三角翼设计让中国歼10蜕变成隐身多功能战轰机

凌寒独自开 收藏 0 510
导读: J-10远不止是“狮”的一种改进型。这种新型的成飞战斗机有成为未来十几年内最引人注目的飞机的潜力。在国际市场上,J-10有很好的替代MiG-21 或F-16的潜力。非常让人惊讶的是,J-10没怎么引起全球航空杂志的注意。 气动因素   后来成为J-10项目的早期研究始于1988年10月,由611所进行。起初定位为一种空优战斗机。在八十年代有很多类似的三角翼/鸭翼的战斗机设计。一些设计很像“阵风”、“台风”、“幼狮”、在过去十年里服役的“鹰狮”,还有只有过原型机试飞的“狮”。而另一些设计很像苏霍伊


J-10远不止是“狮”的一种改进型。这种新型的成飞战斗机有成为未来十几年内最引人注目的飞机的潜力。在国际市场上,J-10有很好的替代MiG-21 或F-16的潜力。非常让人惊讶的是,J-10没怎么引起全球航空杂志的注意。

气动因素


后来成为J-10项目的早期研究始于1988年10月,由611所进行。起初定位为一种空优战斗机。在八十年代有很多类似的三角翼/鸭翼的战斗机设计。一些设计很像“阵风”、“台风”、“幼狮”、在过去十年里服役的“鹰狮”,还有只有过原型机试飞的“狮”。而另一些设计很像苏霍伊的复合三角翼S-37 (不要与后来的前掠翼S-37/Su-47“金雕”搞混)的原始设计。


什么是三角翼,它又有什么优势?简单地说,三角翼就是三角形的机翼。最常见的三角翼战机是达索的“幻影”。三角翼设计最早由德国齐柏林公司的一位工程师亚历山大·李比希在1918开始实施,他的第一个内燃机三角翼设计在1931年首飞。


对于战机,三角翼布局有两个的重要气动品质。三角翼的后掠前缘位于机鼻在超音速飞行时产生的激波之前,这使得三角翼成为一种非常有效率的超音速飞行气动翼型。三角翼的前缘也产生大量涡流,它们在高攻角(AOA)机动时附在机翼表面,使得失速点很高。攻角是指飞机速度矢量与飞机平面的夹角。


三角翼在高空超音速飞行是很理想的,但却导致了低速阻力增加,对飞机的燃油效率和低速机动性产生了负面影响。起初,三角翼飞机一般是高速截击机和轰炸机。随着三角翼概念发展,产生了复合三角翼。这种气动布局下,一个小型大后掠三角翼放在主翼之前,以减小低速阻力。


现代战斗机中复合翼的一个要素被称作前缘延伸段(LEX)。这些主翼前缘根部小“翼”(不一定是对三角翼而言)处于巡航飞行的气流外,在高攻角下产生驻留在主翼上部的高速涡流(伯努利原理)。维持机翼上方低压区产生了升力,失速性能优于单一三角翼。


现代战斗机有各种各样的鸭翼、水平尾翼和复合翼的组合。现代俄罗斯战斗机如Su-35,有着三翼面布局,有所有这三种翼面。别的,如米格MFI是典型的三角翼/鸭翼布局。鸭翼,不像被替换掉的水平尾翼,它产生正升力。在高攻角机动时,鸭翼首先失速。这使飞机低头,阻止了主翼失速——对战斗机来说这是一个很有价值的特性。


同时鸭翼表面产生下洗气流,这降低了主翼性能。鸭翼也使使用襟翼变得困难:通常,延伸段襟翼使机头下沉,这由水平尾翼补偿。但是,许多有鸭翼的飞机没有水平尾翼,因此没有东西来补偿襟翼的作用。因此,许多鸭式布局没有襟翼。例外是Su-27家族的后期型,它们既有鸭翼又有水平尾翼。


战斗机三角翼的另一个显著品质是:因为增加了结构和气流稳定性,机翼生存性增加。从经济观点看,三角翼也比较便宜,容易制造,这也不是你看到一大堆采用三角翼的飞机如“台风”、“阵风”和“鹰狮”的最后一个理由。


容易看到今天的J-10与以色列的“狮”没有多少相同之处。三角翼翼型不同,进气口不同,机鼻形状不同,鸭翼的形状与位置不同,等等。J-10使用简单三角翼和较大的鸭翼。机鼻、鸭翼和进气口类似于米格1.41。


