鹘鹰与歼20谁是我海军四代舰载机最佳选择

鹘鹰与歼20谁是我海军四代舰载机最佳选择[align=left]资料图:国产核航母想象图,歼20歼31暗剑无人机上舰
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中型战斗机是发展主流?
对于舰载战斗机的发展,存在一个说法,认为中型战斗机由干体积较小,所以能在航空母舰上部署较多数量,对于航空母舰来说是最好的选择。作为例证的是美国的F/A-18“大黄蜂”系列,法国的“阵风”-M等。
实际上,这种思路本身是对航母发展历史的不了解所导致的,航空母舰舰载机的发展,是朝着不断重型化的方向发展。美国海军每一代的主力战斗机,都是根据弹射器的最大弹射能力和拦阻索的最大拦阻能力而发展的,每一代战斗机实际上都是在不断的重型化过程中,F/A-18E/F“超级大黄蜂”表面上看起来比F-14“雄猫”要轻,但这两种飞机实际上是固定翼和可变后掠翼两种不同的气动形式。F-14“雄猫”依靠可变后掠翼取得的低速优势在C-13弹射器和MK-7拦阻系统上取得较大的重量,F/A-18E/F“超级大黄蜂”则是在固定翼限制下实现了大重量,实际上已经是美国海军历史上最重型的舰载固定翼舰载战斗机,后续的F-35C重量则更进一步放大,空重达到了15700千克,最大起飞重量达到了32700千克,与F-14A相当接近,这也反应了美国海军舰载战斗机不断增重的过程。F-14A是使用特殊手段提前实现了舰载机的重型化,较轻的F -18E/F取代F-14A并不是中型战斗机取代重型战斗机,而是回归到常规手段实现重型化的道路上来而已。
作为中型战斗机的F/A-18“大黄蜂”,并不是美国海军的主力战斗机,而是一种填补战力空缺的功能性机种,真正占据了航空母舰主力战斗机位置的F/A-18E/F则是一种脱胎换骨的重型战斗机。
“阵风”-M虽然按照美国标准属于中型战斗机,但是相对于“戴高乐”号较小的排水量,已经是空前级别的重型舰载机,空重达到了10吨,最大起飞重量超过22吨(F-4“鬼怪”战斗机虽然最大起飞重量略大,但是基本上没有在吨位类似的“埃塞克斯”级航母上实际部署,且在“埃塞克斯”级上也无法发挥最大起飞重量),而在“阵风”-M之时的F-8U和“超军旗”最大起飞重量远小于“阵风”。“阵风”这个级别的舰载机,本身按照传统设计是很难在“戴高乐”号这样的中小型航空母舰上使用的,达索公司为了满足使用需求还特别采用了放大着舰迎角、可抬高机头的起落架等方案,才勉强满足了其使用需求,从这也可以知道法国方面希望能够获得更大、更重舰载机的需求一直相当强烈。
鹘鹰与歼20谁是我海军四代舰载机最佳选择[align=left]美军主力航母舰载机F-14雄猫战斗机
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架数优势=作战能力优势?
