J20与F22的设计思路和技术特征比较.doc

J20与F22的设计思路和技术特征比较一 没有希望的年代在1990年代初YF22战斗机起飞，中国依然在歼8改中里面苦苦挣扎，1996年台海危机，一股近乎绝望的情绪涌到人们的心头：面对美国强大的军事优势，我们有能力追赶吗？在近乎为改革让降氖改昀铮泄挥斜?980年代初好多少，而1980年代初中国工业处于什么样的水平呢？ 最好军事战略资讯站 在1980年代初期，中国的工业能力和管理落后世界了将近50-70年，当时香港记者描述的最典型的厂里情况是：三个工人抹墙壁，一个抹，一个举灰，一个指挥。乔厂长上任记开辟了一个新的时代，更如实反映了当时的管理生产的水平。工人不干活旷工，鬼怪式操作报废品多一半，生产监督为0，领导没有管理观念，习惯于文革的政治斗争方式。转自CHN强国网 1980年代生产水平最高的上海车厂，准备与德国合资（上海大众），外国普遍怀疑能否进行，一个最乐观的德国30岁记者参观过上海车厂这样报道：“大众汽车将在一个100年前的孤岛上生产，工人懒散，生产用的葫芦吊，橡皮榔头都是我爷爷用的工具。”日本记者当时参观武汉最好的钢厂，发现钢厂有水压机铭牌居然是1898年日本产品，连忙问厂长是否错误，厂长回答：没有错，因为质量好还在用。 CHN强国网 军事战略站 军工厂当时也只比民厂好那么一点罢了。为改革让步的十几年中，军工产业还是普遍处于1980年代水平。邓公不是超人，他的打算是留下重点研究部分，开拓交流，提高工业水准，再将军事水平提升上去，他不可能预见到1980年代末西方技术封锁，1991年苏联的解体，1990年代中台独势力的猖獗，但是他还是留下基础：亚洲最大风洞群，最大导弹试验场等一大批不惹人注意但是基础已经坚实地打下了。中国的基础研究是扎实的。但即使当时对军工投入大量资金，也很难对落后的水平有质的改善。 CHN强友之家 军工是建立在国家实力，和整体工业能力，工人素质和先进管理上的，先有好锦，才能添花。F14,当笔者90年代初在电影看到帅帅的阿汤哥没有兴趣，那巨大强悍的F14雄猫却极大地摧残了自己幼小的心灵，很多人都有这次经历，事实是：F14已经快要走上终点，我们还在艰难地改进歼8。 转自CHN强国网 套用一位著名的改革者的话说：“我们开始了，抱着近乎疯狂的热情，回过头来看走过的道路，我们骄傲，但在那时，如果我们真正知道差距是如此巨大，道路如此艰辛，我真怀疑还有没有追赶的勇气。”但是在96年危机，现实差距是如此巨大连瞎子都能看到的，而且未来更加恐怖：美国F22,海浪级潜艇等下一代武器将马上服役，我们何去何从？内参曾披露，96台海危机后的某天，中国沿海雷达侦测到，美军大批战机向我大陆方向飞来，空军急忙升空十数架苏27战机前往御敌，结果飞了半天影子也没有看到一个，后来消息传到军方高层，领导十分的震怒，但另一方面也有了一个好的结果，那就是从此中国空军开始了质和量的急剧飞跃，也直接导致了歼20的破茧而出，笑傲长空。有时候必须得败得起，败得起才能积累经验，卷土重来。 CHN强网社区 但对于中国领导人，军工，军队，广大的军迷来说：那是一个近乎绝望，看不到希望的年代。在1996年危机后，追赶F22的念头已经渗透在人们的心中，象一个巨大的魔咒挥之不去。 CHN强国网 军事战略站 在今天，我们可能习惯了F22的造型，猛禽订立了一个标准，无论是美国的F35,俄国的T50,日本的“豆飞机”心神小验证机。还是还在空中楼阁的印度 MCAC,韩国KFX中型双发小F22,都可以说是F22思路的复制。F22的布局目前是最成熟简洁的，其他方案不过是F22的简化，要么是减少某些功能，放大其它功能（T50减轻隐身，加强机动性）。考虑到中国的工业能力，无论是飞豹也好，歼8-2一定有多种方案，但它们必定选取其中风险最小的，最容易实现的。但是歼20出现让人们大吃一惊：这是完全另类的猛禽！如果有人说这是对F22的剽窃，那么其他方案是什么？！他一定是眼睛瞎了！ CHN强国网 仅就笔者看到一位英国网友的话说：“就外形设计来讲，歼20是一种另类的设计，它必定对目前单调的五代机设计布局作出巨大贡献，对于世界所有军事发烧友来说，歼20为我们提供一种新奇的享受。”但是另类的背后，则是巨大的努力和风险。这种另类是否值得？能否彻底告别那绝望的年代？ CHN强国网 军事战略站 二 布局的困惑飞机设计是最艰难的科学，由于飞机设计指标几乎是相互矛盾的，一个指标上去，另一个指标几乎就下降了。战斗机追求各个空域，速度指标的平衡。仅仅拿飞机机翼面积来说，大面积机翼会降低翼载荷，提高飞机的亚音速机动能力，但是大面积机翼会降低速度，爬升力。而三角翼对于超音速是最有利的，但是严重提高了翼载荷，难以做出机动动作。在笨拙的重视超音速二代机F4，F5,F104之后，美国首先到了忍无可忍的地步，他们认为在挂载武器时候，战斗机之间很难发生纯超音速空战，他们从F15开始，彪悍地使用了低面积过载和高推力发动机的思路，而对于缺乏高推力发动机的而有技术基础国家来说，是不可能采用这种跟风的。当F22出现，更是发展了这种彪悍的思路：用大后掠的蝶型翼即加超音速性能又降低翼载荷和变态的F119发动机达到完美的平衡-如果没有F119，朔大的蝶型翼是极其笨重的，这种思路非常简洁，即使如此，优良的材料和隐身修形造成的飞控的复杂程度也是近20年其他国家望其项背的。 军事论坛没有发动机，没有材料，但是可以先做基础研究，反正到了工程阶段，这些问题差不多随工业发展已经解决了，如果想造飞机，那就早点动手吧。要研究一架5代隐身战斗机，中国的科研人员和军方首先要确认一些思路：1 它是轻型，中型还是重型？ CHN强国网 军事战略站 无可否认，尽管由于材料和电子技术的进步，战斗机的体积有越来越大的趋势，一方面，对航程的需求，武器载荷要求越来越高，另一方面由于设备越来越复杂，连电子干扰设备也开始装入机体。F16，歼10的航程与机动性已经不亚于重型战机，但是它们的任务扩展性是远不如重型机的。隐身的5代更提出新的标准，虽然俄国提出等离子隐身概念，但它离实用性还远不可及。内部格舱那巨大的体积和类S形进气道必然造成近乎巨大的体积。 CHN强国网 中国完全可以采用低风险低成本的中型5代，武器挂载采用类似隐身武器茧包的设计，重量依然不小，无论是任务扩展性还是隐身都远不如重型的。中国从没有独立研发重型机的经验，这一次，却是例外！96台海危机的阴影一直在我们心头。进攻性是不能不具备的需求！ CHN强网社区 2 采用什么样的外型？1996之后，是时候检视我们对策了。中国的研究人员仔细考察了F22的设计，同时原苏联S37和米格1.42验证机先后暴光，但是对于我们自己的飞机，设计人员对于落后的工业体系依然心中无数。 CHN强友之家 采用类F22的常规布局是最稳妥的，但是中国和俄国都意识到：在材料和发动机落后的情况下，常规布局是没有指望能够与F22对抗的。在2000年前，中国与俄国在技术方开展了合作，但是没有就第5代战斗机达成任何一致。可以肯定，在611所宋总的一种小展弦比高升力飞机的气动布局研究发表之前，中国已经对第5代战机的基础进行了大量的研究，但是对于采用哪一种构型还没有确定。这里懒的写，套用某大佬的原话：“宋老一种小展弦比高升力飞机的气动布局研究论文中援引的方案是611上世纪90年代中期对四代气动探索的一个过程成果，该方案的涡升力设计重点仍然在翼面形式的边条、鸭翼、机翼的气动耦合上；庑位烦鲇谝砗痛笥瞧轿榷缘挠攀票灰肷杓浦校形春芎玫娜谌胝霾季郑肺斜蝗衔茄家砦械囊桓霾焕扇乓蛩亍裉斓募?10气动是早期众多方案中较为稳妥的一个，沿用了歼-9计划中大量现有的风洞资料，而更激进的双三角翼方案因为风险过大而被放弃；小展弦比一文中的边条翼鸭式布局方案应该就是由早年落选的鸭式双三角翼方案逐步演化而来。”宋老一种小展弦比高升力飞机的气动布局研究在那时只是一种备选方案，沈飞也提出了自己的方案，在竞争中，沈飞601所似乎批评了鸭式布局的缺陷（以下会提到），阐明了三翼面对于配平，机动和升力的好处。但是有几个问题是无法回避的：三翼面对于RCS的增加比鸭式和常规布局复杂，对于阻力的增加更是发动机不能承受之重的。