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揭秘,歼31。

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歼-31

歼-31(中国代号:鹘鹰,英文:Shenyang J-31 Gyrfalcon)战斗机,是中国航空工业集团公司沈阳飞机工业集团公司(简称:沈飞)研制的第四代(俄国标准第五代)双发中型隐形战斗机。

歼-31鹘鹰飞机,是针对国际市场需求研发的第四代中型多用途战斗机,综合作战效能优异,具有自主知识产权。鹘鹰飞机采用单座、双发、外倾双垂尾、全动平尾的正常式布局,两侧布置大S弯进气道,配置内埋武器舱。

歼-31飞机具有,高生存力:低雷达可探测性、低红外辐射特性、优异的电子对抗性能、低易损性设计;多任务能力:强大的目标探测和外部信息综合能力、优异的态势感知和信息共享能力、超视距多目标攻击和大离轴角全向攻击格斗空战能力、对地和海面目标精确打击能力、适应复杂气象条件和广地域使用能力;优异的综合保障能力;高性价比。

2012年10月31日上午10时32分,歼-31成功首飞。中国成为世界第二个同时试飞两种四代机原型机的国家。歼-31与中国重型隐形战斗机歼-20形成高低搭配,并拟推出隐形战机出口型号,还有发展为替代歼15的新一代隐形舰载战斗机的潜力。

2014年11月歼-31实机将首次亮第十届中国珠海航展并进行飞行表演。

中文名:歼-31

外文名:Shenyang J-31 Gyrfalcon

研制国家:中国

研制单位:中航工业沈阳飞机工业集团

飞机类型:隐形战斗机

首飞时间:2012年10月31日

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发展沿革

历史背景

军事航空发展到二十一世纪后,隐形战机的出现极大地改变着

美国F-22和中国歼-20隐形战斗机

空中作战的形态。隐形战斗机通常是指在电磁、可见光、红外、声学等方面难以探测或跟踪的战斗机,其中最主要的就是电磁隐形。其原理是通过特定机身外形和气动布局的设计以及配合特殊的外层涂料或机身材质使得雷达反射信号尽量变小。而雷达则是靠发射电磁波然后检测物体反射回波并放大处理进行工作的。

美国从上世纪80年代开始研制第一款隐形战机F-117,其怪异的外形、良好的对雷达隐身,使该机在实战中轻易地突入敌方空域,在美国对伊拉克战争中发挥了重大作用。随后美国又研制装备了F-22和F-35两款隐形战斗机,对世界上的军事对手形成了空中对抗的不对称优势。

俄罗斯紧随美国,也开始研制隐形战斗机T-50。虽然该机在隐身设计和某些四代机特征方面尚有不足,但俄罗斯仍然在抓紧试制、试飞T-50。

中国为了提高国防实力、增强空军战力,也着眼未来战争启动了第四代隐形战斗机的研发。2011年1月11日中航工业成都飞机工业公司研制的歼-20重型隐形战斗机成功首飞。同时,中航工业沈阳飞机工业集团公司也开始了中型隐形战斗机的试制,歼-31呼之欲出。

研发缘起

歼-31(中航工业沈飞内部又称为:310验证机),是由中国沈阳飞

歼-31验证原型机三视图

机设计研究所研制的第四代战斗机验证机,用于验证空气动力学设计、隐身外形、轻量化结构、新一代航空电子设备和先进制造等技术,以积累先进战斗机设计经验,并争取获得出口订单。据中国航空系统院士回忆录系列文章介绍,中国海空军在2010年前就进行了第四代战斗机方案竞标,成都飞机设计研究所的方案中标并发展出歼-20重型隐身战斗机,于2011年1月首飞。

由于沈阳所的方案在竞标中未能获得军方认可,因此失去了主导新型战斗机研制的机会,该所出于积累设计经验考虑,决定自筹资金上马新一代战斗机的技术验证机。2012年6月,歼-31的02架原型机从沈阳经高速公路运抵陕西阎良中航强度研究所,以进行飞机结构强度试验,照片引起网友高度关注。

在2010年之前的竞标中,沈阳所的三翼面方案低速机动性能相对较好,但受三翼面结构限制,在航程和高速机动能力等方面有所不足,而这恰好是第4代战斗机发展的重点,于是沈阳所决心放弃三翼面布局,转为采用常规布局方案。另一方面,歼-20战斗机竞标结束后,中国空军未来主力战斗机已经名花有主,不可能再采购另一种重型四代机,于是沈阳所计划研制一种可发展成中型战斗机的验证机,以争取获得空军订单。在这两方面因素的共同作用下,310验证机最终采用两台俄制RD-33中型涡扇发动机,成为中型战斗机大小的验证机。

