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中国掌握F-35六大关键技术 歼20是集大成者


原文配图:小图为我国研制的某型轴对称矢量喷管试车图片

中国掌握F-35六大关键技术 歼20是集大成者


原文配图:中国已经完全掌握了轴对称矢量喷管技术 F-35战斗机是目前世界上最先进的第五代战斗机之一,由于采用了一系列世界领先的最新航空技术,F-35成为当今战斗机技术的领导者,除去F-135大推力发动机之外,DSI进气道设计、以“宝石台”为代表的先进综合航电构架、先进综合射频和先进电子战系统、机载有源相控阵火控雷达、EOTS光电系统和轴对称矢量喷管AVEN等六大技术成为成就F-35战斗机强大性能的支柱。

我国自上世纪90年代开始,对以上六大技术进行了技术跟踪研究,为了配套正在方案研制的第五代战斗机研究,并于本世纪初开始立项研制,目前,我国已经完全掌握以上六大关键技术,成为继美国之后唯一一个完全掌握以上先进技术的国家,目前,随着歼20 2011号原型机的露面,我们得以证明中国在航空先进技术上的巨大进步,这是中国航空人引以为傲的底气,一些分析人士指出,作为后来者,歼20继承和发展了F-22、F-35以及T-50等美俄五代机的先进技术成果,成为当今世界五代机的集大成者。

一、DSI进气道技术

DSI进气道,即无附面层隔道超音速进气道。这种进气道设计是美国洛克希德•马丁公司耗时 10 年开发的新概念超音速进气道,其突出特点是取消了传统超音速进气道上面的附面层隔道以及其他一些复杂机构,也因此减少了生产和维护费用。在 JSF 竞争中获胜的F-35 战斗机就采用了 DSI 设计,它是世界上首架采用DSI进气道设计的战斗机。

中国自上世纪90年代就开始研究DSI进气道,并于FC-1外贸战斗机、歼-10B战斗机、歼-10C战斗机、歼教-9B教练机、鹘鹰战斗机和歼20战斗机上得到应用,目前中国是世界上研制配备DSI进气道战机最多的国家,目前已经达到六种。

二、“宝石台”综合电子系统构架

“宝石台”综合电子系统构架是美国空军继为F-22研制的“宝石柱”系统之后,研制的新型综合电子系统构架,据悉, F-35 的综合航电系统是全数字式的,因此其设备尺寸、重量和耗电量都比 F-22 上的同等设备要减小很多,同时其综合核心处理器(ICP)的运算速度和准确性也比 F-22A 上的 CIP 更高。F-35 上的综合核心处理器的运算速度高达 1 兆次/秒(F-22A 上的共用综合处理器的运算速度为 105 亿次/秒,也就是说 F-35 战斗机上核心处理器的运算速度是 F-22A 上处理器运算速度的十倍——译者注),并且在 F-35 形成战斗力时,其 ICP 内存保留有容量扩大一倍的能力。

我国上世纪90年代开始研究F-22的宝石柱系统之后,又在本世纪初开始研究和研制最新一代综合航电系统架构,这套系统已经在歼10B战斗机上应用,歼20已经采用该系统的完整版。

三、先进综合射频和先进电子战系统

F-35 的机载综合电子战系统的综合化水平是世界上所有战斗机中最高的,通过 F-35 的综合核心处理器(ICP),其综合电子战系统不仅和 APG-81 雷达相交联,还和其它的机载任务传感器相连通。当电子战系统的综合化程度达到了这个水平的时候,其机载光电分布式孔径系统(EODAS)传感器也可支持电子战系统的对抗措施。虽然基于射频(RF)信号的电子战系统和基于红外(IR)信号的分布式孔径系统是在不同的电磁波频率范围内分开地运作的,但是,通过功能强大的机载综合核心处理器,它们也可以交联在一起进行工作。以前,在老旧的战斗机上,电子战系统的传感器和红外光电侦测系统的传感器是互相独立工作的,飞行员要分别操作电子战系统和光电侦测系统的传感器来探测到的威胁目标,并在座舱内不同的显示器上读取不同传感器的探测到的不同信息,其工作量过大。而 F-35 上的高度综合化的电子战系统可以将各种不同的传感器交联起来,并自动对比各种传感器探测到的威胁目标,经过信息过滤后,自动将最佳结果显示给飞行员,这极大的减轻了飞行员的工作负担。如此高的自动化水平使飞行员更为高效地掌握战场态势,从而大大缩短了飞行员实施电子对抗措施的决策和反应时间。

洛克希德.马丁公司 F-35 航电系统负责人艾利克.布朗杨(Eric Branyan)说道:“虽然 F-35 并不是第一种装备综合式电子战系统的战斗机(在它之前,F-22A 就拥有了综合式电子战系统),但是 F-35 战斗机上的电子战系统带来了一次技术上的革命,它使得战斗机上各种电子战子设备可以联合起来运作。F-35 上先进的光纤高速数据总线系统和共用综合处理器(ICP)可以处理大量的信息,并将经过过滤的信息以最简洁的方式显示给飞行员,从而大幅度地减小了飞行员的工作量,使他们能够将更多的精力集中于空战中的战略和战术运用上,这就是 F-35 战斗机最大的优势。”

