中国歼-10战斗机与美国F-16比较

一架飞机的性能,首先来自于它的起飞重量和推重比(注释1) 。 起飞重量决定了飞机执行任务的能力,例如载弹量和航程。推重比反映了飞机的用途和技术水 平,运输机的推重比一般较低,歼击轰炸机居中,战斗机较高。而在战斗机中,第一代喷气战斗机的推重比约为0.5~0.6,第二代约为0.7~0.8,第三 代约为0.9~1.2。官方介绍歼-10为第三代战斗机,因此推重比应为第三代标准。

歼-10采用了全动近耦鸭翼+大后掠角三角翼的气动布局,这是八十年代以后的设计中采用的典型气动布局。采用这样的气动布局,和八十年代对 战斗机空战性能提出的要求是分不开的。在六十年代以前,战斗机一直往更快的速度和更高的升限发展,这主要是为了满足截击性能的需求,尤其是截击高空高速的 战略轰炸机和侦察机。随着核大战逐渐由现实威胁转化为潜在威胁,单纯追求高空高速性能的战斗机在常规战争中暴露出严重缺点,主要是机动性较差。基于越战的 经验教训,新研制的战斗机开始追求高机动性。在当时,主要强调稳定盘旋性能和爬升性能,以适应当时“咬尾”方式的空战。但是随着空空导弹技术的进步,八十 年代以后,空战性能对飞机机动性提出了两个新的要求。



第一,在近距空战中,大离轴角的近距空空导弹使飞机只需要概率瞄准目标即可发射,瞬间盘旋角速度和敏捷性成为空战中更重要的因素。

第二,在超视距空战中,飞得快、飞得高的战斗机发射的中距空空导弹具有射程上的优势,因此战斗机应该追求马赫数2.0和升限20 000米的性能优势。

基于上述两点需求,战斗机应当采用低翼载荷、大后掠角的机翼设计,例如大后掠角三角翼。很多高速战斗机都采用了类似的机翼,如米格-21、歼 -8和“幻影”2000。这种机翼在超音速条件下阻力比较小,但是亚音速和跨音速条件下升阻特性较差,飞机的机动性比较差。“幻影”2000采用的无尾布 局在一定程度上可以弥补机动性的不足。但也因为没有平尾,飞机虽然飞得快,但是超音速机动性却比较差,不如歼-8Ⅱ战斗机,不符合超视距空战的需求。

为了同时满足亚音速、跨音速机动性和超音速机动性的需求,“台风”、“阵风”和歼-10不约而同地采用了鸭翼+大后掠角三角翼的气动布局。

鸭翼的作用主要有两点。第一,飞机在飞行时要保持力和力矩的平衡。鸭翼在配平时产生的是正升力。第二,在大迎角下鸭翼和主机翼之间可以产生有利干扰,增大主机翼的升力,增升率可以达到50%。



基于上面这两条优点,鸭式布局的飞机既保留了大后掠角三角翼飞机超音速条件下的优点,又克服了其亚跨音速机动性差的缺点。

从照片上可以看出,歼-10的机翼同时采用了固定扭转和前缘襟翼,这二者可以明显减小飞机的诱导阻力,提高稳定盘旋性能。因此,歼-10具有优良的超 音速性能、亚跨音速瞬间盘旋性能、亚跨音速稳定盘旋性能。高推重比还保证了飞机具有优良的爬升性能,机动性能比较全面。

此外,鸭式布局在大迎角下具有较强的低头控制能力,可以提高超音速巡航升阻比并有利于和矢量推力配合。利用这些优点,歼-10在将来可以进一步提高超音速机动性和过失速机动能力。

作为一种以空战为主的飞机,歼-10的机内载油应该不是太多。空战时由于飞机的挂载较少,所以其作战半径仍然很大,但是执行对地攻击任务时, 航程就会受到限制。因为执行对地攻击任务时,飞机挂载的武器较重,而且多采用低空航线,因此耗油量很大。由于机内载油少,为了保证足够的航程,必须携带较 多的副油箱,这样剩下用于携带武器的挂点就不多了,必须在航程和挂载武器中做一个折衷的选择。歼-10的多任务能力因此受到一定的影响。但歼-10具有空 中加油能力,算是对这种缺陷的一种弥补。