定位中型

310验证机由于安装了两台RD-33发动机,飞机重量和体积被限

歼-31在珠海航展飞行表演

制在中型战斗机水平上,因此机内弹舱和油箱容积有限,远低于歼-20战斗机,无法装载重型对地攻击弹药,因此不适合需要大型战斗机和远程攻击机的中国空军。但只要该机外销价格适中,能够在机身武器舱内安装2-4枚中距空空导弹,对空拦截作战半径超过300公里,有一定的对地攻击能力,就可以满足主要考虑国土防空作战的第三世界空军的需要,有一定的出口机会。

第三世界国家采购战斗机的主要限制是费用问题,先进战斗机的价格越来越高,因此只有少数国家具备采购四代机的能力。当前美国、韩国、日本、土耳其、瑞典都有自己的中型/小型四代机方案,并积极向外推销,排除他们同一阵营的国家后,有可能采购中国四代机的只有伊朗、巴基斯坦、委内瑞拉等少数几个国家,总的潜在市场规模在150~250架之间,恰好超过新型战斗机摊平研制成本的最低规模要求。

巴基斯坦FC-1战斗机的采购工作尚未过半,伊朗在F-5基础上改进的"闪电"战斗机刚刚服役,委内瑞拉的苏-30MK2战斗机在2006年才服役,因此这几个国家到2025年左右才需要服役下一代战斗机。考虑到战斗机工程研制和试飞需要10年左右的时间,因此需要尽早完成合同谈判,以正式开始飞机的研制工作。

研制情况

歼-31战斗机(J-31)为双发布局,两侧DSI进

歼-31战斗机

图册 7张

气道,倾斜式双垂尾,采用了波束控制理论设计飞机的外形,菱形机身,机身上、下部分分别向上和向下倾斜,从而折射侧面的照射电波,可以降低侧面雷达对于飞机的威胁。该机最值得称道的新技术是DSI进气道、波束控制理论设计飞机的外形和全向矢量发动机尾喷口。但该机也有美中不足,首先是飞行座舱罩,仍旧是歼-11等沿用的两段结合式,这就不如歼-20的一体式先进和有利于隐身。该机可能装备了新型发动机,特别是其新颖的全向矢量喷口,使得其具备了高机动能力和适用于航母甲板的短距起降能力。

歼-31前轮是双轮设计,这是舰载机的典型特征,便于降落在相对狭小又处于运动中的航母跑道上。但是,这款飞机也明显缺少着舰尾钩和可折叠机翼等。该机的机动性较好,又具有隐身性能,可协助重型歼轰机作战。战术安排可由歼-31首先潜入敌后摧毁重要的高价值目标,为非隐形战机歼-15发动攻击开路,形成攻击两个梯队,较好地执行特殊作战任务。

首飞歼-31的31001的编号来看,其作为310工程的01号机应该无疑,并且可以推断早前运往西安的就是31000号的静力试验机,因此歼-31首批至少建造了2架。但是罕见的是,310工程在第一架原型机上,就喷涂上了醒目的徽标,一只奋飞的雄鹰正在抓住地球。该机可能会被命名为“鹘鹰”,全黑色机身说明其大量应用了复合材料,且涂覆了大量隐形涂料。

中国航母缺少弹射器可能对J-31的未来也产生影响。由于J-31必须完全依靠自己动力从航母甲板上起飞,其燃油和搭载武器都受影响。鉴于隐形要求,歼-31只能搭载少量导弹和燃油潜入战区执行任务。不过美国的F-35在隐形模式时也只能装载很少量武器。

试飞动态

2012年10月31日上午10时32分,歼-31成功首飞。中国成为世界

网友制作歼-31计算机模型图片

第二个同时试飞两种四代机原型机的国家,此前,只有美国同时研制了两种四代战机。

2013年1月25日下午4点,歼-31第二次试飞。本次试飞长达40分钟左右。歼-31试飞的频率有所加快。从网路图片资料看,该型机长度在16~17米左右,翼展在10米上下,属于典型的双发中型战斗机,机体整体体积介于F-15和MIG-29之间,机翼面积约40平方米。机头、机身呈菱形,双垂直尾翼向外倾斜,垂尾、主翼、平尾后缘前倾,使用带锯齿的起落架舱,属于隐身设计的战斗机。

