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悉尼国际备用-原创:歼-20要想“上舰”,体重不能超过23吨!

时间:2020-01-11 19:26:56      

悉尼国际备用-原创:歼-20要想“上舰”,体重不能超过23吨!

悉尼国际备用,歼15作为一个平台来说,已经非常不错。但在美国下一代航母将装备f-35这种第四代隐形战机的背景下,研制真正国产的下一代航母舰载机已经势在必行。因为随着中国国产航母数量的增加和向蓝水的扩展,中国航母的假想敌也肯定不会局限于中国周边。面对美海军f-35c以及f-35系列在全世界的扩散,仅凭现有的歼15是无法应付的。

让四代隐形战机上航母,这个念头早在隐形战机出现后就有了。1971年,美国空军提出了第四代战机atf的概念原型,开始为第四代战机做初步探索。1976年,美军开始在atf中加入隐身的设计,这主要是由于国防高级计划研究局的“试验隐身技术验证机”(xst )计划(也称为“哈维”(hervey )或“海弗蓝”(have blue )计划)已经进入工程发展阶段,此即后来的f-117战机。1985年9月,美国空军发布完整的 atf 验证/ 确认阶段方案需求。1986 年 4 月,美国海军宣布加入atf计划,表示同意在 atf 基础上研制 natf,用于替换 f-14。而空军同时也宣布,将在海军 ata(先进战术攻击机)计划基础上研制新一代重型攻击机。而海军的这个ata项目,启动于1983年,目的是研制一种隐身和高载弹量的重型攻击机,用以替换当时的a-6攻击机。1991年,由ata发展起来的a-12复仇者下马,海军决定海军先进战术战斗机natf需要更好的基础成为隐身打击战斗机并将项目变更为a-x项目(海军的先进未来战斗机)。大约在相同时间,美国空军希望取代f-111的飞机与海军的项目合并为a/fx——一种多用途二座打击战机——建立在旧的natf/a-x设计。

a-12复仇者

可以说,美国当时的胃口是相当大的,也就是要在海空军主要战术战斗机全面隐身化,如果在加上后来的b-2战机,美军几乎可以实现空中打击力量的全隐身。

从军事迷的角度来看,海军的这些隐形战机,无论是n-atf还是ata、a/fx以及a-x,设计非常前卫、科幻,充分体现了美国技术的牛叉。然而在实际的“舰机适配”应用上,无疑是一场灾难。挡在这两种战机前面的最大障碍就是:超重。

n-atf、a/fx以及a-x这三种外形相似,基本上就是f-14应用f-22技术的翻版。有些网友将之称为“雄猫隐身版”。但是美国研究来研究去发现这种隐身版f-14已然超出了航母的使用上限。ata发展出来的a-12更加夸张,一个三角飞翼的造型绝对抢眼,但飞机研发到最后已超重 3.6吨,比预期超重 30%。超重带来的是起降安全性能上的巨大退步,一方面飞机太重,弹射器难以让飞机达到起飞速度,另一方面飞机降落也容易失速并对阻拦装置的冲击更大。

n-atf、a/fx以及a-x这三种外形相似,基本上就是f-14应用f-22技术的翻版。有些网友将之称为“雄猫隐身版”

第四代隐形飞机上舰,会带来多大的重量增加?这是一个非常关键的问题。从美军f-35来看,海军舰载型f-35c空重为15.8吨,比空军陆基型f-35a增加了2.5吨,增长率为18.8%。这个数字的确有些可怕。俄罗斯苏-27到舰载型的苏-33空重仅增加了12.3%。全国政协委员、航空沈阳飞机设计研究所总设计师、歼-15舰载机总设计师孙聪曾经对媒体介绍过,舰载机的空机重量一般比对应的陆基飞机增重10%左右。从这个标准来看,美国的f-35确实有些超标了。当然战斗机的空重是一个非常敏感的数字,有人认为美国在这里故意公布了虚假的数字。

