中国第五代隐形战斗机的各项性能相比F-22

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导读:近日,国内互联网上出现了国产第五代战斗机的系列照片,这些照片得到了西方军事观察家的确认。那么中国第五代隐形战斗机的各项性能相比F-22如何?是否具备隐身能力?是否具备超音速巡航能力?采用什么发动机?网易军事将根据这些图片,为您作出定性推测。

第五代战斗机的性能特点可以用4S来概括,即:“隐身、超音速巡航、超机动和短距起降”,其中具备革命性的就是隐身性能。



中国第五代隐形战斗机的各项性能相比F-22



五代战斗机的隐身性能采用的是波束控制概念,即利用雷达必须接收目标反射回来的电磁波才能探测到目标的原理,让照射到本身的电磁波偏离照射方向。要想实现波束控制必须尽可能消除飞机上的强反射源,包括垂直面、鼓包、台阶等,主要边缘如机翼必须平行,除了外形隐身还不够,同时还需要采用吸波材料,共同作用来降低飞机的雷达反射面积。根据美国空军的对抗演习,F-22对四代机有惊人的空战交换比,很大程度上就是依赖隐身性能取得的。


不过隐身性能只是飞机作战性能一个因素,过分的强调隐身性能反而对飞机的其他性能如机动性能造成负面影响,所以第五代战斗机尽可能在各个作战指标之间取得一定的平衡,其中最典型的就是F-22战斗机。当年美国空军的ATF计划催生了YF-22、YF-23两款技术验证机,YF-23比YF-22隐身性能更好,其原因在于YF-22的后缘前掠角为17度,与前缘后掠角并不一致,这样就造成机翼、尾翼的边缘并不平行,所以其强波束反射只能控制在8个角度左右,相比之下,YF-23的机翼、尾翼平行,强波束反射控制可以在4个以内。但YF-22的设计增加了机翼面积,降低了翼荷,提高了飞机机动性能;而YF-23在机动性能方面付出了更多的代价。最终凭借更好地兼顾了隐身与机动性之间的关系,YF-22得以击败YF-23,成为美国空军的新一代战斗机。


总体概述 隐形重型战斗机


从目前的图片来看,中国第五代战斗机采用了单座、双发、双垂尾、带边条的鸭式气动布局。通过参照物对比,可大致推测出该机长度超过20米、翼展超过13米,属于一款双发重型战斗机,但该机高度比歼10还低,估计在5米以内。该机的机头、机身呈现菱形、垂直尾翼也向外倾斜,起落架舱门采用锯齿边设计,具备隐形战斗机的特征。


主翼


前面提到,中国第五代战斗机采用带边条的鸭式布局,目前图片没有大角度的俯视或仰视图,主翼翼型尚无法确定。但从现有图片来推测,主翼应该是类似歼10的大三角翼,安装位置在进气道上边缘,整体属于上单翼设计。主翼带有下反角,这也是上单翼战斗机的惯例,可以增加滚转速度、提高飞机的敏捷性。


边条和鸭翼


从四代战斗机(如F-16)开始,战斗机气动设计采用了“涡升力”技术。即在主翼前面,利用边条翼、鸭翼产生强大涡流,涡流从主翼上翼面掠过可以大幅增加主翼升力,这就是“涡升力”概念。F-16、歼10等四代战斗机利用“涡升力”技术获得了比F-4、歼7好得多的机动性能。F-22则采用了进一步发展的“涡升力”技术,其采用3段式边条,产生的组合涡流更强大;并且其边条已非传统的边条翼,F-22利用机头棱线、进气口上唇口、进气道前部棱线产生涡流,付出的阻力代价更小、对隐身更有利。


中国第五代战斗机采用的也是类似F-22的3段式“棱线”边条,并且在进气道前部设有带明显上反角的鸭翼。这应该是因为鸭翼安装位置与主翼处于同一平面,带上反角可以提高涡流位置,保证从主翼上翼面掠过。边条和鸭翼两种措施同时出现,中国五代战机对“涡升力”的利用应该比F-22还要充分。


