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中型四代空型战机:质次价高难堪大用  

2012-06-29 11:31:37|  分类: 【军事天地】 |  标签: |举报 |字号 订阅

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端午节期间1架出现在高速公路上的疑似中国中型四代隐身战机引起了网友的热议。战机高低搭配也再次被大家提及。我们真的需要制造一种性能够用就行的所谓中型四代战机吗?就战后六十年来的战斗机发展历程来看,这恐怕只是一个海市蜃楼,绝不真实,不具备任何可行性。


现代飞机


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海湾战争中多国部队的制空力量基本只有20架F-15组成的鹰墙,负责掩护数百架攻击机攻击,控制数万平方公里的空域。图为F-15型战机。


现代战机性能提高不会再出现千机大会战

首先我们要知道一点,二战以后,制空战斗机的战场密度都是处于不断降低的状态。在二战中经常爆发双方在一个战场投入近千架制空战斗机殊死空战的宏大场景,在朝鲜战争中,双方都沿用二战战术投入空战,但是在短暂的实战后,双方不约而同的减少了制空战斗机的投入。

因为喷气式飞机的爬升率、加速性都远远超越螺旋桨战斗机,导致飞机空战范围的不断扩大,大量急剧爬升俯冲的动作出现,使得飞机需要更大的空间作战,同时飞机机动性的不断提升也使得指挥控制极为困难。

海湾战争美军只投入20架制空战机掩护数百架攻击机

所以在朝鲜战争后,喷气式飞机的作战,一个战场基本上双方只会投入两三个中队级别的制空战斗机。而在越南战争中的经验教训也证明,让飞行员掌握瞬息万变的空情比在战区堆砌制空战斗机数量更为有效。指挥所通过大型雷达有效引导战斗机占据有利攻击位置最为关键。

随着机动性大幅度提高同时配有先进雷达和导弹的F-15战斗机的服役,战场制空战斗机的密度进一步下降。在贝卡谷地的战斗中,以色列基本只在战场上空保持12架战斗机巡逻,到了海湾战争中则又进了一步,多国部队的制空力量基本只有20架F-15组成的鹰墙,负责掩护数百架攻击机攻击,控制数万平方公里的空域。


[专题]中型四代战机:质次价高难堪大用

有网友在端午节前几天拍到中国某款战机运输照,各大军事论坛纷纷对此战机进行了分析:“此机采取常规布局中单翼,大平尾,倾斜双尾翼,机长17米上下,机高5米上下,翼展12米左右,空重量12吨左右。”有网友猜测:“这款隐形战机可能是沈飞设计的四代隐形战机。”图为疑似中国中型四代机。


掌握空情的制空战机将在空战中占据绝对优势

越南战争中的米格21和贝卡谷地的F-15向我们解释了空情掌握的巨大价值,在地面雷达网的引导下,米格21和F-15绕开敌方战斗机火控雷达狭小的扫描区域,从敌战斗机后方发起掠袭,具有惊人的杀伤效果,在越南战争中米格21在有一段时期甚至创造了12:1的惊人交换比,而F-15在贝卡谷地创造的82:0的奇迹,都是来源于自身不对称的信息优势。

战斗机的世界里没有够用就行只追求最优秀性能

在四代机的对抗中,空情掌握能力的影响将更为巨大,面对隐身飞机,机载火控雷达战术作用极度弱化,同时电子战能力迅速提升,也就必需要四代机平时关闭雷达保持无线电静默状态,必须依靠预警机和大型地面雷达站掌握空情抢占有利空战位置。从朝鲜战争以来的经验来看,制空战斗机的使用,贯彻的原则,是列宁的一句话:“宁可少些,也要好些”。我国生产300到400架歼20战斗机,本身就足以满足制空作战的需求,而投入所谓的中型制空战斗机,却反而会影响战场空情,复杂指挥,反过来降低制空作战的效率。

需要指出的是,战斗机设计从来没有什么够用就行的说法,对于制空战斗机来说,追求当前技术下能达到的最好性能才是可行的,因为你面对的对手不可能是你一厢情愿所指望压倒的老式战斗机或者攻击机,你必然会跟对方的制空战斗机遭遇。墨菲定律告诉我们:“事情如果有变坏的可能,不管这种可能性有多小,它总会发生”。

