细说猛龙,歼十战机性能到底是什么水平?

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歼10战机发展的历程相当漫长,作为中国第一种自行独立发展的战斗机,毫无例外地受到非常多的子系统的困扰。作为一种先进的战斗机,它的指标需要一个系统的工业整体进步的成果。大量的先进子系统比如发动机、雷达等领域中国并没有制造研发的成功经验。在80年代后期的独特国策环境下,轻工业,民用电子产业发展迅速,需要高级加工技术的领域从西方引进技术的收益没有想象中那么大,高水平元器件更是始终匮乏,既不能生产,也无法购买。这导致配套系统有些组件发展顺利,有些组件严重滞后,特别是几个关键的核心部件上的进度拖拉,致使飞机比预计的服役时间晚了8年。


飞机的发动机我们已经知道是留里卡 -萨图恩联合体的AL-31FN了,照片上机尾的不锈钢隔热环是AL-31系列发动机高温部分的外部特征。这种发动机重量约1740kg,而推力和其他 AL-31发动机一样,是122。55kn。AL-31FN发动机结构上采用带可变弯的进口导叶片的涡扇发动机,进口导叶片有23片,前缘固定后缘有调整片,叶片上有从压气机第7级引气的除冰结构,4级全钛合金风扇,前三级叶片为长弦带防振凸肩的叶片,压比3。6,涵道比 0。6。9级高压压气机,压比6。6,总增压比23,环形燃烧室,高低压涡轮都是单级的,涡轮前温度1665k,发动机空气流量112Kg/s,军用推力 76。2kn,最大加力推力122。55kn。耗油率0。0695kg/n.h,加力耗油率0。198kg/n.h。AL-31FN在苏霍伊飞机上的出色表现证明了这种发动机异常优异的工作稳定性,对各种恶劣工作条件下的适应性,它能在眼镜蛇那样的超过90度大迎角下正常工作,轮机动的360度旋转更是进气条件恶劣到极点,而AL-31F发动机都完美的运作并展示了,这个特性对于新飞机的研制非常重要,尤其是单发战斗机。歼-10计划从86年执行至今,飞机首飞到现在已经超过8年以上,并未有坠毁之类的消息传出,对比当时中国内的一些对老旧的涡喷发动机的改进装机却屡屡有坠毁的传闻,可见AL-31FN的稳定对于歼-10意义非凡。


按照最初的计划,中国人也许从没有打算过会使用俄罗斯的发动机。回忆一下80年代的国际政治环境,80年代中期,中国和苏联的关系还没有像现在这样亲密,相反互相敌视的情绪相当高涨,中国在远东部署有超过100万人的部队,而苏联也在蒙古有50万以上的部队。歼 -10瞄准的对手是苏联空军主力米格23,米格25,也一定程度瞄准了米格-29和苏-27的身影。不过政治关系的转变往往比工程计划更具有戏剧性,到了 80年代末,在戈尔巴乔夫的主导下,中苏关系再度亲密起来,中国获得苏-27战斗机的出口就是一个很大的证明,在此之前苏联是绝对不卖这种当时极为先进的大型远程战斗机的,因为他在帮助中国对抗中国的同时也有能力威胁苏联的腹地,为此苏联曾要求中国不能将这种飞机部署在北方,并关闭了相当多的对地攻击的功能,使其只能使用火箭弹或者炸弹作前线临时支援用途,而不具备特别的攻击能力。


一切的担心没有成为现实,随之而来的不幸解体突然瓦解了苏联的威胁,俄罗斯的经济需要大量出售军事技术来维持,以前不能卖的东西现在是深恐推销出去少了,俄国成为中国获得先进武器和技术的最好的窗口。与中国亲密的西方也因为美国主导的封锁突然变得陌生和对立起来,中国的歼10原先预期在西方技术支持下开展的可能性突然关闭,再加上90年代问题问题的中国和美国的巨大分歧,f-16战斗机幻影2000进入台湾,导致歼-10的作战对手更换成F-16、F-15,从西方引进发动机或者是从西方获得研制发动机技术的大门彻底关闭。美国的技术封锁相当严密,而掌握高级发动机技术的英国,法国则将中国看作倾销淘汰技术的理想市场,并不愿意冒政治风险向中国输入较先进的技术。中国航空发动机工业早先因为苏联提供的战斗机技术而建立起来的,工业水平不高,且没有正常建立研发机构。米格21战斗机的r-13发动机中国直到80年代才算真的仿制成功并将其实用化,这种苏联20年前的技术还让中国为难了长达10几年之久。


