殲擊機又叫戰斗機。第二次世界大戰時期曾廣泛稱為驅逐機。其主要用途是與敵方殲擊機進行空戰,奪取制空權,還可以攔截敵方的轟炸機、強擊機和巡航導彈等,或者為本方飛機護航。此外,殲擊機還可攜帶一定數量的對地攻擊武器,執行對地攻擊任務。
殲擊機是航空兵空中作戰的主要機種,主要作戰對象是對方的空中目標,主要對手是敵方的殲擊機,屬同類直接對抗型武器。因此,殲擊機成為各國航空兵器中的重點之一,競爭性最強,更新發展最快。
殲擊機一般都帶機炮、空空導彈等攻擊性武器,其性能特點是體積較小,速度高,機動性能好,空中格斗火力強。?
1911年人類首次將飛機用于戰爭并發揮了巨大的作用。隨后,隨著飛機的設計技術以及發動機的性能不斷提高,依靠活塞式發動機驅動螺旋槳產生動力的雙翼戰斗機的研制發展取得了較大的進步。隨著第一次世界大戰和第二次世界大戰的爆發,戰斗機在戰爭中大量使用并證明了其威力。二戰后期以及以后的美蘇冷戰期間,噴氣式飛機走上歷史的舞臺,隨著美蘇兩個超級大國在戰斗機研制方面的相互競爭,許多高性能、高機動能力、威力強的著名戰斗機應運而生,促使了戰斗機的跨越式發展。
隨著時代發展,各國根據本國的空軍作戰概念以及國情對下一代戰斗機提出不同的要求,要求其具備高超聲速持續巡航、超隱身能力、機載定向能武器技術、大功率雷達等關鍵技術。
戰斗機是各國空軍的主力兵器,是空中力量的核心,在所有軍用飛機中,戰斗機發展最快、數量最多、應用最廣。隨著科學技術的進步,戰斗機的性能、威力也在跨越式的提升,并在現代戰爭中為制空權、制信息權的獲取發揮著不可替代的作用,這是各國加緊研制戰斗機的主要原因。不斷發展滿足未來戰爭的戰斗機,提出新理念使戰斗機更新換代,保持空中優勢,是各國空軍的必走之路。
發展沿革
早期探索
受杜黑制空權理論的影響,1911年人類首次將飛機用于戰爭并發揮了巨大的作用。自萊特兄弟發明飛機之后,飛機很快便被應用于軍事領域。特別是第一次世界大戰的爆發,軍事需求大大促進了航空工業和航空科技的迅猛發展,并且出現了專門針對空戰需求而研制和生產的戰斗機(當時被稱為驅逐機)。這一時期戰斗機的主要技術特點包括:氣動布局以雙翼機為主,少量采用單翼或者三翼布局;采用活塞式發動機驅動螺旋槳產生動力;木質與織物蒙皮相結合的結構形式;飛行速度小于200千米/小時,升限5000-8000米。這些戰斗機所應用的空氣動力學成果都是航空先驅們早期探索的結果。
第二次世界大戰將活塞式螺旋槳戰斗機的發展推上了頂峰。在氣動設計方面,基本上都采用了平直翼正常布局,普遍應用了低速空氣動力學的研究成果,諸如增升裝置、層流翼型等等。活塞式發動機演化出了液冷和氣冷兩種體系,并且出現了增壓技術,功重比較第一次世界大戰時的技術水平得到了大幅度的提升。武器方面,除了機關槍之外,更大口徑的航空機炮也得到了廣泛應用,并且具有了陀螺瞄準裝置,提高了機載武器射擊的精度。飛行員可以通過機載電臺從地面或者友機獲得信息。除此以外,這一時期全金屬機體結構、應力蒙皮,以及可收放式起落架等新技術也得到了廣泛的應用。這些技術的綜合應用,使得戰斗機的最大飛行速度普遍達到了600千米/小時,某些機型甚至超過了700千米/小時,升限達到了12000米,地平線最大爬升率達到了15米/秒的水平。
第二次世界大戰后期以及以后的美蘇冷戰期間,噴氣式飛機走上歷史的舞臺,隨著美蘇兩個超級大國在戰斗機研制方面的相互競爭,許多高性能、高機動能力、威力強的著名戰斗機應運而生,促使了戰斗機的跨越式發展。
