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1997年9月25日,一架白机头黑机身的新型飞机,呼啸着从茹科夫斯基试飞中心的
水泥跑道
上腾空而起,转眼间消失在莫斯科郊外灰蒙蒙的天际之
中。
这就是俄罗斯苏霍伊飞机设计局最新研制的前掠翼飞机―C―37(英译为S―37),
绰号为“金
雕”。尽管C―37还只能算是一种技术验证机,但是由
于它采用了前掠翼技术、三翼面设计和隐身措施,以后还将采用矢量控制技术,
据专家们预
测,它不仅具有较好隐身性和超音速巡航能力,而且在机动性
能上将超过美国的第四代超音速战斗机F―22,因此如果资金允许的话,C―37很
可能成为俄
罗斯的第五代喷气战斗机的原型机。俄、美在战斗机划代上
有所不同,俄罗斯的第五代喷气战斗机相当于美国的第四代超音速战斗机。C―3
7的首飞成
功,意味着俄罗斯新一代战斗机的研制工作取得了重要进展,
这引起世界航空界的广泛关注;
强调高机动性
同美国研制第四代超音速战斗机一样,俄罗斯对第五代喷气战斗机的研究也是从
80年代开始
的。当时正是俄第四代喷气战斗机苏―27和米格―29投
产之时,一代飞机的投产问世便是下一代飞机研制的开始之时,这似乎成了军机
发展的一种
规律。
在苏―27和米格―29的基础上,经过对未来战争的分析研究,俄飞机研制部门和
军方逐步形
成了共识,并提出了对第五代战斗机基本要求:如多用
途性,也就是要具备打击空中、地面、水面甚至包括水下目标的能力;具有超音
速巡航飞行
能力;飞机本身的雷达和红外特征小,即具有一定的隐身性
能;探测设备功能强,具有较好的隐蔽性;应有高度综合的多功能显示和识别系统
;在进行
近距离空战中可全方位攻击目标,而在远距离空战时能同时用
导弹攻击多个目标。
对于飞机控制系统来说,应该能保障瞬时改变方向和航迹,而不需要过多的人工
操纵和协
调,在广阔的飞行范围内可避免出现大的操纵误差,在遂行
战术任务时自动控制系统可起辅助操纵作用。
在飞行性能上,俄罗斯的第五代战斗机特别强了高机动性的要求,即所谓“超机
动性”,甚
至要求飞机在90度的大迎角下仍具有较好的稳定性和可操
纵性。应该指出的是,美国在提出先进战术战斗机计划(ATF)时,也曾提出过“超
机动性”
要求,但后来美国人在如何将隐身性、超音速巡航和“超机动
性”融于一体时,遇到了如何兼顾的难题,于是只好降低最后一项要求,致使美
国的F―22
战斗机的机动性能并没有大的提高,其水平大概只能接近于采
用矢量控制的苏―27改进型,甚至还不如。美国空军降低对新一代战斗机高机动
性要求的理
由是,机载武器发展较
快,出现了高机动性全向攻击导弹,加上先进的头盔瞄准具的应用,可使飞机在
执行空战任
务时无需从敌机后面进行攻击。所以他们认为,降低高机动性
要求对实际作战不会产生太大影响。
可是,俄罗斯专家则认为,虽然现代空战主要在中等距离范围内进行,但是在特
殊的情况下
仍会出现近距作战,这时机动性就是优势。在现代空战
实践中,曾不止一次有人拒绝近距离机动空战,但结果是付出了包括生命在内的
沉重代价,
当然一边倒的“沙漠风暴”行动除外。在势均力敌的情况下,
现代空战往往从远距离参战开始,最后总会有战斗机从远战转变成近距格斗,井
以准确的机
炮射击而不是导弹攻击而告终。
再说,在大量使用电子战武器的今天,加上因隐身性要求,作战飞机的雷达和红
外特征都越
来越小,从而使远距和中距导弹的实际作战效能降低。
在这样的情况下,双方使用同等效能的武器进行中远距空战时,也只有机动性好
的战斗机,
才能够尽快将自己的飞机对准目标方向,并充分利用己方导弹
性能而取得优势。
所以,对于新一代战斗机来说,无论是亚音速飞行,还是超音速飞行,如果具备
“超机动
性”,将具有特别重要的实战意义。在研制新一代战斗机
时,既要满足隐身性和超音速巡航的要求,又要兼颐超机动能力,尽管这样做有
很大的技术
困难,但对此苏霍伊设计局一直初衷不改。
采用前掠翼
为了保证 C―37的高机动性要求,他们所采取的技术措施之一就是采用前掠式祝
翼(另外还
有推力矢量控制技术)。经研究证明,与后掠翼飞机相
比,采用前掠翼设计主要有如下优势:
--大大改善了飞机在机动飞行时,尤其是在低速机动时的气动性能;?与相同翼面
积的后掠
翼飞机相比,前掠翼飞机的升力更大,其结果可使飞机的载重
量增加30%,或者是缩小飞祝的机翼面积,从而降低飞机的结构重量和飞行阻力
;
--减少了飞机的配平阻力,加大了飞机的亚音速航程;
--改善了飞机低速操纵性能,从而可缩短着陆滑跑距离,
--机翼气动性能改善,起飞滑跑距离缩短;
--失速速度降低,在低速飞行时飞机的稳定性提高;
--不易进入螺旋,安全性能提高;
--飞机内部容积,尤其是机翼和机身接合部的内部容积增大,既可安装武器,又
有利于提高
飞机隐身性能;
--良好的外形既适用于各种任务的需要,又可使飞机在不同速度飞行时都具有良
好的稳定
性。
早在40年代,就有人尝试过前掠翼飞机设计。第一架带前掠翼的飞机是馏国容克
