S-37彩色三视图
S-37彩色三视图
S-37结构图
S-37
人们普遍认为,由苏霍伊飞机设计有限公司研制的很有前途的第五代战斗机-S-37的开始试飞,应是俄罗斯航空工业1997年的主要成就。尽管这种飞机的研制工作被严加保密,但近几年,西方的航空报刊对这种飞机仍然有不少猜测和披露。早在1994~1995年间,西方多种航空期刊就报道了关于苏霍伊设计局在研制第五代战斗机的消息,并认为其研制工作始于80年代末期。当时,西方把这种飞机称为S-32,一直到1997年秋,苏霍伊设计局的出版物上将其称为S-37后为止。
最初只知道这种飞机的布局非常特殊-采用了前掠式机翼,但设计局代表曾对此进行了否认。可是不久情况发生了变化,1996年春,俄空军召开了空军军事委员会会议,俄联邦空军和航空工业的有关领导参加了这次会议,俄《空军通报》杂志在1996年3~4月号上报道了这次会议,并刊登了一张会议照片。这是一张普通照片,粗心的读者看不出这张照片有何特别,但有心人却能从中得到些有趣的东西。在这张照片中,在空军司令员彼德.杰伊涅金上将和苏局总设计师米哈伊尔.西莫诺夫与其他与会者们面前,放着两个飞机模型,其中一个不难看出是多用途战斗机-Su-27M(Su-35)的模型,而另一个模型涂成黑色,带有前掠翼、前置平尾、普通平尾、双立尾。毋庸置疑,这是新一代战斗机的模型。模型上涂的机号“32”也说明了这一点。英国《飞行》杂志的专家们根据这张照片,推测出一些很难辨别的细节,绘出这一新飞机的第一张示意图。于是在西方又掀起了新一轮对俄新战斗机性能水平和作战能力的分析报道热潮。
1997年3月,俄《新时代》周刊的记者们采取了一系列特殊的新闻调查,企图弄清楚这种飞机的一些细节。但苏霍伊设计局的代表们仍和以往一样,保持沉默,并声称不知道有这种前掠翼飞机,也有的说,也许有这种设计方案,但不知详情。现在可以相信,当时这种飞机已着手制造,或已到了制造的最后阶段。众所周知,1997年夏,这种飞机的原型机已运到了茹科夫斯基城试飞研究院的机场,并进行了数次滑行,并准备在’97莫斯科航空博览会上展出,但到了最后一刻,空军领导对公开展出下达了禁令。
1997年9月25日,试飞员I.V.沃京采夫驾驶这一新飞机完成了首飞。试飞员对飞机30分钟的飞行状况感觉良好。首飞时,Е.I.弗罗洛夫驾驶着Su-30双座多用途战斗机进行了伴飞。第二次试飞也是在9月完成的。同年10月8日完成了第三次试飞,10月13日又完成了第四次试飞。10月18日组织了向官方领导的汇报飞行表演,邀请了俄航空工业界和国防部的领导出席(但空军司令员未到现场),但未允许新闻界人士到场。不过,对这种飞机的继续保密已无多大意义。俄罗斯报刊对这种飞机试飞情况的报道是由《俄罗斯报》于首飞后的第二天,即1997年9月27日发表的,但未说明飞机的代号是S-37。10月8日,塔斯社发出关于这种飞机的电传。10月23日,苏霍伊设计局终于开恩,让《独立报》和《商务报》刊登了S-37飞机的照片和部分特性数据。
S-37为串置式三翼机,机翼为前掠式,采用了融合体技术。由于采用了吸雷达波涂层和大量复合材料,以及使用弯曲的进气道、保形外挂架、前掠机翼等设计措施,飞机对雷达的反射面很小,约0.5~3平方米左右。不含空速管,飞机长22.6米。机身头部为机载雷达舱,在带空速杆的卵圆形雷达罩内是雷达天线。后面是光学雷达、驾驶舱,驾驶舱下部为前起落架舱。驾驶舱采用Su-27型座舱盖,由无格框的固定前部(气泡型)和可打开的舱盖构成。机身中段与延伸的机翼边条相融合,其内为燃油舱、设备舱和发动机进气道,其下是主起落架舱。机翼边条下为不可调节的侧向进气道,其形状为扇形。机身后段为两个极其相似的发动机短舱、机翼承力梁、立尾和平尾的承力件,机身最末端为两个设备整流罩。
机翼翼根有向前延伸的边条,其上装有前平尾和前掠式机翼,机翼前缘后掠角为-20DangerCode;。机翼结构上大量采用复合材料。外翼后缘有副翼和襟翼(襟副翼),前缘可下偏。梯形全动式平尾的前缘后掠角较Su-27的大,达到75DangerCode;左右,平尾翼展8米。全动式前置平尾亦为梯形,其前缘后掠角约50DangerCode;,翼展约7.5米。双立尾的形状与Su-27的相似,但向外的安装偏角不大,并具有方向舵。飞机全重24吨左右。