發展和劃代
戰斗機的劃代是對性能相近、技術相仿、采用雷同戰法的一個或幾個飛機族系的歸類。當新型號的性能與技術有全面和重大提升時,會被冠以“新一代”之稱。
關于戰斗機的劃代,有過“傳統四代劃分”“俄羅斯五代劃分”“美國五代劃分”等幾種方法。
“傳統四代劃分”只覆蓋超音速戰斗機,將20世紀50年代早期服役的一倍聲速戰斗機列為第一代,將稍后服役的二倍聲速戰斗機列為第二代,將20世紀70年代中期開始服役、以高機動性為主要特點的戰斗機列為第三代,將21世紀開始服役的綜合性能更高的戰斗機列為第四代。
“俄羅斯五代劃分”大體同上,但把“傳統四代劃分”中的第二代變后掠翼飛機(米格-23戰斗機、F-111戰斗轟炸機)單列為一代,稱為第三代;其他劃分相同,故而多出一代。這種劃分法一直由蘇聯采用,并沿用至俄羅斯。
“美國五代劃分”把噴氣式戰斗機列為第一代,把高亞聲速、后掠翼戰斗機列為第二代,低超聲速戰斗機和馬赫2一級的戰斗機都列入第三代,而第四、第五代以綜合性能提升為主來進行劃分。
中國在融合上述三種劃代法的基礎上,以噴氣式殲擊機為主線,前三代以速度為主、后兩代以綜合性能為主來進行代際劃分,稱為“新五代劃分法”。
第一代戰斗機
第一代戰斗機含早期噴氣式及20世紀30到40年代的亞聲速和高亞聲速戰斗機(馬赫數0.6~0.98),代表機型有米格-15戰斗機、F-86戰斗機和中國的殲-5。
典型機型
米格-15“柴捆”(Faget)
米格-15戰斗機(俄文:МикоянМиГ-15,英文:MikoyanMiG-15,北約代號:Faggot,譯文:柴捆),是20世紀40年代末期蘇聯米高揚設計局研制的第一代噴氣式戰斗機,,其衍生機型廣泛服役于許多個國家。
米格-15采用了35度的后掠機翼,半硬殼結構,全金屬鋁合金機身,機翼為后掠中單翼,尾翼很大,帶后掠角向后傾斜,水平尾翼高高裝在垂尾上,這些成為米格-15的顯著標志。米格-15戰斗機的航電設備有:瞄準具、無線電臺、無線電羅盤、高度表、信標接收機等。米格-15沒有裝備雷達,不具備全天候作戰能力。主要作戰方式就是在地面雷達的引導下,通過飛行員的目視搜索白天作戰,因此對飛行員的各項素質要求較高。
1950年6月25日朝鮮戰爭爆發,米格-15戰斗機首次大規模投入空戰,顯示出優異的飛行和作戰性能。米格-15是第一批成功安裝后掠翼以獲得高跨音速的噴氣式戰斗機之一,并超過了當時的直翼噴氣式戰斗機。
F-86“佩刀”(Sabre)
F-86戰斗機是美國原北美航空公司研制的美國第一種后掠翼噴氣式戰斗機,是美國的第一代噴氣式戰斗機的代表,是美國、北約集團及日本在20世紀50年代使用最多的戰斗機,美國和其它一些國家共生產了11400架左右。1945年5月開始設計,1947年10月原型機試飛,1949年5月開始裝備部隊。
F-86曾在朝鮮戰場上與蘇聯的第一代噴氣式戰斗機Mig-15戰斗機進行過較量。結果F-86稍遜一籌,敗下陣來。F-86有A、D、F、H、K、L等型。使用的國家和地區有美國、加拿大、意大利、南斯拉夫、土耳其、日本、泰國、菲律賓和韓國等。F-86早已退役,現存美國海軍武器研究中心已修改成無人駕駛靶機,用于作戰圳練。
F-86機頭裝6挺M-3型12.7毫米機關槍,翼下可掛2枚“響尾蛇”空空導彈或2顆454千克炸彈,或8-16枚127毫米的火箭彈。
第二代戰斗機
第二代戰斗機是20世紀50年代初開始服役的Ma1一級、低超聲速戰斗機(Ma1.3~1.5),代表機型有米格-19、F-100和中國的殲-6。