斯公司研制
的Ju―287轰炸机。该机于1944年2月进行了首次飞行,
最大速度达到815公里/小时。后来,有两架该型试验轰炸机被当作战利品运到了
苏联。
1945年,前苏联一位叫茨宾的飞机设计师,曾设计过多种试验
机,主要用于对战斗机气动布局的研究。这些试验机用飞机拖曳升空,达到一定
高度后,由
助推火箭点火加速。其中有一架试验机,即1947年投入试验
的JII―2号采用了前掠机翼,飞行速度曾达到过1150公里/小时(相当于马赫数
M0.95)。
另外,苏霍伊设计局也曾用苏―9战斗机改装过一架前掠翼飞
机,遗憾的是在前苏联的航空文献中没有这一记载。总之,那个时候出现的所有
前掠翼飞机
都只是一种尝试,大多数昙花一现,并没有发展成为实用飞
机。其原因是采用前掠翼会出现“气动弹性发散”问题,即由于机翼前掠,其外
翼部分(特
别是翼尖)在气动力的作用下会向上扭转。翼尖前缘向上扭
转,又会使迎角增大,升力加大,扭转进一步加剧,直至机翼结构破坏。在当时
的技术条件
下,要想解决这一问题是不可能的。
到了80年代,苏联和美国又开始研究下一代战斗机,在探讨其外形布局时人们又
把目光投向
了前掠翼。这时候由于先进复合材料的出现和应用,上
述的“气动弹性发散”问题已有可能得到解决。即在用复合材料加工制造前掠机
翼时,通过
合理的纤维铺层,不但可保证机翼的结构强度要求,而且可以
抑制“气动弹性发散”。根据美国专家的计算,如果 F―16采用前掠翼的话。其
转弯角速度
可增大14%,作战半径增加34%,起降距离减少35%。
为了进一步验证前掠机翼的可行性,俄美都研制了前掠翼技术验证机。美国研制
了X―29A。
它由格鲁门公司设计制造,机翼前掠角35度,前面装―
对鸭式前翼,没有水平尾翼。为降低造价,该机在结构上采用了不少生产型飞机
的现成设备
和组件,如F―5A飞机的机头和前起落架, F―16飞机上的主
起落架等。试验机于1984年12月14日进行了首次飞行,到1991年两架飞机总共试
飞了616
次。应该说X―29A的研制是成功的,但最终前掠翼技术并没有
用到F―22和JSF飞机上,原因是在新一代战斗机上采用这种机翼有较大的风险,
另外在试验
中还发现有阻力大的缺点。在美国,真正采用前掠翼并成批
生产的飞行器,是美国体斯公司生产的AGM―129ACM隐形战略巡航导弹(装备于B―
52轰炸
矾)。当时该导弹选择采用前掠翼,主要是为了提高其隐蔽性。
在苏霍伊设计局研制C―37之前,茹科夫斯基空气流体力学研究所和西伯利亚航空
科学研究
所也作过前掠翼技术基础研究工作。前者在一架米格―23
飞机的基础上安装前掠翼,进行过风洞和水洞试验;后者在一架苏―27战斗机的
基础上进行
过使用前掠翼的结构研究;还有苏霍伊设计局自己也曾搞过
一种C―32(即S―32)方案。可以肯定这些研究均为后来研制C―37打下了基础。
1996年,在俄罗斯航空报刊上出现了苏霍伊设计局向空军领导人展示的新型战斗
机模型的照
片。这就是C―37前掠翼飞机的模型照片。它与美国的
X―29A不同的是,C―37采用了水平三翼面布局和双垂直尾翼,机翼翼根装有空空
导弹发射
装置,后机身―卜还有拦阻钩,也就是说也可作舰载机使用。
1997年夏,两种俄罗斯下一代战斗矾验证机――苏霍伊设计局的C―37和米高扬设
计局(现称
莫斯科米高杨航空生产联合企业)的II―42(英译为I―42),
都被运到了茹科夫斯基飞行试验中心。这时,C―37被取名为“金雕”。
9月份,C―37开始进行滑跑试验。当月25日,由试飞员伊戈尔?沃金采夫驾驶首次
飞向天
空,并获得成功。这个日子只比美国的F―22“猛禽”首飞
时间晚18天,“猛禽”是9月7日进行首次飞行的在。9月14日,“金雕”再次升空
。据说第
一阶段的试飞将一直延续到 1998年7月,之后再进行改进。截
止到今年1月 C―37已完成了10次飞行。初步试飞表明,要完成超大迎角机动,其
垂直安定
面显然太小,今后有可能让垂尾向延伸,以增大垂直安定面的
面积,也可能增加腹鳍。
三翼面布局
用苏霍伊设计局的说法,C―37“金雕”采用的是“纵向一体化三翼面布局”。从
飞机三面
图看,前翼、主翼和平尾完全在一个平面上,这大概就是
“纵向一体化”的含义所指。这种作法确实也很少见,一般情况是主翼和平尾在
一个平面
上,而前翼往往高于主翼。
前翼的平面形状为梯形,前缘后掠角超过45度。主翼翼展16.7米,由内外两段组
成,靠近
翼根的内翼段为后掠翼,前缘后掠角约75度;外翼段为前
掠翼,占整个机翼的绝大部分,平面形状为梯形,前缘前掠角约20度,后缘前擦
角稍大一
些,后缘内侧一半以上为襟翼,外侧为升降副翼。水平尾翼的
平面形状为切尖三角形,前缘后掠角很大,约为75度,后缘平直。整个翼面通过
从前到后的
边条与机身相连,使机翼与机身融合在一起,构成一个统一
的升力体。
C―37的垂直尾翼仍借用苏―27战斗机的设计,采用左右对称的双垂尾,分别由安
定面和方
向舵组成,略有一些向外倾斜,这样做据说也是出自于降
