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剪水鹱的博客

Above stormy seas we soar.

 
 
 

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鹰熊兔的重四们  

2014-03-29 06:57:57|  分类: 重战 |  标签: |举报 |字号 订阅

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鹰熊兔的四代路 - puffinus - 剪水鹱的博客
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ATF 项目竞标前三名方案,从上至下分别为诺斯罗普 YF-23A,洛克希德 YF-22A,波音 ATF。基于 B-2A 技术经验的诺斯罗普 “黑寡妇” II 及锐意创新的波音 ATF 均从一开始就将隐形与气动综合起来加以考虑 (当时波音在隐形领域毫无积累,竞标方案并未严格遵循边缘对齐的原则)。洛克希德的 YF-22A 则是依托 F-117A 和洛克希德 ATB 方案 (有小型垂尾的飞翼轰炸机) 的隐形技术积累,首先弄出一个隐形性能达标的整体方案 (结构上可看作增加了菱形横截面机首和气动表面,侧壁倾斜,内部容纳着发动机,进气道,武器舱的 “盒子”),而后想方设法地修改气动外形以求满足美国空军提出的飞行性能指标。

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1988 年 YF-22A 验证机开始生产后,洛克希德研发团队的负责人才发现由于横截面曲线分布不理想,超音速阻力过大,该机将无法超巡,被迫中途实施 “手术”,调整飞机外形。赢得 ATF 项目后 “猛禽” 在工程化研制过程中进一步优化了气动外形,各速度段的飞行性能均较 YF-22A 明显改善,但内部容积减小且隐形性能原则上略有下降。

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F-35 的基本隐形设计也比 X-35 差,工程化过程中隐形性能遭到削弱似乎已成为洛氏战斗机的光荣传统。

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F-22 高大的垂直尾翼有利于在大迎角飞行时维持偏航控制能力。

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迎角进一步增加后 F-22 垂直尾翼的上端已完全陷入机翼后方的低压区而失去控制权限,但根部得到从主翼与水平尾翼之间缝隙处穿过的高压气流吹拂,仍可勉强维持一定的偏航控制能力。应该说 “猛禽” 的气动设计不乏精妙之处 (仔细权衡后选择的 42 度机翼前缘后掠角,主翼展向扭转,巨大鹰熊兔的四代路 - puffinus - 剪水鹱的博客的垂直尾翼),但若丧失推力矢量,还是无法实现 0-60 度迎角范围内的精确姿态控制。更糟糕的是其水平尾翼处于强烈的主翼下洗流场之内,效率远不及 “黑寡妇” II 的蝶形尾,力臂长度也短得多,控制权限很不理想,单纯依靠气动控制无法实现超音速高G机动。YF-23A 则以非矢量状态,单凭气动控制便满足了 MD 空军的全部机敏性指标。然而设计常规的 F-22 (ATF 竞标前三名中只有洛克希德方案采用了推力矢量,该公司对“猛禽”气动布局内在潜力的“信心”可谓不言而喻) 技术风险远低于 F-23,后者复杂的气动控制律,长径比较小而弯曲度较大的蛇形进气道,全新研制的热抑制尾喷管等皆非省油的灯,“猛禽” 的二元矢量喷管则已在 F-15 平台上成功试飞。急于重建代差优势的 MD 空军最终还是选择了技术逻辑简单粗暴,易于短平快地加以落实的 F-22。 

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从上至下分别为 SX 时期米格,苏霍伊,雅克的 “四代” 竞标方案,时间上与 MD 的 ATF 几乎齐头并进,但技术水准的差距显而易见,唯停留在概念阶段的雅克 “轻四” 有点隐形战斗机的味道。当时 SX 高层明确表示未来只能负担一个型号的高性能超音速战斗机,为单发构型所累 (估计是 STOVL 搞多了,没能从单发的圈子里跳出来) 的雅克设计毫无悬念地直接出局。

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毛子大言不惭地将 MiG 1.42/44 称为 “隐形” 战斗机,然而其平直的进气道前缘,壁立千仞的机身侧面,垂直指向地面的腹鳍,曲线剖面的机首等设计特征均与隐形的基本原则背道而驰。无怪乎某些人会发明出 “包治百病” 的所谓等离子隐形概念......鹰熊兔的四代路 - puffinus - 剪水鹱的博客

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4S 取其三,彻底放弃隐形的设计理念对 SX “四代” 而言是合理的 (熊军本质上属于防御型武装力量)。以毛子的气动和发动机,只要不纠结于隐形性能,弄出空战中堪与 “猛禽” 抗衡的重战不成问题。气动控制面多到变态的 MiG 1.42/1.44 和 S-37 皆可在无推力矢量情况下实现 60 度迎角可控,前者超音速性能更胜一筹,后者则在亚/跨音速持续机动性和亚音速巡航燃油经济性方面领先。SX 官方最终选择以米格方案为基础研制 “重四” 既出于性能权衡 (S-37 超音速飞行性能拼不过 F-22,手握 Su-27 的苏霍伊当时对四代项目似乎有点三心两意),也是为了保证米格设计局的饭票 (苏霍伊涉足领域较广,米格则是在战斗机一棵树上吊死)。