典型機型
F-100
F-100,美國空軍噴氣式戰斗機,第一架在水平飛行中超過音速的作戰戰斗機,由北美航空股份有限公司制造,成為美國戰術航空司令部的主要戰術戰斗機,并被北大西洋公約組織各國采用。F-100C的翼展為38英尺(11.58米),長47英尺(14.33米),是一架單座、低翼、機翼后掠45度的單翼飛機。它的最高時速為每小時822英里(1323公里),飛行高度為35000英尺(11000米),其最大升限為50000英尺(15000米)。超級佩刀裝備有四門20毫米口徑航空機炮。在機翼下,它可以攜帶多達6000磅(2700千克)的炸彈或各種空對空和空對地火箭和導彈。F-100在越南戰爭中得到了廣泛的應用。
第三代戰斗機
第三代戰斗機是20世紀60年代末開始服役的Ma2.0一級的戰斗機,代表機型有米格-21戰斗機、F-4幽靈II戰斗機、F-104戰斗機和中國的殲-7、殲-8。
典型機型
F-104
F-104,洛克希德飛機公司為美國空軍制造的噴氣式晝間戰斗機,但被15個北約和其他國家采用。它被廣泛用作戰斗轟炸機。F-104的翼展為21英尺11英寸(6.68米),長度為54英尺9英寸(16.7米),它是一架單座、單引擎中翼單翼飛機,配備通用電氣J79系列渦輪噴氣發動機,帶加力燃燒室,可提供15,800磅的推力。它的正常最高速度約為2.1馬赫(即約1,550英里/小時[2,500公里/小時]),在35,000英尺(11,000米)處。
F-104于1958年至1960年開始被美國空軍使用。最終生產了2400多架。20世紀70年代末,大多數其他國家開始取代F-104。
F-104配備了一個內部六管20毫米航空機炮和響尾蛇空空導彈,機翼掛架和機身上有各種炸彈和導彈的替代組合。
F-4“鬼怪”?
F-4,雙座雙引擎噴氣式戰斗機,由麥道公司(后為麥克唐納-道格拉斯公司)為美國和其他許多國家制造。第一架F-4于1960年交付給美國海軍,1963年交付給空軍。到1979年停產時,建造了5000多架F-4。
F-4幽靈II戰斗機各方面的性能較均衡,不僅空戰格斗好,對地攻擊能力也不俗;缺點是轉彎半徑過大、大迎角機動性能欠佳,高空和超低空性能略差,起降時對跑道要求較高。
F-4戰斗機共有9個外掛架,機身下前后成對排列4個半埋“麻雀”空空導彈掛架,每個可掛1枚“麻雀”導彈,后一對掛架也可各掛2枚“響尾蛇”空對空導彈。機身下中間掛架使用Aero-27A彈射炸彈架,可以吊掛核武器、炮艙、2273L副油箱或多彈彈射炸彈架;機翼下內側掛點使用的是LAU-17A掛架,可以掛1枚“麻雀”導彈或2枚“響尾蛇”導彈,也可以掛1個三彈彈射炸彈架(用于掛各種炸彈);機翼下外側掛點使用的是MAU-12掛架,可掛1400L副油箱,或使用三彈彈射炸彈架掛載各種炸彈。最大外掛重量為6042千克。
到1974年麥道公司共接受F-4訂貨4974架,其中美國國防部訂貨3976架,計劃費用104.91億美元,平均每架264萬美元;國外訂貨998架,共支付50.66億美元,平均每架507萬美元。
第四代戰斗機
第四代戰斗機是20世紀70年代中期開始服役的、以高機動性為主要特點、綜合性能顯著提升的戰斗機,代表機型有米格-29、蘇-27、F-14、F-15、F-16戰斗機和中國的殲-10、殲-11。
典型機型
F-16“戰隼”(FightingFalcon)?
