世界顶尖水平的歼20如何炼成的?(上)(1)(注:转北方之枫 *)

世界顶尖水平的歼20如何炼成的?(上)(1)


2012-02-01 10:08:15 北方之枫 [ ]


世界顶尖水平的歼20如何炼成的?(上)(1)(注:转北方之枫 *)


本人尽量用生动和少专业语言进行描述,写的更长了,像裹脚布---让我自己也吐血,希望大家对歼20,也包括F22,T50的设计,使用思路,对抗使用有一个直观了解。对能耐心看完的表示120万分的感谢。


目录: 一 危机时代;二 隐形超巡之惑;三 F22猛禽篇:ATF,摸着石头过河 四 F22猛禽篇:两个漫不经心的混蛋和一群失败者;五沈飞雪號(上) 六沈飞雪號(下)七--十一 威龙(已写完60%,整理中)


一 危机时代


歼20不是凭空产生的。对于四代机F22,歼20,我们都有过严重不切实际的概念。如果想要了解,那我们最好从头说起。


1950年代,苏联科学家发表了几何面积对雷达波束影响的论文,引起了美国人的注意。同期,极其难操纵的诺斯罗普公司螺旋桨飞翼机(可以说是B2的先祖)在试验中发现机场雷达对其探索距离大大降低,美国人深受启发,开始在冷战的铁幕后捣鼓能够穿透华约强大防空网的东西----隐身飞机。


这几十年美国人工作的细节是个谜,直到2002年,唯一透露出来当时的隐身验证机是深蓝验证机。它就像一个插着翅膀的搓板。直到1980年代,世界和中国依然对美国人的隐身飞机一知半解。世界对美国人在隐秘的飞机工厂里象臭鼬在窝里洗自己袜子一样,猥琐地捣鼓自己的什么隐秘玩意一头雾水。(所以美国人自己戏称为鬼怪工厂,臭鼬工厂)第一代隐身飞机属于F117,它的理论是不规则的几何平面散射雷达波,于1986年公开。由于严重违反空气动力学,飞行性能极差。


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隐形验证机,tacit-blue


对于F117,美国人是作为战术轰炸机来穿透敌方防空网,打击对手指挥中心,雷达站,机场等纵深较浅的目标,但是对于一种航程偏小专一且载弹量较小(2枚GBu10或GBU27激光制导炸弹)的轻型轰炸机来说,在快速发展的防区外远射空载武器,以及巡航导弹等方面越来越没有优势。(当时大众还认为存在一种高机动的隐身战轰机F19,当然它不存在)美国人开始考虑洲际隐身轰炸机。


第二种隐身飞机的完全曝光是一个屁民的胆大包天,1988年,诺斯罗普公司新一代隐身轰炸机B2举行出场仪式,此时已到冷战末期,保密已不那么严密,美国人考虑到了隐身战机保密性已经难以坚持,诺斯罗普公司向大众公布了B2的前部分照片,后部与整体外形尤其是进气道则是军方禁止曝光的。出场仪式在一个机库前进行,当B2刚划出机库时,一位胆大的新闻记者包了一架小螺旋桨飞机掠过上空拍下了整体照片,卖给航空杂志一个好价钱。第二代隐身机抛弃了不规则的几何平面,利用减少反射波束方向理论,像一个巨大的光滑飞镖,在保持隐身性能良好的同时大大提升了气动性能。


1年多以后,YF22与YF23完成公开,对于公众以及对手来说,隐身轰炸机战术运用是很好理解的,但是对于隐身战斗机,美国准备怎么用,用它做什么,却是值得深思的。 苏联解体,1993年银河号客轮事件,1994黄海事件,1996台海危机,超级大国之间的平衡已经打破,中国已不能依靠超级大国之间的关系折冲中来寻找平衡,这意味着单独面对世界老大的步步紧逼。一个崭新的时代到来了。我们面对强大的北方装甲集群消失了,可在东面和南面,西方大国的战机和军舰象刀峰一样竖立起来,逐渐逼近我们。歼8和歼7,歼6勇敢却无奈地守卫着天空。我们经济工业落后的不可想象,但是却以世界瞠目的速度追赶着。


这是最坏的时代,这也是最好的时代。


当许多人悲情地讨论“球籍”(意思是我们落后的几乎不配做地球人,被开除了“地球籍”),许多人出国了,更多的人下海了,挣一份自己的财富也是国家强大的重要力量;无数的人开始疯狂地骂祖国,描绘月亮还是外国圆。而在不为人知的角落一些默默无闻的人们已经拿起绘图板,在风洞,试验场外耐心地观察着。 根据公开的信息,中国已经在1980年代末开始了隐身战斗机的研究。


美国人在9.11后喊出:“LET’S ROLL,”早在几十年前,一些不引人注目的中国人就一直在做着,南北两大空军国防群体开始了近30年的探索。


让我们行动起来!