所以,在90年代末21世纪初,中国还愿意花费巨资购买英国60年代的斯贝发动机的设计生产技术资料,自此才让中国国内仿制斯贝发动机获得成功。可见中国飞机发动机科研水平和工业水平的低下。正是在这种背景下,中国几乎所有的新研制飞机都受到发动机问题的巨大影响,前面我们谈到的歼-9战斗机的屡次延误和中国自称的ws-6型发动机的拖延无不关系。中国的歼-8战斗机类似于我国的苏-15。也是因为缺乏推力更大的发动机,飞机的性能仅仅和米格21改进型号相当,即便如此还花费了20 多年才完成实际的设计定型工作。


如同歼-9计划一样,歼-10计划配套研制的发动机仍然是编号为航空部第606研究所的沈阳航空发动机研究所,他们为歼10计划准备了名为ws-10的涡轮风扇发动机,预计设计推力120kn,推重比为8。这个型号的发动机研制比飞机设计的时间早差不多一年,在80年代初期,中国引进波音737飞机的时候曾按照苏式飞机的维护标准,购买了一些作为备份的cfm-56-3发动机。后来中国在使用中发现这种方式对于西方飞机并不适用,波音737终身都不用更换一台全新的发动机。这个时候中国的发动机学者们考虑到cfm56-3的核心机与美国通用研发的f110涡扇发动机几乎是一致的,西方有瑞典利用普惠JT- 8D民用发动机改进成为战斗机发动机的前例,中国也计划从这种发动机基础上研究下去,获得一种中国的f110发动机,经过计算,利用这种发动机的核心机可以获得110-130kn的推力,完全能满足飞机的要求。中国认为这样利用现成成熟的技术完全可以比自己重新建立一套来的迅速和简单,可以满足新飞机研发的进度需要。


这一次作为曾经为歼-9研制的涡扇6(WS-6)母工厂,606所接受了这一推力相近的发动机的研制任务。新发动机理所当然放弃了在几乎完成的涡扇6G发动机上进行改进的打算,而是决定跟踪西方航空发动机发展的潮流,决定完全重新研制一款先进的发动机(官方语)。新发动机采用和模仿了美国通用公司的CFM56-3发动机的核心机,这种发动机大量装配在中国拥有的数量庞大的波音737机群上,这种发动机是从美国通用动力公司以提供 B-1轰炸机的F101发动机发展而来,同时衍生出性能相当杰出的F110发动机,中国选择这个作为参考,充分考虑到这个平台出色的可移植能力,已经成熟的结构和大量的使用经验,还有可通用零部件的易采购和易于维护的特点。尽管选择了一条看上去的捷径,工业化水平的差距仍然需要花费十几年的时间和精力才将发动机变得更为现实和能够被自己的工艺生产出来。到目前为止甚至还没有能够应用在中国生产的歼10上的消息,至少赛坦公司的订单还在源源不断地增加。


中国航空工业一集团的官方网站最新的消息表示这种发动机似乎已经获得了最后的成功,相信距离大规模应用还有一段时间。这种发动机在中国还处于高度保密的状态,很少量的文章会通过一些专业的学术期刊发表,这些零星的消息,是推测他的存在和性能的证据,我们认为这种发动机具有如下的性能与结构。为了方便对比,我们采用和F110-GE-100的数据进行图表对比。FWS-10的数据大部分为预估。

FWS-10的外形尺度和重量与AL-31F系列发动机高度相似,中国考虑在歼-10和国产化的苏-27上采用,形成类似于美国的发动机通用战略。缺点在于全部主力战斗机都采用同一类型的发动机,一旦出现事故,所有的机群都会受到限制停飞。而设计WS-10A发动机的厂家恰好又是承担中国空军AL-31F发动机大修的工厂,几乎不需要考虑,我们也可以认为中国的发动机上一定有我们的发动机的技术。这一点可以从WS-10进化到WS-10A这一过程推导。


据说中国最先研发的 WS-10发动机是不太成功的,这种发动机推力大约有12000kg,但在一系列定型试验中表现恶劣,技术问题层出不穷,无法达到使用状态。而中国在96 年便获得了AL-31F发动机所有的大修资料,并且也获得一定数量的零件生产资料和技术,WS-10A发动机大约在2000年前后成型,技术的扩散有相当的可能性。当然,如果一切如同我们设想那样美好,WS-10A发动机将会很快影响我国飞机出口市场,中国已经计划在他们生产的苏-27上安装它,歼10作为原定使用客户反而落在后面,当赛坦公司的发动机出口停滞,中国的发动机才是真的准备好了。当然,俄罗斯也不再死板了,143kn的AL-31FM便是一个很好的继续使用下去的理由,还有更大推力的或者装备推力矢量技术的发动机,这些都是中国所不具有和不能很快具有的。