歼-10从研制开始就考虑了可靠性和可维修性。从公开的照片上还可以看出,歼-10的表面口盖非常多,这就是为了维修方便而设计的,反映了我 国航空技术的进步。这说明我们在研制飞机时,不仅仅局限于达到飞机的技战术指标,还开始全面考虑飞机的使用问题,这样设计出来的才是一架真正实用、好用的 战斗机。

歼-10和F-16性能对比



空战机动性的对比 F-16在设 计之初主要突出空战格斗,也就是互相“咬尾”的空战模式,为此采用了中等展弦比、中等后掠角的机翼。这种机翼在 亚跨音速条件下具有较低的诱导阻力,适合稳定盘旋机动,但是超音速阻力较大,不利于超音速飞行。F-16采用的边条翼布局可以非常明显地增大机翼的升力, 提高失速迎角,在一定程度上降低诱导阻力。机翼采用了前缘机动襟翼,也是为了降低诱导阻力,提高盘旋性能。

推重比为8的F100-PW-100发动机,使F-16全机空战推重比达到1.15,结合上述的气动设计特点,使F-16的稳定盘旋性能十 分优秀,爬升率也很大。但是F-16基本放弃了超音速性能,进气道采用了不可调的皮托管式。这种进气道重量轻,在亚音速条件下和发动机结合得非常好,但是 超音速条件下推力损失很大。所以F-16虽然号称最大马赫数达到2.0,但是实际上它的超音速性能是比较差的。



歼-10和F-16在设计上的共同点是,都利用了漩涡空气动力学的研究成果,相对于第二代战斗机明显提高了机动性。但是二者在飞行性能上的 侧重点明显不同,歼-10要求具有很好的超音速性能,突出亚音速瞬间盘旋性能,同时具有较好的亚音速稳定盘旋性能。而F-16则放弃了超音速性能,主要突 出亚音速稳定盘旋性能,有比较好的瞬间盘旋性能。它们在设计重点上的差别,体现了不同时代空战需求的不同。应该说,歼-10的研制年代在后,更能符合现代 空战的需要。

超音速盘旋性能主要取决于超音速条件下的剩余推力和飞机操纵性能。在超音速时,飞机的升力中心后移,使平尾配平困难,飞机操纵性能下降。歼-10的机翼形状和可调进气道更适合超音速飞行,因此可以确定其超音速加速性优于F-16。

歼-10的静不稳定度应该大于F-16,而且鸭式布局在超音速时升力中心后移较少,因此超音速条件下的稳定盘旋能力应该优于F-16。

在现代空战中,超视距空战和离轴发射成为主要作战方式,因此歼-10的机动性比F-16更为全面,也更适合现代空战的需要。

多任务能力的对比 F-16最初完全作为一种廉价格斗机来设计的,并没有考虑多任务的能力。但是通过实践使用发现,第三代战斗机的机动性好、航程远、载弹量大,完全可以作为 多任务战斗机来使用。因此F-16通过改进强化了对地攻击能力。一方面在航电系统上进行修改,以适应对地攻击的需要;一方面加强结构,提高了最大起飞重 量。但是付出的代价是飞机重量增加很多,第50批次的F-16C比早期的F-16A重了约1吨。飞机空重的增加会引起各方面性能的下降。通过增大发动机推 力可以弥补一部分性能的损失,但是瞬间盘旋性能的下降是不能通过增大发动机推力来弥补的,除非增大机翼面积——这就涉及到全机外形的重大调整。在飞机设计 过程中,飞机的重量和气动外形、起飞推重比是经过优化以后达到的最佳结果。大幅度增加飞机重量,必然会破坏这种优化的效果。F-16在设计之初没有考虑多 任务作战的需要,因此在后续改进中大幅度增加重量,也是出于无奈。


