航母预警机方案及『瓦良格』舰载固定翼预警机可行性论证

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导读:本文从以下几个角度来谈起: (1)固定翼预警机的重要性,固定翼预警机与预警直升机的作用区别 (2)固定翼预警机滑跃起飞的理论基础 (3)中国舰载预警机的选择。 [B][color=#F73809]第一个角度:固定翼预警机的重要性,固定翼预警机与预警直升机的作用区别[/color][/B] 航母舰载作战飞机为航空母舰的主要作战力量。因为舰载作战飞机尺寸较小,所以其火控雷达的天线及发射功率有限,探测距离也就较小。并且为了保证隐蔽性,战斗机在实施攻击之前,是尽量不开雷达的。这就需要远程搜索雷

本文从以下几个角度来谈起:

(1)固定翼预警机的重要性,固定翼预警机与预警直升机的作用区别

(2)固定翼预警机滑跃起飞的理论基础

(3)中国舰载预警机的选择。



第一个角度:固定翼预警机的重要性,固定翼预警机与预警直升机的作用区别


航母舰载作战飞机为航空母舰的主要作战力量。因为舰载作战飞机尺寸较小,所以其火控雷达的天线及发射功率有限,探测距离也就较小。并且为了保证隐蔽性,战斗机在实施攻击之前,是尽量不开雷达的。这就需要远程搜索雷达来为战斗机群指示目标。例如:地面雷达、舰载雷达、预警机上的雷达。其中地面及舰载雷达因为地球曲面的影响,视野都不及预警机雷达广阔。


预警机上有完善的通讯系统,包含超远距离的卫星通讯系统。而战斗机的通讯系统一般在中高空400公里、低空200公里以内。如果航母上没有预警机,则舰载战斗机的活动范围不能超出舰载雷达和舰-机通讯系统的覆盖范围。其范围就是刚才所说的中高空400公里、低空200公里以内。而现在战斗机的最大作战半径往往在800-1500公里。如果没有预警机的支持,舰载战斗机的潜力就无法发挥。一般仅限于执行舰队防空作战任务。


综上所述,航母舰载预警机是十分重要的。这里就不再累述其重要性了。


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舰载预警机有两种:直升机预警机和固定翼预警机。


直升机预警机的主要型号就是:俄罗斯的卡-31。而舰载固定翼预警机到现在为止只有一种型号:美国E-2。


其中,直升机预警机的升限、飞行速度、航程都无法与固定翼预警机相比。现在我们来做一个比较:


E-2C升限:11275米。卡-31升限:3700米。

E-2C最大速度:626千米/小时。卡-31最大速度:255千米/小时。

E-2C最大航程:2800千米。卡-31最大航程:680千米。


卡-31各项指标都差E-2C很远。因为航程跟速度的限制,卡-31不能伴随舰载机编队执行作战任务,只能在舰队附近执行防空警戒任务。因为卡-31升限的限制,且因为预警雷达安装在直升机的肚子下面,所以只能从上向下扫描,所以卡-31不能进行高空预警,只能进行低空预警。


综上所述,卡-31无法代替E-2C。直升机预警机无法代替固定翼预警机。


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第二个角度:固定翼预警机滑跃起飞的理论基础


苏联在解体前一直在从事航空母舰滑跃起飞的专项研究,其雅克-44预警机的理论数据模型同样支持了舰载预警机的滑跃起飞。在瓦良格的设计过程中,苏联曾经希望瓦良格能够成为苏联第一个有舰载固定翼预警机的航空母舰。但雅克-44进度拖后,此事没能实现。更后来因为苏联解体,雅克-44无疾而终,最终只能是畅想了。


中国的舰载预警机所出现的泄漏版的各种图片中,以运7为平台的运7大盘子为多。这是有一定道理的。我们来就理论公式来进行研究,测算如下:


滑跃起飞就是在航母木末端增加一个有一定角度上翘的甲板,飞机起飞的时候通过上翘的甲板,其飞行轨迹跟水平面有一个仰角,犹如一个抛物线轨迹。由于此时飞机尚未加速到可以平飞的速度,重力大于升力,飞机会向下沉,直至跟甲板平面相齐。这个过程有一定时间差,这个时间差内发动机给飞机持续加速,抛物线的起点和终点的距离相当于飞机额外获得的滑行延长距离。


如果飞机在下沉到安全高度前能够加速到足以平飞的速度,则滑跃起飞成功。



航母预警机方案及『瓦良格』舰载固定翼预警机可行性论证

[图示:滑行起飞飞行轨迹]


