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中國艦載預警飛機
送交者: 力挽狂瀾 2013年07月17日22:30:44 於 [軍事天地] 發送悄悄話
     去年在互聯網上出現了兩幅疑似中國艦載固定翼預警機的照片。韓國《韓國軍事防務網》和俄羅斯《軍事評論》等媒體相繼發表評論。外界認為,固定翼艦載預警機作為中國未來航母的預警指揮手段,而從俄羅斯引進的卡-31預警直升機將是過渡裝備。環球網2013年6月4日報道:2012年,JZY-1型艦載預警機驗證機首飛成功,由此證實了該機的存在。
  航母需要固定翼艦載預警機
  在海戰中,如何儘可能遠的探測到敵方來襲武器,是確保己方水面艦艇編隊安全的關鍵。因為發現距離越遠,己方抗擊準備才能越充分。而要實現遠程預警,僅靠艦載對空和對海搜索雷達是不夠的,因為俗話說“站得高看得遠”,但現代高性能艦載對空對海雷達重量都不輕,受到載艦重心、桅杆強度等制約,所能安裝的高度就那么二三十米,而且地球曲率的存在還極大地限制了其對低空目標的探測距離,通常不過40千米。所以,要想從根本上解決艦艇編隊在海上的遠程預警問題,必須靠艦載預警機。
  目前世界上共有兩類艦載預警機,一種是以“海王”AEWMK7和卡-31為代表的預警直升機,另一種是E-2C固定翼艦載預警機。相比較而言,艦載預警直升機具有起降優勢,只要艦上有塊面積較大的飛行甲板就可起降。也正因為如此,那些無法操作使用固定翼艦載預警機的航母大都搭載艦載預警直升機。
  與上述兩種艦載預警直升機相比,E-2C儘管起降性能大大不如,只能搭載在有彈射器的中大型航母上,但其預警指揮能力遠遠超出。以美國在上世紀90年代初改進的E-2CGroup Ⅱ為例,其換裝了AN/APS-145型數字化脈衝多普勒雷達能同時跟蹤超過2000個空中和水面目標,一次雷達掃描可覆羔1250萬平方千米的空域,可在648千米外探測到轟炸機,在480千米外探測到戰鬥機。此外,該雷達輻射狀孔徑控制天線減少了副瓣,有很強的抗電子干擾能力。
  艦載預警直升機無論是巡邏範圍、飛行速度和高度、探測距離、多目標跟蹤能力、指揮引導能力、留空時間等都與艦載固定翼預警機有着巨大差距。對搭載垂直/短距起降戰鬥機和直升機為主的輕型航母來說,艦載預警直升機的能力夠用了,但對搭載固定翼戰鬥機為主的中型和大型航母來說,艦載預警直升機的能力明顯不夠。舉例來說,當搭載蘇33和卡-31的“庫茲涅佐夫”號航母與搭載F/A-18E/F和E-2C的美國“尼米茲”級航母對抗時,儘管雙方的艦載戰鬥機在技戰術性能上完全可以匹敵,但由於卡-31的預警指揮能力遠遜於E-2C,將使得蘇33的信息感知能力明顯弱於F/A-18E/F,進而導致蘇-33在與F/A-18E/F的空中對抗中處於很大劣勢地位;同時這種預警能力的差距還將導致“庫茲涅佐夫”號在組織防禦時明顯不如“尼米茲”級從容和有效。
  中國正在測試的“遼寧”號航母平台排水量在6萬噸以上,與“庫茲涅佐夫”號、“尼米茲”級航母一樣以搭載固定翼戰機為主。如果其未來服役後只能使用卡-31艦載預警直升機的話,將很難充分發揮大型航母平台和固定翼戰機的能力。因此,中國必須發展固定翼艦載預警機來消除信息感知能力的不足,以利航母平台更好地進行攻防作戰。
  中國艦載預警機平台性能