F-16C这种轻型战斗机要满足多任务作战需要,空机重量应该超过8吨,起飞重量应该在12~13吨左右。歼-10在设计之初就选择了这样的 重量标准,而F-16是通过不断改进而来,说明歼-10的设计起点高于F-16。但是限于航电水平和对地攻击武器的种类,歼-10目前在对地攻击能力上还 不如F-16C。不过我国空军目前装备的歼轰-7和苏-30MKK战斗机都具有很强的攻击能力,歼-10更适合执行空战任务,所以强化歼-10对地攻击能 力还不是很迫切的需要。


航电系统的对比 歼-10和F-16C在航电系统的结构上应该属于同一代产品,但是F-16的航电系统结构相对比较简单,采用的是单层次总线系统,有两条互为余度的数据总 线,所有功能组件都与这两条总线相连,火控计算机作为总线控制计算机,惯导计算机作为备份的总线控制计算机。而歼-10的航电系统结构可能与F/A-18 类似,采用双任务计算机控制两组双通道总线的结构。

从体系结构来看,歼-10的航电系统比F-16更为复杂,数字化程度也更高,更方便进行升级。F-16最新型号的单个航电设备要比歼-10 先进。例如F-16 Block60已经采用APG-80有源相控阵雷达。但是从F-16的航电体系结构来看,即使采用了相控阵雷达,也只是雷达探测性能有所改善,不可能达到 APG-77的“综合射频”系统的水准。而歼-10航电系统的改进,除了改进单个航电设备的性能以外,可以向火-飞-推一体化控制系统发展,提高飞机的作 战性能。

改进潜力的对比 F-16是从空战飞机逐步改进为具有超视距作战能力和对地攻击能力的多用途战斗机。而现在,它在美国空军中的地位主要是执行对地攻击任务,兼顾空战,作为 F-15战斗机的补充。F-16通过多次改进,增重较多,虽然也相应地增大了发动机推力,但是瞬间盘旋性能下降很多。限于F-16的气动特性,在它所擅长 的范围内已经发挥得比较完善,若再要提高机动性能,只能对全局做重大调整,这样做的现实意义不大。因此,F-16今后的改进主要体现在航电和武器系统上。

而歼-10在研制时限于当时的技术条件,有许多设计在工程化之后还没有达到最佳效果,因此在机动性能上仍有明显的提升空间。例如,歼-10 在复合材料的使用上留有余地,通过增加复合材料用量可以明显降低飞机重量。歼-10如果采用推力更大的发动机,能大幅提高爬升性能和稳定盘旋性能。歼- 10的飞控系统将限制迎角定得比较保守,而大后掠角三角翼的失速迎角一般都比较大(35°~40°),通过对飞控系统的改进,或者增加矢量推力,可以放宽 飞行迎角的限制,发挥歼-10的升力特性。

歼-10的航电和火控系统在设计时应该考虑了现代战斗机航电和武器系统不断升级的需要,在软件上作了充分考虑。在更改了航电设备的硬件,或 者增加了某种武器之后,相应的控制软件能够比较方便地升级,而不需要像过去的战斗机那样,每做一次修改都要出一个改型。这得益于最近二十年来信息技术上的 飞速发展,晚诞生的飞机在信息化水平上的优势远远超过前代飞机。例如,二十世纪八十年代的先进战斗机,其控制计算机的运算速度是每秒几十万次的水平,而现 在普通CPU都已经达到几亿次的运算速度。运算速度相差这么大,设计者在设计航电系统的控制软件时所考虑的复杂性就完全不同,设计出来的软件的完备程度也 完全不同。


通过对发动机、结构和航电系统的改进,歼-10的对空作战能力可以接近号称三代半的“台风”和“阵风”战斗机,超出一般的第三代战斗机。

F-16研制于三十年前,在当时采用了许多先进的航空技术,例如放宽静稳定度、随控布局、电传飞控、边条翼布局等,开创了战斗机的一个新时 代。但是,时代总是发展的,例如空战观念的巨大变革,信息化技术的飞速发展,这在F-16研制的时代不可能都预见得到。因此,后研制的歼-10在设计观念 上有许多地方要比F-16先进,虽然歼-10目前在某些单个设备的功能上还比不上F-16,但它最后所能达到的整体性能要明显高于F-16。歼-10的研制,达到甚至超过了它研制期间我国航空技术的水平,是一种非常优秀的战斗机。