二 隐形与超巡之惑


F22,这种飞机可能让中国的技术人员困惑。它是为冷战的世界大战毁灭性空中火力战产生的,到今天局部战时代,许多指标“牛刀杀鸡"。在2003年,一名美国议员骂F22与科曼齐项目为浪费:“我们要向谁躲躲藏藏的,塔利班吗?”


不管如何,F22迫使其他国家提升了标准,却是不争的事实。


猛禽订立了5代机的标准,美国人提出了4S理论,所谓隐身,超巡,超机动,超网络信息化。


一个理解的误区在于隐身的神话,现在看来,隐身飞机不是任意驰骋在空中的看不见的杀手,它依然需要支援和战术规划,但是F22的设计似乎相互矛盾。这可能让中国的设计人员和军方内部有无数的争论,在1980年代末,我们就开始初步研究,但是怎么对抗猛禽?轰炸机可以对机动性妥协到最小,从而在外形上符合气动外形的隐身结果。战斗机却没有办法达到这一点,直到今天甚至未来30年,系统指挥下的中远程攻击依然不能完全代替近战,如果要造一架隐身战斗机,那就不能不对机动与隐身达到平衡。


除过宣传的假大空,隐身不等于在空中发现不了,隐身其实是最大限度的减少雷达发现距离,以及对雷达信号的不规则反射,造成对手跟踪困难。


一架战斗机在现代战场上面对最大对手并非敌人的战斗机,而首先是无数的雷达波与火力网,不过防空网的雷达也是点段部署的,信号区也有强弱,对于进攻性做战来说,进入雷达区的弱区,穿越敌方雷达区的漏洞是基本的手段。


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无探测手段的年代,空战不过是老鸟带菜鸟群的群殴


除过电子压制和反辐射攻击外,进攻性作战最好方式在于低空突入,造成在雷达屏幕的暴露时间少,跟踪信号的断断续续。根据雷达信号的强弱,在雷达网的缝隙中穿行,躲避主要威胁区,这种技术不是靠飞行员的胆量,而是大量的信息情报和对于进攻路线的严密规划。以色列和美国一直就是这么干的。不论F15,F16还是下一代飞机。不过到了1980年代,事情似乎起了变化。美国认为:超低空飞行容易受到机关炮,红外制导导弹的打击----因为他们根本不需要庞大易受压制的系统制导。而对于中空区域,则容易压制雷达波制导防空导弹,同时减少高空雷达探索强区。在1990年的海湾战争印证了这一观点,英国狂风战斗轰炸机超低空轰炸遭受了严重的损失,美国认为这就是战术出了问题。不过,这种战术是针对低水平空防国家的,对于拥有强大空防国家来说,中空却是死亡区域。


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F117初期公布对进气道严格保密,我们可知隐身的重点


B2具备了更完善的雷达火控系统克服复杂地形和条件,可以搭载区域外攻击弹药和巡航导弹,但是攻击模式依然与F117没有什么太大的不同。隐身飞机可以使雷达发现距离大大减少,雷达跟踪难以保持,中低空躲避主要威胁区,在电子压制和反辐射攻击面前,防空网会成为漏洞百出的纱网。


这种夜色下进攻路线的规划是相当有效果的,在海湾战争中,即使是伊军防守最严密的地区,由于F117暴露时间短,追踪不连续,每次提前规划好路线,然后利用中空夜色突入,扔下炸弹后,会看到敌人敌人也只能在F117已攻击的区域上空漫无目的开火。


但是F22却提出了超巡概念,本人曾提到:“现在看来,F22的可怕不仅仅在于它的隐身,而是近乎无解的超级巡航能力和高G超音速机动,在美国的演习中,F22即使不再隐身,F15,F16三代机也很难攻击它,F22可以利用超级巡航能力和超级音速机动提前占位发射导弹,使导弹提升更高的攻击速度!这意味着更先一步的攻击能力,即使攻击失败,F22可以立刻脱离,重新占位攻击,而三代机则根本无法跟上F22的节奏。


在演习中,美国飞行员这样说:“我们在对抗F22的过程中,只要F22进入超级巡航阶段,对抗就基本结束了,我们就是将加力开到最大也无法追上的,我们追赶几下,一句‘宾果’(没有油了,基本战斗机都是加力才能进入超音速,是极其耗油的)就告演习结束,带我们到加油机身边,而F22还有很多燃油。如果F22不是速度王者,那我反而不是它的支持者。这家伙是为速度而生的。”


