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本帖最后由 swz8228 于 2.6.2010 21:02 编辑
——浅析歼-11大改及由运-7研制旋翼机对我国的意义与影响/来自中华网社区 club.china.com/
旋翼机最早是由上世纪20年代西班牙工程师谢巴发明的,随着直升机的兴起,旋翼机渐渐的被历史遗忘了,随着人们对旋翼机认识的深入,重新被越来越多的人所注意。
( 注⑴)旋翼机采用了旋翼和固定翼飞机的螺旋桨,其旋翼不依赖发动机驱动,在飞行中发动机驱动螺旋桨提供前进的动力,前方的气流作用在后倾旋翼上,气流从下往上经过旋翼,然后带动旋翼旋转,同时产生升力。由于旋翼不是由发动机带动,也没有矩力问题,所以不需要尾端螺旋桨及传动器。在飞行过程中,旋翼始终处于自旋状态,它可自动调节,使机身具有良好的俯仰稳定性、滚转稳定性和速度稳定性。旋转起来的旋翼恰似个大惯性轮,且旋翼没有周期变距等变化。又由于旋翼机的旋翼安装角比直升机的要大些,所以具有较好的陀螺效应,稳定性较高。即使发动机出现故障使旋翼机掉落,其掉落的速度越快,气流穿过旋翼的速度越快,旋翼旋转就会增加升力,从而安全的迫降,美国的旋翼机飞行训练手册说:“旋翼机的稳定性在所有航空器中最高”。凭借优秀的安全性,旋翼机可以在恶劣气候条件下的人道主义救援中发挥重要作用。
旋翼机与直升机相比,结构简单,故障率低,可维护性好,安全性好,旋翼机的驾驶比直升机容易得多。国外一些旋翼机运行培训中心,对没有飞过任何机种的新手,一般通过两天的训练和带飞即可放单飞,而对有过训练的人一天就行了。旋翼机体的工作环境好于直升机,寿命长,飞机座舱的振动噪声要小于直升机,这对于长时间在密布各种电子设备机舱中工作的操作员来说特别重要。
旋翼机与固定翼机相比可以短距降落,甚至操纵得好可以不滑跑就地着陆,这样也就意味着它可以在甲板上和野外较平坦的土地上降落。其实(注⑶)早在1935年,谢巴就提出了不用滑跑旋翼机就能直接垂直起飞的设计方案。在起飞前先通过发动机驱动旋翼达到飞行转速的1.4--1.6倍,同时提高桨叶迎角,使升力达到最大,脱开离合器后,旋翼机就可以实现垂直起飞。(注⑴)在上世纪50年代,英国就生产出了“飞利”旋翼机,载客44人,速度可达250千米/小时,而当代美国格莱恩航空工业公司设计出了速度640千米/小时,载客120名,航程2200千米的旋翼机。旋翼机虽然古老,但它也是一种正在蓬勃发展的年轻飞行器,其好用、安全、便利的特点,使其在未来的航空器家族中仍将占有一席之地,我国应该对旋翼机给于足够的重视,加大资源投入,争取在这个领域进入世界先进水平。
通过二战及之后的历次海上战斗已经可以清晰地看到,空中力量的发展使以空制海成为现代海战的主要作战形式。飞机凭借机动性好、火力强和作战半径远在与水面舰艇的对抗中处于绝对的优势,中国海军未来面对的最大威胁将是以航空母舰为核心的水面舰艇编队,航母编队可以在我水面舰艇防区之外对我进行单方面的空中打击,而我水面舰艇编队很难给对方造成实质性威胁,最好的反航母措施就是组建航母编队。随着以052B,052C,051C,054A,093为代表的新一代驱护舰和核潜艇的服役,我国为航母战斗群构建的护航舰只雏形显现,随着我国综合国力的增强,装备更先进的驱护舰只是时间问题。