而且“低档”战斗机遭遇“高档”战斗机不是可能性很小,而是基本上随时会发生。制空战斗机需要有数量,但是必须是以质量为保证。

现代飞机


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F-35采用的F-135型发动机已经是人类历史上推力最大的战斗机用发动机,但仍存在动力不足的缺点。图为F-135型发动机。


F-35战机采取推力最大发动机机动性仍偏低

在制空作战中,单台大推力发动机或者两台中等推力发动机的中型四代机,对比两台大推力发动机的重型四代机,都有着天然的劣势。如果中型四代机价格低廉到足以形成相当规模数量,那其飞行性能在加速性和爬升率上都比不了于F-15和苏-27这样的重型制空三代机。

F-35采用的F-135型发动机已经是人类历史上推力最大的战斗机用发动机,推力达到了178千牛(折合18.2吨),但是F-35A空重达到了13170千克,内载燃料8382千克,空战状态下重量(空重+一半燃料重量+武器重量+人员重量)预计将达到17900千克以上,推重比只能勉强达到1.01,在三代机中都算是中等偏下的水平。

作为对比,F-22战机空战状态推比接近1.4,F-15推比也在1.3以上。受到推重比影响,该机的爬升率和加速性能都类似于F/A-18,远劣于F-16,最大飞行速度只有1.6倍音速。同时,该机的机翼面积只有42.70平方米,空战状态的翼载荷高达419千克/平方米,相对应F-15的翼载荷只有318千克/平方米,F-35的翼载荷在三代机中仅仅略优于使用可变后掠翼的F-14。

中国发动机落后于美国中型四代机机动性相当堪忧

在和三代机的对抗中,该机可以凭借先进的航电和隐身能力取得优势,但是在制空作战中面对F-22或者歼20这样真正的四代制空战斗机,其还会有什么优势吗?中国设计的四代机也必然会面对这个问题,如果基于前述两种发动机设计,在中国复合材料技术落后于美国,不能像F-35那样大量采用复合材料减重,也受到价格限制不能像F-22和歼20那样大量采用钛合金减重的情况下。

使用单台WS-15的战斗机在保证足够内油的情况下,其空机重量很难压缩到12吨以内,而WS15发动机的推力只有16吨,虽然与F-135相比涵道比较小,在高速性能上有优势,但是其推重比的劣势也一如既往的继承了下来,在确保基本的航程需求的情况下,该机至少需要6吨内油,所以空战重量将至少达到15.5吨(12吨空重+3吨内油+0.5吨武器和人员),推重比只有1.03,基本上来说不要指望有超音速巡航能力和较好的爬升加速能力,这样的飞机在与具有真正4S特性的战斗机的对抗中,生存力相当堪忧。

中型四代中型机使用双发体重将严重超标

如果使用两台9500千克推力发动机的型号,又会如何?如果该型发动机按照F414发动机的标准设计,其单台重量将超过1100千克,两台发动机总重达到2200千克,而单台WS-15发动机如果不安装推力矢量喷口将在1600千克左右,等于比单发构型增重600千克。就算是单发飞机发动机增重600千克也将至少增加2000千克的空重,而双发战斗机和单发战斗机相比需要更宽的机身、更大的钛合金隔框,空重增长幅度甚至会达到3000千克以上,考虑到燃油也要随之增加至少1.5吨以保持足够的载油系数,该机的空战重量将达到20.5吨甚至更多。

两台9500千克推力发动机甚至不能使得该机空战推重比超过1。同时,在同等吨位条件下,单发比双发在设计上有明显优势,重量低、结构效率高、气动阻力小,双中推构型同等推比下性能也落后于单大推构型,更不要说推比还远远不如了,其爬升-加速性能将会像F-4这样的二代战斗机靠拢。这两种中型四代机,对于四代机之间的空战来说,几乎近于无用,就像用夏利车跟法拉利跑车在赛车场比赛一样。

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制空战机永远不应该以低档次目标为考虑,因为夺取制空权是空军存在的基础。图为F-22型战机。


制空战机永远不应该以低档次目标为考虑

制空战机永远不应该以低档次目标为考虑,因为夺取制空权是空军存在的基础,制空战斗机需要的永远是在现有技术和预期技术发展上达到最好,才能从容的应对技术的发展变化。所谓够用就好,其实最后必然是不够用,设计时候够用,到服役的时候、到使用中期的时候都将面对巨大的挑战。