战斗机的设计上如何?我们可以通过参考设计上类似的飞机的设计比例参数,推测出一型战斗机的重量等参数。有经验的飞机设计师会选择一个尽量小的重量配置到飞机上,考虑歼-10的外型尺寸,它的空重将会在F-16F-18之间,不过三角翼无尾布局可以获得较轻的结构重量系数,以动力装置的重量和设计常数来推测,我们推测歼-10战斗机的动力系统和飞机空重的比例大于应该在0。2-0。22之间,F-16A的这个参数是0。25,F-18的参数是0。18,法国的幻影 2000约为0。2,而中国的米格-21这一参数是0。22。以中国习惯上参考的米格-21的设计习惯为例,和歼10机翼设计与幻影2000的相似度来看,我们推算出歼-10战斗机的空重为7900kg。从中国网站上流传的消息上看,大致上认为歼-10的空重在7800kg和8600kg之间,这对于上面的取值都是正常合理的。再根据结构效益上中国提出更高的寿命时数和高过载要求,电子设备也大大增加,这足以抵消结构和材料上设计的,我们将歼- 10的重量比值再考虑高一点,大约0。21左右,空重在8300kg左右较为合理。考虑到美国F-16系列战斗机在安装F110发动机和增加电子设备以后,以及增加最大起飞重量4吨以后,重量达到从早期的6900kg增加到8600Kg。目前的歼-10看上去还是以空优为主的飞机,最大起飞重量可能不会大于F-16C的水平,而三角翼飞机的结构重量也该大致相当。


推测飞机作战性能还有一个比较关键的数据,飞机的内部载油量。传统的战斗机设计机内载油时,都选择较小的比例,增大航程依靠携带副油箱,这样可以尽量减轻飞机的结构体积和重量,能够让飞机的推重比尽量的大,欧洲的台风和阵风是这种设计概念的最典型表现,机内载油系数较小。而另一种设计思想以苏27为代表,在机内设置足够的空间和载量,满足飞机长续航时间和大作战半径的需求,甚至不需要携带副油箱,这在巡航时阻力和油耗方面的优势较佳。单发战斗机中f16采用大内部载油系数、大航程的设计,而受制于落后发动机的幻影 2000则采用小载油系数,大副油箱的设计完成同样的要求。歼-10战斗机的外形尺寸比F- 16、幻影2000都大,机体的空间也相对而言大很多,燃油的载运量也一定会大于这两种战斗机,F-16和幻影2000的机内载油量大约都在3100kg左右,在传统的飞机设计中,米格-21选取燃油重量比为27。8%,f-16为27%,幻影2000为24%,其他飞机都在24%到30%之间。曾经有期刊传闻中国歼-10的机内载油为4600-4900升左右,那么飞机的内部载油量在3600-3900kg上下,考虑到载油系数,3600kg左右似乎更值得相信,这样歼10的燃油系数大约为29%,单发战斗机中米格较为接近,f/a-18也较为接近。另外也有传言飞机内载油为3吨,虽然对于那么大尺度的飞机来说有点偏小,不过考虑到尽量减小重量因素下也是可能的,这样燃油系数为25。4%,取值偏小。对比歼-10和F-16,幻影2000的尺寸上的差异,这个3600kg的重量应该算是相当中肯的。而照片上显示的转场飞行的副油箱挂载提供了1700+900+1700升的配置,大约3400kg的燃油,总燃油量达到7000kg,挂装符合设计风格和对其的要求。


通过载油量和重量的分析,我们能够建立起一个合理的飞机作战性能评估,这种分析法则在冷战30年中发挥了巨大的作用,也有相当的精确度。借助上面的参数,我们可以评估出歼-10的作战性能。以国际流行的空战重量估计(机内半油,两枚格斗导弹,机炮。这是根据设想飞机机内满油,携带外挂如上,从机场最大加力起飞,并保持最快的速度赶到格斗区域这个作战条件形成的),歼 -10这个状态大约重10600kg,飞机的推重比为1.18,翼载荷为260kg/平米,这个作战指标已经高于原定的作战对象F-16A,大大高于重点参考和考察的幻影2000战斗机,在以西方第三代战斗机衡量的标准来看,这个指标在单发战斗机里也是异常优异的。考虑到留利卡.萨图恩一度建议中国购买性能改进后的发动机,以及中国自行研制的发动机推力稍大,飞机的推重比还有上升的潜力。定常盘旋的性能目前还不清楚,这个作为持续机动的指标,以歼-10的气动布局能获得较大的可用升力系数和较大的推重比来说,应该大大高于幻影2000。瞬时盘旋角速度方面,相似的机翼形状和更大的可用升力系数,歼-10至少不会低于幻影2000那非常高的瞬时盘旋角速度的指标。这项参数对下一代的格斗作战意义更重要一些,它是占据导弹发射先机的一个保障,也是规避导弹的一个关键性机动指标。


