解读国产双发中型四代机

据中国航空报报道,12月12日,中航起落架公司在长沙航空园举行某重点型号飞机起落架首件交付表彰仪式。该重点型号飞机是由中航工业主导研发,瞄准国际市场、兼顾国内需求的新一代多用途军用飞机。…[详细]从报道和图片上判断,这即是近段时间以来,国内互联网上呼声颇高的“双发中型四代”战斗机。那么这款双发中型四代战斗机是否会具有良好的外销前景、满足中国海空军的要求?腾讯军事为您作出分析。

2012-03-05 第 0028

又一款国产四代战斗机浮出水面

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双发双垂尾、DSI进气道...沈飞中型四代机的结构从外观看来就像美国F-22与F-35的融合体。

据中国航空报报道,12月12日,中航起落架公司在长沙航空园举行某重点型号飞机起落架首件交付表彰仪式,这是继11月4日起落架汉中地区完成重点型号任务首件交付后公司型号研制战场上的又一次大捷。中航工业装备、中航工业飞机、沈飞、沈阳飞机设计研究所等单位领导、驻地军代表及公司领导层参加仪式,并对研制过程中涌现的先进集体和个人进行表彰。该重点型号飞机是由中航工业主导研发,瞄准国际市场、兼顾国内需求的新一代多用途军用飞机。

从报道上判断,这是一款沈阳飞机设计研究所研发、沈飞公司制造的军用飞机,而沈飞一直以来以生产战斗机为主,所以这款重点型号新一代多用途军用飞机,只能是互联网上传说已久的沈飞四代机。

根据网上流传的一张模型图来看,这是一款采用常规布局、小后掠角较大展弦比的菱形机翼、DSI进气道,采用内置弹仓、两台中等推力发动机的隐身战斗机。其设计特点类似于F-22的机身缩比后搭配F-35的机翼和进气道。从外形来看,这是一款比较时髦的飞机,体型较小,长度类似于F-35,即网络上呼声颇高的“中型四代”。国内军事爱好者们普遍期待能有一款价格较歼20低廉的中型四代战斗机,与歼20形成类似美军F-22/35的“轻重搭配”、“高低搭配”,使得中国海空军未来可以保持足够数量的战斗机。

那么F-22与F-35是一个什么样的搭配思路?双发中型四代机是否具有良好的前景?

F-35实际上是一款战斗轰炸机

F-22为了减少雷达特征一般不携带副油箱,机内燃油总量达到13000升,仅次于米格25/31;全部武器也可以置于机内弹舱,这些都是四代战斗机设计时的典型特征。

四代战斗机的设计逻辑

四代战斗机与三代战斗机最本质上的区别是“隐身能力”。四代战斗机对机身外形进行了严格优化以降低雷达反截面积,将之前战斗机外挂的武器放在了机体弹舱内,从而实现了低可探测性设计,使得过去的敌方预警雷达网和战斗机火控雷达效能极大下降,这也是四代战斗机对于传统战斗机与防空系统最大的优势。

同时为了确保隐身效果,四代战斗机在作战时一般不携带副油箱,为此尽力扩大了机身内部燃油量。F-22的机身内部燃油容量达到了13000升,是除米格25/31外内部燃油最多的战斗机。而体型较小的F-35也拥有了10500升左右的燃油,使得其作战半径甚至比F/A-18E/F携带三个副油箱更大。还可以用来比较的是苏27,苏27在三代战斗机中以大载油系数而著称,但其机内最大载油量也不过9吨,仅与F-35相当。

而要保证飞机具有足够的空战和对地攻击能力,四代机的弹舱也不能过小。F-22就设置了3个弹舱,机腹弹舱为主弹舱,进气道两侧为2个副弹舱,执行制空任务时可携带2枚AIM-9X格斗导弹、6枚AIM-120中距导弹,对地攻击时可携带2枚AIM-9X格斗导弹、2枚AIM-120中距导弹、2枚1000磅级炸弹(或8枚SDB小直径炸弹)。F-35则在机身下方左右两个肋部设置了弹舱,可以携带6枚AIM-120中距导弹,或2枚AIM-120中距导弹和2枚2000磅级炸弹。

F-35携带JDAM模拟弹试飞,美军赋予F-35的任务是对地打击,不强调空战能力,甚至目前没有弹舱内装载格斗弹的计划。

F-35是一款战斗轰炸机

F-35是美军联合攻击战斗机“JSF”项目的成果,是空军、海军和海军陆战队的三军通用战斗机。由于F-22的存在,F-35在美国空军中主要承担对地攻击和次要的空战任务,实际上更接近于传统上“战斗轰炸机”概念。而美国海军和海军陆战队在冷战结束后就一直看重对地、对海攻击能力,也未在空战上对F-35作过于苛刻的要求。