对此，601所似乎还有常规布局作为后备，正是他们自己的不确定性和无绝对把握使他们输掉了重型机的竞争。 CHN强友之家 但是，611所的方案比常规布局更具有挑战，为此，据说611下了军令壮，于是歼20开始了它的真正脚步。鸭式布局自然意为在前机身两侧有一对鸭式前翼，世界强国就有初步的研究，鸭式的布局在二战前就有研究，在1960年代苏联也对米格21进行了深入的验证。但它们都失败了，鸭式非常规布局一直没有起步。而中国在力图摆脱苏联影响的1960年代，也对所谓“抬”布局进行了大量的研究。鸭式布局不是垃圾，但更不是超级布局，在1980年代前，飞控技术还不能解决鸭布局带来的问题。只有在电子与气动技术真正成熟起来，鸭式布局才遍地开花。 CHN强国网 但是凡事都有两个方面：鸭式布局会带来巨大的好处，但是鸭式布局不等于超机动，而是带来比常规布局更好的涡升力和静不稳定。对于发动机羸弱的国家来说，这是福音。但是也存在很多麻烦，除过飞控的复杂外，还有一个难以解决的地方。鸭翼可以有两个作用：1、提供可控的涡升力，2、配平和俯仰控制。可控涡升力在前面已经提到，配平和俯仰控制是另一个巨大的作用，这正是鸭式战机对比常规布局最难以解决的地方。任何飞机有重心和升力中心，要是两者完全重合，飞机在天上就是平衡的。鸭翼虽然这两个作用都可以做到，但不同位置的鸭翼对两者有所侧重。仅仅对于鸭翼的放置，就是令人头疼的问题。 军事论坛 “鸭翼的不同位置决定了设计思想的异同，事实上，如果忽略燃油消耗、弹药投放等因素，重心是基本固定的，但升力中心随速度、飞行姿态等移动，需要动用平尾（常规布局）或者鸭翼（鸭式布局）来恢复平衡，这就是配平作用。有意识的增减配平作用，自然就导致飞机受控地俯仰，这就是俯仰控制作用了。鸭翼虽然这两个作用都可以做到，但不同位置的鸭翼对两者有所侧重。鸭翼靠前称为远距耦合，由于力臂长，用较小的鸭翼就可以实现配平和俯仰控制作用，这样鸭翼造成的阻力和重量较小。适合高速飞行；坏处是远离机翼，难以形成涡升力。鸭翼靠后布置的话，自然就使近距耦合。近距耦合的鸭翼常常和机翼有所重叠，鸭翼后缘在机翼前缘的头顶上。近距耦合的鸭翼产生涡升力的作用明显得多，有利于提高机动性，但力臂短，配平和俯仰控制作用降低，需要增加鸭翼面积，导致阻力和重量增加。鸭翼和机翼在上下有所重合，两者之间的气动干扰增加阻力。（方方）”这句话简单地说，布局的矛盾仅仅在鸭翼的设置方面就困扰着设计者，美国在1980年对鸭式布局的研究比欧洲还深入，升力体边条翼鸭式布局很早就出现了，1970年代NASA有个高机动技术验证机（HIMAT）的17A方案就是采用此布局，但限于当时的气动和控制水平宣告失败。1997年5月NASA 和波音联合研制的X36鸭式布局验证机首飞，该机采用升力体鸭式布局，隐身技术及其与飞行敏捷性的配合是其技术验证重点之一；但可能在1980年代美国人认为：不管是远距耦合还是远距耦合，对于下一代战斗机都是不利的，这真是鸭式的悲哀。“鸭式布局的优点在敌人身上的。”这句话被牵强附会成鸭式的不隐身。但是中航早在1990年代就对鸭式的隐身进行大量的研究，美国人JSF鸭式布局和瑞典JAS39隐身布局证明：鸭式布局与常规布局隐身效果并没有什么不同。 1990年代中航鸭式隐身研究可以看做歼20的思路引用砖头大佬的原话“鸭式的隐身设计原则和常规布局的没有太大区别，一般来说不管是常规布局还是鸭式布局，他们的可动翼面都是按照巡航状态来处理隐身状态的，机动的时候基本不考虑或者只是做一定手段控制，但不限制指标。鸭式布局和常规布局设计的差别主要在于前向因为前翼的存在比常规布局多一个散射区，但集中辐射的原则还是不变的，前翼的前后缘平行，前翼本身可以采用效率比较高的结构性隐身，辐射的主要难点在于翼根部的机身部分，这和常规布局的前缘襟翼根部的难点一样，处理方式也基本一样，这方面正常布局和鸭式布局的rcs差别要到0.001以后才会体现出明显的区别，前翼的存在较为复杂的是因为它们的尺寸比较小，对于一些中长波雷达外型隐身效果不佳，基本需要采用特定波段的窄带吸收和专用涂层的配合才有比较好的效果，同样的问题在常规布局上也有，他们在一些很少的特定角度上会因为机翼的屏蔽而占据优势。”