日本心神先进技术验证机设计特点(图) (ZT)

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日本心神先进技术验证机设计特点(图)

日本心神先进技术验证机设计特点(图) (ZT)

日本心神先进技术验证机全尺寸模型

不过“心神”的设计有一点必须特别注意,就是在主翼前缘襟翼内侧有一个非常有意思的“闭合锯齿”设计。肉眼平视非常难以注意到这个结构,该设计也算巧妙而有意思。这一设计类似于米格~23主翼前缘的锯齿结构,起到类似于翼刀的作用,用于控制失速气流的扩展,能够提高飞机的可控迎角范围。很多飞机都采用了这一设计,但是此设计的最大缺点就是其独特的凹口会大幅增加飞机迎风面的雷达反射面积,这对于现代战斗机来说是非常致命的。而“心神”为了获得更高的机动性、更大的可控迎角范围,因此毅然采用了锯齿设计,而与常规锯齿不同的是,“心神”的锯齿前端向内收拢与机身相接,整体形成了一个闭合的锯齿结构,挡住了前向雷达波直接进入锯齿内,这一设计目前还是只见于“心神”,不过这一设计是否真的能提高隐身性,以及气动效率具体如何,还有待进一步试验。

三菱重工除了要进行低可探测性机体形状设计的研究外,还要进行IFPC技术的开发。IFPC是指综合飞行/推进控制(Integrated FIight Pro—pulsion Contr01)技术,主要用于在飞机通过气动操纵面无法控制飞机姿态的失速范围内,通过对推力的控制来操纵飞机的控制技术。不仅如此,为了使整个系统性能最优和稳定性最好,就必须对各个部分综合控制,即一体化控制。对于进气道、发动机及喷管的综合控制称为航空推进系统综合控制,简称cs;对于飞机与推进系统综合控制称为飞行/推进系统综合控制,简称IFPC。通过IFPC的实现,飞控、推进等系统也将演进成为一种一体化的、智能的、综合了各种飞机控制能力并与指挥、控制、传感、导航、攻击等系统高度综合的飞机。同时,在整个飞行包线内最大限度地满足飞行任务的要求,以满足推力管理,提高燃油效率和飞机的机动性,有效地处理飞机与推进系统之间耦合影响及减轻驾驶员负担等项要求,从而使系统达到整体性能优化。

作为IFPC的一个重要组成环节,“心神”采用了推力矢量喷管。而该喷管区别于苏一37的圆截面三维推力矢量喷管和F-22的矩形截面低可探测二维矢量喷管,而是类似于美德合作的X一31所具有的三片折流板矢量操纵方式,比较特别的是“心神”的矢量折流板带有锯齿,有可能是为了降低雷达探测性而设计的。

毫无疑问,X一31项目是目前有人战斗机最强机动性的代表,这一项目诞生于1986年6月,美国和当时的联邦德国政府签订了一份关于联合进行“增强战斗机机动性”(EFM)计划研究的谅解备忘录,该计划由美国国防部高级研究计划局牵头,联邦德国国防部的技术计划部门以技术合作的方式参与该计划,为该计划的发展研究机就是X一31“增强战斗机机动性”验证机,该机主要用来研究提高近距空战格斗能力的方法。而X一31最具特点的就是折流板矢量喷口,3块碳一碳导流叶片绕发动机圆周对称配置,每枚导流叶片的受高温区都包敷着碳化硅面层,且均由单独的作动装置驱动。通过偏转导流叶片来提供俯仰和偏航所需的控制力。最大偏转角度为35度,折流板矢量喷管不像二维和三维推力矢量喷管那样包覆住喷流,因而在大多数情况下最大只能将气流方向改变15度,而在某些低能量状态以及发动机尾喷口面积较小的情况下气流改变还达不到15度。而且折流板推力矢量控制方式的缺点是相当明显的,首先它的导流叶片在同时偏转一定角度以上可能发生相互碰撞,因而必须在控制软件中做适当的设置,这会导致该机推力矢量的控制律和与飞行控制系统的结合相当复杂;其次是导流叶片本身的使用能力问题,X-31的折流板内偏5度仅仅10秒后就必须外转10度冷却15秒才能再次使用.最后是折流瓣式偏折喷口的固有缺点——推力损失问题,X一31A在导流叶片的偏转角度超过10度时推力开始明显损失,偏转至25度时推力将损失700千克力左右。

不过尽管推力矢量控制方式有种种缺点,但是“心神”仍IEl决定采用这一矢量控制技术,一方面是结构简单,不用面临开发额外的且日本从未接触过的结构复杂的俄式三维矢量喷口,同时也不像F-22的二维矢量喷口那样不能对偏航方向作控制;另一方面,折流板技术是美国的现成技术,即使是双发动机同时采用折流板也在F/A一18 HARV上进行过验证,而X-31所验证的技术本来就是用于移植的,因此在结构设计以及控制软件上,日本都可以直接从其盟友美国身上获取。毕竟日本要试验研究的是控制技术而不是结构制造技术。对于日本来说,制造一个机器并不困难,不必因此浪费时间而导致“心神”计划的拖后。

除此之外,三菱重工还要同时展开“灵巧蒙皮(Smart Skin)”的试制。灵巧蒙皮主要是指用于机身制造的一种重量轻且强度高的新型复合材料。这种全新材料的试验工作计划将于2011年完成。

“心神”先进技术验证机起飞重量约为8吨,所装备的两台日本国产XF5-1涡轮风扇发动机总推力能够达到10吨,飞机起飞推重比为1.25。采用了新型灵巧蒙皮的“心神”还将进一步降低重量。除了灵巧蒙皮之外,“心神”还将要验证实现IFPC能力的矢量喷口.多功能主动相控阵雷达以及类似于F一35的综合光电搜索瞄准系统。如果一切顺利的话,全状态“心神”验证机将于2014年进行首飞。

在目前已经投入部队服役或正在进行试验的新一代战斗机中,多为类似于苏--35/37一般强调高机动性,或如F一22一样侧重隐身性的飞机。而日本则希望自己新一代的纯国产战斗机能够借助低可探测性外形和IFPC成为领先于世界的新一代万能战斗机。

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