在和以高机动见长的第三代战斗的空战中,依靠稳定盘旋那种微弱的差别获得优势需要太长的时间,在目前导弹技术的支持下,尽量先将机头转到可以瞄准的角度获得胜利的几率远大于失去一点动能的所带来的危险。瞬时盘旋受到阵风,台风这类新战斗机的重视,包括f22在内的新一代战斗机在这方面都被大大增强中国空军长期使用米格早期战斗机,比如在中国被称为歼6的米格- 19,歼7的米格21,这些战斗机都有机场围墙保卫者的"美称"。中国在引进苏27以前从没有过远程战斗机,他们对这方面是相当渴望的,尤其是在90年代台湾问题和南沙群岛的领土争端都需要作战半径超过1000km的战斗机。AL-31FN是一种相当省油的发动机,这在苏27上获得验证,歼10的载油量相当大,苏27重量大约是歼10的2倍,而9000kg燃油可以飞行3800km,一半重量的歼10保守估计也能携带6000kg以上燃油,航程达到 su27的水平并不奇怪,这种战斗机应该具有或者超过F-16相似的航程和作战半径,飞机的最大航程至少可以达到3500km以上,这是中国第一次获得这样的国产的远程战斗机,如同照片显示的携带三副油箱2枚导弹的巡逻任务构型据说能够远至半径1270km以外。这意味着凭借机内燃油,飞机至少要能够飞行 2000km以上,对于一种轻型单发战斗机来说这是一个非常好的消息。


中国空军长期依赖的主力歼-8系列飞机机内携带4吨燃油仅能飞行1400km,加上外挂一共携带6。7吨燃油也只能飞行2200km,作战半径小,大约只有700km左右。而歼10的大航程可以很轻松的提供远达 900-1100km的作战半径,或者能够在战场停留更长的时间,比如比歼8长2倍的战场滞空时间。这不仅仅意味着中国空军获得歼-10以后可以以较少的飞机就能大大扩大制空的区域,而且低燃油消耗对飞机的日常使用费用是一个巨大的进步,也大大减小了后勤供给的压力。远程战斗机还给中国对周边的军事压力带来影响,虽然目前歼10战斗机还没有表现出对地攻击的能力,但以色列轰炸伊拉克核反应堆使用的f16也是类似的战斗机,它的覆盖范围足以把韩国、日本等涵盖在内,这对东亚地区的政治和军事影响都相当深远,中国现在还具有空中加油的技术和能力了,以前的苏30因为数量问题还不被其他国家重视,歼10战斗机注定要大批量生产,这对某些国家来说不是一个好消息。


飞机节约燃油是一个很隐蔽的优点,首先战斗机飞行一次使用燃料的费用本身是相当高的,一个战斗机飞行员一年至少会飞行100-200小时,俄罗斯空军因为军费的问题,空军长期处于油料紧缺中,即便拥有大量的战斗机,并不能保证飞行员的训练时数和作战时的出动数量。廉价省油的单发飞机作为降低空军的使用成本早就被西方空军所证明,只是俄罗斯一直无力发展几乎就要成为现实的轻型单发战斗机计划。中国长期使用装备高耗油的涡喷发动机的战斗机,执行同样的飞行任务,油料上得费用非常高,新飞机可以在这方面大大节约。如果仅仅是节约油钱,那可能并不是很为人看重,但是从作战能力来说,一个机场的补给能力是有限制的,以往支持一个歼8中队作战3天的机场今天也许可以支持一个中队歼10作战5天,这就是不可忽视的优点了。以歼-10的远程巡逻的构型来看,起飞重量估计达到15800kg,照片上看起飞的时候前翼的偏转角度较大,而机翼的襟翼下偏角度并不大,这似乎显示飞机还能够利用襟翼的增升能力以更重的重量起飞,尚未有显示歼-10重载能力的照片出现,估计其最大起飞重量可能会在17800-19000kg之间,这时候还能保持约500kg/平米的翼载荷,也算在合理范围。

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