J-10的发动机比其它在役的现代三角翼战斗机强劲。虽然双发战斗机如“阵风”、“台风”的总推力超过单台AL-31FN,但J-10较轻,推重比会优于它们。


近来出现的J-10照片里,它挂有三个外部油箱,至少有4000千克的外部油量。


发展历程


1993年中国设计师建造了第一个J-10的全金属模型。风洞实验显示在低速性能上有潜在问题,在亚音速时达不到预期最大攻角。同时战机研制的主流是单一功能战斗机如高速截击机或低空格斗战斗机向兼具好的亚音速/超音速空战性能和广泛的空地作战能力的多功能战斗机转化。增加空地作战能力要求对J-10进行深入的重新设计以安装地形跟踪雷达,更多更强的挂点以及全新的目标指示、飞行控制和导航系统。


1995年底俄国参与了J-10项目这一情况被证实,预计在1996年初首飞的第一架J-10装备了俄国的AL-31FN涡扇发动机。滑跑测试的时间超过预期,设计者忙于调整J-10 “1001”号原型机的控制系统。第一次“官方”飞行在1998年3月28时进行,获得巨大成功。然而,首飞本应在两年前,在1996年中期。这是由于发动机原因未知的故障。1997年末,第二架飞行原型机J-10“1002”坠毁,首席试飞员牺牲。然而,J-10项目仍按计划进行,在1998年年底完成了另外两架原型机——“1003”和“1004”——的建造。同年飞机获得了官方服役编号“J-10”。


从冷战的终结那时起,J- 10的生产、飞行测试和服役评估仍然在默默进行,而世界军事航空界仍然对此无所知。1999年中期,中国已经有6架原型机:4架用于飞行测试,2架用于静态测试。2000年底,已有9架J-10原型机生产出来,累计了140飞行小时。预生产型首飞于2002年6月28日,这时中国已经至少有10架J- 10。2003年初,10架J-10部署到南京军区用于训练和作战评估。一张2003年的照片显示两架编号为“1015”和“1016”的J-10在飞行,这暗示着至少已建造了16架J-10。


也是在2003年中国开始建造两架双座型J-10用于训练和空地作战。同时成飞和611所完成了两架新型J-10的初步设计,它们分别为单发和双发,具有低观测特征几何外形。新设计的机鼻俯角更大,以改善对地攻击视界。

最新的J-10设计——双座结构和带折角外形的机头的隐身型号——暗示着中国有意扩展其未来的J-10机队的对地攻击能力,把原来的战术防空战斗机转变为一种具有低观测特征的多功能战斗轰炸机,甚至可能会是一种纯粹的对地攻击型号。最近中国关于J-10的报道称其为“Qian

Shi-10”(攻击机10 号),而不是以前的“歼-10”(战斗机10号)。J-10项目从纯粹的战斗机到对地攻击飞机的转化与中国合作生产J-11(本地生产的Su-27)是相一致的,看来J-10更像是J-7/Q-5攻击机的替代型号而不是J-11的竞争对手。

雷达


俄国介入J-10项目的程度是很明显的。除了为J-10提供AL-31FN发动机,俄国还提供先进的多功能雷达、导航和目标指示系统、电子战装备以及导弹预警和防御系统。俄国航电生产商如法扎龙为J-10项目提供了三种不同的雷达,包括N010“甲虫”和RP-35“珍珠”。“甲虫”雷达(“甲虫”-8-II)曾经被中国选中进入J- 8IIM的升级项目。近来中国购进了超过100台这些雷达。


“甲虫”是一个机载X波段(8-12.5GHz)多模式雷达大家族。它最早是为MiG-29战术战斗机开发的,但随后出现了很多改型,为MiG-23、Su-27、J-8IIM和其它飞机。“甲虫”后期型有上视/下视功能,边搜索边测距,边扫描边跟踪(TWS)10个目标并攻击其中4个的能力(对于“甲虫”-8-II是2个);垂直搜索;平显搜索;广角搜索;低空战斗中瞄准和自动地形回避;实时波束地面测绘;多普勒波束锐化;合成孔径;显示放大与冻结;地面动目标指示(MTI)/跟踪;空地测距和导航等升级功能。“甲虫”兼容的武器包括Kh-31A、R-27R1、R-27T1、R-37E和RW-AE导弹。“甲虫”后期型如“甲虫”-F对雷达反射面积5平方米的目标探测距离达200千米,有±70度的角度范围,可同时探测24个目标并攻击其中8个。雷达重量为180-300千克,视型号而定。


最有可能的 J-10未来雷达的候选者是法扎龙的RP-35“珍珠”,它是一种X波段数字化火控传感器和电扫描相控阵雷达。它有一个液冷行波管发射机;一个辐射器;一个三通道微波接收机和可编程信号数据处理器。所有“珍珠”的关键操作都集成到飞机的油门杆和控制杆上,雷达数据通过平显和低头显示器显示,单人即可操作。该雷达具有扩展空地功能,并能广泛兼容俄国空空和空地武器。