低雷达反射截面积的考虑。
C―37的座舱盖也与苏―27基本相同。前风挡类似于美国的F―22“猛禽”,采用
整体曲面防
弹玻璃,而非传统的框架式结构。这样做不但可改善飞
行员的视界,同时有助于减小雷达反射截面积。座舱内装备有(或将装备)新型的
飞行员生命
保障系统,弹射座椅可向后倾斜20度,有利于提高飞行员的
抗过载能力。这种设计与苏―35飞机很类似,但可能使弹射过程更加复杂。
为了便于高机动和大迎角飞行,飞行员驾驶杆可能为短程侧杆式,油门可能为应
变传感式。
据说具有“超机动性”的苏―37采用的也是这样的设计形
式。C―37的起降装置沿用了苏―27K舰载型飞机的设计。主起落架采用尺寸较大
的单桃轮,
固定在机翼与机身交接处,可向前收入进气道下的机身两
侧。
前起落架为双轮式,可向前收入前机身内。主轮距为4米,前后起落架轮距约8米
。
在结构上,C―37广泛采用先进材料,尤其是前掠机器几乎全部采用复合材料制作
而成,通
过合理的纤维铺层克服了前掠翼的“气动弹性发散”问
题,庞该说这是苏霍伊设计局在应用新技术和新材料方面取得的又一项成果,也
是C―37之
所以引入注目的主要原因之一。据介绍,C―37―随机仅机翼
使用复合材料达90%,也有资料说是整个机体结构的9O%,总之仅此一项就可使
飞机提高有
效载荷20-25%,寿命延长0.5--2倍,而材料本身的利用率
可达85%,人工制造零部件的劳动强度也降低不少,尤其是可大大减小飞机的雷
达特征,提
高飞机的隐身能力。美国在研制F―22飞机时所做试验表明,
与使用铝和钛合金材料的结构相比,使用碳纤维复合材料的结构有更大的作战生
存能力,也
就是说其结构一般小易被破坏。
动力与设备
首飞的C―37“金雕”危机使用的动力装置,是两台彼尔姆航空发动机联合企业制
造的II―
30Q6型涡扇发动机,目前米格―33M截击机使用的也是这
种发动机,单台推力252千牛(15500公斤),发动机本身静重2419公斤。目前使用
的II―3099
发动机。不带推力矢量控制系统。最终,C―37将使用留里
卡―土星科研生产联合体研制的A31―41Q(英译为AL―41F)加力式双涵道涡轮风扇
发动机。
据称,这种发动机采用厂更新的技术,个但结构更简单,推力
更大,耗油率更低,而且可进行推力矢量控制。AII―41Q发动机的单台推力可达
到196千牛
(20000公斤力)在携带空空武器和副油箱的条件下,如果飞机
的正常起飞重量是24吨,使用AII―41Q发动机可使起飞时的电机推重比达1.5。
这么大的推
重比,肯定优于现在所有飞机,其中包括美国的第四代超裔
战斗机F―22A,为C―37实现超音速巡航提供了动力保证。
该机采用了固定几何形状的进气道,进气口位于鸭翼前的边条翼下,截面形状为
四分之一圆
形,上面的边条翼正好可起导流和遮挡作用。据介绍,果
用不可调的固定式进气道,可减少雷达反射截面积,有利丁提高隐身性,但不利
于提高最大
飞行速度。估计C―37的最大速度,在海平面为1400公里/小
时,在9000米高空可达到2200公里/小时。
为了满足俄罗斯空军提出的上述战术技术要求,C―37肯定使用了更加先进的机载
设备、这
是不容置疑的。主要有数字式多通道自动控制设备,一体
化自动指挥和导航系统。在导航系统中,又有由卫星导航和“数字地图”组成的
激光陀螺仪
惯性导航系统。这种系统已在多种飞机上使用,如苏―
30MKII、苏―32/32QH和苏―34战斗机等。
雷达是战斗机最重要的机载设备,俄罗斯早就在作这方面的工作。1992年,一个
名为法扎特
龙的联合企业推出了一种新型机载雷达,先后装到了称
为“重量级”战斗机的苏―35和苏―37飞机上,该雷达使用在X波段工作的相控阵
天线。装
备在C―37机头的主机载雷达也是这种型号,或者是更先进的
改进型。从雷达天线的设置和尺寸来判断,其探测范围是很大的。据研制者介绍
,用于C―
37飞机上的雷达系统还有很大发展潜力,为扩大垂直和水平面
上的视区,将电子和机械扫描相结合,就可使新型雷达的方位角扩大到60度。
根据目标的有效散射面的不同,C―37的主雷达系统对空中目标的发现距离为165
--245公
里,可同时跟踪24个目标,同时对其中的8个目标实施导弹
攻击。除主雷达外,该机还有两部后视雷达,装在机翼与发动机喷管之间。在垂
尾、边条
翼、鸭翼和平尾的前缘或顶部,均有各种功能不同的天线。“金
雕”还装备了电视和红外成像,以及激光探测设备等。这些光学设备分别安装在
机身前部或
飞行员座舱风挡下方,与苏―33和苏―35战斗机上的一样,
不会影响飞行员的视野。
武器装备
目前试飞的C―37技术验证机没有挂装任何武器,机上除翼根外再没有其它外部挂
架。但如
果将来发展成原型机或生产型战斗机,肯定需要携带机载
武器及其系统。考虑到隐身性的需要,C―37的武器载荷将尽可能地采用保形安装
,即尽量
安装在机体内部,而不是暴露在外部。但机体内部的空间毕竟
有限,为了加强飞机的火力和增大航程,在飞机的外部或多或少总会设计一些外