航空母舰是久久萦绕在我国人民心中挥之不去的情节,我国经过30年改革开放综合国力有了较大的增长,外汇储备达到1.95万亿美元,科技水平不断提高,船舶工业在世界市场的份额已居前列,从各个方面来说我国发展航母的条件已经成熟。
从舰载机的起飞方式上来看,航母可分为装备滑跃甲板滑跃起飞和装备弹射器弹射起飞,无疑弹射起飞在发挥战机战斗力方面拥有较大的优越性,它可以使飞机载弹量更大,作战半径更远,还可以装备固定翼预警机和反潜机,综合作战能力较全面。反观滑跃起飞方式只能装备预警直升机、反潜直升机,在关乎战斗力核心的预警范围、滞空时间,作战半径方面有着本质的差距。但是滑跃起飞方式结构简单,技术难度低,成本低,环顾世界能够研制、生产弹射器的国家只有美国。现在没有迹象表明我国在弹射器上实现了关键技术的突破,所以装备采用滑跃甲板的航母对于我们来说是现实的选择,可以为积累航母战术、使用经验赢得时间。
2005年8月,一条来自莫斯科航展的重要信息引起了世人的关注,当时有消息称中国海军航空兵正在组建舰载固定翼航空兵部队。在此次航展上,一位来自俄罗斯某公司的官员十分肯定地表示,中国正计划从俄罗斯购买一批先进的Su-33战斗机,打算最终购买50架。据俄罗斯《Take-off》杂志称,如果中国购买Su-33,其型号可能是Su-33K改型或是最新的Su-33KUB,其将采用更加成熟的航电系统,性能更先进的武器系统,以提升战斗机的多任务能力,同时采用的发动机更加适合在低纬度地区高温高湿环境中使用,确保提升战机的起降性能及载弹量。Su-33采用的是由俄罗斯留里卡“土星”科研生产联合体研制的两台AL—31F3(又称AL—31K)带加力燃烧室的涡扇发动机,AL—31F3是在AL—31F基础上衍生出来的舰载发动机,军用推力约7650kg,全加力工作状态下最大推力12503kg,Su-33最大起飞重量为33000千克,比原来的Su-27要重,燃油容积有所减小,但其内部载油量仍可达9200千克,在机内满油条件下其有效作战半径可达800海里(高-高-高飞行剖面),在低空条件下其有限作战半径也达415海里,实际上比F/A—18E/F的395海里还多些,外挂载荷达到了6500千克。Su-33在携带8枚空空导弹(2吨载荷)以正常起飞重量从105米的右跑道起飞时,飞机总重26600Kg,在带有60%燃料的条件下,在距航母250公里以外巡航2.5小时,由于滑跃起飞对起飞重量的限制,Su-33在距母舰800公里距离时只能巡航仅仅约0.5小时,这极大的削弱了其战斗力。中国从乌克兰购买了Su-33的原型机T-10K进行研究,可在歼-11的基础上探索分别采用宽边条与小型鸭翼(类似Su-33)两种气动布局研制舰载型,或者与俄罗斯技术合作引进Su-33的关键技术,最后我国的歼-11舰载型的技术水平将达到Su-33K改型或是最新的Su-33KUB的水准,在滑跃起飞对起飞重量限制方面只比原Su-33获得了改良,并不能达到弹射起飞方式下满油全外挂短距起飞的水平,战斗力仍然有很大的局限性。有没有一种改进措施可以使歼-11舰载型在采用滑跃起飞方式下实现满油全外挂短距起飞哪?