F-35 的综合电子战系统可以为飞机提供全向、宽频的保护。如果你绕着 F-35 飞机走一圈的话,你不会发现任何外凸的电子战天线,因为我们将 6 个低可视度电子战天线内嵌入飞机结构之中,它们分别被嵌入主翼的前、后缘和水平尾翼的后缘。这 6 个电子战系统天线对于 F-35 战斗机的雷达隐身特性非常重要,其中一个天线能够识别敌方雷达的工作模式,还有两个天线则可以确定敌对雷达辐射电磁波的入射方向,而另外三个电子战天线是为四通道宽频电子战接收机(four-channel wideband EW receiver)工作的。

从运-8航空电子试验飞机的相关图片来看,我国此次试飞的机载CNI系统可能与F-22的ICNI相近,采用综合射频系统、通信/导航/识别通用信号处理系统,系统安装方式可能也基本相同,都是安装在机翼里面,因此需要对相关结构进行试飞,以了安装了天线以后,对于机翼气动参数、结构是否有影响,机翼内的环境对于相关电子系统是否有影响,所以相关的测试机翼我们同样也能在F-22的波音757和F-35的波音737的试验机上面看到。所以机载CNI系统的测试表明我国歼-20的设计对于隐身要求较高,而CNI的埋入式天线的确提高了歼-20的隐身能力,增加了其整体作战能力,同时还可通过移植到现役的歼-10、歼-11等作战上面,同样可以有效的提高它们的作战能力。机载CNI系统的空中测试,表明我国歼-20隐身作战飞机的研制正在有条不紊的推进之中,为早日设计定型装备部队打下了坚实的基础。

中国掌握F-35六大关键技术 歼20是集大成者


原文配图:机载有源相控阵火控雷达

四、机载有源相控阵火控雷达

APG-81有源相控阵机载雷达是美军研制的第四代有缘相控阵雷达, F-35上的APG-81 AESA雷达阵面尺寸较小,而且仅拥有1200个发射/接收模块,另外,APG-77的功率(据说达到16.4KW)要远大于APG-81,因此。F-22A的雷达对于空中目标的探测距离比F-35远大约1/3。APG一81的优势在于其对地工作模式,其合成孔径雷达地图测绘(SAR)/地面移动目标指示(GMTI)/海上移动目标指示能力等空对地/空对海工作模式上的性能则超过APG一77。

据外媒称,歼20装备的是我国研制的第三代机载有源相控阵火控雷达。大约拥有2000个发射/接收模块,其总体技术性能达到与美军APG-79相当的水平,落后于F-35的APG-81,但探测距离优于APG-81。

APG-81的一个重要特点就是拥有同时进行合成孔径雷达地图测绘(SAR)和地面移动目标指示(GMTI)的能力,虽然其对空中目标的探测距离远小于F-22A,但是APG一81的对空中目标的探测能力要远强于F/A一18系列和F-16系列战斗机的机载脉冲多普勒雷达。

五、EODAS和EOTS系统

F-35上的EODAS光电系统是指光电分布式孔径系统。它能为飞行员提供一个围绕飞机机身的全景视野,飞行员能够“看透”飞机的底部和侧面,主要用途范围是对空作战。

F-35上的光电跟踪系统(EOTS)不仅可以用来探测空中目标,还可以用来探测地面目标。其在对地面目标的前视红外成像可将目标放大 4 倍,以求得到分辨率较高的红外图像。另外 EOTS 系统还具有激光定位和标准的能力,并引导激光指导武器打击地面目标。

六、轴对称矢量喷管技术

飞机推力矢量技术是通过改变发动机排气方向为飞机提供更强的转向力矩的技术。飞机推力矢量技术的应用能赋予战斗机超机动性、短距起降和低的可探测性,极大地提高战斗机的作战有效性和生存能力。美国、俄罗斯等发达国家都将其作为重要技术优先发展。 目前,F-35就采用这种技术。

在飞机推力矢量技术的研究中,改变发动机排气方向,即推力矢量喷管的研究是关键且具决定意义的一环,必须首先研究发展。轴对称矢量喷管(AVEN)是在常规机械式收扩喷管上发展出来的一种推力矢量喷管,通过喷管扩散段的偏转改变发动机排气方向。就整个飞机推力矢量技术来讲,AVEN具有简单、轻质、低风险的特点,对飞机、发动机主机的改装要求小,是实施推力矢量技术的最佳喷管方案。

据悉,AVEN能够保持国内现有发动机收扩喷管的所有功能以及相同的调节控制方式,最终完成的AVEN将可替代现有的轴对称收扩喷管,使3代半飞机具有机动优势,正在研制的某型三代机改进型号将装备采用该技术的发动机。

据称,AVEN可根据推比10、推比12、推比15发动机的要求进行设计,作为推比10、推比12、推比15的一种标准喷管,使我国的第4代战斗机具有更高的机动性能,增强我国的国防空中力量。飞机推力矢量技术可以应用在舰载飞机上,并可望研制出适合舰载的无尾短距起降飞机及常规布局垂直起降舰载飞机(常规布局垂直起降飞机的起降方式类似于运载火箭,可在移动式起降平台或中型舰艇直升机起降平台上起降)。

目前,我国已经完全掌握了轴对称矢量喷管技术,已经完成了目标平台涡扇型AVEN试验件的研制和热态试车,小图为我国研制的新型轴对称矢量喷管收敛调节片。


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