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中國垂直起降戰機會選擇哪種方式:雅克141還是F35B
送交者: 力挽狂瀾 2020年10月10日18:19:12 於 [軍事天地] 發送悄悄話

  不久前,航空研究院在官微發布的文章顯示,中國“新一代戰鬥機”將會在2021年首飛。國內網友普遍認為該機是以“鶻鷹”戰機為基礎發展而來的海軍五代機,將是一架全新的隱形戰機,其正式編號有可能是殲-35。而俄軍事專家瓦西里·卡申也評價稱,研製“下一代戰鬥機”的報道表明,中國正在積極地增強自己作戰飛機的能力,該機更有可能是中國標準的五代機,是一款垂直起降戰鬥機。

  FC-31“鶻鷹”改進型很可能成為我國新一代隱身固定翼垂直起降艦載機

  另一方面,中國已經建造了兩艘排水量為4萬噸級的075型大型兩棲攻擊艦,076型兩棲攻擊艦也鬧得沸沸揚揚,下一步中國也需要研製與美國海軍陸戰隊F-35B類似的垂直起降戰鬥機,配備在075等兩棲攻擊艦上,以增強作戰能力。那麼,中國未來固定翼垂直起降戰機會採用哪種方式和技術呢?

  鷂式方式: 隱身性差,難擔大任

  目前,固定翼垂直起降戰機的技術路線主要有三種:以英國鷂式飛機為代表的重心附近多噴管提供向上推力,合力作用於重心垂直起降;以原蘇聯雅克-141飛機為代表的升力發動機(重心前)與主發動機(重心後)同時提供向上推力,合力作用於重心垂直起降;以美國F-35B為代表的升力風扇(重心前,由發動機通過傳動軸驅動)與發動機(重心後)同時提供向上推力,合力作用於重心垂直起降。

  其中,鷂式是世界上第一種實用的可以垂直起落、快速平飛、空中懸停和倒退飛行的戰鬥機。鷂式飛機垂直起落,主要靠設計獨特、性能優秀的英國羅·羅公司的“飛馬”發動機。當飛機垂直起飛時,發動機前後四個噴管轉到垂直向下的位置,產生向上推力,使飛機垂直上升;短距起飛時,噴管水平向後產生向前推力,使飛機滑行加速,然後噴管迅速向下偏轉60度,再藉助機頭甲烷噴管的作用,使飛機脫離地面起飛;此外,四個噴管還可以從向下的垂直位置再向前偏轉8度,可在着陸滑行時產生反推力剎車,在空中飛行時可使飛機倒退飛行。

  AV-8B“海鷂”戰機

  在矢量噴管研製方面,我國已經走在了世界前列。我國矢量噴管研製初期(90年代及以前),對偏流式、折流板式、關節偏轉式、二元矢量噴管等均進行了大量研究,研製生產了多種樣機,進行了大量試驗。目前,我國已將國際公認技術難度最大的,隱身軸對稱柔性全向矢量噴管研製成功,並在多型飛機上試用。2018年11月珠海航展上,使用這類噴管的殲-10B戰鬥機為公眾獻上了精彩的表演輕鬆完成了國際公認的多種高難度過失速機動,震驚世界。這標誌着我國推力矢量技術取得重大突破,成為世界上三個(美、俄、中)掌握此項關鍵技術的國家之一。與隱身軸對稱柔性全向矢量噴管相比,主要在起降時偏轉的早期矢量噴管(一般屬於較簡單的偏流式或關節式),研製難度小得多,而且我國對得到的鷂式飛機也進行了多年的分析研究。因此,我國短期內完成這類早期型噴管柔性改進型(減少偏轉推力損失)的研製、生產和試驗,並不困難。

  殲-10B推力矢量驗證機做“眼鏡蛇機動”

  但這類飛機發動機位於重心附近,相對靠前,進氣道較短,高速性能和機動能力差。同時,由於存在外露的多個可偏轉噴管(若設計成可收放式,將導致系統結構複雜重量大,可靠性降低,可能得不償失),也會破壞機身的隱身外形,較大幅度增強雷達波反射。因此,鷂式的技術路線雖然成熟,但其在隱身特性上的先天缺陷,決定了它難擔重任。

  雅克-141方式: 技術不成熟,難度較大

  雅克-141戰鬥機採用升力/巡航發動機相結合的方案布局,裝備一台圖曼斯基設計局研製的R-79推力矢量升力/巡航渦扇發動機,在靠近飛機重心處兩個尾撐間裝軸對稱關節偏轉式噴管,使用壽命為1500次偏轉循環。飛機短距起飛時,噴管向下偏轉65°,打開至全加力狀態,滑跑距離很短即可離地。噴管最大偏轉角95°,垂直降落時具有反推減速作用,此時的升力推力約為發動機巡航推力的80%。座艙後部機身前後並聯安裝2台同一設計局研製的RD-41升力發動機,為飛機垂直/短距起飛時提供重心前向上平衡推力。升力發動機與垂直面成15°安裝角,推力偏轉範圍為±12.5°,配數字式電子調節系統。