垂直尾翼和腹鳍


中国第五代战斗机采用了外倾的双垂尾设计,从图片来看,明显是全动垂尾。这是配合“涡升力”利用的一个设计,涡流强度的提高会对垂直尾翼造成影响,降低飞机的纵向稳定性,需要减小垂尾面积;而减小垂尾面积又会减低垂尾效能,所以须采用全动垂尾去解决。


另外,中国五代战斗机还设有F-22所没有的腹鳍,这是增加大迎角情况下飞机纵向稳定性的一个措施。俄罗斯的T-50也采用了腹鳍配合全动垂尾的设计。腹鳍会增加额外的重量、并会对隐身构成不利影响,之后会不会取消可能需要视试飞的情况而定。


总体评价


中国第五代战斗机机身较长,长细比大,鸭式布局比常规布局有更好光滑的纵向面积分布,可以得到较低的超音速阻力。只要发动机性能能跟上,可以获得超音速巡航能力。从边条、鸭翼两种增升措施同时使用的情况来看,中国五代战斗机比F-22更注重通过气动设计来获得好的机动能力,这也许是因为中国设计师意识到发动机性能差距难以缩小,所以通过更超前的气动设计来弥补。当然,对“涡升力”的深度利用、全动垂尾的采用,对飞行控制软件的设计提出了极高的要求,这从侧面上也反映了中国设计师的自信。总的来说,通过采用更超前的气动设计,即便以后发动机性能较差,中国五代战斗机也可以获得与F-22基本相当的机动性能。


隐身方面,中国五代战斗机总体上采用了隐身设计,同时鸭翼和腹鳍的存在对隐身性能构成了不利影响,正面RCS值应该会大于F-22。但鸭翼、腹鳍面积都非常小,中国五代战斗机的正面RCS值与F-22应该还是处于同一级别,对实战影响不大。


所以总的来看,中国五代战斗机的外观特征反映了体现了设计者力求在隐身、机动和超音速巡航等技术指标上实现平衡。中国五代战斗机的机动性能应该与F-22相当,隐身能力比F-22略差。


起落架


中国五代战斗机的主起落架舱设在机身侧面,有较大的几乎截断机身侧面的舱盖开口,起落架支柱与主翼承力部件连接,由于采用上单翼设计,主翼离地高度较大,所以主起落架支柱也比较长。


进气道


从图片来看,中国第五代战斗机采用了DSI进气道。DSI进气道首先在美国F-35战斗机上应有,之后中国成飞也在枭龙战斗机上进行了应用。DSI进气道通过进气口前的一个3维鼓包达到消除空气附面层的目的,具有重量轻、适应速度范围广、不会对隐形造成影响的优点。中国第五代战斗机的进气口紧贴机身侧面的拉长四边形,3维鼓包位于进气口上半部的前方,设计较为独特。


从起落架舱设在机身侧面来判断,中国第五代战斗机的进气道设计采用了S形弯曲,加上进气口横向尺寸很窄,所以估计发动机风扇会被完全遮蔽,有利于隐身。


弹舱


从起落架舱设在机身侧面还可以推测出,中国第五代战斗机与F-22一样,将主弹舱设置在机身腹部。这也是一个隐身的重要措施,内载武器可以消除外挂武器和机体之间的互反射效应,同时可以大幅降低飞行阻力。有消息指中国相关厂所已经研制了用于弹舱发射导弹用的伸缩式导弹发射架,配合第五代战斗机的发展。


现在还不明确的是,中国第五代战斗机是否会在进气口与起落架舱之间设置侧面辅助弹舱,F-22在这个位置上放置了2枚体积较小的AIM-9X格斗导弹。


座舱


从图片可以看出,中国第五代战斗机采用了整体式座舱盖,这也是一个亮点。对于视距内的近距格斗空战,飞行员需要良好的视野,过去由于材料及工艺不足,我国战斗机多采用带曲形风档的座舱盖,限制了飞行员视野。而采用整体式舱盖的当今战斗机只有美国的F-16、F-22两种,连欧洲的台风及俄罗斯的T-50都没有做到,这充分反映了中国工业基础的进步。