挂架,以便
携带导弹武器或副油箱。
按照俄军方对第五代喷气战斗机的要求,C―37是作为一种多用途战斗机设计的,
因此在武
器配备方面也必须考虑多用途的需要,其中包括远、中、
近距武器,使用时可根据任务需要选择安装。从苏―35和苏―37两种飞机使用的
武器来判
断,在远程武器方面,C―37飞机可能配备KC―172型导弹。这
是一种大型远程空空导弹,飞行速度可达到高超音速。它采用了复合寻的导引系
统,可攻击
4O0公里以外的空中目标。不过使用 KC―172导弹时,发射后
需要有其它导引设备将其引向目标。
中程武器将是C―37飞机的主要武器装备,将配备先进的PBB―AE型中程导弹。这
是一种采用
主动雷达制导的空空导弹,据俄罗斯有关人士介绍,它
可以与美国的AIM―120先进中距空空导弹婉美。其弹翼可以折叠,以便于安装在
弹舱内。俄
导弹研制生产部门已宣布,该导弹又发展了新的改进型,并
已在苏―27飞机上成功地进行了飞行试验。改型导弹上使用了新的冲压式喷气发
动机,不但
加快了飞行速度,而且可增大射程。
近距武器对于战斗机来说仍然具有重要意义,可供C―37选择的近距武器余地比较
大。在
1997年的莫斯科航展上,展出了一种俄罗斯研制的新型导弹
K―74。它是在K―73导弹的基础上制造的,主要区别在于改进了红外制导系统,
目标截获角
从原来的80--90度增加到120度。使用新的红外制导系统也
使导弹的最大杀伤距离增加了30%,达40公里。K―74导弹的研制始于80年代中期
,但直到
1994年才开始进行飞行试验,现在该型导弹已准备投入成批生
产。除K―74导弹外,俄“长旒”科学生产联合企业还研制了一系列近距导弹可供
C―37选
用。
在C―37的机载武器中仍保留使用FIII―301型30毫米机炮。这种机炮重量很轻,
只有45公
斤,射速为每分钟1500发,炮弹的初始速度为每秒850米。
现在,米格―29和苏―27飞机上使用的就是FIII―301机炮。与苏―33、苏―35和
苏―37等
其它俄罗斯战斗机机一样,C―37飞机也将装备空对面攻击性
武器,包括空对地高精度导弹和集束炸弹,用于摧毁地面和水上的目标,如敌方
的雷达站、
交通枢纽和武器阵地等。
关于C―37飞机自我防卫系统,有可能采用一种“复合式假目标”装置,可以保护
飞机免受
雷达、红外线和激光制导导弹等多种武器的攻击。与以往作
战飞机上使用的被动保护手段不同的是,它对于空对空和面对空武器的所有波段
都有效。
在防止红外制导武器攻击的时候,使用“复合式假目标”时会在飞机后形成一个
燃烧区,在
很大范围内给敌方造成假目标;而且燃烧区的光谱与所保
护飞机的光谱相同,使敌方的红外制导武器真假难辨;再说假目标与真目标又保
持一定的距
离,即使敌方武器击中了假目标,也不会伤及真目标(自己飞
机)。
而在防止雷达制导武器攻击时,“复合假目标”可运用等离子添加物,它可增强
燃烧区的无
线电彼反射。此种添加物在燃烧区内产生自由电子,然
后迅速集中,形成一个极象金属物体的假目标。在对付激光制导武器的进攻时,
“复合假目
标”则使用一种粉沫状激光作用物质。这种物质在燃烧过程
中,可产生照射敌激光武器工作频率段的电磁波,或者燃烧后游离于燃烧区之外
,在冷却过
程中产生所需波段的电磁波,从而干扰来袭的激光武器寻找目
标。总之,“复合式假目标”设想是非常巧妙的,不管是何种制导武器的进攻,
都可以迷惑
对方,达到保护自己的目的。当然,“复合式假目标”是否真
的有这么灵验,现在下结论还为时过早。
综上所述不难看出,目前C―37虽然还只是一种技术验证机,但也确实应用了俄罗
斯航空工
业近年研究成果和最新技术。首先是成功地应用了前掠翼
技术,当然美国的X―29A也应用了这一技术,但尺寸上两者不是同一个量级,如
前掠翼翼展
C―37是16.7米,而X―29A是8.28米,仅为前者的二分之
一。也就是说C―37采用的前掠翼已接近实用的水平,而X―29A要走向实用还有不
少工作要
做,风险也比较大。其次是“超机动性”,虽然C―37成功地
采用了三翼面布局和前掠翼设计,可暂时还没有安装推力矢量控制系统,目前还
不可能达到
这一性能。但是,应用推
力矢量技术,对于苏霍伊设计局来说已经有苏―37的成功先例,应该说将来C―3
7装上矢量
控制发动机后实现这一要求是有把握的。第三是隐身性能,在
C―37飞机已经采取了不少措施,如结构材料大量使用复合材料、机体外涂刷吸波
材料、进
气道采用特殊设计以及将武器尽量安装在机体内等。据专家分
析,采用这些措施后,C―37的前半球雷达特征值比较小,隐身性能较好,相比之
下后半球
较差。至于超音速巡航性能,如果装上大推力的AII―41Q新型
发动机,应该说是可以实现的。因为与F―22比较,C―37的起飞重量更小,而发
动机推力更
大,前者具备超音速巡航性能,后者也不会有问题。
当然,在上面的介绍中也存在分析和推测的成份,最后C―37能否走向实用,真正
达到下一
代战斗机的技术性能要求,还得看它的发展。最终决定