  從近期互聯網上出現的疑似艦載固定翼預警機照片來看,機體平台選擇的是運-7運輸機。其實這也很好理解,在中國可供選擇的三款平台中,運-8太大太重,運-12太小太輕,只有運-7的尺寸和重量還比較合適。不過,這個機體平台並非完全是原先的運-7,而是進行了改裝,其中最明顯的地方有兩個,一是垂尾變成了類似美制E-2預警機的四垂尾布局——外側的兩個垂直翼面延伸到平尾以下,中間兩片則固定在水平安定面之上而沒有下延;二是採用了新型動力系統。
  E-2當初之所以採用四垂尾布局,主要出於兩方面考慮:一是為了適應海上的複雜飛行環境與航母上複雜的起降環境。艦載固定翼預警機在海上低空低速飛行時受到氣動干擾的影響很大,同時背負式雷達罩也會對飛行穩定性造成影響,因此其必須具備很強的低速穩定性,能夠在較低的飛行速度下抵禦氣動干擾的影響。相比於平直翼高升力係數的效果,方向安定性成為艦載預警機低速安全性的關鍵,而增加方向安定性能最有效的方法就是增加垂尾的面積。另外,艦載固定翼預警機無論採用彈射還是滑躍方式起飛,艦上可用跑道長度都限制了起飛速度,而月採用渦槳動力和平直翼的艦載固定翼預警機加速性也不好,低速離艦後必須要經過較長的時間保持姿態穩定和加速。E-2採用四垂尾布局,能夠在尺寸有限的機尾空間容納最大面積的翼面,有利於保證艦載預警機起降時的穩定性和飛行安全。這也就解釋了為什麼作為一款出勤率相當高的艦載機,E-2自1964年1月19日交付美國海軍使用至今,極少出現飛行與起降事故。二是為了適應航母機庫高度限制。像E-2這般大小的飛機,如果採用傳統的單垂尾和H形垂尾來保持飛行穩定性,高度勢必會超出航母機庫的限制。但要減小單垂尾和H形垂尾高度,垂尾面積也會減小,從而給飛行安全帶來威脅。既然不能依靠增加高度的方式增加垂尾面積,那麼只有依靠增加垂尾數量來達到增加垂尾面積的目的,這也是平衡飛機穩定和高度尺寸之間矛盾的唯一方法。不僅如此,E-2為了適應機庫高度,還將雷達罩設計的很薄,並且通過液壓控制雷達罩的升高或降低,停機時最大的下降高度可達0.64米。
  互聯網上的中國艦載固定翼預警機照片所展示的四垂尾機尾布局,無疑借鑑了E-2的設計,這是對同樣需要所做的自然反應,也是目前已被實踐證明是效果最好的設計。不過,中國艦載固定翼預警機的四垂尾機尾布局與E-2也有區別,就是前者的四片垂尾都鉸接有可以活動的方向舵,而E-2的四片垂尾中只有三片鉸接有可以活動的方向舵(左側的第二片垂尾上沒有)。
  互聯網上的中國艦載固定翼預警機照片顯示其用新型六葉螺旋槳替換運-7的四葉螺旋槳。聯繫到此前出現的運-8高新機也採用的是這種六葉螺旋槳,據此可以判斷中國艦載固定翼預警機的動力裝置為2台渦槳6C,單台功率為5000馬力。相比於運-7-100所採用的渦槳5A-1發動機2900馬力的單台功率,渦槳-6C的功率提升幅度顯然非常之大。

      很多人一提到艦載固定翼預警機的起飛,總有種慣性思維,認為其必須依靠彈射器起飛,難以在滑躍起飛型航母r使用。實際情況並非如此!採用大展弦比平直翼的螺旋槳飛機具有較大的升阻比,起降性能良好,不依賴彈射器是可以實現在航母上起飛的。1963年11月8日、21和22日,美國海軍曾經用一架海軍陸戰隊的KC-130F“大力神”加油/運輸機在56000噸的“福萊斯特”號航母上進行過起降試驗,其中29次為“接觸-離去”式着艦,21次為“全停”着艦/起飛。所有這些起降試驗均未使用彈射器,完全依靠KC-130F自主完成。據美國海軍宣稱,試驗表明,KC-130F在38555千克重量下,能夠在81.4米距離上實現着艦(螺旋槳反槳);在58444千克的最大起飛重量下,能夠在227.1米距離上實現着艦(螺旋槳反槳),在140.2米距離上實現起飛(這還是在平直甲板上)。而且,在起飛試驗中有一些並不需要甲板風相助。
