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剪水鹱的博客

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中五之困(2)  

2016-12-15 10:39:45|  分类: 中五 |  标签: |举报 |字号 订阅

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原文遭系统强行屏蔽,乃重发之...

中五之困(2) - puffinus - 剪水鹱的博客
 

YF-23 的外形尺寸明显超出 YF-22,但使用空重却低了 1361 千克/3000 磅。这固然有 YF-23 原型机 "偷工减料" (完成度比 YF-22 要差些,且未采用较为沉重的二元推力矢量喷管) 的因素,但主要应归功于蝶形尾的减重效果  (而且 YF-23 的发动机舱是按照配备反推力装置的要求设计的,结构重量超出实际需要,尾喷管红外抑制系统也是有重量代价的)。采用先进常规布局的重五因此有可能将结构系数压低至 0.40,若放弃机炮,还有进一步改善的空间。


一般而言,单发飞机结构重量低于双发飞机,然而由于体积较小的飞机将面临相对较高的航电支持负担,单大发先进常规中五的结构系数事实上很难比双发蝶形尾重五更低。例如围绕白昼格斗设计,几乎没有像样航电的早期版 F-16A 结构系数约为 0.35,结构重量占正常起飞重量的比例低于同样专业空战,但采用双发布局的 F-15A,但航电大幅度升级,具备了超视距空战能力的 F-16C 的结构系数则增长到大约 0.40,比 F-15C 的结构系数还要高,这还是 F-16C 继续配备轻盈的固定进气道,采用翼身融合体减重,而 F-15C 沿用沉重的变截面进气道,未使用电传操纵,结构设计也十分常规的情况下出现的结果。


全新设计的中五当然不至于如旧瓶新酒的 F-16C 一般悲剧,但结构系数低于双发重五的可能性也实在是微乎其微。遵循保守估计的原则,可假设裁撤机炮后的单发先进中五结构系数为 0.40,发动机系数为 0.11 (蝶形尾布局横截面分布优于常规四尾,超音速波阻低,能够以较低推力实现相同超音速飞行性能),这样燃油+航电+武器+飞行员及装具总共可占起飞重量的 49%。如前文所述,中五的燃油系数至少应达到 0.30,故而其 3500 千克的航电+武器+飞行员及装具占起飞重量的比例最多是 19%,飞机正常起飞重量为 18421 千克。如果乐观估计,假定先进中五的结构系数可低至 0.39,则航电及武器+飞行员与装具总系数为 0.20,飞机正常起飞重量为 17500 千克,与 AVIC 放的粽子卫星相当。


但是沈粉们不必得意的太早,17500 千克重量是单发蝶形尾情况下乐观估计结构系数的结果,可谓制空型中/轻五正常起飞重量的绝对下限。粽子采用的是沉重的双发四尾布局,以地球上能搞到的材料和发动机不可能将起飞重量压到 17500 千克。在 17500 千克的超巡机体上实现内置 4 枚超视距武器也绝非易事,很可能需要采用瘦长的串列武器舱以维持较小的横截面积,从而严重限制内部武器载荷的灵活性,这在战术飞机价格不断膨胀,多用途化大势所趋的今日实在不是什么好消息。

 

不管怎样,按照最为乐观的估计,先进中/轻五将能以 "猛禽" 60% 的单价实现其 50% 的空战能力 (价格按与重量成正比计算,参见前文),且超音速续航力不亚于后者 (将作为热汇的燃油量固定为 1200 千克,先进轻五的可用燃油系数为 0.231,略逊于 F-22 的 0.239,但前者的超音速波阻较低,超巡燃油经济性较好),根据兰开斯特平方律,这样的先进轻五执行制空任务时的效费比确实可能超过 F-22 (14 架先进轻五的采购成本为 10 架 F-22 的 84%)。问题在于,首先,在航电和软件主宰战斗机成本的今日,单价与重量成正比的假设无法成立,先进轻五的实际采购成本很有可能达到 F-22 的 3/4,就算其单机战斗力能达到 F-22 的 1/2,足以匹敌 10 架 F-22 的 14 架轻五,采购成本亦将与 10 架 "猛禽" 并驾齐驱,这里还未考虑额外的飞行员训练费用。其次,YY 版轻/中五战斗力相当于半架 "猛禽" 的假设如前文所述过于乐观,由于航电重量与战术性能间的非线性关系,航电重量较轻的轻/中五的超视距空战能力实际上无法达到重五的 50%。再次,以先进的蝶形尾轻/中五与常规四尾的 F-22 比较对重五是不公平的,蝶形尾轻/中五与蝶形尾重五对比才能真正说明问题。

