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俄第五代战机发动机进气道设计不利于隐形

俄罗斯T-50第五代战机空中巡航

俄第五代战机发动机进气道设计不利于隐形

T-50战机起飞

1月29日,俄罗斯第五代战斗机,即PAK FA(“前线航空兵未来航空武器系统”)在俄罗斯远东地区阿穆尔-共青城飞机制造厂首飞。据报道,首飞持续了大约40分钟,首飞试飞员为谢尔盖·波戈丹。

研制背景

20世纪90年代后期,美国开始研制新一代战斗机。美国空军最终选定洛克希德·马丁公司研制的F-22为美军主力战机F-15的替代机型。面对美国军事技术上的挑战,作为世界上另一个军事航空大国,俄罗斯自然不能置身事外,俄罗斯在90年代末就提出了PAK FA的研制计划。2001年4月,俄军提出了PAK FA的战术技术要求,随即相关设计局围绕FAK FA的技术要求,以“技术建议书”的形式展开竞标。2004年4月26日,俄政府的项目委员会宣布苏霍伊设计局的方案中标。自从苏霍伊设计局中标之后,世界各国的航空工业界、军方及广大航空爱好者无不关注PAK FA的动向,俄罗斯媒体方面最早在2000年就了解到FAK FA项目的存在,后来出于保密,该名称在一段时间内从公共媒体上消失。苏霍伊设计局最早在报告中将FAK FA称为I-21,意为21世纪战斗机,后来又使用内部正式设计代号T-50

在出现的各种版本的传闻中,PAK FA一直被猜想所包围。这种战斗机的性能如何?它的气动外形、发动机、电子系统、武器系统又是什么样的?俄空军的技术要求勾勒出了PAK FA的基本状态。

根据俄军方给出的技术要求,PAK FA的主要特点包括:具备多功能性,能在各种复杂天气条件下能精确摧毁空中或地面目标,但以争夺制空权优先;飞机起飞重量在20吨以内;作战半径达到1100~1300千米;最大飞行速度为马赫数2.0,具备超声速巡航能力;具备高机动性和高敏捷性;具备雷达、红外、光学隐身能力;具备短距起降性能,起降距离在300~400米。

一再跳票的承诺

PAK FA的研制工作开始后,外界都急切想了解该机的真实外形及性能数据,而俄罗斯方面则始终吊着外界的胃口。早期公布的计划进程与后来的实际进程严重不符。最初计划2007年前就实现原型机首飞,但后来整个计划进度都大幅度调整。2006年年初俄罗斯又放出消息:PAK FA会在2008年首飞。当时的俄空军司令弗拉基米尔·米哈伊洛夫就宣称将不惜一切代价实现原型机首飞。

2006年,PAK FA机身设计的风洞试验已经完成,航电系统和传感器的研制工作也接近尾声。到了2007年,苏霍伊设计局终于向外界透漏出一些关于PAK FA的消息:首架原型机的制造工作已经开始。2007年年初,一张FAK FA的想象图出现在俄罗斯著名发动机生产商——土星生产联合体的官方网站上。在当年7月的巴黎航展上,时任俄第一副总理的伊万诺夫宣布FAK FA将于2008年年底首飞。然而没过多久,又从俄罗斯传来消息,首飞时间将推迟到2009年年底。

2009年,俄空军司令亚历山大·泽林表示PAK FA肯定能在年底首飞。令人遗憾的是,PAK FA首飞再度推迟。正当关注FAK FA的人们渐渐失望的时候,PAK FA终于在当年底的 12月24日进行了首次滑跑试验。这次滑跑试验,又给关注PAK FA的人们燃起一线希望。此时外界已经大概猜测到:离首飞的时间已经不远了。

崭露头角的首飞

在滑跑试验后,苏霍伊设计局就宣布,PAK FA的首次试飞定在2010年1月29日。这次,苏霍伊设计局没有再爽约,人们终于看到了PAK FA的“庐山真面目”。

从图片和视频上看,PAK FA采用翼身融合的常规布局,机身与机翼平滑过渡,其他的特征包括矩形斜切进气口、机腹内置双弹仓、外倾全动双垂尾、修型大边条。

翼身融合布局能减小机翼与机身的气动干扰,降低超声速阻力,形成较大升力面积以增加飞机升力。PAK FA的矩形斜切进气口与F-22的进气口类似,此种方式似乎成为世界范围第四代战斗机进气口的标准样式。机腹内置的双弹仓是俄罗斯人首次把轰炸机形式的弹仓布置方式移植到战斗机上。翼面较小的全动双垂尾能在飞机超声速巡航时减小垂尾对飞机产生的阻力。

值得一提是,PAK FA使用了可动边条技术。飞机在大迎角状态下,边条附近产生的脱体涡能在机翼上表面一定范围产生吸力,提高飞机的最大升力系数,并因边条能降低机翼相对厚度和减小机翼有效展弦比而降低超声速阻力。说得直白一些,可动边条的作用类似于三翼面布局中的鸭翼,但PAK FA将其与翼身巧妙的融合,在具备与鸭翼同样效能的前提下大大降低了雷达反射面积,提高了隐身性能,不失为一种兼顾翼身融合的好办法。

存在的疑点

由于目前外界并不掌握PAK FA的详细数据,飞机很多性能也无法完全掌握。机上的某些部件或设备还不能了解其工作状态和用途。例如:机翼根部的大型整流罩目前无法判断其内部是何装置。有推测认为是电子对抗系统,有推测认为是内埋式武器弹仓,也有推测认为是安装了保形天线。

此外,飞机的进气道设计也多被人诟病。据公布的照片来看,发动机进气道未做类似F-22的S形进气道设计,这意味着雷达的照射波束可以直接打到发动机的进气叶片上,对飞机的隐身非常不利。PAK FA设计的基本要求之一就是隐身,那为何还要出现这种破坏隐身的设计呢?

机头前视红外设备的出现也令人惊讶,在新一代战斗机将装备机载有源相控阵雷达(AESA)的情况下,红外前视设备的作用还有多大?难道说俄罗斯人对自己的AESA雷达没有信心?诸如此类的问题还有很多,在此就不一一展开叙述了,相信这些疑问在将来会随着PAK FA的逐渐解密而得到合理的答案。

未来的发展

PAK FA的成功首飞算是该项目发展史上一个重要里程碑。如果一切顺利,PAK FA项目将从此走上“试飞-定型-装备”部队的道路。可以想见这将是一条充满了艰险与挑战的道路。现今俄罗斯主力机型苏-27在1977年首飞成功后又经历了6~7年的试飞才大批量装备部队,这期间从T-10原型机发展成为现在的苏-27,经历了很大变化。PAK FA也会走T-10同样的道路,即在试验中改进、发展、完善。毕竟我们现在见到PAK FA是一架最基本状态的飞机,新型的航电系统、新型的发动机、新型的武器对它都是考验。相信在几年以后将会有完善的PAK FA出现在世人面前

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