不过,超巡这一点却在部分中国军方和研究人员中并不感冒,对于中国来说, F22具备超巡能力令人迷惑,有人认为超巡可能是F22强大的发动机和钻石形机翼面积率的平衡,良好的亚跨超音速升阻比带来的附加结果。但是公开的资料称:在1983年美国ATF竞争,给多家公司的指标中,就有1.5马赫超巡的技术要求,虽然今天F22依然难以完全达到这一点,但是在中方许多专家看来,超巡带来的后果未免与美国的宣传不太一致。


首先,超巡能力最优化仍需要在中高空实现,容易受到防空网的雷达照射,相比较于低空来说,暴露的几率会大大增长,根据地球平面理论,地面雷达在几十公里外就会有盲区,天空中的预警机几乎没有探测盲区,但是反隐身战机依靠的正是多角度与多高度的各种波段与红外多重探测系统综合体。


其次,根据雷达多普勒效应,速度越快及高度差越大,在雷达波反射中越容易分辨出来,这是因为雷达波累计率上升,以及超越雷达波峰谷频率的信号突兀,这也正是F117B2选择中低空亚音速躲避敌方信号强区攻击模式原因,高速运动的目标反而容易分辨,不管它是否隐身,F22如果在中高空高速运动,在各种雷达波下,它的暴露几率会呈现数倍甚至十几倍的增长。而超音速飞行中自身和喷口的红外特征也更容易大大增加。


关于隐身原理,本文不再赘述,隐身并不神秘,本质上属于低探测飞机,有心者可以看台湾YST大虾或者龙腾日月大虾的文章,对隐身有着详尽客观的描述,T50声称《=0.5平方米,而F22号称在0.1平方米,(根据公开资料,沈飞五代雪號的RCS理论小于0.3平方米,歼20应更小),双方单机对抗,并不是所谓F22发现对手的概率是对手的5倍,或者F22发现对手的距离是对手的5倍。RCS越小,发现距离越小,但是发现距离呈现负增长,即使以“料敌从宽”原则假设歼20RCS


然而,实际交战却有更多的变数,如果歼20与F22存在角度与速度差在早期预警与指挥下互相占位,那么连这点区别也几乎没有任何作用。


(存在角度与速度差在早期预警与指挥下互相占位,是肯定的,战机双方一直对头冲的情况几乎不存在,即使是第二代第三代机都是希望在早期预警条件下占据有利的探测与攻击位置,在对冲时不断机动,躲避对方战斗机的探测角度,而将自己的探测角度对准对方,甚至不开雷达,占据攻击位置再攻击。中国在1990年代中的演习中发现,理论上SU27探测距离比二代机大的多,但是歼7可以利用多种高度角度差战术绕过SU27探测区,让SU27这一优势减弱,这一点与越南战争时的越南空军对抗美国编队时的掠袭战术有很大的相似性,飞行员讽刺单一高空高速战术为SU27空中手电筒,飞的高飞的快,死的也快。现在的战术倒更加多样性。许多人想象空战是战机互相照射,看谁的导弹射距远,这并不符合实际)


谁发现对方,在于早期预警与信息情报支援。在实际交战中,无论F22,还是歼20,双方所面对的是各个方向(正面,侧面,上方,下方,当然后方很少)与高度的多重雷达波,不同的高度,速度以及不同的探测指挥系统,都会造成被发现的不确定性。假设双方均有预警机参战,并有大量的地面或海基雷达,那么最好的隐蔽方式依然是中低空低速进入战区---让雷达波淹没在各种地形反射中,然后占据有利攻击位置,在大量的地形以及雷达波频率重合的遮蔽下,低可探测机拥有无与伦比的战斗力。而隐身飞机在中高空高速运动,无论多普勒效应还是地球曲面原理,以及红外探测效应都是最为不利的。(早在1960年代,中国大陆的情报支援能力就已经达到台湾战机在跑道上还在滑跑,我方就得到他们的基本目标方位,数量型号的信息。美国利用台湾的U2战机莆一升空,我方雷达就能发现对方在绕台湾外海做椭圆形的爬升回转,以达到指定高度,以推算进入大陆的方位,现代空战对于情报信息的获取更是不可同日而语)。