“金雕”命运的,一是面临与I―42的竞争,再就是俄罗斯军方的财力支持,而后
者显得更
为重要。
水泥跑道
上腾空而起,转眼间消失在莫斯科郊外灰蒙蒙的天际之
中。
这就是俄罗斯苏霍伊飞机设计局最新研制的前掠翼飞机―C―37(英译为S―37),
绰号为“金
雕”。尽管C―37还只能算是一种技术验证机,但是由
于它采用了前掠翼技术、三翼面设计和隐身措施,以后还将采用矢量控制技术,
据专家们预
测,它不仅具有较好隐身性和超音速巡航能力,而且在机动性
能上将超过美国的第四代超音速战斗机F―22,因此如果资金允许的话,C―37很
可能成为俄
罗斯的第五代喷气战斗机的原型机。俄、美在战斗机划代上
有所不同,俄罗斯的第五代喷气战斗机相当于美国的第四代超音速战斗机。C―3
7的首飞成
功,意味着俄罗斯新一代战斗机的研制工作取得了重要进展,
这引起世界航空界的广泛关注;
强调高机动性
同美国研制第四代超音速战斗机一样,俄罗斯对第五代喷气战斗机的研究也是从
80年代开始
的。当时正是俄第四代喷气战斗机苏―27和米格―29投
产之时,一代飞机的投产问世便是下一代飞机研制的开始之时,这似乎成了军机
发展的一种
规律。
在苏―27和米格―29的基础上,经过对未来战争的分析研究,俄飞机研制部门和
军方逐步形
成了共识,并提出了对第五代战斗机基本要求:如多用
途性,也就是要具备打击空中、地面、水面甚至包括水下目标的能力;具有超音
速巡航飞行
能力;飞机本身的雷达和红外特征小,即具有一定的隐身性
能;探测设备功能强,具有较好的隐蔽性;应有高度综合的多功能显示和识别系统
;在进行
近距离空战中可全方位攻击目标,而在远距离空战时能同时用
导弹攻击多个目标。
对于飞机控制系统来说,应该能保障瞬时改变方向和航迹,而不需要过多的人工
操纵和协
调,在广阔的飞行范围内可避免出现大的操纵误差,在遂行
战术任务时自动控制系统可起辅助操纵作用。
在飞行性能上,俄罗斯的第五代战斗机特别强了高机动性的要求,即所谓“超机
动性”,甚
至要求飞机在90度的大迎角下仍具有较好的稳定性和可操
纵性。应该指出的是,美国在提出先进战术战斗机计划(ATF)时,也曾提出过“超
机动性”
要求,但后来美国人在如何将隐身性、超音速巡航和“超机动
性”融于一体时,遇到了如何兼顾的难题,于是只好降低最后一项要求,致使美
国的F―22
战斗机的机动性能并没有大的提高,其水平大概只能接近于采
用矢量控制的苏―27改进型,甚至还不如。美国空军降低对新一代战斗机高机动
性要求的理
由是,机载武器发展较
快,出现了高机动性全向攻击导弹,加上先进的头盔瞄准具的应用,可使飞机在
执行空战任
务时无需从敌机后面进行攻击。所以他们认为,降低高机动性
要求对实际作战不会产生太大影响。
可是,俄罗斯专家则认为,虽然现代空战主要在中等距离范围内进行,但是在特
殊的情况下
仍会出现近距作战,这时机动性就是优势。在现代空战
实践中,曾不止一次有人拒绝近距离机动空战,但结果是付出了包括生命在内的
沉重代价,
当然一边倒的“沙漠风暴”行动除外。在势均力敌的情况下,
现代空战往往从远距离参战开始,最后总会有战斗机从远战转变成近距格斗,井
以准确的机
炮射击而不是导弹攻击而告终。
再说,在大量使用电子战武器的今天,加上因隐身性要求,作战飞机的雷达和红
外特征都越
来越小,从而使远距和中距导弹的实际作战效能降低。
在这样的情况下,双方使用同等效能的武器进行中远距空战时,也只有机动性好
的战斗机,
才能够尽快将自己的飞机对准目标方向,并充分利用己方导弹
性能而取得优势。
所以,对于新一代战斗机来说,无论是亚音速飞行,还是超音速飞行,如果具备
“超机动
性”,将具有特别重要的实战意义。在研制新一代战斗机
时,既要满足隐身性和超音速巡航的要求,又要兼颐超机动能力,尽管这样做有
很大的技术
困难,但对此苏霍伊设计局一直初衷不改。
采用前掠翼
为了保证 C―37的高机动性要求,他们所采取的技术措施之一就是采用前掠式祝
翼(另外还
有推力矢量控制技术)。经研究证明,与后掠翼飞机相
比,采用前掠翼设计主要有如下优势:
--大大改善了飞机在机动飞行时,尤其是在低速机动时的气动性能;?与相同翼面
积的后掠
翼飞机相比,前掠翼飞机的升力更大,其结果可使飞机的载重
量增加30%,或者是缩小飞祝的机翼面积,从而降低飞机的结构重量和飞行阻力
;
--减少了飞机的配平阻力,加大了飞机的亚音速航程;
--改善了飞机低速操纵性能,从而可缩短着陆滑跑距离,
--机翼气动性能改善,起飞滑跑距离缩短;
--失速速度降低,在低速飞行时飞机的稳定性提高;
--不易进入螺旋,安全性能提高;
--飞机内部容积,尤其是机翼和机身接合部的内部容积增大,既可安装武器,又
有利于提高
飞机隐身性能;
--良好的外形既适用于各种任务的需要,又可使飞机在不同速度飞行时都具有良
好的稳定
性。
早在40年代,就有人尝试过前掠翼飞机设计。第一架带前掠翼的飞机是馏国容克
斯公司研制
的Ju―287轰炸机。该机于1944年2月进行了首次飞行,