下面我们可以探讨一种改进措施,由于Su-27系列战斗机前机身较长,机内空间较大,是否可以借鉴F-35B在歼-11座舱后机背处(即后脊减速板的位置),对应机腹进气道前(即前起落架的位置)的位置安装强功率升力风扇,由两台大推力涡扇发动机驱动,同时原后脊减速板改为安装在主翼对应的机背处,前起落架安装位置前移至座舱(单座型)正下方,向前收起。F-35B发动机推力巴黎航展上宣称达到19450kg,垂直起飞状态时其升力风扇(向后15度倾角)产生89KN的推力,发动机(向下60度倾角)产生98KN的推力,总升力19.08吨。如果歼-11舰载型换装推力更大、带推力矢量的发动机,比如太行的改进型推力可达155KN推重比9.5或者AL-31F-M2,推力14.2吨,以太行的改进型(带推力矢量)为例,两台加力推力可达310KN、31.63吨,假设升力风扇的效率与F-35B相同,就可以产生15.06吨的升力,如果太行推力矢量喷口(与Su-35/37、F-22类似不同于F-35B、雅克-141)可以上下20度转向,起飞时推力矢量喷口向下20度加力推力约为16.58吨(以F-35B升力风扇与发动机推力的比例为标准),产生的垂直方向推力为5.67吨,由升力风扇与发动机直接产生的总升力为20.73吨,水平方向的推力为15.58吨,根据俄罗斯人撰写的《苏联航母发展历程》中记载当甲板风为22节,起飞重量不大于24.5吨时,原Su-33可以采用军用推力(两台AL—31F3军用推力为15.3吨)从长度为105米的1、2号位置跑道上起飞,这时离开甲板的空速仅为105千米/小时,推力为15.58吨时同样从105米处起飞可以产生约24.5吨的升力,歼-11舰载型从“库兹涅佐夫”号105米的右跑道起飞时可以产生合计45.23吨的升力(气动外形、重量的差异忽略);甲板风22节时,以原Su-33最大起飞重量33吨起飞只需在长度为46米的跑道上就可起飞离舰。由于歼-11舰载型会大量采用复合材料,满油全外挂起飞时的全机重量一定小于原Su-33,剩余的升力空间可以进一步缩减起飞滑跑的距离。作为3代半改型与4代战斗机广泛采用推力矢量发动机将是必然的趋势,歼-11舰载型在加装强功率升力风扇这一措施后,完全突破了滑跃式起飞对起飞重量的限制,将获得与弹射起飞相当的战斗力,实现弹射起飞方式下才能够做到的满油全外挂短距起飞。加装升力风扇也使歼-11舰载型在降落方面的增益明显,可以实现携带载荷减速短距降落,也扩大了滑跃甲/斜板的影响与适用范围,比如可以将滑跃斜板部署在远离大陆的小型海岛或者被空袭后的机场跑道上使用。同样思路也应用于4代机的研制,在研制4代隐形战斗机过程中应当预先统筹规划好升力风扇的相关设计以用于未来的舰载改型。当然强功率升力风扇在空中执行作战任务中是一个死重,应尽可能使用钛合金等重量轻强度大的复合材料制造,另外也要验证升力风扇向下气流是否影响机腹进气道进气流的问题。
舰载战斗机没有弹射器尚可以采用滑跃式起飞,但是舰载固定翼预警机、反潜机起飞只能借助于弹射器才能最大限度发挥舰载机群整体的战斗力,采用滑跃起飞将极大削弱机群起飞速率及其本身的作战半径,如果舰载机部队没有性能优秀的舰载支援飞机将不能适应现代信息化战争。以上分析可见阻碍我国航母发展的并非舰载战斗机,而是对战斗力起关键影响的舰载支援飞机!