F-16戰斗機是由通用動力公司(現為洛克希德·馬丁公司的一部分)為美國和其他十幾個國家制造的單座單引擎噴氣式戰斗機。F-16起源于1972年訂購的輕型高性價比空對空戰斗機。目前的型號也具有全天候作戰能力,并且對地面攻擊也很有效。美國空軍于1978年首次交付。
美國空軍F-16戰斗機,配備兩枚響尾蛇空空導彈、一枚2000磅重的炸彈,每個機翼上安裝一個輔助油箱。中心線安裝一個電子對抗吊艙。
F-16由一臺普惠或通用電氣渦扇發動機提供動力,該發動機在加力燃燒時可以產生23,000至29,000磅(102至130千牛頓)的推力,使飛機加速到兩倍以上的音速。武器包括20毫米轉管航空機炮以及機翼和機身下的附件,用于各種炸彈和導彈。
F-16戰斗機機身與鋁合金機翼交界處向外展開,使飛機具有更大的升力和穩定性。一個計算機化的“電傳操縱”穩定系統發出連續指令,控制尾部和機翼中的表面,一個“抬頭顯示”儀表系統將飛行和戰斗數據投影到飛行員面前的透明屏幕上。此外,一個高度復雜的炸彈瞄準系統,使用激光測距儀和高速數字數據處理,允許普通“啞彈”從低空精確投擲。這種結構和電子創新使F-16成為一種功能強大且多用途的飛機。在1982年以色列敘利亞沖突和波斯灣戰爭中,它在空對空戰斗和地面攻擊中證明非常有效。
米格-29“支點”(Fulcrum)
米格-29戰斗機誕生于20世紀60年代末,是米高揚設計局研制生產的輕中型雙發、前線空中優勢戰斗機。該機于1977年首飛,1982年投入批量生產,1983年開始裝備部隊。在基本型的基礎上,為了滿足不同的用途和不同的客戶需求,米格-29戰斗機總共研制了包括教練機、殲擊轟炸機、艦載機等在內的20多種改進型號,先后生產了1600多架,裝備了除蘇聯/俄羅斯外的近30多個國家。
米格戰斗機29原型機于1977年10月6日首飛。由于誕生自同一個研制計劃(PFI),米格-29在設計上與蘇-27戰斗機存有很多相似之處。米格-29機身主要是鋁合金材料與一些復合材料,采用翼身融合的升力體氣動布局,矩形進氣口,兩臺rd-33渦扇發動機寬間距布置,垂尾位于發動機噴口兩側。雖然沒有采用電傳操控系統,但米格-29仍具有相當優秀的機動性與敏捷性,低速段的盤旋性能好,能在較短的時間內從一個機動狀態轉入另一機動狀態。
該機配備有一門30毫米GSh-30-1機炮,備彈150發,對空中目標的有效射程是200米~800米,對地面目標的有效射程是1200米~1800米。同時,還配備了R-27導彈R1半主動雷達制導導彈,最大射程50公里。在米格-29S之后的改型上,則配備的是R-27T1發射后不管的導彈。
第五代戰斗機
第五代戰斗機是21世紀開始服役的新一代戰斗機,代表機型有F-22戰斗機、F-35、蘇-57和中國的殲-20。
典型機型
F-22“猛禽”(Raptor)
F-22是美國空軍在21世紀初用來替代現役的F-15戰斗機的先進主力戰斗機,由美國洛克希德·馬丁公司?馬丁公司研制。早在20世紀80年代初,美國空軍為了適應21世紀初作戰的需要,提出了先進戰術戰斗機計劃(英文簡稱先進戰術戰斗機計劃)。ATF計劃要求飛機具有低可探測性、高機動性、敏捷性和超視距作戰能力,能夠在作戰過程中做到先敵發現、先敵開火、先敵摧毀。為此,洛克希德公司的YF-22戰斗機和諾斯羅普公司的YF-23戰斗機)被選作了ATF戰斗機的候選方案,最后美國空軍選中了YF-22,其生產型編號為F-22。F-22同時兼顧了隱身性能和機動性能,其機身結構大量采用先進的復合材料,所采用的發動機的推重比在10一級,具有優良的作戰性能。