最大速度达到815公里/小时。后来,有两架该型试验轰炸机被当作战利品运到了
苏联。
1945年,前苏联一位叫茨宾的飞机设计师,曾设计过多种试验
机,主要用于对战斗机气动布局的研究。这些试验机用飞机拖曳升空,达到一定
高度后,由
助推火箭点火加速。其中有一架试验机,即1947年投入试验
的JII―2号采用了前掠机翼,飞行速度曾达到过1150公里/小时(相当于马赫数
M0.95)。
另外,苏霍伊设计局也曾用苏―9战斗机改装过一架前掠翼飞
机,遗憾的是在前苏联的航空文献中没有这一记载。总之,那个时候出现的所有
前掠翼飞机
都只是一种尝试,大多数昙花一现,并没有发展成为实用飞
机。其原因是采用前掠翼会出现“气动弹性发散”问题,即由于机翼前掠,其外
翼部分(特
别是翼尖)在气动力的作用下会向上扭转。翼尖前缘向上扭
转,又会使迎角增大,升力加大,扭转进一步加剧,直至机翼结构破坏。在当时
的技术条件
下,要想解决这一问题是不可能的。
到了80年代,苏联和美国又开始研究下一代战斗机,在探讨其外形布局时人们又
把目光投向
了前掠翼。这时候由于先进复合材料的出现和应用,上
述的“气动弹性发散”问题已有可能得到解决。即在用复合材料加工制造前掠机
翼时,通过
合理的纤维铺层,不但可保证机翼的结构强度要求,而且可以
抑制“气动弹性发散”。根据美国专家的计算,如果 F―16采用前掠翼的话。其
转弯角速度
可增大14%,作战半径增加34%,起降距离减少35%。
为了进一步验证前掠机翼的可行性,俄美都研制了前掠翼技术验证机。美国研制
了X―29A。
它由格鲁门公司设计制造,机翼前掠角35度,前面装―
对鸭式前翼,没有水平尾翼。为降低造价,该机在结构上采用了不少生产型飞机
的现成设备
和组件,如F―5A飞机的机头和前起落架, F―16飞机上的主
起落架等。试验机于1984年12月14日进行了首次飞行,到1991年两架飞机总共试
飞了616
次。应该说X―29A的研制是成功的,但最终前掠翼技术并没有
用到F―22和JSF飞机上,原因是在新一代战斗机上采用这种机翼有较大的风险,
另外在试验
中还发现有阻力大的缺点。在美国,真正采用前掠翼并成批
生产的飞行器,是美国体斯公司生产的AGM―129ACM隐形战略巡航导弹(装备于B―
52轰炸
矾)。当时该导弹选择采用前掠翼,主要是为了提高其隐蔽性。
在苏霍伊设计局研制C―37之前,茹科夫斯基空气流体力学研究所和西伯利亚航空
科学研究
所也作过前掠翼技术基础研究工作。前者在一架米格―23
飞机的基础上安装前掠翼,进行过风洞和水洞试验;后者在一架苏―27战斗机的
基础上进行
过使用前掠翼的结构研究;还有苏霍伊设计局自己也曾搞过
一种C―32(即S―32)方案。可以肯定这些研究均为后来研制C―37打下了基础。
1996年,在俄罗斯航空报刊上出现了苏霍伊设计局向空军领导人展示的新型战斗
机模型的照
片。这就是C―37前掠翼飞机的模型照片。它与美国的
X―29A不同的是,C―37采用了水平三翼面布局和双垂直尾翼,机翼翼根装有空空
导弹发射
装置,后机身―卜还有拦阻钩,也就是说也可作舰载机使用。
1997年夏,两种俄罗斯下一代战斗矾验证机――苏霍伊设计局的C―37和米高扬设
计局(现称
莫斯科米高杨航空生产联合企业)的II―42(英译为I―42),
都被运到了茹科夫斯基飞行试验中心。这时,C―37被取名为“金雕”。
9月份,C―37开始进行滑跑试验。当月25日,由试飞员伊戈尔?沃金采夫驾驶首次
飞向天
空,并获得成功。这个日子只比美国的F―22“猛禽”首飞
时间晚18天,“猛禽”是9月7日进行首次飞行的在。9月14日,“金雕”再次升空
。据说第
一阶段的试飞将一直延续到 1998年7月,之后再进行改进。截
止到今年1月 C―37已完成了10次飞行。初步试飞表明,要完成超大迎角机动,其
垂直安定
面显然太小,今后有可能让垂尾向延伸,以增大垂直安定面的
面积,也可能增加腹鳍。
三翼面布局
用苏霍伊设计局的说法,C―37“金雕”采用的是“纵向一体化三翼面布局”。从
飞机三面
图看,前翼、主翼和平尾完全在一个平面上,这大概就是
“纵向一体化”的含义所指。这种作法确实也很少见,一般情况是主翼和平尾在
一个平面
上,而前翼往往高于主翼。
前翼的平面形状为梯形,前缘后掠角超过45度。主翼翼展16.7米,由内外两段组
成,靠近
翼根的内翼段为后掠翼,前缘后掠角约75度;外翼段为前
掠翼,占整个机翼的绝大部分,平面形状为梯形,前缘前掠角约20度,后缘前擦
角稍大一
些,后缘内侧一半以上为襟翼,外侧为升降副翼。水平尾翼的
平面形状为切尖三角形,前缘后掠角很大,约为75度,后缘平直。整个翼面通过
从前到后的
边条与机身相连,使机翼与机身融合在一起,构成一个统一
的升力体。
C―37的垂直尾翼仍借用苏―27战斗机的设计,采用左右对称的双垂尾,分别由安
定面和方
向舵组成,略有一些向外倾斜,这样做据说也是出自于降
低雷达反射截面积的考虑。
C―37的座舱盖也与苏―27基本相同。前风挡类似于美国的F―22“猛禽”,采用