对航母来说,舰载预警机是信息化空战中的关键因素,E-2C“鹰眼”预警机的名字恰如其分的表明了其作为舰载机群“空中之眼”的作用,在半个世纪以来它伴随着美国海军的航母打击群征战世界各片海域,战绩辉煌,所以真正对我航母对空作战构成技术瓶颈的其实是预警机。俄罗斯装备的Ka-31预警直升机最大航程800千米,续航时间2.5小时,作战半径只有200多公里,机身下部装备E-801“眼睛”E/F波段平板天线雷达,对空中目标最大探测距离150公里,对海面目标最大搜索距离250公里,由此可见,其作战半径、续航时间、探测距离,完全不能满足我舰载机对空作战的需要。日前一则新闻应该引起我们足够的重视,美英为英国新一代航母研制基于V-22“鱼鹰”倾转旋翼机为平台的舰载预警机,如果研制成功西班牙、意大利、印度、澳大利亚、日本、韩国的滑跃式航母都有可能装备,舰载预警直升机将被边缘化,甚至遭淘汰!那时环顾世界装备舰载预警直升机的国家也许只剩俄罗斯,即使日本、韩国的航母采用滑跃式起飞其上搭载的F-35、V-22倾转旋翼预警机、反潜机战斗力也会相当强悍。也就是说装备Ka-31或直-8预警直升机有可能是种误区。显然以直升机为载机发展的预警机不能满足我未来航母作战的需要,预警机的载机只能寄希望于固定翼的中型运输机。在我国国产的运输机中只有运-7的机体规模与E-2C相当,(注⑵)运-7是中国西安飞机工业公司研制生产的双发涡轮螺旋桨短距/中程运输机,满载航程1200千米,起飞距离1119米,着陆距离1368米。在此基础上西飞公司研制的长航程运-7型,于1999年12月25日首飞,该改型机长24.31米;机高8.891米;翼展29.2米;最大起飞重量24000千克;巡航时速420千米/小时;在气动外形上,加装了剪切翼梢,以减小诱阻,提高升阻比,使航程有较大的提高。在机翼下可加挂两个800升或1400升副油箱,载油量由4.7吨增加到7.5吨。采用了低油耗、长寿命的涡桨-5E发动机和提高效率及降低噪声的J16AG10A螺旋桨。飞机最大续航时间由5小时增到10小时,满油航程达到4000千米。与运-7同吨位的美国E-2C预警机采用单翼四立尾布局,机长17.54米,翼展24.56米,机高5.58米,最大起飞重量23540千克,最大速度为626公里/小时,机内载油量5.6吨,最大航程2550公里,续航时间6小时,机载预警雷达为AN/APS-145型雷达,该预警雷达综合性能不如新体制的有源相控阵雷达。虽然长航程运-7型某些性能已经超过E-2C预警机,但是运-7型在机内满油的情况下无法从航母上滑跃起飞,如果我国发展一种以长航程运-7型为基础的旋翼机(姑且称为旋-7),其完全可以在采用滑跃甲板的大中型航母上实现短距/垂直起降,由于旋翼机的技术复杂度低于直升机,在民间就有很多航空爱好者根据图纸自己制造轻型旋翼机,以我国目前的航空工业基础,在运-7的基础上能够研制一款适合在滑跃式航母上起降的旋翼机平台。
在对运-7结构的改进中应缩短发动机外侧一半长度的机翼,以减少旋翼旋转时的气动干扰同时增加一定的升力,用舵面来控制飞机的俯仰偏航,可以省去直升机旋翼上复杂的装置;降低垂尾高度、采用四立尾布局,由于旋翼机的旋翼不同于直升机,其旋翼倾角呈现前高后低的状态,如果垂尾很高旋翼直径就不能太大直接影响升力,旋翼直径大旋转时又会有击中垂尾的危险,采用四立尾布局既可以调和旋翼与垂尾的矛盾又能增强旋翼机方向安定性;保留涡桨-5E发动机的同时使用高效率的六叶螺旋桨,旋翼系统由旋翼叶片、支架和转轴三部分组成,没有直升机那样复杂的水平铰、垂直铰、轴向铰装置和动力系统,只要保持自由旋转即可,桨轴的高度要适应垂尾与旋翼的需要,装备六叶旋翼、旋翼半径在11米-13米,采用新型复合材料,翼端采用高密度材料配重,而且旋翼的平面与机身水平线成一定夹角,以使气流作用到旋翼上驱动旋翼旋转产生升力。