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五代机的4个“S”,歼20具备哪些?

2019-2-25 12:11| 发布者: 大地歌| 查看: 1470| 评论: 0

五代机的特征,一般是以美国人提出的4个“S”为标准,即:Stealth(隐形,即雷达低可探测性);Super Sonic Cruise(超音速巡航能力);Super Maneuverability(超机动能力);Superior Avionics for Battle Awareness and Effectiveness(超级信息优势)。

那么,歼20满足其中几项呢?其实这4个S都是具备的。我们一项一项来说。

歼20的隐身设计

歼20的隐身设计很好的遵从了雷达波绕射规律。雷达波可以分为镜面反射、边缘衍射、行波、爬行波与边缘波。其中镜面反射对RCS的贡献最大,也就是垂直于雷达入射方向的平板后向散射最大;其次曲率突变或者不连续的界面(缝隙、尖端)容易产生强散射;因此隐身战机设计的时候一定要避免角反射器结构,曲率突变,和尖端。

五代机的4个“S”,歼20具备哪些?

菱形机头偏折雷达波原理

五代机的4个“S”,歼20具备哪些?

歼20机身边缘都是平行线

歼20的平滑的外形,菱形机头设计,尽量只使用几个特定角度的折线,不连续处(如雷达罩,蒙皮接缝,弹仓,尾部发动机喷口处)设计成锯齿形状,可以将雷达波散射到偏离机头正面角度的少数几个方向上;也就是机头正面反射最小,在特定极小角度范围有强散射,但敌方雷达很难接收到。

此外歼20的DSI进气道+S弯扩散段,让进入到进气口的雷达波多次反射后衰减至很小水平,无法产生后向散射。

这样设计的结果是歼20机头+/-30°获得了超小的RCS。我们可以看一下国外机构模拟的歼20RCS:

五代机的4个“S”,歼20具备哪些?

歼20 和Su57在8GHZ和12GHZ频段下RCS对比

颜色越冷偏灰代表RCS越小,白色代表RCS最小;越红代表RCS越大。可见歼20的机头正向一定角度内,RCS非常小,而且明显有在特定角度上集中散射,在雷达屏幕表现为闪烁效应(即无法持续跟踪锁定);Su57 基本上见不到白色部分,整体RCS比歼20大了不止一个数量级,而且没有闪烁效应。足以证明歼20隐身设计的优秀。

关于隐身战机设计的规则,详细可以看我之前发表的文章:

《隐身战机是怎样设计的?六代机该如何发展?看这篇就够了》

http://www.toutiao.com/i6643962526667112967/

超音速巡航能力

超音速巡航能力是众多军事评论家和军迷诟病歼20的一点,认为歼20装备的AL-31F不具备超音速巡航能力。歼20装备的发动机到底是AL-31F还是增推版的99M1还是国产发动机,我们暂且不去推论;就说说歼20装着三代军用涡扇发动机到底有没有可能超音速巡航。

首先超音速巡航的定义,是不开加力的情况下,以1马赫以上的速度维持较长时间的进行巡航飞行。也就是说,你短时间进入超音速是不行的,开了加力也是不行的。这就要求发动机军用推力非常大才行。看起来是这样吧?

但是超音速巡航,发动机只是一方面。法国达索公司的阵风战斗机空中9.5吨,装备的双发M88发动机,军用推力仅50KN,加力推力只有75KN;法国人不是大地主,没有余粮,发动机不行就在外形减阻设计上精打细算,结果获得的巨大收益。结果阵风可以在外挂副油箱和导弹的情况下进行1.4马赫的超音速巡航。

歼20比起阵风,对超音速升阻比的优化显然是更加合理的。超音速下激波阻力占到总阻力的很大一部分,由于四代机的普遍设计只考虑跨音速的升阻比,对超音速飞行的减阻优化不够,所以超音速的升阻比普遍不高,只有1.5~3;

而歼20为了满足超音速巡航,采用了大后掠角的双三角翼;机身严格按照面积律设计;由于大后掠角机翼不适合亚音速机动性,歼20增加了一对鸭翼,这样就兼顾了亚音速机动性。

五代机的4个“S”,歼20具备哪些?

