装PLl2/SD一10挂架。这样的话,挂载中距拦射导弹的数量就可以达到6枚,加上机翼外侧的4枚近距格斗导弹,火力已经足够应付一场超高强度空战了,与F一16C/D不相上下。


FC—1的对空武器可能包括以下几个导弹型号:PL一5、PL一9、法国“魔术”1、未来配备128×128像素红外凝视成像头的推力矢量控制PL—x、中距的PL一12和未来的冲压型PL一12X。预计在2010年后,FC一1的对空火力将和世界上任何一种先进机型不相上下。


在对地攻击武器方面,FC—l以前披露出来的只是普通火箭弹、低阻炸弹、AM一39“飞鱼”空舰导弹、C801/802空舰导弹和激光制导炸弹。但是随着国内空面武器10多年的发展,各种精确制导武器已经应有尽有,东西方各种代表性武器在国内几乎都有相应的型号。可以预测FC一1的主要对海攻击精确武器包括:C602(类似“战斧”反舰导弹)、C701(类似法国ASl5)、C801(类似AS39“飞鱼”)、C802(类似“鱼叉”)、C803(类似俄罗斯“俱乐部”S)、Kh一3lA国产型和AM39“飞鱼”等。 对地攻击导弹包括:换导引头的C701(类似于美国“小牛”)、KD88(类似AGM一84L对陆攻击导弹或者SLAM)、Kh一31P反辐射导弹,还有类似欧洲“阿帕奇”、射程300公里左右的对地攻击隐身导弹。虽然中国也研制了射程2000公里左右的超远程巡航导弹(类似“战斧”),但是这种武器不会被挂载到战术战斗机上,也不可能出口。


精确制导炸弹包括:仿制俄罗斯的Kr一500R系列红外制导炸弹、Kr一500L激光,还有国内自己研制的250公斤系列激光制导炸弹、国内参照JDAM设计的GPS/INS制导250公斤级炸弹FT一1和500公斤级炸弹Fr一3、加装滑翔机翼设计、最大射程80公里的GPS/INS制导炸弹LS一6。还有动力和无动力精确制导子母弹布撤器等等。


这样的火力足以让任何敌对国家感到胆寒,只是弹药价值不菲。实际上巴基斯坦最后能采购到些什么样的武器来配备FC一1,还要拭目以待。


总的来说,从空空武器系统指标看来,FC一1基本能达到F一16 Block50/52的水平。在对地攻击方面,由于近年国内精确制导炸弹和巡航导弹的飞速发展,品种和质量与美国F一16 Block50的配备武器已经没有很大差距。不过,这些武器要配备到FC一1上还要经过数年的艰苦努力。FC一1关键的不足之处在于:原始设计不足(发动机推力限制、机体尺寸过小、对全机重量的严格控制),限制了航程和载弹量的提升。但是这也是设计者在用户苛刻的费用、时间要求下做出的最好答卷,仍然不失为经典设计。


改进设想


按照目前FC一1交付巴空军的技术状态及水平考虑,笔者认为主要改进项目包括以下几点:新型大推力高推重比发动机、推力矢量技术、保形油箱、有源相控阵雷达(AESA)和全新的武器系统。


目前FC—1主要问题是发动机推力不足,爬升和加速性能稍微差,超音速性能不够好。如果将来出现安装推重比9~10的FWS一13发动机的FC一1改进型,这个指标就会得到全面提升,飞行性能全面超过F—16和“幻影”2000。为了进一步提高机动性能,FC一1还可以采用推力矢量技术。按照国内的进展情况,在2015年左右出现超高机动的FC一1也不全是梦想。为了提高续航能力,还有必要安装保形油箱,主要用于专门对地攻击的改型上。


电子设备的改进主要寄希望于国产有源相控阵雷达(AESA)的发展,在配合相应对空对地武器系统,“枭龙”就不再是一种低价、低档战斗机,基本具备和3.5代战斗机抗衡的能力。武器系缔方而主要早期待国产新型红外凝视阵格斗导弹和冲压发动机版PLl2/SD一10的出现,以及廉价GPS/INS制导滑翔炸弹、远程对地攻击巡航导弹和超音速反舰导弹的成熟。这也是提升“枭龙”战斗力的重要核心。


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