飞机采用三点式可收放起落架。双轮式前起落架向前收入驾驶舱。前起落架舱门为单块式。单轮式主起落架装于机身上,收入时机轮转一角度向前收入发动机进气道之下。起落架主轮距4米,前后轮距8米。
按计划,S-37将装两台由留里卡“土星”设计局研制的推力矢量可控制的AL-47F带加力的涡扇发动机,推力为20吨级,保证飞机具有良好的加速性能、操纵性能和不加力的超音速巡航能力。S-37在设计上十分重视“隐身”能力,在飞机外形设计上大量采用包容、蔽挡、散射和冷却技术。如对雷达波反射信号强的进气道、发动机压气机和外挂武器,全采用了包容、蔽挡;对辐射红外信号强的发动机尾喷口等,则除用飞机结构对其蔽挡外,还用冷气流进行冷却并把尾气流吹散。再加上大量采用复合材料和吸波材料,飞机的雷达反射信号和红外信号非常小,另外飞机上还装有各种主动和被动干扰技术和欺骗技术,因此,可以达到敌机无法发现的程度。
S-37作为将装备部队的第五代战斗机,在研制工作一开始,就把优异的作战性能作为必保目标。
苏霍伊飞机设计局总设计师西莫诺夫决定S-37的两个研制方案均采用前掠翼,在这个问题上,他是经过深思熟虑的。这主要是与其他形状机翼相比,前掠翼具有许多突出的优点。前掠翼的许用迎角大,可增大飞机的转弯角速度;阻力小;不会出现翼尖气流分离现象,故可增大升力,从而显著提高飞机的升阻比;另外还可改善布局,减小迎面对雷达波的反射面积。美国在研制F-16的过程中,也曾研制了一架带前掠翼的原型机SFW/F-16,在机翼后掠角为-20DangerCode;~-25DangerCode;的条件下,按计算,飞机的转弯角速度可提高14%,飞机的活动半径可增大34%,起飞着陆距离可缩短35%~50%。但是,由于前掠翼存在一个致命的缺点—结构发散问题,在一般情况下,人们还不敢贸然采用这一诱人但又存在巨大风险的技术。
在航空史上,只有三种前掠翼飞机完成了试飞,并取得了一定成就。第一种是NC德国的Ju-287四发轰炸机,于1945年2月完成了首飞,在后来的试飞中速度达到815公里/小时,当时仅有的两架原型机均被苏军俘获;第二种是美国格鲁门公司研制的X-29A前掠翼研究机,共制成两架,于1984年12月14日首飞。在1984~1989年间,两架研究机共试飞了数百小时,速度达到了M1.6,飞行高度15000米,过载6.4g。不过X-29A只是一种研究机,机上没有武器装备,设计上也没有采用“隐身”技术;第三种就是俄罗斯的第五代战斗机-S-37“金雕”了。由于在第二次世界大战中,前苏联俘获了德国的前掠翼轰炸机Ju-287和大量资料及有关专家,对前掠翼技术取得了一定的认识。进入80年代以来,俄中央航空流体动力研究院的一些专家,又采用最新的科技成果,对前掠翼技术进行了系统的研究,并取得了突破,从而为从80年代末着手研制的S-37采用前掠翼技术打下了基础。
S-37采用的新技术包括复合材料、多信息串电传操纵计算机及其软件,这些将是俄罗斯第五代重型战斗机发展的基础。俄未来重型战斗机设计不一定采用前掠翼布局,但是S-37所体现的复合材料技术、制造技术和飞行控制技术,将会在未来的20年里使俄罗斯战斗机的设计受益。在几年之后就俄第五代战斗机作决策时,"米格-1.42"飞行验证机将是一个关键因素。然而,"米格-1.42"的飞行次数要比S-37少得多,其前沿技术也比S-37少。
尽管初步的试验表明,为改进操纵性应该加大垂直尾翼,但是S-37已经成功地验证了由苏霍伊和中央空气动力研究所共同研制的设计模型。S-37飞机已经完成了用于慢速和超音速飞行的两种设计模型。在超音速飞行时已验证了空气动力学;同时以飞行时获得的结构负载信息与地面测试结构数据相关的目的也已实现。
使用复合材料机翼能够得到满意的气动弹性,允许机翼弯曲,但不会出现引起结构负载过度的机翼扭曲。飞行试验中成功地验证了这种构型的全部优点,其中包括与以前掠翼、大攻角飞行有关的算法。在S-37薄的超临界翼型上,气流向内朝着翼根方向流动,而不像后掠翼那样向外朝着翼梢流动。当这些向内气流横越翼型时,在大攻角时能防止翼梢和副翼失速。因为前掠翼能在副翼上保持均匀的气流,再配合对可动鸭式翼进行计算机控制,使驾驶员能在攻角45DangerCode;或者更大时仍有很好的控制响应。