F-22內置一門20毫米M61A2航空機炮,備彈480發。有三個內置彈艙和四個武器外掛架,可帶包括AIM-9響尾蛇導彈近距空空導彈、AIM-120A、AIM-120C中距空空導彈在內的各種導彈或炸彈。
F-35
F-35戰斗機是由美國裝備的第二款第五代隱身戰斗機,是全球首款服役的垂直/短距起降隱身戰斗機,也是首款隱身艦載戰斗機,能夠擔負對空作戰、對地打擊等任務,具有多用途、信息化程度高的優勢。在未來將與F-22相互彌補、搭配作戰,成為美國軍隊的主力機型。
F-35采用單座、單發、雙垂尾的設計,分為F-35A陸基型、F-35B垂直/短距起降型、F-35C艦載型。其許多創新設計都具有變革意義,為戰斗機發展提供了新思路。除了美軍,F-35還被世界十幾個國家采購裝備,擔當未來主力戰斗機型。
F-35使用一臺F135渦扇發動機,最大飛行速度達1.6馬赫。設有兩具彈倉,可以發射對空、對海、對地等各類彈藥。F-35的內部彈艙有2個,容積很小,每個內部彈艙的靠內一側專門裝載空空武器,靠外一側主要裝載空地武器,每個僅能容納一枚906千克級的JDAM聯合制導攻擊炸彈和一枚AIM-120空空導彈。內置武器艙可攜帶的武器(只包含了導彈和炸彈)包括了GBU-12寶石路Ⅱ激光制導炸彈、GBU-31/32/38聯合直接攻擊彈藥(JDAM)、CBU-87/89集束炸彈(即綜合效應彈藥)、CBU-103/104/105風力修正彈藥撒布器、AGM-154A/C聯合防區外武器(JSOW)、AIM-120C先進中距空空導彈(AMRAAM)、AIM-132先進近距空空導彈(ASRAAM)、硫磺石反坦克導彈。
其中,AGM-154聯合防區外武器(JSOW)是首個網絡賦能彈藥,可以打擊海上運動目標,射程超過110千米,與聯合攻擊戰斗機相結合,可以為其提供前所未有的能力。其具備低空和高空發射的能力,發射平臺可遠離目標防御范圍。從4267米高空發射時,該導彈的射程達到130千米;從152米高度的超低空發射,其射程也能達到22千米。改進后,目標打擊威力提升,制導精度大大提高,由于加裝通信數據鏈,其具備發射后目標選擇的能力。
此外,JSM是挪威研制的,用于安裝在F-35戰斗機內置武器艙內,執行反艦和對地攻擊任務的標準配置,也是唯一指定的反艦導彈。執行反艦和對地攻擊任務時,F-35每側的內部彈艙掛載1枚JSM;在空中威脅不嚴重時,F-35還能在2、3、9、10號外部武器掛架上加掛4枚JSM。
特別要指出的是,美國F35B聯合攻擊戰斗機不能內置JSOW和906千克的JDAM,其內置武器最重為454千克的GBU-27/28激光制導侵徹炸彈32JDAM。
航空機炮選用的是GAU-12 25毫米加特林機槍機炮,但F-35的3種型號在安裝方式有所不同,A型采用機內安裝,在左側的發動機進氣口處,裝彈量為180發,B型和C型采用機外安裝,在專門設計的外部機炮,位于機身中線處掛載隱身機炮吊艙來獲得機炮,裝彈量為225發。加特林航炮射速達到3000發/分鐘,是對付車輛及輕型裝甲目標的有效武器,能夠對坦克產生一定的殺傷。
中國
發展歷程
從一五計劃開始,中國在蘇聯的援助下成功仿制了一批飛機。如雅克-18(初教-5)、米格-17F(殲-5)和安-2(運-5)。