这一点正是中国军方研究人员所迷惑的地方。中国仔细研究了对手的思路与自身的环境,在与F22最可能发生冲突的沿海地带,经过近20年的建设,已经成为探测与防空火力密集区域。拿2008年西方防务评论的原话说是这样的:“中国东部沿海是世界防空火力最密集的地区之一,而台湾海峡更是世界最恐惧的防空地带,沿着中间线飞行的美国侦察机,一次可以探测到西面(大陆)100多个探测信号,东面(台湾)近200个探测信号。考虑到冷战经验,到紧张时期,双方的雷达探测信号可能会有五到十倍的爆炸性增长,这还不考虑中国一方纵深部署可前移战区的大量机动雷达与防空导弹……一旦发生战争,这里绝对是战机飞行员最恐惧的空域。”


大陆空军在2000年初经过研究认为:在2015年后,F22一旦进入中国纵深空域,必将遭到各种波长的雷达波与红外系统探测,指挥系统能够进行信息整合,空中预警机与地面探测对其进行防空火力绞杀,而F22如果采用躲避地面雷达区低空低速模式,会对中国联合组网探测距离与跟踪的持续性造成困难,这一点需要现代化的网状多节点指挥系统来弥补,如果不考虑对防空系统的摧毁和削弱,中国有信心能够在2015年左右建立联合绞杀美国隐身战机和轰炸机的综合指挥系统,但是成本显然太高昂,而且在战时,一个完整的防空网络在强大的对手面前总会被集中力量戳出几个洞来。这种纯粹的防御战略固然有效,但是效能不稳定,比较脆弱且代价过于昂贵。美国20世纪末曾指望中俄仅提升整体防空系统来对抗隐身战机,曾得意地评估说中国至少需要800亿美元,这样做无疑是愚蠢的。不过美国显然低估了中俄对于下代战机的决心和科科研发展能力,属于一厢情愿。


但是如果F22中高空超巡突入中国空域,会造成隐身战机低探测性的严重衰减,更容易被探测跟踪,而超巡高速突入,暴露时间短的优势在中国空域也不那么明显:中国沿海地带经过长期建设,分布大量密集的军用机场,中国战机可以在短时期开加力,对高速突入的F22进行拦截。SU27的燃油可以保证12--15分钟左右的加力超音速飞行,歼10据说可以保证8分钟,这已经足以在交战空域拦截猛禽了。而第四代战机更可以在低RCS的情况下,从侧方接近在超巡中像孔雀一样显眼的F22,用短期加力占据侧后方攻击位置,将其击落。


隐身与超巡的矛盾似乎如此尖锐,中国研究人员对这一点迷惑不解,相当一部分人认为:中国自己的4代机不必将超巡做为指标,超巡和高G超音速机动不仅需要强有力的发动机,更需要构型的调整和结构加强,对材料与隐身涂料也提出了严格的要求,这势必导致成本与重量,维护费用的严重上涨,更会给研制工作带来巨大的困难。直到2009年,解放军与国内研究机构仍有研究人员声称:超巡是可有可无的指标。


但是,这个可有可无却很有迷惑性,它更像是一部分不同声音的表达。611与601所几种四代的设计技术应在2007年左右就冻结了,2008年前已经在纸面决战中分出结果,成飞611项目进入工程阶段,我们可以看到:无论歼20还是停在纸面上的601所雪號,都把速度作为重要的指标,可以说:中国四代一开始,就将超巡和高G超音速机动置于隐身一样的同等地位。


这首先要从F22前传开始,F22的前传,对于针对性的歼20与雪號,有着深远的意义。


三 F22猛禽篇:ATF,摸着石头过河


F22初期的诞生很有戏剧性。ATF(先进战斗机)计划一开始是不那么起眼的。


在1980年代,美国空军提出制造一种中型战斗轰炸机的概念,美国空军内部对笨重的可变翼F111并不满意,但是另一方面,新出生的F15和F16也让美国空军高层心生怨念,后两者深受能量机动理论的影响,号称:“不用一磅重量用于对地攻击!”