技术特点

气动设计

机体

歼-31采用正常布局,机身两侧布置DSI进气道,中等后掠角、后缘前掠的小展弦比机翼,两台发动机中间装有中型尾椎,两个蝶形垂尾向外倾斜。从侧前方看,310验证机与F-22战斗机较为相似。但从俯视图看,310的机身明显短粗,更类似执行攻击任务的F-35战斗机,只是采用双发布局;从侧面看,310的机身厚度单薄很多,因此机身容积远低于F-35,考虑到该机采用双发布局,因此机内电子设备舱、弹舱和燃油舱的体积会更小。

主翼

歼-31机翼呈梯形,装有与机翼近乎等长度的前、后缘襟翼,与F-35A战斗机相似,和F-22、歼-20相比少2个副翼。副翼能够提供更大的滚转力矩,从而增强飞机的滚转性能。但是设置单独的副翼会增加重量、提高造价,而F-35A在美军中执行的是对地攻击任务,对空战性能要求较低,因此取消了副翼。310作为第四代战斗机验证机,对机动性应该有较高要求,因此取消副翼十分奇怪。主翼的厚度较薄,属于针对超音速优化的小展弦比中等后掠角薄翼型方案。

该机机翼相对面积较小,与F-22超过78平方米的巨大机翼相比,其较小的机翼对盘旋性能有较大的影响,同时巡航状态的升阻比较差,影响航程,但减少超音速阻力会有一定优势。

机翼后缘安装有全翼展单块襟翼,而没有使用襟翼-副翼分离的设计,襟翼打开角度较大,这主要是针对短距离起降和航母使用,全翼展大幅襟翼可以使得着舰-起飞速度降低约10节。

平尾

歼-31平尾采用了和主翼类似的设计,平尾前缘和主翼前缘,平尾后缘和主翼后缘相互平行,这主要是为了减少雷达波散射的强波束方向。平尾安装位置较为靠后,平尾后缘在发动机喷管之后,可以提高配平力矩。

但是其向后伸出的距离比F-15、F-22和F-35来说较短,设计相对保守。同时该机虽然采用了靠后的平尾,却没有和类似设计的F-15和F-22一样采用两侧尾撑设计,舵机安装在发动机舱两侧,转轴本身相对于尾翼靠前,需要较大的操作力矩,而且有卡轴的风险。

垂尾

歼-31向外侧倾斜的垂尾,可以有效降低雷达散射,同时也可以使得垂尾部分避开前机身拉出的涡流,提高在大迎角状态的可控性。其面积较大,应该是为了提高飞机高速飞行状态下的方向稳定性,这一点在F-22上表现较为明显。从这一点看该型机将主要针对超音速性能进行优化。

边条

涡升力是60年代以来,飞机气动领域的革命性变化,在主翼之前,利用各种涡流发生装置产生涡流,其流过主翼可以产生强大的升力以提高飞机的升力系数和抬头力矩,配合静不安定设计可以极大的提高飞机升力。常用的涡流发生装置包括了幻影2000上的小型固定副翼、J-10的鸭翼和F-16的边条。

歼-31

在四代战斗机上则出现了新式的“棱线”式涡流发生装置,其利用升力体原理,利用机身本身来产生升力,尤其是菱形机头、船型进气道的边线,其效果与传统的边条相当甚至更为强烈,而且可以有效减少边条增加的机身湿面积和阻力。同时菱形机身和船型进气道本身也是减少散射的重要隐身措施,一举多得的“棱线”是四代战斗机性能优势的重要来源。

歼-31上没有采用传统意义的独立边条,而是采用四代机特有的三段式“棱线”边条,采用了菱形的机头和船型(两侧壁向外倾斜)进气道,配合精心设计的折线,同时兼顾了隐身和增升,从各国经验看是较为先进的设计。

起落架

沈飞歼31战机原型机

图册 8张

歼-31前起落架安装在飞行员座舱下方,向前方收起;由于采用了双轮结构,曾被军事发烧友误以为可以在航母上起降。其实双轮结构使前起落架无需旋转就可以收入机身,减少了前起落架舱的宽度,适合机体前部直径较小或前起落架位于机体中部的飞机使用,例如中国歼-10战斗机就采用了双轮前起落架,而它是一款纯粹的陆基战斗机。

该型机的起落架设计和中国第四代重型战斗机歼-20设计类似,都采用安装在机翼根部,向前折叠到进气道侧面,这个安装方式是连接强度最强、抗冲击力最好的方式,美国的F-14重型舰载机和舰载F-35都采用了这个安装方式,当然都是装入翼根而不是装入起落架侧面。