20世紀50年代末期,中國開始仿制蘇聯的米格-19C(殲-6)、米-4(直-5)和圖-16(轟-6)。由于受到“大躍進”的影響,倉促上馬了很多飛機型號,這些飛機型號指標脫離實際,因此無法研制成功,還導致仿制殲-6和米-4的項目停滯不前,已定型生產的飛機,生產質量也出現問題。從1956年開始,由于政冶局勢的變化,蘇聯對中國的援助態度逐漸轉為消極。
1956年7月19日清晨,新中國制造的第一架噴氣式戰斗機殲-55在東北地區某機場騰空而起,這架機身前部印有鮮紅的“中0101”字樣的銀白色殲擊機的試飛成功,標志著中國成為當時世界上少數幾個能夠掌握噴氣技術的國家之一。殲5戰斗機一亮相,就在東南沿海擊落美制臺灣來犯戰機八架,其后更為中國的國土防空作戰立下了赫赫戰功。
1958年7月26日,中國自行設計制造的第一架噴氣教練機殲教I橫空出世,中國邁入了自行研制飛機的新征程。更重要的是培育出了中國第一代飛機設計師。
1960年6月,蘇聯突然宣布撤回全部航空專家,蘇聯在航空方面對中國的援助接近于停滯,但是之后仍給予了中國一些援助。例如,向中國出口米格-21戰斗機飛機。此后中國仿制成功了米格-19C(殲-6)、米格-21(殲-7),并在米格-21的基礎上研制出了殲-8飛機。
1964年1月,沈陽飛機廠成功地仿制出前蘇聯米格-19型超音速殲擊機,命名為殲-6,該殲擊機于1959年9月23日首飛成功,它的制造成功,標志著新中國中國航空工業集團有限公司進入了超音速時代。
1967年6月,中國為了國土防空和奪取戰區制空權,以前蘇聯米格-21戰斗機為基礎,研發了單座單發輕型超音速殲7戰斗機。通過殲7戰斗機的研制,中國走完了引進-消化-吸收-自主開發戰斗機的全過程,為中國航空工業的發展積累了一筆寶貴的財富。
20世紀80年代,中國從其它國家獲得了一些蘇聯的航空技術,并將其運用到國產飛機的改進上,研制出了殲-7III、殲-8II戰斗機。
在1995年,俄羅斯與中國簽署了一項軍事采購合同。俄羅斯許可中國自行組裝200架蘇-27戰斗機。中國方面代號為殲-11。1998年~2004年期間俄羅斯對華提供了一半的組裝部件,但是中國隨后拒絕再接受其他剩余部件。之后中國媒體公開報道了關于中國“研制”的殲-11B型戰斗機,同時還有中國自主研發的發動機和雷達系統。
1999年12月殲-10戰斗機開始在西安閻良試飛院進行飛行測試。2002年6月首架裝備俄制發動機的殲-10小批量生產型號首飛。中國官方公布2003年殲-10生產型正式交付。殲-10戰斗機具有完全獨立的自主知識產權。
中國現代的殲擊機設備已經相當先進,不僅有各種導彈、機關炮,還有完善的全方位雷達和抗電子干擾系統等先進設備。
重要機型
殲-5
殲-5是中國沈陽飛機工業(集團)有限公司工業公司制造的單座單發高亞音速噴氣式戰斗機,主要用于晝間截擊、空戰,也具有對地攻擊的能力。殲5是仿制蘇聯的米格-17Ф殲擊機,試制工作從1954年10月開始,并于1956年7月19日原型機首次試飛成功。殲5從1956年9月投入小批生產,到1959年5月停產,共生產767架(包括用蘇制零件裝配的13架),其改進型殲-5甲機頭裝有雷達,可用于夜間截擊。
殲5是中國制造成功的第一種噴氣式飛機,標志著中國的航空工業跨入了噴氣時代。殲5的氣動布局為機頭進氣、單臺發動機,其機翼為后掠式中單翼,副翼的偏轉角范圍為±18度。殲5在服役期間屢建戰功,僅1958年7月至10月便擊落來犯的2架F-84G和6架F-86F,目前殲5已經退役。
殲-5的機頭左側下方裝兩門23毫米機炮,機頭右側下方裝一門37毫米機炮。裝彈量為200發。機翼下可掛兩枚100一250公斤的炸彈。