对于中国来说,民间对第四代隐形战机上舰最大的呼声就是歼20。这款外形彪悍的“黑丝”不但象征了中国航空工业的水平,也吊足了中国军迷对歼15之后未来国产新一代舰载机的胃口。但是在歼20战机空重我们一无所知的情况下,的确很难判断这种新锐战机是否具有上舰的能力。

推测歼-20的空重是一个比较复杂的问题,本文仅是提供参考

不过我们可以从弹射器的最大能量来逆推中国航母隐形舰载机可能的重量。如果中国国产航母的使用蒸汽弹射器的话,其能量不会超过c-13的95mj,如果使用电磁弹射器的话,我们可以将其设定为稍低于美方的110mj水平。根据动能方程,按照c-13最大的弹射速度155节来计算,中国可能的“隐身舰载机”在使用蒸汽弹射器的情况下,最大起飞重量不能超过29.94吨;在使用电磁弹射器的情况下,最大起飞重量不能超过34.68吨。从上述这个计算,也可以看出电磁弹射器的优势。

现在我们按照34.68吨这个数值,如果中国的隐身舰载机突出夺取制空权作战,那么在内置2枚近距空空导弹和6枚中距导弹(总重约1.3吨),机内携带8吨燃油的情况下,舰载机的空重应该控制在25.3吨左右。而中国的舰载机若侧重进攻作战,那么可能要通过外挂点来携带更多的弹药,这里假设为5吨,那么舰载机的空重则不能超过21.68吨。

网友设计的歼-20舰载机着舰想象图。

我们这里的计算较为粗糙,实际的计算和衡量要复杂的多,而且要经过大量的仿真模拟。这个里我们只是说明隐形战机成为舰载机可能遇到的困难,尤其是减重带来的压力。

从美俄法舰载机的研制情况来看,增重的幅度各不相同,美国f-35c是18.8%,俄罗斯苏-33为12.3%,而法国的阵风m竟然只有7.3%。但f-35c是单发隐形战机、苏-33是双发三代重型战机和阵风-m是三代半的双发中型战机,这和歼20这种双发重型隐身战机的情况都有不同。那么,我们就按照孙聪委员的10%的指标来计算,那么根据25.3吨和21.68吨的计算结果,歼20的理想空重为23吨和19.7吨,这样才能保证歼20改装成舰载机后,避免超重的麻烦。

有意思的是,对比美国f-22a战机19.6吨的空重,我们赫然发现上面这个理想指标并不是“高不可攀”。

现代战斗机减重,无外乎有两个途径。第一是设计上优化,第二是使用新型材料。前苏联的苏-27就充分体现了设计减重的思路。这款使用超过60%铝合金的战机,由于广泛采用结构系统布局一体化、总体、结构布局一体化、结构局部合理化设计等来减轻结构重量,获得了比采用大量使用昂贵新材料的欧美同类战机更好的减重效果。

在应用新材料减重上,使用钛合金和复合材料越来越成为主流。f-22这类四代战机的为了兼顾减重和高速飞行,大量使用钛合金和复合材料,其总比例已经达到了66%,而传统的钢和铝合金还不到20%。尤其是钛合金作为f-22中后机身和机翼结构的主承力构件,占到了整个飞机结构重量的42%。因此应用钛合金,成为第四代战机减重的重要途径。从最近的媒体报道上来看,中国在航空用钛合金的发展上十分迅速。

f-22这类四代战机的为了兼顾减重和高速飞行,大量使用钛合金和复合材料

在钛合金研发上,曹春晓院士及其科研团队经过半个多世纪的拼搏,先后谱写了中国航空材料领域以tc4(即相当于f-22主要使用的ti64钛合金)、tc11、ta12、td2为标志的四个重要篇章,其性能水平、生产工艺、流程及标准目前均已达到世界先进水平,当前正在书写以钛铝(tial)合金为标志的新篇章,并已取得重要进展。在钛合金加工方面,2013年1月18日召开的2012 年度国家科学技术奖励大会上,北京航空航天大学王华明教授主持的“飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术”获国家技术发明奖一等奖。这意味着我国成为继美国之后、世界上第二个掌握飞机钛合金结构件激光快速成形及技术的国家。更加令人欣喜的是,在性能上,根据公开的材料,我国已经能够生产优于美国的激光成形钛合金构件,成为目前世界上唯一掌握激光成形钛合金大型主承力构件制造且付诸实用的国家。