旋翼机与直升机相比没有尾梁、不需要尾传动系统及减速器自动倾斜器,对运-7的改型中要保留主旋翼传动系统,通过离合器与旋翼连接,这样可以预转旋翼并使其达到正常飞行转速的一定倍数,然后突然脱开离合器,同时使旋翼奖叶变距而获得较大升力跳跃起飞。对运-7改进过程中可以大幅度运用我国比较成熟的复合材料减轻机体重量提高强度。运-7改装为旋-7后飞机尺寸与运-7相差不大,在缩短机翼后其翼展在19米左右,旋翼可以像直升机那样折叠,发动机外侧的外翼在动作筒的作用下可以向上折叠,大大减少占地空间,更加适合在航母甲板上使用,同时旋翼的桨轴可以升降,降下桨轴以降低整机高度以适应升降机与机库的尺寸与空间,方便灵活调度。由于旋翼机结构简单又采用了大量复合材料,旋-7的吨位与运-7保持相同规模,为了把复杂问题简单化便于比较,旋-7的部分性能数据参照运-7。
随着空警-2000和运-8平衡木式预警机技术的日趋成熟,我国完全能够参照以色列G550预警机的结构,采用共形天线在旋-7前机身两侧分别安置两块有源相控阵雷达天线阵面,在机头、机尾处也分别安置雷达天线阵面,这样就可以在空间范围内实现360度无盲区扫描。利用旋-7与运-7同一机体、相近的强度、起飞重量的特点,我们可以先以运-7为平台试制包括预警雷达在内的电子信息系统,同时在运-7的基础上研制旋-7旋翼机,待旋-7研制成功后将预警系统移植到旋-7上,这样通过两条线同时并行的方式可以减少风险,加快时间进度。(同样的道理研制旋-7反潜机时也应该利用已经研制成功的运-7反潜巡逻机的成熟技术与装备。)现代信息化作战环境下没有预警机参与的空战是无法想象的,通过旋-7预警机的研制可以为我国海军提供一款在滑跃式航母上起降的预警机同时技术性能与E-2C相比也毫不逊色。在弹射器技术还未成熟的情况下,就可以建立体系完备均衡的舰载机部队,为我们装备航母赢得时间。
另外旋-7不仅可以作为舰载预警机,也可以作为舰载反潜机、舰载电子战飞机、舰载空中加油机甚至作为两栖攻击舰上输送机降部队的运输机。舰载反潜机也是我们组建航母战斗群必不可少的机种,防空和反潜是长期困扰我们海军战斗力的短板,众所周知最有效的反潜方式是航空反潜,虽然驱护舰上都装备了舰载反潜直升机,但是要组建航母战斗群则必须要装备续航时间长、作战半径远、反潜设备齐全、载弹量大的舰载固定翼反潜机,直升机由于各方面性能有限,是不能满足航母战斗群反潜需要的。与美国海军S-3舰载反潜机相比除最大平飞速度旋-7不及S-3外,两者的尺寸、空重、最大起飞重量、航程都相差不大,我们以旋-7为载机研制的反潜机,其作战效能大大高于反潜直升机,基本可以满足航母战斗群反潜的需要。随着071型船坞登陆舰的服役,旋-7也可以作为船坞登陆舰及未来的两栖攻击舰的舰载运输机,与美军的V-22倾转旋翼机相比,V-22虽然技术先进但是也存在技术复杂、可靠性差、技术还不成熟且价格昂贵等不足,近几年在美军中曾发生多起严重事故,并不适合我国国情。旋-7旋翼机虽然在V-22的优势领域,比如垂直降落方面不如V-22精进,但是也具有近似的能力,在运载量、最大航程、最大起飞重量方面却相差不大,相反旋-7还具备V-22没有的优势,比如技术简单、可靠性高、经济性好等,我们可以采用性能近似更加实用可靠的思路满足战术上的需求。当然旋-7运输机还可以作为陆基运输机使用,凭借比直升机远的航程实施跨海往返空降作战。