因此,我们可以看到,F-35现在没有在机内弹舱挂载近距格斗空空导弹的安排,但其弹舱容量并不比F-22小,可以携带2000磅级炸弹,而F-22弹舱由于高度有限只能携带小一个级别的1000磅级炸弹。F-35突出对地攻击能力,大弹舱、大航程要求决定了其体型不能小。从数字上来看,空军型的F-35A的空重为13300千克、正常起飞重量为22470千克,而F-15C这两项数据也仅为12700千克和20200千克,也就是说F-35A的体型实际上与第三代重型战斗机相当。

所以过去我们一直认为F-35与F-22是“轻重搭档”,这种印象是不准确的。只有“高低搭档”可以说得过去,与偏重对地攻击的F-35相比,F-22突出空战机动能力、特别是具备超音速巡航能力。所以F-22采用较大比率的钛合金以降低结构重量,相控阵火控雷达也采用了更多的T/R单元,因此造价更高。

F-16、F-35A以及F-22的几何尺寸比较。F-35虽然比F-22略小,但其空量超过13吨,大于第三代重型战斗机F-15C。
F-35与F-22的编队。把两种都能算做重型战斗机的飞机称为“轻重搭配”是不恰当的,它们与F-15和F-16的关系不同,更多是任务能力上的互补。

双发中型四代机的不可能性

凭借两台EJ200——目前最强中推力发动机的支持,欧洲台风战斗机能够像这样在携带全外挂时进行较剧烈的机动动作。

两台中等推力发动机带来的优势

如果从二代,三代战斗机的设计经验来说,大型战斗机缩比后的中、轻型战斗机,是一个比较不错的设计。因为减小体积虽然会减少内部容积却可以有效的降低空重,在缺乏高推重比大推力发动机的情况下,利用推重比较高的中等推力发动机可以取得与大型战斗机接近的推重比,性能上比起采用单个大推力发动机的战斗机有一定优势(美国通用电气公司的中等推力发动机F-404,涡轮前温度只有1316℃,其发动机推重比就已经达到了7.24,而同一家公司且技术更先进的大推力发动机F110,涡轮前温度达到了1427℃,推比却仅有7.07)。

而第三代战斗机中的台风,凭借采用2台推比达到10的先进中等推力发动机,甚至获得了比F-15、苏27等双发重型战斗机更好的推重比和机动性,只是在航程上有较大劣势。但是这个逻辑在要求内置弹舱、大机内油量的四代战斗机上,已经成为了不可能。

四代战斗机只能采用大推力发动机

现在已知的中等推力发动机尾部安装环直径一般在1120毫米左右,而大推力发动机为1220毫米左右,F-35战斗机采用更大进气流量的F-135发动机,安装直径约为1300毫米。这样即便忽略2台发动机之间的隔框,采用2台中等推力发动机的中型四代机与单发F35的机身最大宽度比也达到了2240:1300。如果这个中型四代机与F-35一样,在肋部布置弹舱,那么飞机的最大宽度将要比F-35大出约1米,粗略计算迎风面积要高出接近50%。F-35已经是极为肥硕的机型,高速阻力巨大,双发中推四代机如果继续放大,其高速性能将是不可接受的。

需要使用内置武器舱的F-35很难像“台风”那样采用两台中推力发动机,因为在两台发动机加上进气道的占据的空间的前提下,机内是无论如何都挤不出F-35这样大的弹舱。

或者,中型四代机可以采用类似重型四代战斗机F-22、歼20的腹部弹舱设计?但是这两款重型飞机的发动机安装宽度都不大,约在1220毫米左右,新式多用途飞机与之相比,发动机安装宽度对比为2240:2440,仅可以节约200毫米左右的安装宽度和50~100毫米的安装高度,只是聊胜于无。

而且在这个设计下,机腹弹舱高度是无法削减的。因为作为制空战斗机,歼20和F-22的弹舱都是为空战优化的,主要用于携带主动雷达制导中距空空导弹,深度已经不足,挂载对地武器只能搭配500千克级别武器。也就是说,双发中型四代机的弹仓深度也必须达到同样水平才能使用,整体高度600毫米左右必须得到保证。我们采取一个简化算法,只计入发动机安装宽度、厚度和弹舱厚度,我们会发现,双发中型四代机必须要有一个2240毫米宽、1720毫米深度的发动机-弹仓安装空间,而重型四代战斗机需要2440毫米宽、1820毫米深度的空间,两者面积差异相当小。但是F-22采用的F119发动机推力足足达到149千牛,比起双发中推四代机,在单位迎风面积推力上处于压倒性优势。