第四代战斗机中需要追求超音速能力的F-22,则采用了进气道下侧安装起落架,收入进气道侧壁方案,结构简单、重量轻,同时不影响机翼外形,但是其抗冲击能力较弱。歼-20和歼-31中型战斗机采用这个独特的方案,主要是要求同时兼顾起落架坚固性和超音速能力,当然也提高了设计的复杂性和重量。

从起落架设计可以了解到,歼-31战斗机是要求有较好的短距起降能力和超音速能力,由此可知,该型机带有很浓厚的舰载战斗机色彩,设计上做了相当的优化。

进气道

歼-31采用位于机身两侧的DSI蚌式进气道,这种进气道用内侧鼓包形成的激波推开附面层气流,使其无法进入进气道干扰发动机工作,具有重量轻、隐身性能好的优点。在进气道后方,是一个十分细长的三角形边条,一直延伸到进气道收缩处;其形状与F-22的边条类似,但长度较短,没有延伸到进气道唇口。

DSI进气道是利用一个基于计算流体力学设计的鼓包达到消除空气附面层和对空气进行预压缩的作用,可以有效降低进气道重量、减少进气道缝隙数量以降低雷达反截面积,最早于F-35战斗机开始应用,而中国为巴基斯坦研制的FC-1战斗机则是最早使用该型进气道的服役机型,歼-10B战斗机和第四代重型战斗机歼-20也采用了该技术。因为起落架舱设计在进气道侧壁,所以该机进气道采用S型进气道,可以利用进气道遮蔽发动机叶片,减少雷达波反射。

弹舱

第四代战斗机追求隐身性能,所以必须尽可能减少飞机外表面各种突起,而外挂的武器弹药和副油箱就是外表面最强烈的反射源。所以第四代战斗机设计上,都将常用的武器置入机身弹舱内,弹舱也成为了整个机体设计的难点,其增大了机身内部体积造成空重的大幅度上升,同时还使得机身变宽变厚加大阻力。

歼-31首飞前

歼-31的机身,相对F-22和歼-20来说较为瘦削和单薄,在发动机直径相差不大的情况下其弹仓高度和宽度都必然较小;同时由于起落架收入机身侧面,其也无法像F-35一样利用进气道侧面空间布置大型弹舱只能和F-22和歼-20一样在机身下部布置弹舱。

从其机身厚度分析,如果采用类似F-22和歼-20的同时具有乱序发射-高G机动发射-大迎角发射-高速发射能力的大型弹射挂架,其较薄的机身只能安装如米卡(MICA)类似大小的较小体型空对空导弹,如果采用类似F-35的较为简单的挂架设计,则可以携带如PL-12这样的标准尺寸空对空导弹。

当然这主要是针对雷达制导中距离空对空导弹,小巧的红外制导近距离格斗导弹需要在发射前就锁定目标,因此在F-22和歼-20上设计了复杂笨重的侧弹舱,可以在高速机动状态下将导弹伸出机体外,用红外导引头捕捉目标然后发射,由于该机机身侧面被起落架舱占据,同时机身长度也不如歼-20那样可以在安装起落架舱后仍然有空间布置格斗弹舱,因此该机应该没有携带格斗弹的弹舱。由于较小的腹部弹舱,该机基本不可能拥有类似F-35这样携带重型炸弹的能力,从这个角度来看该型飞机还是一种典型的制空用战斗机。

油箱

常规战斗机外挂武器和副油箱是最严重的附加反射源,因此第四代战斗机设计中非常重视减少副油箱的使用,在普通作战任务中尽可能完全依靠机内燃油完成,这与第三代战斗机严重依赖副油箱的情况完全不同。

因此第四代战斗机都极大的增大了内油容量,比如F-22内油增大到超过10吨,而F-35作为单发战斗机也增加到了8吨以上。但是内油的增加也必然带来飞机体积的增大,以及随之而来不可避免的重量上升。中国歼-31本身体型较为单薄,同时较薄较小的主翼也难以布置大型油箱,因此其载油量很有可能较低,只能达到三代战斗机水平而不是第四代战斗机的大内油标准。

座舱

歼-31座舱盖类似F-22,但外露部分尺寸较小,而后方飞机背脊尺寸较大,这有利于降低飞机阻力,但遮挡了飞行员后方视野,不利于提高空战观察能力。该机座舱盖的结构与歼-11完全一致,分为前部风挡和可向后开启的舱盖两部分,与采用整体舱盖的F-22和歼-20完全不同。在歼-10和歼-11战斗机上,为了满足飞行员警戒自身后方空域的要求,在座舱两侧安装有反光镜,这一方法虽然解决了观察问题,但在隐身飞机上却可能破坏隐身要求。

2015,0820

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