由于设计指标太低,这种飞机的服役时间将受到巨大的限制,甚至可能服役十年就完全无法用于制空作战,之前的战斗机还可以外挂大量武器充当攻击机,这种中型四代制空战斗机为了空战性能还无法像F-35这样的攻击战斗机一样内挂大型对地武器,在外挂弹药彻底失去隐身性后,存在的价值恐怕也就是用来训练飞行员了。

控制相同空域中型机需要比重型机数量多4倍

从另一个方面来看,由于推重比的限制,中型四代战斗机缺乏足够的速度、爬升率和加速性,导致该机很难适应制空作战。制空作战对飞机性能的要求最为全面,飞行性能的差异将带来制空作战效果的巨大差异,以速度为例,F-22可以以1.45倍音速速度出击,攻击580公里外的空中目标,从松开刹车到抵达作战位置耗时约25分钟,而中型四代战斗机不开加力的话只能采用高亚音速飞行,25分钟时间到达的截击位置只有300公里左右等于是该机防空任务时候能覆盖的区域只有F-22的四分之一左右。

也就是说控制同样空域需要四倍于F-22的飞机,这就让数量优势成为泡影,后文将对此进行详细分析。四倍的飞机数量,还需要部署四倍的机场来确保覆盖,需要四倍的飞行员,四倍的地勤人员,四倍的后勤支援,反应到战时紧张的运输条件下,产生的压力就要以几何级数放大。


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就算中型机投入较多数量的战机,也将在重型战机绝对性的飞行性能优势中被彻底抵消。图为F-35型战机。


中型机与重型机之间的飞行性能差距无法用导弹弥补

速度不光是在截击中体现,在其他作战中也是不可取代的优势,根据《铝与火的教训》一文的介绍,在越南战争中米格-21的恐怖优势是地面引导和高速性能的完美结合,在一个战例中“1968年2月,2架F-102为加油机护航飞行,长机赫然发现1枚未爆的空空导弹插在僚机的尾部!显然,在浑然不觉的转台下,它们遭到了袭击。这两架飞机连忙返回泰国的基地,途中,袭击它们的杀手米格21出现了,米格再次攻击,迫使僚机坠毁。这个例子看似离奇,但在越战中却屡见不鲜,许多美军军机都是这样被米格21掠袭下来的,而米格21高达2马赫的速度却让美机连复仇的机会都没有”,这就是战斗机超音速性能的充分体现。

而新一代的制空战斗机,也是人类历史上超音速性能最好的一批,而F-22更是空前的超音速怪物,可以在高速下有相当的机动能力,还可以以1.45马赫速度巡航飞行,中国的歼20战斗机也是基于高空高速思路发展的新一代制空战斗机。

同样的道理,爬升率对于制空战斗机也是非常重要的,有足够的爬升率才能夺取有利的空战占位,而爬升率是对于推重比最为敏感的飞行性能,F-35和F-22处于同一高度开始爬升占位,F-22每一秒至少能比F-35多100米高度,始终保持占位优势,从容选择攻击时机。

F-22和F35的对抗中如此,而在歼20和中型四代机的对抗中也是如此。在这种对抗中,就算中型方投入较多数量的战斗机,也将在重型战斗机绝对性的飞行性能优势中被彻底抵消。即使在大离轴角发射的导弹大行其道的今天,推重比对于空战的影响已经下降,但如此巨大的差异已经让导弹无法弥补飞行性能上的不足了。

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现代战机一半成本是航电系统中型机价格无法下降。图为F-35型战机座舱。


美军F-22战机单价只比F-35贵1个半发动机钱

我们再回头来讨论一下数量优势的问题。只按照价格优势来投入中型四代机,那先要解决的问题是,中型四代机对于重型四代机真有价格优势吗?

