中国歼-10与美制F-16综合性能对比

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导读:歼-10是我国最新研製的叁代轻型战斗机,从起飞重量、技术水準作战任务等各方面看,和F-16战斗机都较接近。在歼-10的研製过程中,也是以F-16为主要的比较对象。在歼-10歷经20年完成研製并公开亮相之后,广大朋友十分关注歼-10与F-16的比较。本文属于专家个人观点。不代表本刊立场   [B]歼-10的设计适应新时代需要[/B]   一架飞机的性能,首先来自于它的起飞重量和推重比。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準,运输机的推重比一般较低,歼击轰炸

歼-10是我国最新研製的叁代轻型战斗机,从起飞重量、技术水準作战任务等各方面看,和F-16战斗机都较接近。在歼-10的研製过程中,也是以F-16为主要的比较对象。在歼-10歷经20年完成研製并公开亮相之后,广大朋友十分关注歼-10与F-16的比较。本文属于专家个人观点。不代表本刊立场

歼-10的设计适应新时代需要

一架飞机的性能,首先来自于它的起飞重量和推重比。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準,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,第叁代约为0.9~1.2。官方介绍歼-10为第叁代战斗机,因此推重比应为第叁代标準。

歼-10採用了全动近耦鸭翼+大后掠角叁角翼的气动佈局,这是八十年代以后的设计中採用的典型气动佈局。採用这样的气动佈局,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.新研製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。但是随着空对空导弹技术的进步。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,大离轴角的近距空对空导弹使飞机只需要概率瞄準目标即可发射,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对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20000米的性能优势。

基于上述两点需求,战斗机应当採用低翼载荷、大后掠角的机翼设计,例如大后掠角叁角翼。很多高速战斗机都採用了类似的机翼,如米格一21、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採用的无尾佈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。

了同时满足亚音速、跨音速机动性和超音速机动性的需求,“颱风”、“阵风”和歼-10不约而同地採用了鸭翼+大后掠角叁角翼的气动佈局。

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,鸭式佈局的飞机既保留了大后掠角叁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的机翼同时採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,鸭式佈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向量推力配合。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,而且多採用低空航线,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的多工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从研製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。这说明我们在研製飞机时,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,为此採用了中等展弦比、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採用的边条翼佈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。机翼採用了前缘机动襟翼,也是为了降低诱导阻力,提高盘旋性能。

推重比为8的F-100-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,进气道採用了不可调的皮託管式。这种进气道重量轻,在亚音速条件TSTL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的研製年代在后,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干F-16,而且鸭式佈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。

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。

多工能力的对比F-16最初完全作为一种廉价格斗机来设计的,并没有考虑多工的能力。但是通过实践使用发现,第叁代战斗机的机动性好、航程远、载弹量大,完全可以作为多工战斗机来使用。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工作战的需要,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工作战需要,空机重量应该超过8吨,起飞重量应该在12~13吨左右。歼-10在设计之初应该就选择了这样的重量标準,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。但是限于航电水準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一7和苏一30MKK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,採用的是单层次匯流排系统,有两条互为余度的资料匯流排,所有功能元件都与这两条匯流排相连,火控电脑作为匯流排控制电脑,惯导电脑作为备份的匯流排控制电脑。而歼-10的航电系统结构可能与F/A一18类似,採用双任务电脑控制两组双通道匯流排的结构。

从体系结构来看,歼-10的航申系统比F-16更为复杂,数位化程度也更高,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已经採用APG一80有源相控阵雷达。但是从F-16的航电体系结构来看,即使採用了相控阵雷达,也只是雷达探测性能有所改善,不可能达到APG一77的“综合射频”系统的水準。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,可以向火一飞一推一体化控制系统发展,提高飞机的作战性能。

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.在它所擅长的範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在研製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如果採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,而大后掠角叁角翼的失速迎角一般都比较大(35度~40度),通过对飞控系统的改进,或者增加向量推力,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,在软体上作了充分考虑。在更改了航电设备的硬体,或者增加了某种武器之后,相应的控制软体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,晚诞生的飞机在资讯化水準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,其控制电脑的运算速度是每秒几十万次的水準,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体时所考虑的复杂性就完全不同,设计出来的软体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叁代半的“颱风”和“阵风”战斗机,超出一般的第叁代战斗机。

F-16研製于叁十年前,在当时採用了许多先进的航空技术,例如放宽静稳定度、随控佈局、电传飞控、边条翼佈局等,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,资讯化技术的飞速发展,这在F-16研製的年代不可能都预见得到。

因此,后研製的歼-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的研製,达到甚至超过了它研製期间我国航空技术的水準,是一种非常优秀的战斗机。


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