  但美國海軍並未讓KC-130F上艦,主要原因在於其進行起降作業時需要清空甲板,而且螺旋槳反槳着艦存在很大風險,一旦有不測,飛機沒有復飛機會。另外,更適合上艦的C-2A“灰狗”運輸機的出現(1965年開始使用,在E-2平台的基礎上改進而來),也是KC-130F上艦未遂的重要原因。
  上世紀80年代初,美國海軍用T-2C、F/A-18A、F-14A等艦載機進行了陸上滑躍起飛試驗,滑躍甲板角度分別為6°和9°。其中低速低翼載的T-2C噴氣艦載教練機用於模擬預警、反潛、運輸等平台的滑躍起飛。實驗證明,在滑躍甲板角度為9°的情況下,T-2C以推重比為0.5時起飛距離僅114米,推重比為0.42時也小於190米。此外,美國海軍早期的E-2A預警機技術手冊也表明,即使是只有3155馬力發動機的E-2A在無風狀態下也只需滑跑275米即能以最大起飛重量起飛:在25節甲板風情況下,滑跑只需134米。如果是像T-2C一樣滑躍起飛,所需滑跑距離將更短。
  從上面介紹的美國海軍在航母上測試C-130以及模擬E-2滑躍起飛的情況來分析,運-7平台即使不進行任何改進,也可從航母上起飛。如果是以互聯網上曝光的改裝狀態進行滑躍起飛,藉助25節甲板風,其應該能以最大起飛重量從“瓦良格”號航母上的195米長起飛點實現起飛,從首甲板的兩個105米起飛點實現輕載起飛。
  那麼是不是說互聯網上曝光的JZY-01具備上艦使用的條件了呢?並非如此。因為上艦使用不只是能飛起來就行,還包括其它許多要素。
  艦載固定翼預警機大多數情況下是要呆在機庫里的,而機庫高度以及升降機的大小、提升能力對於艦載固定翼預警機的尺寸和重量是有嚴格限制的。但互聯網上的中國艦載固定翼預警機照片,除了明顯的四垂尾和新型發動機變化外,運-7平台的長度似乎沒有發生變化,由此推測其翼展可能也沒有變化,同時照片上也看不到機翼是否進行了摺疊。我們知道,原始運-7的尺寸要比E-2大——運-7機長23.7米,機高8.5米,翼展達29.6米;E-2C機長17.7米,機高5.6米,翼展24.6米。而“瓦良格”號的同級艦——俄羅斯“庫茲涅佐夫”號航母舷側升降機的尺寸為20x15米、提升能力為40噸,估計“瓦良格”號的舷側升降機尺寸和提升能力也基本如此。如果說在改裝四垂尾之後,運-7平台的高度可以降到6米以下,並且假定雷達罩高度也可以像E-2C一樣進行調節,那麼滿足機庫高度的要求可以實現,而且改裝後的運-7平台重量即使按比較寬鬆的25噸計算,也在升降機的提升能力範圍內,但以原有運-7的機長和翼展,還是難以在“瓦良格”號航母上使用的,因為其超過了航母升降機的尺寸限制。即使摺疊機翼也不行,因為機長仍然超標,而且原有運-7的翼展太大,摺疊後還可能帶來高度超出機庫限制的問題。