歼20的机身,前宽中窄后宽,这是因为机翼的截面积是前窄后宽后窄,属于典型的“蜂腰”特征,符合激波阻力优化的要求。由于我国先进的风洞技术加成,这样的构型在样机做出来之前就已经得到了很好的验证。歼20采用了大后掠角的机翼,阻力系数进一步降低。一般认为歼20的超音速升阻比在5.4~5.6之间;这个数字其实比F22的6还小,个人持保留意见。因为歼20的机翼后掠角比F22更大。

那么保守一点取升阻比为5.4来计算,那么歼20起飞重量30吨时,以1.5马赫飞行,只需要5.5吨也就是每台2.75吨的推力。这个推力AL-31F能不能提供呢?显然是可以的。

五代机的4个“S”,歼20具备哪些?

AL-31F发动机包线,横坐标单位是马赫数,纵坐标单位是千牛

上图为AL-31F发动机的包线图。在15KM,1.5M的速度下,其推力大约有42KN;也就是将近4.3吨的推力。两台就是8.6吨推力。这个推力让歼20超音速巡航显然是绰绰有余了。

歼20的超机动能力

歼20由于三角翼的后掠角较大,不利于亚音速升阻比;因此在前面增加了鸭翼和边条翼。通过近距耦合的鸭翼以及鸭翼、边条翼、襟翼产生的脱体涡流,增加歼20亚音速升力系数,同时,脱体涡流大大增大了附面层脱离时的攻角。这使得歼20在没有装备矢量发动机的状态下也拥有非常棒的失速性能和亚音速机动性。

五代机的4个“S”,歼20具备哪些?

歼20的超大攻角

歼20的涡流从照片上至少可以看到6条,而且都巧妙避开了垂尾。这差不多是现有五代机最多的。

五代机的4个“S”,歼20具备哪些?

???

至于超音速机动,一开始就是歼20设计中的重中之重。引用歼20飞行员的话说:一旦进入超音速就是它的天下了。超音速下的6G大过载机动使得歼20可以以能量优势击败任何四代,四代半战机,整个过程就跟老鹰捉小鸡一样。

超级信息优势

歼20的态势感知能力完全就是瞄准F-35去的。歼20和F35一样,拥有全向视野的EODAS(分布式孔径系统)和EOTS(周向的光电瞄准系统),让歼20在不借助雷达的情况下,通过光电设备看到360°的景象,有利于在雷达静默状态搜索目标;

五代机的4个“S”,歼20具备哪些?

分布在机身各处的EODAS

五代机的4个“S”,歼20具备哪些?

机头下方的EOTS

超强的态势感知能力这个恰恰是F22不具备的。也难怪2018年洛克希德·马丁放话说美国打算研制新一代隐身战机,要同时具备F22的超机动和F-35的态势感知能力;这两样,歼20都具备啊。

歼20使用的是天线增益最大的AESA雷达,保守估计T/R应该在2000个以上;F22是2000个,也就是说歼20比F22的探测能力只强不弱;F22对1平方米的目标发现距离大概是180海里,歼20也只会比这个数字更大。

五代机的4个“S”,歼20具备哪些?

外贸的KLJ-7A孔径仅600mm,就集成了千余个阵元,对外宣称探测距离170km(一般是以探测1平方米大小目标为准);歼20的AESA孔径差不多有1米,超过2000个阵元没有任何难度;假使单个器件平均功率一样,那么歼20的雷达功率是KLJ-7A的至少一倍,按照雷达距离公式,歼20对RCS 1平方米目标探测距离超过200公里,这也与F22的公开的雷达性能比较接近。

AESA雷达还不止探测距离远这一个本领。AESA可以使用超大的带宽,旁瓣抑制,频率捷变技术,让敌方预警机和战斗机雷达很难捕捉到自己的雷达信号,电子战能力和PESA和PD不可同日而语。这些技术最早在美军的F22和F35上应用,但也早已被国内的雷达设计所突破。

五代机的4个“S”,歼20具备哪些?

歼20弹仓,目前是4枚PL15,但明显可以看到6个挂架

五代机的4个“S”,歼20具备哪些?

歼20弹仓,目前是4枚PL15,但明显可以看到6个挂架

配合上歼20先进的航电系统,弹舱内2发PL-10E+4发PL-15的配置(未来可升级成2+6)可以“无伤”虐杀四代机,一架歼20无伤击落3~6架四代机是完全可能的;而面对F22的时候弹药数量有些劣势,但是PL-15超长的射程(150km~180km)和更大的不可逃逸区可以取得先机。

总结

歼20是一款具备了4S的五代战斗机,目前歼20的进度十分顺利,已经完成了小规模服役试训,开始面向一线空军作战部队批量服役。今年年初东部战区就接收了2架歼20。立足于国土防空的基础上,可以说任何来犯的强国,都将碰一鼻子灰回去;而周边的国家,面对歼20组成的机群,只能自求多福吧。


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