殲-7
20世紀60年代初,中國從前引進了兩倍的米格-21Φ13型殲擊機的設計圖紙和部分技術資料,沈飛廠于1964年開始仿制。1965年底,殲-7型飛機進行全機靜力試驗取得成功,隨后就進行了高空性能、升限、大馬赫數、特技等多個項目的鑒定試飛,結果表明,飛機戰術技術性能達到了設計要求。1967年,殲-7型飛機正式生產定型,后由成都飛機制造廠生產。
殲-7型飛機采用三角機翼和全動式水平尾翼,最大速度為2.05倍音速,實用升限17.5公里,最大航程1530公里。該型飛機操縱靈活,爬升快,超音速性能較好,在武器、飛行品質方面有顯著改善,性能優于殲-6型飛機。但是,它也存在著搜索距離短、近距離火力不足、載油量少、三級調準增速時間長等缺點。
殲-8
1965年,有關部門下達了高空高速殲擊機的戰術、技術指標和研制任務,命名為殲8型飛機。殲-8由沈陽飛機制造廠承擔制造任務,1967年完成全套設計圖紙設計。飛機設計方案集中廣大設計人員的智慧,既能滿足預定的戰術技術要求,又比較切實可行。但是,由于種種原因,試飛工作從1969年開始,一直進行到1979年,整整花了10年時間,累計飛行1025個起落、663個小時。1980年3月,殲-8型飛機正式設計定型。
殲-8的設計方案突出了高空、高速、增大航程、提高爬升率和加強火力等8個特點,各項性能比殲-7型均有提高。飛機布局采取從機頭進氣,大后掠角、小展弦比的三角機翼,下置水平尾翼和雙腹緒的形式。飛機最大速度為2.2倍音速,最大升限20公里。最大航程2000公里,最大爬升率每秒200米。飛機裝2門機關炮,攜帶2枚空空導彈。雷達的搜索距離也有提高。
殲-10
殲-10戰斗機(蒙特利爾大學:J-10或F-10)北約代號:螢火蟲(Firefly)是中國中航工業集團航空工業成飛自主研制的單發動機、輕型、多功能、超音速、全天候、采用鴨式布局的的第四代戰斗機,中國空軍賦予其編號為殲-10,對外稱J-10或稱F-10。
殲-10戰斗機具有完全獨立的自主知識產權。殲-10戰斗機項目在20世紀80年代中期啟動,80年代末全面展開。殲-10在2004年進入空軍部隊服役,在2006年首次公開。
殲-10戰斗機采用近距耦合的鴨翼式布局、放寬靜穩定度設計,機身采用翼身融合設計,單座單發,進氣道位于機身下方。垂尾后掠,并進行了頂部切角。主翼為三角翼,其前緣與鴨翼的前緣相平行,機翼前方設有前緣襟翼,后緣有獨立設計的襟翼與副翼,使飛機具備良好的機動性與敏捷性。在機身尾部設有兩片腹鰭,增加飛機大迎角狀態下的可操控性。
殲-10搭載有完善的雷達系統與航電系統,裝備了國產導航通信系統,大幅度提升了飛機信息化程度。殲-10采用大量的復合材料,降低了機身重量,并采用了現代化的機身結構設計。可以進行空中加油,即使不進行空中加油,也有著此前國產殲擊機遙不可及的作戰半徑,掛載副油箱的轉場航程與作戰半徑分別可達3200公里、1000公里。在武器彈藥方面,殲-10可根據任務需要掛載各式國產彈藥,可以掛載PL-8、PL-10、PL-12等空空導彈,也可以掛載對地精確制導炸彈。
殲-20
殲-20(J-20),綽號“威龍”,北約代號“火牙”(FIREFANG)。是由航空工業成飛為中國人民解放軍研制的雙發重型隱形戰斗機,用于接替殲-10戰斗機、殲-11等第三代空中優勢/多用途殲擊機的未來重型殲擊機型號,該機擔負我軍未來對空、對海的主權維護任務。首架原型機于2011年1月11日在成都實現首飛。