双发中推四代机的性能猜测

根据上面的评估,即便沈飞在飞机结构设计上达到美国洛克希德·马丁公司的水平,我国未来的中等推力发动机的性能也可与英国国罗·罗公司EJ200发动机媲美。国产双发中推四代机的空重会在15吨左右,接近苏27;不但没有超音速巡航能力,超音速、加速和爬升性能只与枭龙相当;机内弹舱只能携带6枚中距空空导弹,或2枚中距弹和2枚1000磅级炸弹;而只采用机内燃油时,作战半径仅与歼10带3个副油箱时接近。

这实际上是一款造价仅比歼20略为便宜、机动性弱化的隐身版歼10,这是中国海空军所不可能接受的,外销前景更是不可预测。

中型四代机是费效比最低的方案

海湾战争中的“鹰墙”。现代战争中已不再出现大机群之间的混战,大量低成本战斗机面对少数先进战斗机时并没有优势。

现代空战不需要太多制空战斗机

网络上的声音一直提的,歼20作为重型四代战斗机数量有限,无法承担全面制空任务,需要有采用2台中等推力发动机的中型四代机在制空作战中对抗F-35的数量优势。这种论调只能来自于那种对空战缺乏了解的人,还以为现代空战是二战那种千机大混战场面。现代喷气式飞机的速度和爬升能力不断飙升,螺旋桨战斗机一分钟爬升的高度还不如二代战斗机2秒钟爬升的高度。战斗机机动范围从二战以来就不断扩大,剧烈的机动使得狭窄空域内指挥极为困难。

在朝鲜战争时期,志愿军空军和美国空军初期都采用二战大机群作战,结果发现极为混乱,随即都采用了四-四分层战术,在一个战场最多投入16架用于空战的战斗机,而用于攻击的战斗轰炸机则严格限制机动,只允许采取自卫摆脱动作。而在海湾战争中,美国空军采用“鹰墙”战术,最多时候也只是用20架战斗机控制伊拉克上空,大部分时候甚至只有4到6架,负责执行制空任务的只有2个联队约150架F-15C战斗机。未来空战对制空飞机规模的需求还会进一步减小,大量制空战斗机如果按照这种论调大规模投入战斗,第一个要解决的不是怎么击落敌机,而是怎么不防止空中相撞和误击。

中型制空四代机费效比极差

当前来说,战斗机航电等设备价格已经在飞机总成本中占了极大比重,也是作战能力的重要支柱。F-35比F-22轻小,少了一台昂贵的发动机,而且用便宜的复合材料大量替换钛合金,就算这样其单价也超过1.3亿美元,和1.6亿美元的F-22仅仅只差了一台发动机和一些钛合金的价格。

沈飞的中型四代机如何在能与歼20配合作战的前提下实现仅为歼20的1/3的单价,根据现有经验看来是不可能的。

与F-35专注于攻击不同,中型四代战斗机本身定位就处于极为尴尬的地步。中型四代战斗机如果要作为制空战斗机参战,也必须搭配和歼20类似的航电系统,则其价格歼20根本无法拉开差距,而性能上的压倒性优势则会使得中型四代战斗机成为最低效的方案。缺乏超巡能力的战斗机,即使其超音速性能达到F-15水平(从空重、推力看,是绝不可能的),其执行超音速截击的作战半径不超过200公里,而具有超音速巡航能力的重型四代战斗机超音速出击的截击半径可以达到600公里左右,这等于同样的战区宽度需要3倍以上的中型四代战斗机才能达到歼20的部署效果,也就是说必须其单价必须控制在歼20的1/3以内才能达到所谓的“廉价、省钱”效果,这也是一个不可能任务。

中国更应考虑隐身亚音速远程攻击机

对于我国海空军来说。如果采购对地攻击为主具有空战能力的四代战斗机,那必须有跟F-35A类似的作战半径,这样其空重膨胀更是无法抑制,空重甚至可能超过16吨,加上因重量膨胀而增加内油到12000升左右,实际上就是以米格29的推力来推动苏27,其空战状态的推重比甚至可能低于歼7,其空战能力在当代环境下几乎可以忽略不计。

如果只能实现这样的性能,那还不如研制飞翼结构的亚音速远程攻击机更为合理,2台不带加力的中等推力发动机足以支撑类似美国A-12,携带四枚1000千克炸弹还有接近2000公里打击半径的远程打击平台,无论是打击灵活性还是打击威力都远超这样山寨版的F-35。

四代战斗机与三代战斗机最本质上的区别是“隐身能力”,需要采用内置弹舱和大机内油量设计。这导致采用2台中等推力发动机的中型四代机成为费效比最低方案,相比这种山寨版的F-35,中国海空军研制一款飞翼结构的隐身亚音速远程攻击机更为合理。

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