S-37被设计成具有"宽松的静稳定性",与常规的飞机设计相比大大地降低了阻力;常规飞机飞行时,在水平尾翼上存在阻力产生的向下力,以平衡翼升力。在S-37上,鸭式翼除了提供主要的俯仰控制外,还提供升力,导致宽松的静稳定性,因此使飞机的总阻力较小。垂尾两侧的导流襟翼也能帮助鸭式翼进行俯仰控制。S-37是固有的不稳定飞机,之所以能够飞行,是因为有其电传操纵系统。
为了成功解决前掠翼战斗机固有的“发散”问题,苏联航空专家经过近50年的研究,通过理论和实践,从而解决前掠翼承受大过载的技术难题。
1、在材料方面。在机体结构大量采用最先进的复合材料,通过合理的纤维铺层,前掠翼具有极高的强度来产生强大的升力和气动弹性,允许机翼弯曲,但不会出现引起结构负载过度的机翼扭曲。Su-47机身是椭圆形的横断面并且机身主要地构造由铝和钛合金和13%重量的复合材料制成。机翼嵌板结构由将近90%复合材料制成,总之仅此一项就可使飞机提高有效载荷20-25%,寿命延长0.5--2倍,而材料本身的利用率可达85%,人工制造零部件的劳动强度也降低不少。
2、在飞行操控航电方面。整个飞机的气动控制面多达14个。苏霍伊公司专门为之设计了多字符串遥控自动飞行计算机与软件技术,因此飞机的低速运动性能相当惊人。数字式多通道自动控制设备,一体化自动指挥和导航系统。在导航系统中,又有由卫星导航和“数字地图”组成的激光陀螺仪惯性导航系统。雷达使用在X波段工作的相控阵天线。
3、创新有效的机体结构设计,解决前掠翼结构固有的“发散”问题。苏霍伊设计局表明C—37“金雕”采用的是“纵向一体化三翼面布局”。据相关资料数据,从飞机前翼、主翼和平尾完全在一个平面上,前翼的平面形状为梯形,前缘后掠角超过45度。主翼翼展16.7米,由内外两段组成,靠近翼根的内翼段为后掠翼,前缘后掠角约75度;外翼段为前掠翼,占整个机翼的绝大部分,平面形状为梯形,前缘前掠角约20度,后缘前擦角稍大一些,后缘内侧一半以上为襟翼,外侧为升降副翼。水平尾翼的平面形状为切尖三角形,前缘后掠角很大,约为75度,后缘平直。整个翼面通过从前到后的边条与机身相连,使机翼与机身融合在一起,构成一个统一的升力体。从机身高度和进气口设计来看,扁平较低的机身能强化隐身性能,而美国F/A-22(机高仅为5米)的机体设计思想也是这样的,还便于快速可靠的维修和故障检测方面。
4、Su-47相关数据:全体驾驶人员1名;武器方面至今没有展示,但是似乎有一个机身内藏武器舱和确定的位于后翅装备武器的空挂架,S-37当然可以使用所有现在和苏27"侧卫"系列相关联的武器;将来确定安装两台土星公司AL-41F矢量控制涡扇发动机,推力高达2x93.1kN(20930磅),最大推力使用加力燃烧时2x151.9kN(34170磅);机长:22.6米,翼展:16.7米,机翼面积:大约56平方米,空重:25670-34000kg,最大速度:2200km/h,最高升限:18000米,航程:大约3300km,限制过载:+9。
S-37技术验证机没有挂装任何武器,机上除翼根外再没有其它外部挂架。但如果将来发展成原型机或生产型战斗机,肯定需要携带机载武器及其系统。考虑到隐身性的需要,S-37的武器载荷将尽可能地采用保形安装,即尽量安装在机体内部,而不是暴露在外部。但机体内部的空间毕竟有限,为了加强飞机的火力和增大航程,在飞机的外部或多或少总会设计一些外挂架,以便携带导弹武器或副油箱。按照俄军方对第五代喷气战斗机的要求,S-37是作为一种多用途战斗机设计的,因此在武器配备方面也必须考虑多用途的需要,其中包括远、中、近距武器,使用时可根据任务需要选择安装。从Su-35和Su-37两种飞机使用的武器来判断,在远程武器方面,S-37飞机可能配备KC-172型导弹。这是一种大型远程空空导弹,飞行速度可达到高超音速。它采用了复合寻的导引系统,可攻击400公里以外的空中目标。不过使用KC-172导弹时,发射后需要有其它导引设备将其引向目标。
