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剪水鹱的博客

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丝带之舞  

2016-10-30 18:14:49|  分类: J-20 |  标签: |举报 |字号 订阅

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丝带之舞 - puffinus - 剪水鹱的博客

J-20 的 “狂暴试飞” 令兔国诸多军迷浮想联翩,其优异的机动性能被所谓 “国发党” 看作 WS-15 已装机使用的铁证。


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然而空重与 J-20 相似的 F-14A 凭借敏感而又羸弱的小心脏 (帝国军首代加力涡扇 TF30-P-414,海平面军用推力 55.0 千牛,加力推力 93.0 千牛,主要性能参数大致与兔军 JH-7A “飞豹” 配备的 WS-9 “秦岭” 相当) 照样在波斯国王面前完成了华丽的 “狂暴试飞”,为格鲁曼公司猫之一族的绝唱争取到了手握重金的海外客户,在关键时刻拯救了“雄猫”,拯救了格鲁曼,也拯救了帝国海军舰队航空兵。尽管当天驾驶 F-14A 的 Don Evans 和 Dennis Romano 偷奸耍滑,趁着竞争对手 F-15 在空中表演的机会悄悄开启发动机,将机载燃油烧至只有正常水平的 15% 出头,但 “雄猫” 滑向起飞线时,推重比实际上仍略微低于 1.0。相比之下,气动布局远较 “雄猫” 先进的 J-20 就算使用 “推力偏低” 的 AL-31F 基准版发动机 (海平面加力推力 122.6 千牛),仍可在非武装半油状态下保证高于 1.0 的起飞推重比 (综合考虑先进鸭式布局的减重效果和 J-20 体积大于 F-22A 与 T-50 的因素,保守假定 J-20 空重为 19000 千克,较 F-14A 略重,与 F-14B 相当;J-20 内油假设在 10500-11500 千克之间),某些人眼中的所谓 “狂暴试飞” 对于 J-20 而言不过是常规的热身运动罢了。


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F-22A 相对短肥且垂直尾翼尺寸可观,以马赫 1.6 速度巡航飞行时升阻比为 5.0。J-20 外形紧凑,长细比大,横截面分布曲线平滑度高,超音速气动特性较 “猛禽” 更胜一筹,马赫 1.6 时的升阻比达到 5.5 级问题不大。鸭式布局使得 J-20 纵向受力较为分散,机身抗弯强度相应可低于常规布局型号,有利于节省结构重量。面积较小的全动垂尾及先进的 DSI 进气系统也起到减轻结构重量与气动阻力的作用。

高速飞行状态下鸭翼的俯仰和横滚控制权限远远优于矢量喷管。按照鸭翼升力占总升力 1/10,最大瞬时过载 8 g 计算,J-20 全动鸭翼的升力可达二十余吨,远高于 F-22A 的两台 F119 偏转至 20 度极限时 10 吨出头的垂直推力分量。即使考虑到矢量喷管的引射效应,鸭翼的俯仰控制权限也丝毫不落下风,二者的纵向力臂长度大致相当,但鸭翼在横滚操纵力臂长度方面明显占据优势。目前构型的 J-20 尽管推重比偏低,在横滚率,敏捷性,瞬时转向率三方面已然颇为恐怖。

采用常规布局的 Su-35S,T-50 PAK FA,F-22A 三型战机的水平尾翼在超音速飞行时控制权限不足,需以推力矢量实现俯仰控制,从而造成发动机推力的双重损失。首先是喷管偏转导致轴向推力下降,偏转角 20 度时推力损失可达 6%。其次是常规战斗机通过压尾获得抬头力矩,机动飞行时尾部气动控制面/矢量喷管提供的负升力需由主翼和机身升力体产生的额外升力加以平衡,导致整体阻力相应增大。降推增阻两重负面效应的叠加,使得依赖推力矢量实现超音速高机动的常规布局战斗机在超音速转向时,等效推力损失达到 10% 左右。凭借鸭翼正升力抬起机首实现高 g 机动的 J-20 则没有这方面的烦恼,较常规布局战斗机而言,其气动性能优势在持续进行超音速机动时得到进一步强化。