F15和F16拥有无以伦比的空战性能,但是对于固执的美国空军那些官老爷来说:战场遮断与纵深打击才是空军成为独立军种的灵魂。对抗苏联强大的地面部队,一支战略打击空军才是将军们最喜欢的。在他们看来:约翰.博伊德为首的战斗机黑手党提出的能量机动理论,歧视对地攻击简直是大逆不道。在影响完F15,空军无奈接受的F16后,不安分的约翰.博伊德更提出:数量和机动才是美国空军的道路,美国空军应发展大量根据能量机动理论制造的低成本轻型高机动战斗机对抗红色帝国。这种思路在美国空军看来大逆不道,它意味着美国空军重新退化到陆军航空队的二等地位。


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博伊德,能量空战理论的开创者,他创造了物理和数学模型描述空战,并为战机设计提供了依据,但是一直为美国官老爷所不容,小气的美国空军到他死也没有封他为准将,但是仅仅拿官僚主义来解释是不够的,决定现代空战的决不只是机动。


美国空军的中型战斗轰炸机项目深受能量机动影响,但开始时未将隐身,高机动引入概念中,当时很难想象这会是F22的开端。美国军方经过研究,将超巡放置于设计概念中,这与其说是猛禽,倒不如说是超音速战术战斗轰炸机“雷公”的更机动次世代,具备相当的自卫能力----现有F111的攻击载重比,油耗比非常完美-----连后来的F15E都赶不上,但是重量太大,后掠翼更“肉”的让人无法忍受,空战严重不合格。


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很难想象 猛禽初期设计居然是 雷公的二代


有12家单位参加了设计。美国空军对吵闹的战斗机黑手党烦透了,如果在中世纪早就把这些唐僧一般啰嗦的异端们火刑了。空军在规格书中,一口气批驳了低成本轻型高机动战斗机的数大罪状。


1 设备简单,干扰系统不足,指挥系统落后,难以对抗不断发展的苏联防空系统。影响战斗效率并会造成大量飞行员伤亡。


2 大量的低成本飞机会造成机场建设与后勤的负担,使用成本并不低。密集机场与飞机更会造成指挥的沉重负担。


3 空战半径小,突防能力低下,不能对苏联陆军与防空系统形成穿透打击。


美国空军的概念也是有道理的,低成本高机动多数量飞机也并不是解决办法的良药。至少美国的道路不是这样,中俄现在的选择也放弃了这种想法----空军一直对FC1不太感冒,世界也一样,即使埃塞俄比亚也采用SU27少数量高性能战机的思路。有意思的是:F16设计师作为最后一个约翰.博伊德的捍卫者,在2005年批驳了F22,更把F35骂的一无是处,重新兜售低成本高机动多数量轻型飞机理论,(此公的另一高论是:鸭式机的优势在敌方身上)美国政府和军方干脆装着没有听见,几年后,能量机动理论的又一个缔造者告别了时代。


仅仅过了不到两年,事情起了变化,1982年,美国侦察卫星在苏联机场先后发现了拉明-m,与拉明-L两种战斗机,它们就是SU27与Mg29的前身。美国空军开始意识到:F15,F16的优势将很快不存在。不久之后,从苏联传来的消息:Mg25狐蝠拦截机已经克服了原有雷达系统的缺陷,能够在60米至2万米高度250公里外扫描跟踪目标,同时在发展另一种神秘的大型拦截机(就是被神化的火狐,米格31)几乎同时,美国发现了一种新的大功率ACIV(空警)系统开始出现在苏联铁幕后,这就是A50预警机,探测与处理能力远超过图126苔藓预警机,苏联防空与空战网络的革命开始了。传统的低空突防已不是万能的了。


另一方面,美国对F15与F16增强攻击能力的改进正在进行(后来的F15E与F16Xl),同时,美国空军不为人所知的F117进入了工程阶段。已经没有必要再发展一种专用中型战术超音速战斗轰炸机了,美国空军重新研究了未来的趋势,决定做出调整:10年后,F15,F16将不再具备优势,新一代战机必须能够在空中较量中能够战胜苏联的拉明-m,与拉明-L,并具备防空穿透与战场遮断功能。


这一调整主要部分在于将机动性作为一个重要的指标,同时对于超巡能力与高G超音速机动做出了更详细的规划,反对者认为:超巡和高G超音速机动不仅需要强有力的发动机,更需要构型调整和结构加强,这势必导致成本与重量,维护费用的严重上涨。但是在美国空军内部存在一个沙龙式的研究群体,他们鼓吹超巡对于突破敌方防空的重要性,通过研究认为:随着苏联空警与指挥系统的发展,传统低空突防在苏联现代防空网已经效能递减,新机如果在中高空空域1.5马赫巡航伴随5G超音速机动,可以躲避中短程导弹,对当时的高空导弹也有很好的规避性,这是1981年研究的初步结果,经过说服,空军内大多数官老爷同意了他们的想法。当然,这一点是针对当时苏联中低空域大量的SA6以及SA8机动防空系统,并且有更先进型号如“通古仕卡”,“山毛榉”等出现。但是对于高空防空导弹,苏联似乎仍在使用笨拙的系统,而且没有明显改进的迹象。



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