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剪水鹱的博客

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中五之困(7)  

2016-12-15 10:41:37|  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...

7. 隐形性能 & 热量控制

对中五而言,坏消息到目前为止已经很多,但尚未结束。将令 "低端经济版" 战斗机粉丝团沮丧不已的事实是:
1) 相同技术水平时,中五的隐形性能必然弱于重五
2) 中五作为冷却系统热汇,必须雷打不动的燃油储备的绝对值,事实上有可能超过重五

与直觉背道而驰吗? 世界有时候就是这么奇怪。

尴尬的中五(6) - puffinus - 剪水鹱的博客
 
空间紧张的 F-35 的腹部鼓出来了好几块,机翼与机身的结合部位亦未实现平滑过渡,雷达隐形性能大打折扣。


尴尬的中五(6) - puffinus - 剪水鹱的博客
 
粽子的机腹比 F-35 平坦得多,翼身结合部也比 "闪电" 整洁,但中五内部空间紧张的现实仍迫使粽子在 "腋下" 长出两块 "赘肉" 以容纳主起落架,从而未能实现翼身平滑过渡。


1) 无论是为 STOVL 构型所累的  "闪电",还是受制于双发四尾构型的粽子,外形设计对隐形原则的遵守均无法向 F-22/J-20 级别的重五看齐,不管怎样涂脂抹粉,雷达隐形性能,特别是较低波段 (S 波段和 L 波段) 的隐形性能均不可能达到重五标准。但是全新设计的单大推蝶形尾中五理论上能够实现较为完美的外形处理,中五隐形性能的最大弱点是其传感器系统。

通常讨论雷达隐形时,平台自身的雷达反射截面积备受关注,而传感器系统的性能和主动辐射控制则经常遭到忽视,这不能不说是一个巨大的误区。隐形是庞大的系统工程,任何一环掉链子都会造成其它方面的努力几乎前功尽弃。那么,为什么说中五的传感器系统是其隐形性能的最大弱点呢?

A. 被动射频传感器:
隐形技术仅是降低了飞机的雷达反射信号特征,而非使其变得无影无踪。此外,隐形飞机的雷达反射截面积在不同的方向上各不相同,被不同波段的雷达照射时也大小各异。受到目前技术水平的限制,由于要保证出色的飞行性能,第五代隐形战斗机的雷达反射截面积在高波段 (譬如战斗机雷达常用的 3 厘米波段) 普遍呈现 "领结" 式分布,即轴向反射信号极低而侧向反射信号较高。面对分米波雷达时,配备二元喷管的 F-22 仍维持着 "领结" 式 RCS 分布,而长着猴子屁股的 F-35,T-50,以及当前版 J-20 的 RCS 均呈现 "吃豆人" 式分布。威胁源波段达到米级时,即使目前战斗机隐形性能之王的 F-22 也滑落至 "准隐形" 区。要想避实击虚,充分利用平台隐形性能,从而穿透敌方的防空系统,隐形战斗机就必须配备强大的被动射频探测系统 (如 F-22 的 AN/ALR-94),以精确测定威胁源的强度,方位,波段等信息,相应规划出最佳突防轨迹。F-22 由于超重和成本因素,放弃了原本计划安装的红外传感器,却丝毫不肯在 AN/ALR-94 系统上放水,足以表明这类系统对需要穿透先进 IADS 的隐形战斗机何等重要。空战中,配备此类传感器的隐形战斗机可利用对方战斗机的雷达辐射锁定目标,悄无声息地实施偷袭。如篇 1 所述,中五受到航电重量的限制,若要维持 AESA 雷达起码的功率孔径,被动射频传感器系数不可避免地将大幅度放水,导致本机隐形性能得不到充分发挥。理论上中五能够依靠第三方传感器提供的数据进行威胁规避,但在瞬息万变,电子对抗强度极高的现代战场上,第三方传感器并不总是靠得住的。


尴尬的中五(6) - puffinus - 剪水鹱的博客
 
"领结" 式 RCS 分布示意图。

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  "吃豆人" RCS 分布示意图。

B. 雷达:
中五的横截面小于重五,雷达孔径势必相应减小。工作波长一定时,雷达的增益与天线孔径成正比,例如 Su-27 系列战斗机的雷达天线增益,即高于 MiG-29 系列 3 分贝之多。换言之,重五的雷达天线增益,大致可达到中五的 2 倍。天线灵敏度较高,完成同样任务时需要的发射功率便相应降低,从而减少战斗机遭到敌方射频传感器被动探测的概率。此外,波长一定时,天线越大,波束聚焦水平越高,主瓣锥角越小,而副瓣能量也越低。主瓣锥角小意味着敌方射频传感器截获主波束的概率降低,副瓣能量水平低则降低了敌方利用副瓣辐射能,被动定位隐形战斗机的可能。


2) 下面再来简单讨论一下为什么中五可能需要比重五更多的热汇燃油。

原因很简单,又是体积紧张惹的祸。

液体冷却的效率比空气冷却高得多,而 AESA 雷达等新型航电的发热量又相当可观,因此从 F-22 开始,新一代战斗机普遍引入了以燃油为热汇的航电液冷系统。但是用燃油吸收峰值热负荷可以,要保持整个飞机的凉爽,最好还是再安装一套功率相对较低的气冷系统,利用航电低负荷工作的时间,将多余的热量从燃油系统里排出去,否则燃油温度过高,将可能出现理化性质变化,影响发动机正常工作。隐形飞机的气冷系统当然不能在机体表面乱开进排气口,否则隐形性能就泡汤了,而必须从发动机引气 (bleed air),走机身内部的管道。空间紧张的中五显然很难找到足够的空间来安装这样一套气冷系统,即使装上了,功率也不可能太高,而重型机要配备气冷系统,空间和功率选择就要宽松得多。因此燃油本来就比较少的中五,可能反而需要比重五更多的热汇燃油,这对于其本已偏低的作战半径而言,无疑是雪上加霜......尴尬的中五(6) - puffinus - 剪水鹱的博客尴尬的中五(6) - puffinus - 剪水鹱的博客尴尬的中五(6) - puffinus - 剪水鹱的博客
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