旋翼机应该做为一个在国民经济中非常重要的产业来发展,至少取得与直升机和中型运输机相同的地位。旋-7在民航运输业有着巨大的潜力,其起降对机场的硬件设施要求不高,机场的投资成本降低,可以在我国众多的中等城市普及航空运输,而且旋-7运营成本较低,安全性高。
我们可以在旋-7技术基础上通过更换喷气式涡扇发动机研制后续机型,该机型我们姑且称之为旋-8,旋-8用两台涡扇发动机替换原来的两台涡轮螺旋桨发动机,该涡扇发动机具有尾喷管向下转向能力,同时还具有滚转姿态控制喷管,旋-8的垂直起飞方案与F-35类似,只不过F-35的小直径升力风扇换成了旋-8的大直径旋翼,由两台涡扇发动机通过驱动轴、离合器驱动旋翼旋转,发动机尾喷管同时向下偏转,滚转姿态控制喷管喷射气流控制飞机的姿态,抵消大直径旋翼旋转造成的反扭矩侧力,提高旋翼桨叶的迎角就可以实现垂直起飞,起飞后发动机尾喷管向上偏转与机身成一线向后喷射气流,同时断开离合器使旋翼迎着气流自由旋转,实现平飞。旋-8的飞行控制系统能与发动机的推力控制相结合, 喷嘴的转换由机载计算机控制, 使喷嘴和旋翼的动作协调一致。旋-8空中悬停、垂直起降采用直升机模式,飞行采用旋翼机模式,这样我们就可以另辟蹊径研制一款有中国特色的“V-22”,所要做的不过是将世界已有的成熟技术通过自力更生和技术引进来消化吸收,将其重新分解组合成适合我们国情的装备。美国通过装备F-35、V-22实现两栖攻击作战机群的垂直起降化,使两栖编队与中型航母编队的界限模糊,提高使用效能,我们可以吸收其中先进的作战思想,用旋-8验证垂直起降战斗机的关键技术,技术成熟后组建我国的两栖作战垂直起降机群。
随着导弹防御系统在我国周边加速部署,核均势日益失衡如果在未来的核战中我国遭受核打击,运行在空间环境的各种卫星也会同时受到攻击,在这种情况下任何向太空补射卫星的运载火箭,在起飞助推阶段就会被导弹防御系统摧毁,我军的所有机场也会被攻击飞机无法起降,这时只有旋-7/8不需要机场,可以携带轻型空射运载火箭起飞,在空中将机舱中的火箭推出,实现点火发射小型卫星,实施核反击。激光武器具有攻击目标速度快、转移火力快、效费比高的优势,势必成为信息战时代的重点武器装备。如果强激光武器系统能够实现小型化、轻量化可以搭载到旋-7/8上,研制一款旋翼激光攻击机作为航母的舰载机,与旋翼预警机组成小编队,利用预警机多目标跟踪能力,强激光系统的多目标攻击能力组成空中“神盾”,可以摧毁对我航母编队进行饱和攻击的敌机、反舰导弹、精确制导弹药、高超音速巡航导弹及弹道导弹;同时还可以为从我国境内发射的洲际运载火箭在助推段、中段飞行护航,击毁任何从第一岛链及附近海域发射升空的反导导弹。
旋-7/8舰载支援机群如果能研制成功,将可以为世界各国提供足以满足其需求的另一种选择,随着技术上的扩散能够促进海上力量多极化。旋翼机不需要弹射器不存在技术瓶颈,航母的建造成本降低,其战斗效能足够强大,装备旋-7/8的滑跃式航母对于航母发展处于起步阶段的我国来说,能够满足保护近海和海上战略贸易通道安全的基本需要,是我们现实的选择。 |
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