整体曲面防
弹玻璃,而非传统的框架式结构。这样做不但可改善飞
行员的视界,同时有助于减小雷达反射截面积。座舱内装备有(或将装备)新型的
飞行员生命
保障系统,弹射座椅可向后倾斜20度,有利于提高飞行员的
抗过载能力。这种设计与苏―35飞机很类似,但可能使弹射过程更加复杂。
为了便于高机动和大迎角飞行,飞行员驾驶杆可能为短程侧杆式,油门可能为应
变传感式。
据说具有“超机动性”的苏―37采用的也是这样的设计形
式。C―37的起降装置沿用了苏―27K舰载型飞机的设计。主起落架采用尺寸较大
的单桃轮,
固定在机翼与机身交接处,可向前收入进气道下的机身两
侧。
前起落架为双轮式,可向前收入前机身内。主轮距为4米,前后起落架轮距约8米
。
在结构上,C―37广泛采用先进材料,尤其是前掠机器几乎全部采用复合材料制作
而成,通
过合理的纤维铺层克服了前掠翼的“气动弹性发散”问
题,庞该说这是苏霍伊设计局在应用新技术和新材料方面取得的又一项成果,也
是C―37之
所以引入注目的主要原因之一。据介绍,C―37―随机仅机翼
使用复合材料达90%,也有资料说是整个机体结构的9O%,总之仅此一项就可使
飞机提高有
效载荷20-25%,寿命延长0.5--2倍,而材料本身的利用率
可达85%,人工制造零部件的劳动强度也降低不少,尤其是可大大减小飞机的雷
达特征,提
高飞机的隐身能力。美国在研制F―22飞机时所做试验表明,
与使用铝和钛合金材料的结构相比,使用碳纤维复合材料的结构有更大的作战生
存能力,也
就是说其结构一般小易被破坏。
动力与设备
首飞的C―37“金雕”危机使用的动力装置,是两台彼尔姆航空发动机联合企业制
造的II―
30Q6型涡扇发动机,目前米格―33M截击机使用的也是这
种发动机,单台推力252千牛(15500公斤),发动机本身静重2419公斤。目前使用
的II―3099
发动机。不带推力矢量控制系统。最终,C―37将使用留里
卡―土星科研生产联合体研制的A31―41Q(英译为AL―41F)加力式双涵道涡轮风扇
发动机。
据称,这种发动机采用厂更新的技术,个但结构更简单,推力
更大,耗油率更低,而且可进行推力矢量控制。AII―41Q发动机的单台推力可达
到196千牛
(20000公斤力)在携带空空武器和副油箱的条件下,如果飞机
的正常起飞重量是24吨,使用AII―41Q发动机可使起飞时的电机推重比达1.5。
这么大的推
重比,肯定优于现在所有飞机,其中包括美国的第四代超裔
战斗机F―22A,为C―37实现超音速巡航提供了动力保证。
该机采用了固定几何形状的进气道,进气口位于鸭翼前的边条翼下,截面形状为
四分之一圆
形,上面的边条翼正好可起导流和遮挡作用。据介绍,果
用不可调的固定式进气道,可减少雷达反射截面积,有利丁提高隐身性,但不利
于提高最大
飞行速度。估计C―37的最大速度,在海平面为1400公里/小
时,在9000米高空可达到2200公里/小时。
为了满足俄罗斯空军提出的上述战术技术要求,C―37肯定使用了更加先进的机载
设备、这
是不容置疑的。主要有数字式多通道自动控制设备,一体
化自动指挥和导航系统。在导航系统中,又有由卫星导航和“数字地图”组成的
激光陀螺仪
惯性导航系统。这种系统已在多种飞机上使用,如苏―
30MKII、苏―32/32QH和苏―34战斗机等。
雷达是战斗机最重要的机载设备,俄罗斯早就在作这方面的工作。1992年,一个
名为法扎特
龙的联合企业推出了一种新型机载雷达,先后装到了称
为“重量级”战斗机的苏―35和苏―37飞机上,该雷达使用在X波段工作的相控阵
天线。装
备在C―37机头的主机载雷达也是这种型号,或者是更先进的
改进型。从雷达天线的设置和尺寸来判断,其探测范围是很大的。据研制者介绍
,用于C―
37飞机上的雷达系统还有很大发展潜力,为扩大垂直和水平面
上的视区,将电子和机械扫描相结合,就可使新型雷达的方位角扩大到60度。
根据目标的有效散射面的不同,C―37的主雷达系统对空中目标的发现距离为165
--245公
里,可同时跟踪24个目标,同时对其中的8个目标实施导弹
攻击。除主雷达外,该机还有两部后视雷达,装在机翼与发动机喷管之间。在垂
尾、边条
翼、鸭翼和平尾的前缘或顶部,均有各种功能不同的天线。“金
雕”还装备了电视和红外成像,以及激光探测设备等。这些光学设备分别安装在
机身前部或
飞行员座舱风挡下方,与苏―33和苏―35战斗机上的一样,
不会影响飞行员的视野。
武器装备
目前试飞的C―37技术验证机没有挂装任何武器,机上除翼根外再没有其它外部挂
架。但如
果将来发展成原型机或生产型战斗机,肯定需要携带机载
武器及其系统。考虑到隐身性的需要,C―37的武器载荷将尽可能地采用保形安装
,即尽量
安装在机体内部,而不是暴露在外部。但机体内部的空间毕竟
有限,为了加强飞机的火力和增大航程,在飞机的外部或多或少总会设计一些外
挂架,以便
携带导弹武器或副油箱。
按照俄军方对第五代喷气战斗机的要求,C―37是作为一种多用途战斗机设计的,