在2013年两会期间,全国政协委员孙聪在接受新华社记者专访的时候,也透露了歼15的一些信息,例如“歼-15 项目率先采用了数字化协同设计理念:三维数字化设计改变了设计流程,提高了试制效率;五级成熟度管理模式,冲破设计和制造的组织壁垒。”一些媒体以“歼15首飞机型采用3d打印技术”为题进行了报道,但这实际上并不是孙聪委员的原意。孙聪在访谈中的原话是“钛合金和m100钢的3d打印技术(增材制造技术)已广泛用于新机设计试制过程。其中,于2012年10月至11月首飞成功的机型,广泛使用了3d打印技术制造钛合金主承力部分,包括整个前起落架。”这里面所说的首飞的机型,明显是指中国第二种隐形战机“鹘鹰”,而不是歼15。

最近歼-31相比歼-20的进度,似乎动静不大

在航空复合材料上,主要就是以碳纤维为主的先进复合材料。在这方面中国还有一定的差距。西方国家战机早就已经采用了t300级别的碳纤维,现在最新的一些新研发装备则至少使用t800级别甚至更高水平的碳纤维。中国碳纤维复合材料长期处于t300水平,T700级碳纤维尚处于工程化研究阶段,T800、MJ系列碳纤维尚在攻关。国家“863”计划高性能碳纤维项目实施后,依托的中科院山西煤炭化学研究院的中简科技在2008年成立,其t700碳纤维产业化生产线已实现工程化批产,年产量可达300吨。

虽然中国在复合材料上有一定的差距,但复合材料尚无法作为战斗机的主承力部件来使用,而在高盐、高湿、高温的航母平台上,舰载机大量使用复合材料也存在一定的风险。因此新一代作战飞机的减重,主要靠钛合金的大量应用。从理想状态来看,中国的歼20如果能在设计上体现创新特色,尽可能减少结构重量,同时在材料上大量应用钛合金等航空新材料,再加上国内已经有一定基础的复合材料,即使中国战机制造水平还没有达到和美国平起平坐的程度,但实现空重在23吨甚至19.7吨的水平,并不是“不可能完成的任务”。

如果中国的歼20能控制在这个水平上,那么其舰载型实现的可能性就比较大了。当然舰载机选择也要受到其他因素的限制,例如作战对象和航母平台大小的限制。例如如果中国的国产航母排水量有限,没有美军核动力航母空间那么大,那么选择类似于“鹘鹰”这类中型战机,就能够携带更多的战机。

从全国政协委员孙聪的采访来看,“鹘鹰”同歼-20竞争中国海军下一代主力舰载机可能会相当激烈,该机同时也应用了3d增材制造等一系列最先进的技术,来减少舰载机的空重,以此来提升航程和武器挂载能力。但从减重的指标来看,“鹘鹰”作为一种中型战机,压力要比歼-20小得多,技术实现也会顺利的多。当然也有不同的看法认为歼20这种重型隐身舰载机的综合效能更高,尽管载机数量会减少,但整体作战性能却丝毫不差甚至更好。届时中国歼-20可能成为世界上唯一的重型隐身舰载战斗机,面对美军f-35c也有较大的优势。

总而言之,第四代战机装备航母,是大势所趋,笔者个人认为无论是歼-20还是“鹘鹰”上舰都没有不可逾越的技术障碍。但中国选择哪一种隐形战机来改装未来的舰载机,受限于很多其他的因素,需要从航母顶层论证中评估装备不同舰载机所带来的整体作战效能的变化。

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