  還有比較明顯的一點說明互聯網上曝光的中國艦載固定翼預警機難以在航母上使用,就是其起落架沒有變化。這說明什麼呢?說明運-7平台的起落架和機體結構都沒有進行加強。雖然滑躍起飛不像彈射起飛對起落架結構強度和機體結構強度要求那麼高,但着艦卻有較高要求。因為着艦時,艦載機幾乎是“砸”向甲板,衝擊力大大超過着陸,然後依靠着艦鈎鈎掛阻攔索生拉硬拽才能停下來。如果不對起落架和機體結構進行強化,是難以承受着艦的衝擊力和攔阻拉力的。
  此外,艦載固定翼預警機在航母上使用還會遇到海上特有的高濕、高鹽環境,對機體的耐腐蝕能力要求也很高,而陸基飛機在這方面顯然不能滿足要求。如果運-7平台不對機體的耐腐蝕能力進行改進的話,也無法上艦使用。
  雷達和數據鏈
  互聯網上的JZY-01沒有採用與國產空警2000預警機相似的大厚度圓盤雷達罩,而是與E-2C類似的大直徑、小厚度形式,就連安裝位置也與E-2C相似。E-2的雷達罩直徑為7.3米、厚度只有0.79米,估計中國艦載固定翼預警機的雷達罩尺寸可能也與此差不多。雷達罩採用大直徑顯然是為了增加天線尺寸,而小厚度則是為了儘可能降低雷達罩對飛機氣動性能的影響,特別是儘可能減小飛行阻力。
  但是雷達罩內會安裝何種樣式的雷達呢?我們知道,空警2000的圓盤形雷達罩裝的是有源相控陣雷達,具體是把三個平面相控陣雷達天線呈等邊三角形放在雷達罩內,這樣不論飛機如何運動,都能保證一個天線“注視”警戒空域,同時利用相控陣天線快速掃描的特點,探測到目標後迅速讓波束返回掃描確認。但有源相控陣雷達也有一些明顯缺點:一是天線陣面數量過多,增加雷達罩系統的複雜程度:二是試驗證明三面陣相控陣雷達在波束結合部的探測距離較差;三是多面相控陣雷達普遍存在天線旁瓣較大的問題:四是多個陣面裝在一個雷達罩內,會使天線增益受到較大限制。這些因素綜合作用,會影響到有源相控陣雷達的探測距離。
  考慮到海上遠程探測的需要,估計JZY-01可能會採用與E-2C類似的八木天線,其好處是能夠將天線尺寸做到接近雷達罩的最大直徑,而且天線增益大、旁瓣小。儘管機械掃描雷達數據刷新率較低,但由於其探測距離遠,這方面的缺點倒並不嚴重。與此同時,雷達波長也可能較長,雖然不利於對地面目標探測,但中國海軍航母主要是用於對海作戰及遠洋防空,對地作戰居於次要地位,因此這個缺點也不是很嚴重。
  現代軍用電子技術更新速度很快,任何國家海軍也不可能做到一步到位。對中國海軍來說,艦載固定翼預警機的雷達首先要解決夠用和可靠問題,積累經驗後再徐圖進步。如果在艦載固定翼預警機使用有所心得,可以通過持續更新軟件來提升性能,或者換裝類似E-2D上的AN/AN/APY-9機/電混掃雷達。
  除了雷達,數據鏈也很重要,因為其是讓艦載固定翼預警機傳遞信息和成為空中指揮引導中心的關鍵。近年來,中國在先進數據鏈,特別是三軍通用數據鏈上投入很大,相信中國艦載固定翼預警機必定會裝備與外軍技術水平相當的數據鏈。
  結語
  總體來看,互聯網上曝光的中國艦載固定翼預警機主要還是用於檢驗預警機平台、雷達系統的可用性,正如其編號“JZY-01驗證機”一樣,還算不上真正的冉見載固定翼預警機原型機。未來通過該機的技術驗證,可能會對運-7進行較大改動,包括縮小機體長度和翼展、採用摺疊機翼、加強起落架和機體結構強度、大量應用複合材料來減輕自重、提高抗腐蝕性能等,或者重新研製專用的艦載固定翼預警機平台,並對雷達系統進行完善,從而推出真正可用的艦載固定翼預警機。

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