  雅克-141採用了兩台RD41噴氣式發動機作為升力系統,升力風扇排出的氣流溫度較低,對甲板和起降場地的要求較低

  關節偏轉式噴管結構簡單,已廣泛使用於蘇-30/35等飛機上,我國幾年前採購了20餘架蘇-35,對該技術已經較為熟悉。因而,我國短期內研製出技術難度較低,結構更簡單的關節偏轉式噴管,主要供飛機起降時使用,相對容易。若在鶻鷹基礎上,將目前不可偏轉噴管更換為關節偏轉式噴管,再將升力發動機以一定安裝角布置在座艙後的機身中。輔以機頭、機尾兩側的平衡小噴管——以發動機壓氣機引氣供氣,改進為雅克-141方式的垂直起落飛機,理論上可行,並可以保留隱身性能。但我國未研製過升力發動機,缺乏經驗,全新研製的話,實用化估計需要十年左右(從國外引進也不現實:俄羅斯目前失去了研製生產能力)。由於大中型發動機長達數米,難以在厚度有限的機身內豎直安裝,升力發動機一般為小推力發動機,雙(多)發並聯使用。其一般僅在起降或懸停等狀態使用,比一般發動機壽命明顯要短,比一次性使用的彈用發動機壽命明顯要長,同時要求高推比,避免太大死重。由於我國4-5噸級小推力渦扇發動機(如岷山)受到大、中型發動機研製的衝擊,目前進展不快,若採用岷山來改進改型,因基礎型不成熟,周期也未必較全新研製短。

  此外,升力發動機向下排出燃氣,受地效影響,會產生強烈亂流,可能進入主發動機進氣道(無法完全避免),使其不能穩定工作,降低飛機可靠性。同時,升力發動機死重較大,將降低飛機有效載荷,同時還將占據機身的寶貴空間,導致機內載油量下降,彈倉布置難度加大,尺寸可能縮小。鶻鷹本來噸位不大,屬於中型機,如此改進將明顯削弱其作戰能力,是否值得,需要有關部門綜合考慮。

  F-35B方式: 影響性能,有一定局限

  美國F-35B安裝了一台F135-PW-600發動機,採用了升力風扇+發動機噴管下偏+調姿噴管的技術方案。升力風扇直徑為1.27米,可向前偏轉13°,向後偏轉30°,工作時冷氣流以230千克/秒的流量垂直向下噴出,產生90千牛的推力;偏轉噴管垂直向下偏轉,也產生較大推力;該噴管可從水平偏轉到垂直向下或斜向前,可提供滑跑降落時的反推力。此外,翼根處滾轉控制小噴管利用發動機壓氣機引氣,也可提供16.7千牛的推力;在小噴管差動控制時,實現飛機滾轉;通過偏轉小噴管實現飛機偏航控制;通過升力風扇和發動機噴管實現俯仰控制。

  F-35B戰鬥機升力風扇

  我國研製關節偏轉式噴管沒有難度,再輔以發動機壓氣機引氣供氣的姿控小噴管,雙發中推天山(其改進型雙發總推力不亞於F135)共同驅動類似F-35的一台共軸反旋升力風扇也不存在多大的技術障礙。我國航發瀋陽所聯合其他單位,2008年前便啟動了垂直起落飛機升力風扇系統的跟蹤研究。其通過減少風扇葉片數量,實現了系統的減重;通過優化葉片氣動設計,在減少葉片的情況下,以和F-35升力風扇相當的尺寸,較小的氣流量,實現了較大的推力。近年來,我國已經開始在國內招標採購升力風扇系統的試驗用樣機。這說明我國的升力風扇系統的研製取得了突破,已接近實用化,可滿足試飛階段樣機的需要。因此,我國若參照F-35垂直起降的技術路線,目前是可行的,有望短期內獲得一種噸位小於F-35(但差距不大),隱身和空戰能力略優於對手的垂直起落隱身艦載機。

  儘管升力風扇系統死重小於升力發動機,但仍會占據機身一定空間,造成內部燃油量下降,縮短飛機作戰半徑,並影響彈倉布置,可能縮小其尺寸。鶻鷹即使採用目前最先進的技術路線實現垂直起落,也會削弱其常規作戰能力。而若將鶻鷹尺寸放大重量增加(不利於艦上使用),又會對發動機提出更高要求(換裝不太成熟的新中推發動機,飛機改動較小;換裝太行則需將中型飛機重新設計為大型,周期較長),降低飛機的可靠性或嚴重拖延研製進度。實際上使用垂直起落飛機的場合併不多,專門研製這類飛機,對我國軍方是否很必要,目前尚未定論。

  結語

  綜上所述,目前三種固定翼垂直起降戰機都有明顯的優缺點,未來我國固定翼垂直起降戰機究竟會採用何種方式,或許隨着時間的推移,謎底會逐漸揭開,我們可以拭目以待。


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