中型战斗机相对于重型战斗机,可以取得一定程度的数量优势,这是一个可以证明的公论。但是数量优势和作战能力优势,有相对应的关系吗?航空母舰发展史告诉我们,NO。
20世纪50年代航空母舰进入超级航母时代,以“福莱斯特”为代表的早期超级航母搭载各种舰载机超过100架,而到20世纪80年代比“福莱斯特”级更为巨型的“尼米兹”级载机数量已经降低到80架级,难道能认为“尼米兹”级的航空能力不如“福莱斯特”级?这是显然不可能的。
“福莱斯特”时代舰载机主要的数量来自于A4、A-1、F-8U等轻型攻击/战斗机,而到20世纪80年代“尼米兹”级航空母舰上最轻型的舰载作战飞机已经变成了空重接近A4两倍的F/A-18,实际上也可以从中看出舰载机不断的加大重量减少数量的趋势。
舰载机不同于陆基飞机,本身航空母舰的出动和回收能力有限,不足以支持大数量规模。单机的着舰回收时间即使以训练有素的美国航空母舰来说,也需要达到1分钟以上,如果有某机着舰失败复飞需要的时间也要进一步延长。一般说一个40架的编队,回收需要的时间超过1个小时属于非常正常的水平,也就是要求最后1架着舰的飞机在编队返航的时候至少要保留超过1小时油量以等待着舰,而这明显是不可能的。实际上,航母的单次攻击编队一般是20架飞机以内,而且其中还要包括续航时间较大的电子战飞机和预警机以避开集中着舰的高峰期。以20世纪8年代末“尼米兹”级的标准全甲板进攻状态为例。第一波攻击波也只有17架固定翼飞机,其中担任电子战任务的EA-6战机4架,担任预警任务的E-2C预警机1架,4架F-14担任掩护,承担攻击任务的F/A-18只有9架而已,第二波攻击依靠第一波攻击的电子战飞机和预警机继续留空协同,攻击机数量达到了10架。
不光是回收时间问题,更严重的问题在于飞机整备时间限制,航空母舰有严格的防火防爆条例,不允许在机库内进行装弹、加油作业,必须摆放在甲板上进行作业,同时航母甲板的空间限制使航母无法使用机械化运弹。装弹设备,必须采用人力进行运弹、挂弹,作业速度相当缓慢,而且机库内无法进行发动机试车,必须在甲板上选取尾部方向空旷的位置摆放以进行试车作业。在这样的情况下。航母能支援的舰载机出动能力是相当有限的,在这样的情况下尽量提高舰载机的单机作战能力是比单纯增加飞机数量更好的选择。
“持久自由”行动中,这个方面的问题就表现相当明显。在昂贵的A-6攻击机退役,同样昂贵的F-14战斗机寿命基本接近耗尽的情况下,美国海军对阿富汗的打击,大部分都依靠老迈的F/A-14,因为其单次起飞打击载荷相当于 F/A-18C/D的4倍(8枚MK83低阻航弹对两枚MK83),而且在这样悬殊的载荷比例下其作战半径达到640海里以上,远超过F/A-18C/D的350海里,只有依靠F-14才能执行纵深打击任务。在冷战时期,美国海军同样需要执行大量的纵深打击任务,也是依靠重型攻击机A-6和F-14战斗机执行。在F-14和A-6纷纷退役的今天,美国海军坚持JSF计划,也是因为F-35C是仅有的可以实现类似A-6和F-14打击能力的选择。
鹘鹰与歼20谁是我海军四代舰载机最佳选择[align=left]美国海军尼米兹级核动力航母
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中国航母的舰载机战力评估
对于中国航母舰载机来说,数量优势和作战能力优势的区别一样明显。以我国第一艘航空母舰“瓦良格”号为例,其在苏联时代的配载方案,是24架苏-27K或者36架“米格”-29K,中型的“米格”-29K相对于有史以来体积最大的舰载战斗机苏-27K/苏-33(机身长度达到惊人的21.94米)也仅有不到50%的数量优势,反应到我国自用航母上也是如此,比“米格”-29更大的“鹘鹰”(“鹘鹰”岸基型翼展达到11.5米,与“米格”-29K的11.99米类似,而舰载版必然有更大翼展,后文将详细论述,机身长度皆为17米左右),和比苏-27K/苏-33更短小的歼-20(当前公允的长度在20米上下)。其数量优势将进一步缩小,而性能上的劣势将更进一步的放大。
前文已进行分析,该机如果需要将空重控制在与F-35A类似的12吨级,其内油容量需要控制在4吨级,其载油系数比以短腿著称的F/A-18“大黄蜂”更为突出。特别是该型机转为舰载机使用,更为明显。而如果要取得较大内油,其重量则会发生膨胀,导致飞行性能严重恶化。