中程武器将是S-37飞机的主要武器装备,将配备先进的PBB-AE型中程导弹。这是一种采用主动雷达制导的空空导弹,据俄罗斯有关人士介绍,它可以与美国的AIM-120先进中距空空导弹婉美。其弹翼可以折叠,以便于安装在弹舱内。俄导弹研制生产部门已宣布,该导弹又发展了新的改进型,并已在Su-27飞机上成功地进行了飞行试验。改型导弹上使用了新的冲压式喷气发动机,不但加快了飞行速度,而且可增大射程。近距武器对于战斗机来说仍然具有重要意义,可供S-37选择的近距武器余地比较大。在1997年的莫斯科航展上,展出了一种俄罗斯研制的新型导弹K-74。它是在K-73导弹的基础上制造的,主要区别在于改进了红外制导系统,目标截获角从原来的80--90度增加到120度。使用新的红外制导系统也使导弹的最大杀伤距离增加了30%,达40公里。K-74导弹的研制始于80年代中期,但直到1994年才开始进行飞行试验,现在该型导弹已准备投入成批生产。除K-74导弹外,俄“长旒”科学生产联合企业还研制了一系列近距导弹可供S-37选用。
在S-37的机载武器中仍保留使用FIII-301型30毫米机炮。这种机炮重量很轻,只有45公斤,射速为每分钟1500发,炮弹的初始速度为每秒850米。现在,米格-29和Su-27飞机上使用的就是FIII-301机炮。与Su-33、Su-35和Su-37等其它俄罗斯战斗机机一样,S-37飞机也将装备空对面攻击性武器,包括空对地高精度导弹和集束炸弹,用于摧毁地面和水上的目标,如敌方的雷达站、交通枢纽和武器阵地等。关于S-37飞机自我防卫系统,有可能采用一种“复合式假目标”装置,可以保护飞机免受雷达、红外线和激光制导导弹等多种武器的攻击。与以往作战飞机上使用的被动保护手段不同的是,它对于空对空和面对空武器的所有波段都有效。
在防止红外制导武器攻击的时候,使用“复合式假目标”时会在飞机后形成一个燃烧区,在很大范围内给敌方造成假目标;而且燃烧区的光谱与所保护飞机的光谱相同,使敌方的红外制导武器真假难辨;再说假目标与真目标又保持一定的距离,即使敌方武器击中了假目标,也不会伤及真目标(自己飞机)。
而在防止雷达制导武器攻击时,“复合假目标”可运用等离子添加物,它可增强燃烧区的无线电彼反射。此种添加物在燃烧区内产生自由电子,然后迅速集中,形成一个极象金属物体的假目标。在对付激光制导武器的进攻时,“复合假目标”则使用一种粉沫状激光作用物质。这种物质在燃烧过程中,可产生照射敌激光武器工作频率段的电磁波,或者燃烧后游离于燃烧区之外,在冷却过程中产生所需波段的电磁波,从而干扰来袭的激光武器寻找目标。总之,“复合式假目标”设想是非常巧妙的,不管是何种制导武器的进攻,都可以迷惑对方,达到保护自己的目的。当然,“复合式假目标”是否真的有这么灵验,现在下结论还为时过早。
综上所述不难看出,目前S-37虽然还只是一种技术验证机,但也确实应用了俄罗斯航空工业近年研究成果和最新技术。首先是成功地应用了前掠翼技术,当然美国的X-29A也应用了这一技术,但尺寸上两者不是同一个量级。其次是“超机动性”,虽然S-37成功地采用了三翼面布局和前掠翼设计,可暂时还没有安装推力矢量控制系统,目前还不可能达到这一性能。但是,应用推力矢量技术,对于苏霍伊设计局来说已经有Su-37的成功先例,应该说将来S-37装上矢量控制发动机后实现这一要求是有把握的。第三是隐身性能,在S-37飞机已经采取了不少措施,如结构材料大量使用复合材料、机体外涂刷吸波材料、进气道采用特殊设计以及将武器尽量安装在机体内等。据专家分析,采用这些措施后,S-37的前半球雷达特征值比较小,隐身性能较好,相比之下后半球较差。至于超音速巡航性能,如果装上大推力的AII-41Q新型发动机,应该说是可以实现的。因为与F-22比较,S-37的起飞重量更小,而发动机推力更大,前者具备超音速巡航性能,后者也不会有问题。
当然,在上面的介绍中也存在分析和推测的成份,最后S-37能否走向实用,真正达到下一代战斗机的技术性能要求,还得看它的发展。最终决定“金雕”命运的,一是面临与I-42的竞争,再就是俄罗斯军方的财力支持,而后者显得更为重要。