因此在武
器配备方面也必须考虑多用途的需要,其中包括远、中、
近距武器,使用时可根据任务需要选择安装。从苏―35和苏―37两种飞机使用的
武器来判
断,在远程武器方面,C―37飞机可能配备KC―172型导弹。这
是一种大型远程空空导弹,飞行速度可达到高超音速。它采用了复合寻的导引系
统,可攻击
4O0公里以外的空中目标。不过使用 KC―172导弹时,发射后
需要有其它导引设备将其引向目标。
中程武器将是C―37飞机的主要武器装备,将配备先进的PBB―AE型中程导弹。这
是一种采用
主动雷达制导的空空导弹,据俄罗斯有关人士介绍,它
可以与美国的AIM―120先进中距空空导弹婉美。其弹翼可以折叠,以便于安装在
弹舱内。俄
导弹研制生产部门已宣布,该导弹又发展了新的改进型,并
已在苏―27飞机上成功地进行了飞行试验。改型导弹上使用了新的冲压式喷气发
动机,不但
加快了飞行速度,而且可增大射程。
近距武器对于战斗机来说仍然具有重要意义,可供C―37选择的近距武器余地比较
大。在
1997年的莫斯科航展上,展出了一种俄罗斯研制的新型导弹
K―74。它是在K―73导弹的基础上制造的,主要区别在于改进了红外制导系统,
目标截获角
从原来的80--90度增加到120度。使用新的红外制导系统也
使导弹的最大杀伤距离增加了30%,达40公里。K―74导弹的研制始于80年代中期
,但直到
1994年才开始进行飞行试验,现在该型导弹已准备投入成批生
产。除K―74导弹外,俄“长旒”科学生产联合企业还研制了一系列近距导弹可供
C―37选
用。
在C―37的机载武器中仍保留使用FIII―301型30毫米机炮。这种机炮重量很轻,
只有45公
斤,射速为每分钟1500发,炮弹的初始速度为每秒850米。
现在,米格―29和苏―27飞机上使用的就是FIII―301机炮。与苏―33、苏―35和
苏―37等
其它俄罗斯战斗机机一样,C―37飞机也将装备空对面攻击性
武器,包括空对地高精度导弹和集束炸弹,用于摧毁地面和水上的目标,如敌方
的雷达站、
交通枢纽和武器阵地等。
关于C―37飞机自我防卫系统,有可能采用一种“复合式假目标”装置,可以保护
飞机免受
雷达、红外线和激光制导导弹等多种武器的攻击。与以往作
战飞机上使用的被动保护手段不同的是,它对于空对空和面对空武器的所有波段
都有效。
在防止红外制导武器攻击的时候,使用“复合式假目标”时会在飞机后形成一个
燃烧区,在
很大范围内给敌方造成假目标;而且燃烧区的光谱与所保
护飞机的光谱相同,使敌方的红外制导武器真假难辨;再说假目标与真目标又保
持一定的距
离,即使敌方武器击中了假目标,也不会伤及真目标(自己飞
机)。
而在防止雷达制导武器攻击时,“复合假目标”可运用等离子添加物,它可增强
燃烧区的无
线电彼反射。此种添加物在燃烧区内产生自由电子,然
后迅速集中,形成一个极象金属物体的假目标。在对付激光制导武器的进攻时,
“复合假目
标”则使用一种粉沫状激光作用物质。这种物质在燃烧过程
中,可产生照射敌激光武器工作频率段的电磁波,或者燃烧后游离于燃烧区之外
,在冷却过
程中产生所需波段的电磁波,从而干扰来袭的激光武器寻找目
标。总之,“复合式假目标”设想是非常巧妙的,不管是何种制导武器的进攻,
都可以迷惑
对方,达到保护自己的目的。当然,“复合式假目标”是否真
的有这么灵验,现在下结论还为时过早。
综上所述不难看出,目前C―37虽然还只是一种技术验证机,但也确实应用了俄罗
斯航空工
业近年研究成果和最新技术。首先是成功地应用了前掠翼
技术,当然美国的X―29A也应用了这一技术,但尺寸上两者不是同一个量级,如
前掠翼翼展
C―37是16.7米,而X―29A是8.28米,仅为前者的二分之
一。也就是说C―37采用的前掠翼已接近实用的水平,而X―29A要走向实用还有不
少工作要
做,风险也比较大。其次是“超机动性”,虽然C―37成功地
采用了三翼面布局和前掠翼设计,可暂时还没有安装推力矢量控制系统,目前还
不可能达到
这一性能。但是,应用推
力矢量技术,对于苏霍伊设计局来说已经有苏―37的成功先例,应该说将来C―3
7装上矢量
控制发动机后实现这一要求是有把握的。第三是隐身性能,在
C―37飞机已经采取了不少措施,如结构材料大量使用复合材料、机体外涂刷吸波
材料、进
气道采用特殊设计以及将武器尽量安装在机体内等。据专家分
析,采用这些措施后,C―37的前半球雷达特征值比较小,隐身性能较好,相比之
下后半球
较差。至于超音速巡航性能,如果装上大推力的AII―41Q新型
发动机,应该说是可以实现的。因为与F―22比较,C―37的起飞重量更小,而发
动机推力更
大,前者具备超音速巡航性能,后者也不会有问题。
当然,在上面的介绍中也存在分析和推测的成份,最后C―37能否走向实用,真正
达到下一
代战斗机的技术性能要求,还得看它的发展。最终决定
“金雕”命运的,一是面临与I―42的竞争,再就是俄罗斯军方的财力支持,而后
者显得更
为重要。