J-10战斗机装备了一门半埋入式双管23毫米机炮。机身下设计了11个挂架。J-10的外挂负荷为7000公斤。空战时,歼-10既可以挂载国产的PL-8近程红外制导导弹和PL-12中程雷达制导空空导弹,也可挂载俄制R-73近程和R-77中程主动制导导弹。J-10机长:14.57米,机高:4.78米,翼展:8.78米,最大速度:2.2马赫,作战半径:1100千米,最大航程:2500千米,起飞重量:19吨,载弹量:7吨。




F-16战斗机是 美国洛克希德.马丁公司研制的单发轻型多用途战斗机,主要用于空战,也可用于近距空中去援,该机1978年开始装备美国空军。F-16采用了边条翼、空战 襟翼、翼身融合体、高过载座舱、放宽静稳定度等先进技术,具有结构重量轻、外挂量大、机动性好、对空对地作战能力强等特点,是具代表性的第三代战斗机、该 机有:A型,基本型;B型,双座教练型;C型,A型的改进型;D型,由C型演化的双座教练型;R型,侦察型;XL型,超音速巡航型等。


动力装置

最大推力为129千牛的F100-PW-229和F110-GE-129发动机。


主要机载设备

AN/APG-68(V)脉冲多普勒距离和角度跟踪雷达,利顿公司的LN-39、LN-93或霍尼韦公司的H-523惯性导航系统,AN/ARN-108 仪表着陆系统,GEC公司的广角平显,雷达告警接收机,GPS系统,外挂管理计算机,中央大气数据计算机,飞行控制计算机和MIL-STD-1553B数 据总线等。


武 器

1门20毫米M61A1多管机炮,9个外挂点,外挂武器包括:AIM-9J/L/M/P“响尾蛇”、AIM-7F“麻雀”、“魔术”2和AIM-120空空导弹,“幼畜”空地导弹,“企鹅”、“鱼叉”反舰导弹,“哈姆”、“百舌鸟”反辐射导弹。


重量及载荷

最大内部燃油3104千克,最大外部燃油3066千克,最大外挂载荷5443千克,典型作战重量10780千克,最大起飞重量19187千克。


性能数据

最大平飞速度M2.0,


实用升限17200米,


最大爬升率330米/秒,


转场航程(带副油箱)3890千米,


作战半径(制空)370~1320千米。



发动机推力与 发动机重量(力)或飞机重量(力)之比,它表示发动机或飞机单位重量(力)所产生的推力。发动机在海平面静止条件下于最大状态(加力发动机为全加力状态) 所产生的推力与发动机结构重量(力)之比称为发动机推重比,是发动机的重要性能指标之一。它对于飞机的飞行性能和有效载荷等都有直接影响。垂直起落飞机用 的发动机尤其需要有高的推重比,现代涡轮喷气发动机的推重比约为3.5~4.5;加力涡轮喷气发动机约为5~7;加力涡轮风扇发动机可达 8以上;用于垂直起落的升力发动机则高达16以上。进一步提高推重比是发动机发展的一个重要趋势,例如升力发动机正向20~24发展,冲压发动机在2~3倍音速时,推重比在20左右。液体火箭发动机的推重比随发动机特点和推力等级不同相差很大。对中等或大推力发动机来说,以不包括推进剂的结构重量(力)计,推重比可达70~100。固体火箭发动机除用推重比外,还用冲量比,即总冲量与装有药柱的固体火箭发动机重量(力)之比。飞机发动机起飞推力与飞机重量(力)之比称为飞机推重比。它是决定飞机战术技术性能的重要参数之一。飞机的最大平飞速度、爬升率、升限、机动性等都与飞机推重比有关。现代歼击机的飞机推重比可达 1~1.25;轰炸机则为0.25~0.50。





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