另一个候选者是中国版的以色列埃塔EL/M-2035多模式脉冲多普勒火控雷达,它是基于埃塔电子公司的原型机研制而成的,埃塔公司是以色列飞机工业电子集团的一个子公司。雷达用于南非丹尼尔(阿特拉斯)“印度豹”战斗机—— 这是达索“幻影”-III的改良型。埃塔EL/M-2035雷达基于以色列飞机公司的“幼狮”-C2战斗机的2021B型雷达。该雷达对雷达反射面积5平方米的目标探测距离为46千米,有5种空战模式(自动目标截获、瞄准、下视、上视和边扫描边跟踪)和2种空地模式(波束锐化地形绘制/地形回避,对海搜索)。本来埃塔EL/M-2035是为“狮”项目研制的,在该项目取消后推向出口市场。


发动机


留里卡-土星的 AL-31发动机是俄国现代战斗机的主要发动机。AL-31有很多改进型,包括世界上第一台带推力矢量喷管的超音速喷气式发动机。这种发动机的很多型号也使用在为中国解放军空军生产的Su-27、Su-27SK、Su-27UBK和Su-30MKK,为印度空军生产的Su-30MKI,还有其它战斗机、战斗轰炸机上。AL-31FN是AL-31F的发展型,1992-1994年间研pressure-activated back-up 并显著改善了燃油经济性。AL-31FN用于Su-32(Su-27IB)、Su-27SM(Su-35)和Su-32FN,使这些飞机可以以机内油量达到超过4000千米的最大航程。在2001-2002年,向中国交付了第一批AL-31FN,大约54台非推力矢量型号。成飞据信已经成功地和俄国谈判了许可证生产AL- 31发动机的事宜。J-10的后续型号可能会使用推力矢量控制的AL-31FN。


AL-31系列发动机被证明是可靠,易于维护而且性能优越的。AL-31的研制开始于1963年,第一台原型机在1974年进行了测试。1986年,使用两台AL-31F发动机的P-42(改进型Su- 27原型机)创下32项爬升时间纪录。近来美国空军和波音的计算机模拟表明配备AL-31FP的Su-30MK在很多作战环境下性能超过F-15C。下面 AL-31FN(1992-1994年研制成功)和F100-PW-232(普惠F100的终结版,于1999-2001年间研制成功,用于更新F-15 和F-16战斗机)的基本性能比较表明俄国发动机提供了几乎一样的性能,同时还要轻300千克(还没说它更便宜)。下一代的俄国涡扇发动机AL-41的推力和可靠性有显著增加。AL-41目前在Su-47、米格MFI和Su-32FN上进行测试。AL-41F计划作为LFI项目的发动机。

结论


中国的新型战斗轰炸机对俄罗斯战机的市场份额并无威胁。哪怕在中国,J-10看来也无法与许可证生产的Su-27和进口的Su-30MK相竞争。然而,我们所看到的当前版本的J-10的一切表明这是个过渡型号。成飞已经开始设计具有低观测特征几何外形和更强空地作战能力的的双发型号。


看看J-10惊人的进展(特别是与俄国自己的下一代战斗机MFI和攻击机LFS慢如蜗牛的发展速度相比),可以预料J-10未来的发展就在3-6年间。它会侵占俄国传统的战斗机出口市场,而且不止是俄国的。今天很多俄国和西方分析家相信这一点会很快发生。对于俄国,J-10及其衍生型就如同MiG-15 在半个世纪前之于西方:一个并不让人愉快的惊奇。


“俄国部件,美国部件:统统是台湾造的,”一个俄罗斯宇航员在布鲁斯·威利斯的科幻影片《哈米吉多顿》中如是说。今天中国也许缺少航电和发动机,但是没有什么可以阻止它从俄国、法国或别的热心的供货商那里买到它需要的先进航空部件。需要发动机吗?俄国给你它最好的涡轮发动机,价格合理。需要雷达或航电吗?俄国、法国和以色列很高兴把顶尖的装备提供给你。


俄国曾秘密仿制罗尔斯-罗伊斯发动机,并不惜代价把它安装到自己的MiG-15上。今天没必要采用这样的极端措施了:所有关键的先进部件都很容易得到。实实在在的问题是如何把它们整合到一个系统中产生出一架战斗机。J-10清楚地表明中国正在快速获取经验。


这种新型的中国战斗轰炸机也会作为补充而受到解放军空军欢迎,它可以提高空军的战术打击能力。台湾的西方技术优势将很快冰消雪融,中国的军力建设不可避免地将使其国家版图重归于完璧。J-10将是在台湾外筑起的长城中的重要一砖。

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