战斗机加力涡扇的推力随飞行高度增加 (空气密度减小) 而降低,随飞行速度提高而增加,具体变化幅度依型号不同而各有差异,但根据有限的公开资料,大致可以认为以马赫 1.6 翱翔于对流顶层时,军用推力较海平面静止状态下降 1/2,后燃器推力较海平面静止状态提高 100% (非常粗略的估计,不要太较真,此外 F119,F120,WS-15 这类专门设计的超巡涡扇高空超音速性能,特别是干推力性能,要优于 F100,F110,WS-10,AL-31F 等设计时只考虑短时间超音速冲刺的型号)。

根据上述高度简化的 “公式”,可以近似计算出空战武装,机内满油,马赫 1.6,对流顶层状态下,F-22A 的持续转向率为 4.9 g,配备基线版 AL-31F 发动机的 J-20 的持续转向率为 4.6 g (考虑到圆截面喷管尾阻较大,将超音速升阻比设定值调低至 5.4)。安装第三批次 AL-31FN 时,J-20 上述条件下的持续转向率已经跨过了 5.0 g 门槛。即使考虑到帝国空军蓄意隐藏 F119 真正实力的可能 (另一方面,近战时 F-22A 需以侧弹舱开门状态进行格斗,气动特性随之严重恶化),由熊系加力涡扇驱动的早期生产型 J-20 仍然算得上 “猛禽” 必须谨慎应付的难缠对手

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不要跟哥扯什么航展抓眼球,然而实战价值无限接近于零的过失速 “超机动”。超音速机动才是四/五代制空战斗机性能优化的重点。 
 

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J-20 机首侧面的双六角区域可能是 Ku/Ka 波段低截获概率高速定向数据链天线阵列。与体型憋屈的 F-35 “闪电” II 相比,在机内空间,电气功率,冷却容量等方面均占据绝对优势的 J-20 更容易实现高度网络化的设计初衷。


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帝国空军高层承认 F-35A “闪电” II 相对于 F-22A “猛禽” 空战能力弱鸡,但自信满满地表示 “闪电” II 战斗编队可依托超平方律 (参见 http://puffinus.blog.163.com/blog/static/17888402920137415239622/) - 尽管并未明确使用此类术语 - 补偿其个体战斗力的不足。按照洛马与帝国空军方面的说法,F-22A 的单机战斗力大约是 F-35A 的 8 倍,但 8-9 架 “闪电” II 组成的编队却拥有与 “猛禽” 8 机编队相当的 “生存能力”。目前构型的 F-22A 网络化能力甚低,可以假定帝国空军为了给 F-35A 张目,彻底无视 “猛禽” 的网络化能力,假定其适用兰开斯特平方律,而 F-35A 则被吹嘘为网络化程度逆天,多机编队适用三次方律,与 “传统” 战机相比拥有 “维度优势” 的 “空战神器”:

F-35A 单机战斗力 1.0,集群作战适用三次方律,8 机编队战斗力 512 
F-22A 单机战斗力 8.0,集群作战适用平方律,8 机编队战斗力 512


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在赤兔军体系支撑下作战的 J-20,网络化水平绝不会低于 F-35A。如果 “闪电” II 能够适用三次方律,那么 J-20 同样可以。使用熊系涡扇的 J-20 虽然超音速耐力与整体隐形性能仍不及 F-22A,却拥有与 “猛禽” 相当的 “爆发力”,单机空战战斗力 5.0 算是相当保守的估计。三次方律适用条件下,8 架熊发 J-20 组成的作战编队将拥有高达 2560 的 “战斗力点数”,全歼 8 架(适用三次方律的)F-35A 或 8 架(适用平方律的)F-22A 之后仍保有初始战斗力的 80%,战损飞机不超过 1 架 (计算结果为 0.57)。平方律适用条件下,8 架熊发 J-20 的 “战斗力点数” 为 320,与 8 架 F-22A 接战后尽数损毁,但 “猛禽” 的损失也达到 3 架 (忽略小数点后数字),熊发 J-20 只要以  1.265/1 以上的数量优势投入战场即可对 “猛禽” 占据上风。如果对手换成 F-35A,平方律适用条件下,8:8 集群空战时,"闪电" II 全军覆没也只能换掉 1(0.84)  J-20。除非帝国军能够神奇地在西太平洋战区守住 F-35A 理论上的维度优势,否则绝无在假想的兔鹰之战中取胜的可能。对于帝国军而言值得庆幸的是,WS-15 研发相对滞后,隐形性能完善并可长程超音速巡航,具备强大降维打击能力的 “全状态” 版 J-20 短时间内还不会出现在东亚的天空。
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