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MiG 1.42/1.44 相当于超大型的 “台风”,配备设计推力接近 WS-15 的 AL-41F (正牌超巡涡扇,不是如今的兴奋剂版 AL-31F),泛滥成灾的气动控制表面及轴对称矢量喷管 (二元喷管部分区域热应力集中的问题未能解决),飞行性能当可抗衡甚至压倒 “猛禽”,航电性能则是另一码事 (效仿 ATF 思路,然而以毛子的微电子技术多半弄成东施效颦)。隐形性能? 您能否不要哪壶不开提哪壶?

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MiG 1.42/1.44 的垂直尾翼在大迎角飞行时完全处于主翼的气动阴影中,需以可动腹鳍实现偏航控制。S-37 的前掠翼对垂尾遮挡较弱,不必安装腹鳍即可满足大迎角偏航稳定性及控制需求。

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与 SX “四代” 相比,T-50 PAK FA 隐形性能有所改善而整体设计更趋保守,亚/跨音速性能不及 S-37,超音速性能弱于 MiG 1.42/1.44,机腹武器舱位置甚为别扭,发动机是拼命打过鸡血的 AL-31F,核心机无法承受长时间超音速干推力运行的热负荷。PAK FA 充其量只能达到准隐形 & 准超巡标准,且航电核心零配件高度依赖欧洲供应商 (没关系,万一遭到制裁还可以向兔子求援,只是这面子上有点下不来...)。

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毛子并非设计不出 MiG 1.42/1.44 的隐形化版本,而是再无如此豪赌的实力与气魄,以最小风险,最低成本,最快进度落实(准)重四,牢牢钓住三哥这条大鱼,保证苏霍伊 (以及北极熊战斗机工业) 未来数十年的饭票才是最重要的,其它神马都是浮云。 

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J-20 在验证机阶段便已呈现了出色的隐形性能潜力。

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原型机进一步优化细节设计 (增大起落架舱门锯齿,将尖拱边条改为直线边条,鸭翼及垂尾切角,尾撑加长且形状改变...),隐形及气动性能皆得到改善 (首飞观众多是因为进入了原型机阶段,发动机并未更换)。新尾撑比原始设计更适合矩形横截面喷管,亦令尾部横截面曲线更为平滑,有利于降低尾阻,提高超音速飞行性能。J-20 的腹鳍既保证了大迎角飞行时的偏航稳定性 (偏航控制依赖鸭翼差动和发动机非对称推力),又起到屏蔽尾喷管热信号的效果,虽对下半球低波段雷达隐形不利,仍极可能在完全版量产型上得到保留 (如果综合考虑雷达及红外隐形,对空基传感器而言尾鳍的存在事实上有利于 J-20 的整体隐形性能,J-20 不会在欧洲战区般面空传感器密度极高的环境中作战,为保证其它方面性能而对下半球隐形略微放水是合理的。类似地,笔者此前提出的为压缩侧面强反射锥角度而部分牺牲面积律修形的设想可能也不会成为现实)。J-20 原型机尾部的隐形处理 (锯齿) 仍局限于发动机与平台本体的结合部,收敛-扩张喷管并未采取任何雷达反射信号控制措施。这其实是极大的利好,与新尾撑设计类似地暗示 WS-15 将使用矩形横截面喷管。爬行波沿机身表面向后传播时,在发动机与机体结合部位遭遇介电常数急剧变化的界面 (也就是通常所说的表面不连续区) 而发生散射,需以锯齿处理控制其辐射方向,以免增大飞机的前向 RCS。现阶段 J-20 的尾部设计因此乃出于保证前半球雷达隐形性能的考虑。若计划在完全版上使用轴对称矢量喷管,2011 理应开始测试外形类似于 F135 的高波段雷达隐形喷管。所谓如此将导致发动机推力不足的说法不能成立。超音速升阻比远在 Su-27 之上的 J-20 不必将 AL-31F 推至最大加力状态即可触及由复合材料蒙皮耐热能力界定的速度极限,小开加力便能以 “伪超巡” 模式探索未来空战战术 (J-20 的超音速升阻比和燃油系数俱优于 F-22,开加力 “伪超巡” 的超音速作战半径未必比 “猛禽” 的真超巡小)。

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从已经公开的资料来看,沈重四就是这玩意的放大版加上一对鸭翼,隐形性能或许与 J-20 不相上下,亚/跨音速机动性应该也较为出色,超音速飞行性能却将大幅度落后于 J-20,被成飞方案斩于马下一点也不冤枉。
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