体型与之类似的F-35在发展为舰载机F-35C的过程中,空重增大到15700千克,机翼面积从42.7平方米放大接近20平方米达到了62.1平方米。F-35在改进改型的过程中遇到的问题,“鹘鹰”一样必然会遇到,舰载机最重要的特性就是确保在低速状态有足够的升力,而“鹘鹰”样机较小的机翼面积无法满足在航母上起飞或者着舰的需求,只能和F-35C 一样靠放大机翼实现,而放大机翼增大空重又必然需要更大的机翼,形成一个水多加面,面多加水的循环。在正常的技术水平下,“鹘鹰”舰载改进后空重接近15吨是很有可能发生的,而这个状态下的推比,载油系数问题都将极为突出。
鹘鹰与歼20谁是我海军四代舰载机最佳选择[align=left]J-20战机打开弹仓发射远程空空导弹示意图
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歼-20则刚刚相反,其鸭翼布局和巨大的机翼天生就适合改造为舰载机,需要进行的改动幅度小很多,需要带来的增重也更小。实际上其设计上本身就考虑了未来在航母使用的需求,为此搭配了极为强壮的主起落架支柱,并将其连接在机身最强的翼根处,这个设计与F-14类似,是最适合舰载机使用的起落架安装方式。

鹘鹰与歼20谁是我海军四代舰载机最佳选择[align=left]资料图:海军版舰载歼31鹘鹰战机CG图
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歼-20的改造难度可以参考苏联的苏-27K/苏-33战斗机,后者也是由重型岸基战斗机改造而来,而且在气动布局上还付出了巨大重量代价以增加前翼提高升力系数,同时该机带有浓重的试验色彩,在结构改造上相当粗糙。即使如此,苏-27K/苏-33其整体增重也只有1600千克(机载设备类似的苏-27SK空重16800 千克,苏-27K/苏-33空重18400 千克)。整体载油系数和推比降低幅度相当小,特别是其中相当大的重量来自前翼,歼-20本身就拥有前翼,在改造过程中就可以将这一部分重量节省下来。以歼-20岸基版本空重17吨左右计算,改造后的空重维持在18吨上下是可以实现的,这样的重量与苏-27K/苏-33和F-14类似,可以满足在大型航母上操作的需求。
歼-20本身是具有良好飞行性能、大弹舱、大航程的重型战斗机,如果搭配在航母上使用,性能优势相对于“鹘鹰”非常巨大。以防空作战为例,在涡扇-15发动机配装歼-20后,其可以超音速巡航状态出击进行拦截,而“鹘鹰”在可以预期的时间范围内装配的只有大涵道比的9500KGF涡轮风扇发动机,即使是陆基构型也不可能具有超巡能力,加大机翼后的舰载机截击能力更弱。比起只能亚音速出击的“鹘鹰”,同样反应时间下的歼-20防空圈半径能提高一半甚至更多,极大的提高防空作战效率,把防空拦截圈往外推移可以极大的提高航空母舰的安全性,这种拦截范围的提升,是数量优势完全无法抵消的。同时,依靠高速能力-高机动能力和隐身能力的结合,可以高速前出打击敌方用于引导反舰导弹攻击的雷达侦察机和预警机,换成“鹘鹰”则只能和敌方护航机队形成添油式的混战,增大了航母编队遭到远程反舰导弹攻击的风险。
在日常巡逻作战中,“鹘鹰”低下的内油系数(在此是根据较轻空重的计算,如果“鹘鹰”达到和F-35类似的载油系数,其空重必然超过15700千克的F-35C,迈入最重型一级战斗机行列,飞行性能劣势·表现更为明显)。使其留空巡逻时间大大减少。增加的飞机数量只能用于跟换班飞机交替值班之用,并不能提高可用飞机数量。
而在打击作战中,歼-20的大型弹舱优势更为明显,在保守估计下其也可以轻易使用500千克级制导武器,满足大部分打击任务的需求。而“鹘鹰”较薄的机体使得其难以起到这样的作用。同时“鹘鹰”较短的航程也使得航空母舰必须尽可能的靠近敌方舰队或者海岸线发起进攻,这样就更容易被敌方的打击力量所攻击,提高了任务风险也降低了任务的灵活性。特别是四代战斗机本身具有的隐身能力,使得其成为执行第一波对敌方重要节点突击的重要力量,而靠近地方警戒圈以满足短航程飞机执行对这些重要节点的突击任务的高风险性,也就更容易被转嫁到航空母舰编队本身,造成价格昂贵的航空母舰编队陷入不必要的危机之中。
在现代战争中,电子战能力成为了制胜的关键,各类航电设备的价格也成为了飞机整体价格中最大的一块,超过了机身、发动机等等。歼-20作为重型先进舰载机,可以携带国内最先进的航空电子设备从而保证最好的电子能力,而“鹘鹰”如果采用类似水平的电子设备,其价格必然与歼-20相当接近,而如果采用简化航电,则作战能力会大幅度萎缩从而降低性价比。这种情况下的左右为难,实际上只是“鹘鹰”困局的一部分而已。