在这个过程中,飞机一旦离舰,就受到几个力的影响:重力、空气升力、发动机推力、空气阻力。其中重力和发动起推力为不变力,升力跟阻力为变力,变力的变动因素为速度,即空气阻力跟空气升力随速度变化而变化。


具体的计算过程非常复杂,但我们不是为了设计飞机而做的计算,仅仅是可行性评估,所以只要对关键项进行计算即可。


我们以运7的原型机:安-24飞机为模型进行计算。安-24飞机空重为13400千克,载油量为4060千克,单台发动机拉力为2800千克/功率2550马力,加乱七八糟的一堆东西,起飞重量控制在18000千克。


瓦良格飞机甲板:上翘13度,长300米,宽70米。


安-24飞机起飞时,放15度襟翼,滑行时升力系数为1.0,阻力系数为0.066,轮子的滑动摩擦系数为0.02,离舰的迎角为10度,升力系数为1.9,按照瓦良格的设计计算,滑行甲板上翘角度为13度,安-24飞机机翼面为72.46平方米。因为改装为预警机后,雷达天线会造成阻力增加,所以本文的估算数值为增加阻力20%(已经很高了),同时,改装预警机后,飞机起飞重量增加3000千克(也不少了)。


计算过程如下图:


航母预警机方案及『瓦良格』舰载固定翼预警机可行性论证



从图中来看:

当安-24为18000千克的起飞重量的时候:如果单台发动机拉力为3000千克,则滑跑200米,可以滑跃起飞。

当安-24为18000千克的起飞重量的时候:如果单台发动机拉力为5000千克,则滑跑100米,可以滑跃起飞。

当安-24为21000千克的起飞重量的时候:如果单台发动机拉力为5000千克,则滑跑200米,可以滑跃起飞。

当安-24为21000千克,且增加了20%的阻力的时候,如果单台发动机拉力为6000千克,则滑跑100米,就可以滑跃起飞。


通过上面的计算,航母上的固定翼预警机可以滑跃起飞并非不可能,而且是“不太难”的目标。在理论上是可行的。


安-24的发动机为阿依-24,单台只有2550马力,2800千克拉力,1875千瓦,自重600千克,功重比为3.13千瓦/千克,非常落后。


而中国运八F600采用的加拿大普惠公司研制的PW150B型发动机,单台功率3781千瓦,自重717千克,功重比为5.27千瓦/千克。如果安-24的发动机替换为PW150B,则拉力就直接为6000千克。能够在瓦良格上滑跃100米起飞。


事实上航母起飞都是逆风高速行驶,要是考虑风速,则更容易达到起飞条件。


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中国舰载预警平台有几个选择:


(1)机体的选择:

E-2C与雅克-44的区别在于雅克-44的重量大、人多、雷达终端多。E-2C不是E-3,无法形成空中预警指挥机构,只能有3名雷达操作员,工作也仅仅就是一个空中活动雷达站。需要航母的指挥中心对战况进行指挥。而雅克-44就不是这样了,但是结构就是雅克-44太重太大,就算以后瓦良格安装了弹射器,雅克-44也很难弹射起飞。


所以中国固定翼舰载预警机最为现实和底技术难度的选择就是:飞机起飞重量为20吨左右。最多不能超过25吨。


(2)发动机的选择:

如果飞机为20吨最后,则起飞需要3700千瓦的发动机,目前来看,可以有PW150型(3781千瓦)等选择,中国自产的发动机中,无论涡桨-6还是涡桨-5,都不行。只能进口。

如果飞机为25吨左右,则起飞需要4600千瓦的发动机,这已经比较困难了,世界上只有几款涡轮螺旋桨发动机可以做到。


如果涡轮螺旋桨发动机无法达成我们的目标,也可以用涡轮风扇发动机来代替,涡轮风扇发动机可以很容易的达到这个拉力,无论是ARJ-21的CF-34发动机,还是根据WS-10研发的大涵道比发动机,都可以满足需求。不过涡轮风扇发动机比较耗油,滞空时间肯定要减少,约为涡轮螺旋桨发动机的五分之三左右。


(3)雷达天线的选择:

平衡木或者大盘子。

个人推荐平衡木。这样阻力小。当然,功能性就差了点。

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综上所述,请大家不要为瓦良格的预警机在作出不专业的分析。例如:瓦良格不能上固定翼预警机等论调。


最后,中国的发动机真的是拖后腿的行业,如果我们有自己生产的PW150或者自己生产的AL2000,国产舰载固定翼预警机早上天了,唉。


祝愿中国发动机行业早日取得革命性的突破。


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