2010财政年度,F-22战斗机的飞离价格(扣除先期投资,不考虑后期维护成本的纯成本),是1.6亿美元,而同年,美国国防部宣布的F-35A预期目标单价是1.116亿美元,看上去很不错是吗?两架F-22的成本可以购买三架F-35了,但是请别急,这个价格是不包括配用的F-135发动机的,F-35A采用的发动机平均价格是1900万美元,也就是说该机价格是1.306亿美元,仅仅比F-22低3000万美元,简而言之就是说这种一台发动机的中型攻击战斗机只比两台发动机的重型制空战斗机低一台半发动机的钱,机身和设备之类的价格差值只相当于半台发动机而已。而这还是建立在F-22批量只有183架,F-35批量超过3000架的基础上,也就是说相当多的生产投资F-22是183架均摊,F-35则是3000架均摊,考虑到这个,还会觉得中型战斗机便宜吗?

F-35航电系统采用商业部件无法与F-22相比

而且F-35相对F-22先进的航电设备采用大量成熟的商业部件,编程语言也采用了程序员最多并且采用面向对象模式,开发成本最低的c++语言,而不是像F-22一样采用使用极为狭窄且没有采用面向对象开发模式,导致开发成本远超过c++语言的ADA语言。

在最昂贵的机载火控雷达上,最昂贵的部件是发射/接收模块,而F-35采用的AN/APG-81雷达仅有1200个发射/接收模块,F-22采用的AN/APG-77雷达则有超过2300个发射/接收模块。虽然F-35的电子系统更加复杂,但是基于电子技术不断的进步,其价格并不比F-22的系统更为昂贵。

同时,为了尽可能节约成本,F-35的机身大量采用复合材料,而不是像F-22一样采用钛合金;另外,F-135发动机也相对于针对制空作战要求高性能的F-119发动机,降低了发动机工作参数,减少了贵重金属材料的使用,有效的控制了成本。但是这些成本累加起来,也仅仅是半台发动机的价格而已。

战机一半成本是航电系统中型机价格无法下降

这其实反映了一个现实,就是飞机本身机体部分的价格,在飞行器价格中的因素越来越低,FC-1战斗机机体和发动机总价格在700万美元左右,而航电设备则高达800万美元,航电设备已经成为了飞机价格的主体。一个12吨空重战斗机的机体,并不会比17吨空重的战斗机便宜什么,同等航电配置下,双发战斗机比单发战斗机昂贵的,恐怕也就是多一台发动机的价格了。但是相对于增加一台发动机带来的飞行性能飞跃性提升,这一点代价是完全可以接受,或者说纯粹是微不足道的。


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为了尽可能节约成本,F-35的机身大量采用复合材料,而不是像F-22一样采用钛合金。图为F-22型战机正在组装。


也许有人提出,可以不要那么好的航电设备来降低价格么?这个恐怕是更不可能的,前面已经提到,制空作战中最重要的因素就是空情掌握,如果你换装低成本的航电,怎么确保空情掌握?而且现代先进空空导弹射程不断提升,也需要采用先进的AESA雷达利用这个射程,以流星为代表的新一代中距离空空导弹,射程已经超过100公里,那就需要雷达在强电磁干扰环境下对100公里距离上的典型目标建立起稳定跟踪,这个要求只有先进的AESA雷达才能实现,只要采用AESA雷达,整个航电系统的成本就不可能太低。至于电子战设备那更是不可能削减的,越战中美国飞行员就宁愿少挂两枚空空导弹也要挂载两个自卫电子战吊舱。

这样来说,等于是你的中型三代机电子设备必须采用与重型四代机相当的航电设备,除了因为机头直径造成雷达阵面面积较小,没法装载那么多发射/接收单元以外,其他什么成本都省不下来。就算强行发展一款中型四代战斗机,那无非也就是10架歼20的成本,可以换算成12架中型四代机,这个所谓的数量优势在质量优势面前根本不值一提。

F-35的研发经费足以购买至少300架F-22战机

根据F-22研制的经验,F-22总采购成本只有300多亿美元,研制成本则需要400多亿美元,F-35研制经费更是高达700亿美元,现代战斗机研制费用攀升已经是不可遏制的趋势。在这样的趋势下,光是中型四代机的研制成本,就足以采购上百架歼20战斗机在这样的情况下,中型四代战斗机对于重型四代战斗机还有什么优势吗?

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由于选择了鸭式布局,歼-20的短距离起降能力也是相当出色的。瓦良格号航母上前点105米的长度完全可以满足要求。图为歼20战机。


歼20甲板起飞距离可以比歼15短90米

当然也有人会问,中国未来航空母舰也需要舰载隐身战斗机,而歼20战斗机体型过于巨大,重量过大,没法在航空母舰上弹射起飞,那还不是需要中型四代战斗机来顶替这个战力空缺吗?