雷达


从图片上看,中国第五代战斗机的座舱靠前,机头非常短促、空间有限,这其实是一个好消息。因为这样就意味着火控雷达采用了有源相控阵雷达,相控阵雷达由于实现了电子扫描,因此就不需要机械机构来转动天线,这样就明显降低了系统的体积,所以F-22、F-35和T-50的机头都非常短。相控阵雷达还可以把天线做成向上倾斜,以偏离照射的雷达电波,相比较而言机械扫描天线必须是垂直,这样当被对方雷达电波照射的时候,就会形成较强的反射。有源相控阵的隐身能力还体现在可以采用低截获概率,工作模式包括多种波形、猝发等,以躲避对方电子系统的探测。


分布式红外探测系统


另外,中国第五代战斗机的座舱前并没有鼓包形的红外探测系统,可能采用了分布式红外探测系统,类似于F-35的DAS系统,即在机身不同部件安装光学窗口,然后由后台数据处理系统对不同器件获得的图像进行融合,这样的好处就是省略了机械转动机构,同时光学器件可以最大限度的埋入机身以内,再加上对窗口进行锯齿处理,就会降低系统的体积和重量,提高飞机的隐身能力。


总体评价


这样就意味着我国航空电子系统的数据处理能力的飞跃,已经跨越了F-22的宝石台系统,而直接向F-35的宝石柱系统看齐,也就是所谓的综合射频管理系统。即机载相控阵不仅仅是是一部雷达,还可以用作电子对抗、数据链等多种用途,强大的数据处理系统需要先进、完善的座舱显示系统配合,以向飞行员提供近实时的战场态势感知,并提供空战战术的辅助决策。本次珠海航展我国洛阳光电研究中心已经展出了大屏幕座舱显示系统,从相关资料来看,该座舱与F-35一样,采用了大屏幕显示技术,这样飞行员可以从一块屏幕上得到所有的信息,而不用在多块屏幕上来回切换。飞行员可以迅速得到大范围的战场态势,从而有更多的时间去维持战机周围的空情掌握,这对于提高飞机的近距格斗能力也有很大的帮助。



从发动机的喷口来看,中国第五代战斗机目前仍然使用俄罗斯的AL-31F发动机。这也符合战机研制的一般规律,国外先进战斗机在试飞时也往往采用成熟的发动机,以降低原型机试飞的难度和风险。


但第五代战斗机内设弹舱,全机重量较大,另外要求具备超音速巡航能力,AL-31F发动机难以满足试飞的要求,无法将飞机的右侧包线飞出来。根据外媒报道,中国也已经展开涡扇15发动机的研制工作,但研制进度落后于飞机本身,涡扇15的研制进度将决定中国第五代战斗机的进度,乐观估计在2020-2025年间可以投入服役。


当然,如果涡扇15研制遭遇困难,也不排除会先使用国产涡扇10太行发动机的改进型、或俄罗斯AL-31F的推力加强版发动机。但这样会导致飞机机动性能出现较大幅度的下降,这显然是中国军方不愿意看到的。


在09年底,中国空军副司令何为荣在央视节目中透露了中国五代战斗机将很快首飞。这一消息引起了外界广泛的质疑,央视军事节目的专家们认为是歼10改进型战机,即便是最乐观的中国军事爱好者都难以相信,国产重型隐形战斗机会来得如此之快。


但仅仅一年之后,何副司令透露的消息得到了证实,中国第五代战斗机仅比俄罗斯T-50晚了一年。而放眼全球,美国空军由于军费所限,先进的F-22仅装备了187架就停止了生产,性能有所削弱的F-35目前进度拖延,估计正式服役要到2013年。欧洲等国得到F-35的时间至少会到2015年之后,不是项目合作国的日本、韩国要得到F-35最快也需要等到2020年之后。所以,很可能出现的情况是,中国将与日本、韩国几乎同期装备第五代战斗机,而中国第五代战斗机设计指标瞄准F-22,F-35很难在空战中与之对抗。除非美国重启F-22生产线,并对外出口,否则中国空军将会在2025年左右取得东亚地区的质量、数量双优势。


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