 

上面说了,17500 千克级轻五的设想过于乐观,且多用途性能不佳,续航力与 F-22 相比不过五十步笑百步。为提高工程可行性,增大作战半径,不妨在维持 0.40 级结构系数和 0.11 级发动机系数的基础上,将燃料系数提升至 0.33,航电及武器+飞行员与装具重量降低至起飞重量的 16%。这样先进中五的起飞重量为 21875 千克,仍大大低于常规四尾双发版的 25000 千克,且可用燃料系数达到 0.275,超巡航程将比 F-22 高出约 30%,超巡作战半径将攀上 MD 空军原本要求的 400+ 海里级水平。明显优于 "猛禽" 的超音速耐久力将大幅度提高该型中五的作战效能,其效费比完全有可能高于超重而短腿的 F-22 (长腿飞机的 on-station time 即滞留于战区的时间在起作用)。


为与该型中五比较,假想一型蝶形尾双发重五,其结构系数如前所述设定为 0.40,发动机系数为 0.11,为保证远程超巡性能,将燃料系数调高至 0.35,占起飞重量 14% 的航电及武器+飞行员与装具向 F-22 看齐,共重约 4500 千克。该型重五的正常起飞重量因此在 32000 千克左右,携带燃油 11200 千克和 6 枚各重 225 千克的超视距武器 + 2 枚格斗导弹 (由于假想的冲压弹较重,该机武器总重会比 F-22 的略高,但对于重型机而言基本可以忽略不计),远战火力是中五的 150%,任务航电是中五的 133% (假设基本航电重 1000 千克),可用燃油系数达 0.3125,超巡航程比 21875 千克先进中五高出大约 20%,全超巡作战半径有望站上 500 海里。如果战区与基地/空中加油区的距离是 21875 千克中五超巡作战半径的 75%,即 300+ 海里,则全程超巡情况下,先进重五的 on-station time 将是先进中五的 180%。按照对中五最为有利的计算方法,假定中五空战效能为重五的 1/2,则 14 架先进中五能与 10 架先进重五相匹敌,但先进中五的单价是先进重五的 68%-80%+ (较小数字按照价格与起飞重量成正比计算,较大数字按照航电重量主导价格的原则计算),14 架先进中五的总采购成本实际上已接近或超过 10 架先进重五,且由于在 300+ 海里超巡作战半径上先进重五的 on-station time 为先进中五的 180%,在这个距离上 24 小时持续交战时每个重五架次等于 1.8 个中五架次 (按战区内滞空飞机数量计算),即使按照对中五最为有利的假设计算战斗力和单价,重五也占据着明显的效费比优势 (同样采购成本时,重五不仅拥有单机战斗力的优势,而且拥有等效架次数量的优势,在质量和数量两方面均彻底压倒中五)。将战区与基地/空中加油区的距离压缩至中五超巡作战半径的 1/2 时,每个重五架次仍相当于 1.4 个中五架次。显而易见,蝶形尾单大推中五在某些条件下效费比可望优于 "猛禽",但无法与同样采用蝶形尾布局的双大推重五竞争。

 

PS

1. 即便是最小化版轻/中五也需要 189 千牛级的发动机。合理版,起飞重量 21875 千克的先进中五更需要加力推力高达 236 千牛的大功率涡扇方能确保有竞争力的机动性。如此怪兽级涡扇对于目前的 TG 而言,既不可望,更不可及。而起飞重量 32000 千克的双发先进重五,则只需配备 172 千牛级涡扇即可。

2. 采用小型全动垂尾和面积较小的主翼,鸭式布局,且空间较为充裕的 J-20,重量分配预计类似于双发蝶形尾重五,因此不再专文分析。
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