中国海军航空兵的整个训练体系,已经基于滑跃起飞建立起来了,在其中已经投入了巨大成本,所有飞行人员都是基于滑跃起飞所训练,而蒸汽弹射系统潜力较小,难以使用重型舰载机。在可以预见的将来,不太可能花费巨大代价抛弃原有的系统用蒸汽弹射系统取代,至于未来的电磁弹射器,使用简单很多,弹射能力也大幅度提高,基本不存在无法弹射起飞的问题。至于滑跃起飞,歼20战斗机推重比远远高于苏33战斗机。

而且静不安定布局和先进的前翼可以产生巨大的升力,弹射起飞需要的距离可以大幅度缩短,苏33可以在195米后点以32.2吨起飞重量起飞,而歼20以其巨大的气动优势在105米前点就可以用相当大重量起飞,并不存在无法滑跃起飞的问题。至于体型过于巨大的问题,就目前国内外分析,歼20战斗机长度在20米左右,小于苏-33战斗机的22米,航母操作上比类似苏33的歼15战斗机更为方便

歼20在护卫航母的防空战中比中型机有压倒性优势

同时,航空母舰舰载机本身对截击性能要求相当高,F-4和F-14都是作为航空母舰专用截击机设计的,其发动机加力燃烧室无使用时间限制,就是为了从起飞开始就全加力尽快赶到拦截点拦截敌机,美国现役航母削弱了截击能力是因为苏联解体再也没有重大海空威胁,但是我国面对的军事环境更加复杂,拦截能力还是非常重要。歼20的拦截性能相对于中型四代机有着压倒性的优势,对于提高航空母舰编队防空能力有着巨大的增强效果。

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中国构建空中进攻打击体系不用照搬美国的思路,因为中国空军没有全球作战的压力。图为歼20战机。


F-35是攻击机空战能力只以自卫为标准

因此在可以预见的未来,无论空战技战术怎么发展,空军的对地支援任务总是需要继续发展的,而当前随着空地一体化作战的不断推进,对地攻击作战需要数量较多的作战飞机来应对不断增加的支援需求。F-35战斗机,从项目选型时期就亮明了招牌,联合攻击战斗机(Joint Strike Fighter JSF),攻击是第一使命,而空战能力以自卫为标准,也是不打算投入制空作战的,这个任务会被交给F-22战斗机。

歼20战机与二炮配合就足以完成未来任务

如果我们仔细琢磨一下,我们还应看到这样的问题。F-35作为隐身的四代攻击机如果在已经掌握制空权的前提下执行近距离支援任务时,隐身的意义其实并不大。只有在空情未明的前提下执行对地支援任务时,F-35的隐身优势才能够凸显。中国自身构建的空中进攻打击体系显然不会照搬美国的思路,中国空军没有全球作战的压力,因此这使得中国空军可以更多的依赖本土的传感器系统配合作战。

这就让空情未明的情况大为减少。在这样的大前提下,中国空军依靠歼20突贯纵深摧毁对方的关键防御节点,并且在二炮导弹部队的支援下,可以有效的构建一个不一样的打击体系。因此,我们没有必要去学习美军在四代机上的高低搭配。

中国重装陆军与美国轻装陆军对飞机需求不同

每个国家都有自己独特的体系,中美之间的体系必然会存在相似之处,但是绝对不能认为中国就一定会选择与美国一样的体系。中国陆军的打击能力之强、手段之丰富是令全世界陆军所赞叹的,因此在解放军的诸军兵种合成进攻战役中,陆军对于近距离的打击能力和手段是必须考虑在内的。

从美军的作战条令来看,美军重视快速反应,对于战场环境的建设更多依赖大系统和空基/天基传感器。这种作战模式必然导致美军地面轻装部队经常会遭遇大量无法通过自身伴随火力解决的目标,在这样的前提下,才会使美军提出了非常严苛的近距支援任务要求。

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由此我们可以更清楚的看到,一种中型的、貌似廉价的四代战斗/攻击机不是中国未来所需要的。在现阶段各国军费都比较紧张,用有限的经费去采购一种性能只是马马虎虎的四代机,还不如购买更多的三代机改型更为划算。

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