鹘鹰与歼20谁是我海军四代舰载机最佳选择[align=left]我国“鹘鹰”AMF战斗机在某地进行了多次试飞
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航空母舰适装性
在一般性的认识中,可能会认为中型舰载机对航母的要求较低,便于使用,而重型舰载机重量太大难以弹射。如果从航母起飞方式研究上来看,其实我们会发现这种简单推论并不符合客观。
弹射是当前使用舰载机效率最高的方式,其弹射器性能决定了航母使用飞机的范围。弹射器性能主要由最大弹射重量,最大弹射速度两个参数表示,两者是不同时存在的,不同的弹射重量对应的是不同弹射速度。如果舰载机起飞速度低,则同一个弹射器上可以使其以较低速度较大重量起飞,如果起飞速度高。则必须降低起飞重量,而提高弹射重量比提高弹射速度更为容易。以F/A-18E和F-14为例,F-14在满载状态下起飞速度庄145海里/小时左右,其使用较为老式的C-13弹射器可以实现34吨最大起飞重量起飞,甚至可以不开加力就实现单发失效安全。而F/A-18E。最大起飞重量时起飞速度在165海里/小时以上,其就算采用更强力的C-13-2弹射器,也只能实现29吨左右的起飞重量;F-35C采用了巨大的主翼降低了起飞速度。同样使用0-13-2就可以实现32.7吨的起飞重量。
歼-20在降低起飞速度上,比起“鹘鹰”具有天然的优势,鸭翼可以提供强有力的抬头力矩和巨大的升力,其效果虽然比起F-14的可变后掠翼还略有差距,但是已经高于任何常规布局方案,实现比“鹘鹰”低10海里/小时以上的弹速度属于能力范围之类。根据美国弹射器资料,C-13-1弹射器在1000PSI的蒸汽压强下可以将8万磅的飞机弹射到137海里/小时的末速度,而在增大10海里后的147海里/小时末速度下只能弹射61000磅,换算成公制单位,也就是36.3吨和27.6吨的区别。如果我们取歼-20的起飞速度为155海里/小时,加15节甲板风计算需要弹射器达到140海里/小时末速度,则C-13-1弹射器可以达到75000磅即34吨的最大弹射重量,与F-14D战斗机的最大起飞重量相当,完全可以满足对空-对海-对地任务的任何要求。而“鹘鹰”即使只按照比歼-20低10海里/小时起飞速度计算,在同样甲板风下需要弹射器提供150海里/小时末速度,弹射能力陡然下降到56000磅即25.4吨。按照歼-20取18.5吨空重,“鹘鹰”取14.5吨空重计算,歼-20可以带15.5吨载荷起飞。而“鹘鹰”则只能携带10.9吨,较轻机身带来的优势荡然无存。
鹘鹰与歼20谁是我海军四代舰载机最佳选择[align=left]资料图:2011号新版歼20疑用新型发动机挑战单发起降
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如果采用滑跃起飞方式,两者的性能差距还将更为明显。即使不考虑起飞速度差异,只按照起飞推重比0.85的需求,歼-20即使不采用WS-15,而只采用14吨推力左右的涡扇-10“太行”改进型发动机,起飞重量也达到了33吨,而同样推重比,两台9500KGF发动机只能支持“鹘鹰”达到22.3吨最大起飞重量,如果考虑到两者巨大的升力差距,起飞表现差距还可能进一步放大。
这个问题同样反应在拦阻上,美国现役的MK7-2拦阻系统最大钩索速度只有61.73米/秒,即120海里/小时,MK7-3也只有66.83米/秒,即130海里/小时,着舰速度低的飞机在着舰状态需要航空母舰提供的甲板风速度也就更低,具有更好的着舰灵活性和安全性,或者说在同样的甲板风强度下能带来的着舰重量增长更大。
可以说,从技术角度上来讲,能起飞回收“鹘鹰”的航母用起飞着舰设施,操作歼-20只可能更为容易。
从航空母舰使用的角度来说,歼-20相对于“鹘鹰”有相当巨大的优势当然目前来说歼-20也存在着需要克服的难题,其尾部的腹鳍是最主要的难点,其高度较大可能导致在着舰时擦碰甲板。当然如果从这个尾部设计的源流,来分析,其实是颇为有趣的。歼-20在设计中尾部工作量被中航工业集团分配给了“鹘鹰”的娘家沈阳飞机设计所,其中的意味,颇值得玩味。(本文原载于 第489期《现代舰船》11月 A版)

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