综合而言，鸭式布局因为机翼面积大，机翼根弦长，占位多，隐身效果更好，垂尾机翼前翼分布合理，干涉少，综合周向隐身比常规布局略有优势，但因为前翼的存在，前向隐身需要花费较大的精力和更复杂的处理方案，总体上来说鸭式布局和常规布局并没有什么本质上的区别，隐身和气动综合的难度差不多。” 军事论坛美国设计师的本意是：鸭式布局要求飞控复杂，内部格舱难以布置，最重要一点，难以满足F22对于各种音速空域都达到对敌人优势的需要，既然有变态发动机和优良的材料和成熟先进的飞控，那么何苦自找麻烦？F22为了突出超音速，利用大后掠的蝶型翼和变态的F119发动机达到机动与隐身完美的平衡是自然的，在 1990年代，美国深入研究后认为：这种平稳的设计依然可以压倒世界20-30年。不管是近距耦合还是远距耦合，对于下一代战斗机都是不利的，这一点原因何在呢？ CHN强网社区 三 F22的强悍阵风战斗机近距偶合，（鸭翼与主翼接近）根本回避配平和操纵性的，两只前鸭翼很好地提供了涡升力，提高机动能力。但是配平能力很差，那么亚音速性能强悍而超音速性能很糟 CHN强网社区 众所周知，采用近距偶合为阵风战斗机和鹰狮战斗机，它们的设计是根本回避配平和操纵性的，两只前鸭翼很好地提供了涡升力，提高机动能力。但是配平能力很差，而F22的设计是良好的亚音速性能外，还要更超级的超音速性能！它要求能够在超巡上提前占位，即不开加力能够达到1.5马赫巡航中的超音速机动！在超音速机动中，超音速滚转机动对于无论是F22,T50,歼20都难以实施的，对于占位和逃避来说，超音速滚转机动具有完美的特性，但是五代机对于超音速滚转机动是难以打开内武器舱，将导弹“连弹带甩”发射出去的。如果要在超巡中抢先开火，那么超音速盘旋性能是最重要的。这正是F22的最大优势！ 最好军事战略资讯站很多人都宣称超级巡航早已有之，如俄国称米格25如何，其实只是大推力发动机加推后变为不加短暂超音速飞行而已，而英国称其早期闪电机能够在1.1马赫巡航，而某些国人称歼12能够以0.94马赫不开加力巡航，可以称亚超巡！但是这些飞机都无一例外的都是假超巡，更是没有能力进行超音速机动，F22可以伴随1.5马赫巡航中的高G超音速机动是无与伦比的，而上述飞机中最著名的米格25，由于配平落后，在超音速飞行中极其笨拙，被美国人称为“逃跑一流，攻击三流!”还是引述方方大佬的话吧：“超音速机动性能是 F-22 的设计重点之一，也是该机与第三代战斗机的“代差”标志之一。除了前述超巡、超音速加速/爬升性能外，超音速状态下的盘旋能力也有明显提高。有资料称，该机在 M1.7 时稳定盘旋乜纱?6.5G。考虑到 F-15 在同等条件下盘旋能力远逊于此，而苏-27 在 M0.9、中空才达到这个水平，不能不说这是一个相当惊人的进步。能够达到如此之大的超音速盘旋过载，发动机是一个重要原因，而同样重要的还有飞机的超音速升阻比和配平能力。 CHN强国网 关于升阻比，不难理解。要拉出足够的过载，机翼就必须产生相应的升力，伴随而来的就是诱导阻力的急剧增大（诱阻系数与机翼迎角平方成正比，与机翼展弦比成反比）。如果诱阻系数太大，诱阻增长极快，那么很快就会抵消发动机的剩余推力，飞机虽仍可能拉出较大过载，但发动机推力已不足以维持稳定飞行，当年的幻影 III 瞬时盘旋性能好而稳定盘旋性能差，正是为此。以现代航空技术水平而言，要设计出具有高升阻比的机翼或者具有良好超音速性能的机翼均非特别困难，但要将两者合而为一却非一日之功。这也是 F-22 足以自傲的一点。而配平能力则往往容易被人忽略。机翼的高升力是拉出大过载的基础，但升力越大，产生的俯仰力矩也越大。如果飞机自身不能提供足够的俯仰配平力矩，那么要么进入上仰发散状态而失控，要么被机翼升力产生的低头力矩压回去，无法拉到需要的迎角。特别是在超音速条件下，飞机焦点大幅度后移，机翼升力产生的低头力矩相当大，进行超音速机动需要更强的配平能力。以超音速性能著称的米格-25，就是由