殲-20采用了單座、雙發、全動雙垂尾、DSI鼓包式進氣道、上反鴨翼帶尖拱邊條的鴨式氣動布局。機頭、機身呈菱形,垂直尾翼向外傾斜,起落架艙門為鋸齒邊設計。側彈艙可將導彈發射掛架預先封閉于外側,同時配備格斗導彈。
技術特點
氣動布局
戰斗機的氣動布局形式隨著空氣動力學理論的發展和承擔的作戰使命任務的變化而逐步演變。
以“傳統四代劃分”為例說明戰斗機氣動布局發展。第一代戰斗機應用附著流理論,實現了高亞音速飛行,在氣動布局上基本以平直翼和類圓柱形機身為特征。第二代戰斗機應用跨聲速面積律理論突破了聲障,實現了高空高速飛行,在氣動布局上基本以小展弦比、大后掠三角翼飛機為特征。隨著脫體渦理論的發展,第三代戰斗機實現了高空高速及大迎角高機動飛行,在氣動布局上為實現和有效利用脫體渦,以邊條(類邊條)翼和翼身融合體、可變彎扭機翼等為特征。而對突出高機動、高隱身和超聲速巡航的第四代戰斗機,在氣動布局上以氣動/隱身一體化設計為特征,為滿足隱身需求及兼顧亞聲速高機動性和超聲速巡航,布局形式多為中等后掠角、中等展弦比的翼身融合體布局。近年來,隨著無人機技術的發展,為滿足各類不同作戰需求的各種形式的無人機布局不斷涌現,如突出高隱身、高機動的無尾飛翼布局;突出高空長航時偵察需求的特殊機身、大翼展、大展弦比機翼布局;突出傳感器與飛機蒙皮共形需求的連接翼傳感器布局。隨著作戰使命任務的多樣化,新概念戰斗機布局形式的需求也越來越迫切。隨著國際上高超聲速飛行器的興起,形成了以寬速域、大容積、飛/發一體為特征的高超聲速飛行器的布局形式。
飛機戰術技術指標要求的不斷提升、空氣動力學的不斷發展和分離流型在飛機研制中的深度應用,推動著飛機氣動布局形式的不斷發展演化,使布局外形越來越復雜,進而使得全機及局部流場日趨復雜化,主要表現為三維、非定常、非周期性的復雜流動結構,且流動的敏感性越來越高。同時,氣動力的設計也逐步向多學科、多目標綜合設計和精細化設計發展。
對于現代高性能戰斗機,為滿足其過失速機動的要求,必須掌握其大迎角飛行時失速前后氣動特性發生的顯著變化,而隨著飛機的操縱、控制從最初的機械操縱發展到數字電傳操縱,用于操縱控制設計的表征飛機氣動特性的氣動力數據也從最初的氣動力導數過渡到氣動力系數,即需要更加豐富、精細的氣動數據來描述和表征飛機的氣動特性。
總體來看,戰斗機氣動布局的演變和氣動設計技術的發展使得氣動力的研究在最初的線性、定常、靜態的氣動力研究基礎上,逐步向非線性、非定常、動態的氣動力研究發展,且更加注重局部區域復雜流動機理的探究;對氣動特性以及表征氣動特性的氣動力數據的研究向更全面、更完整、更精準的方向發展。
航電系統
戰斗機航電系統是指裝載在戰斗機上, 使其具備作戰任務所需的通信導航、態勢感知、火力控制、電子對抗等能力的電子設備組成的系統。戰斗機航電系統由眾多子系統和設備組成, 從支撐任務的角度包括:火控、通信、導航、雷達、電子對抗、紅外搜索與跟蹤、座艙顯示與控制等子系統;從專業領域的角度包括:計算機、收音機、光電等設備。
與通用航電系統相比, 戰斗機航電系統具有以下幾個特點, 同時也是設計的難點:
一是功能要多, 除了保障基本飛行的通信、導航等功能, 還要具備態勢感知、火力控制、電子對抗等能力, 這就要求將眾多專業與子系統在系統工程方法指導下權衡地融合集成;
二是性能要高, 與通航飛機注重成本和中大型飛機注重適航安全相比, 戰斗機更注重航電系統的戰術性能;
三是體積重量要小, 這是由于體積受到氣動外形制約, 而重量越大意味著載彈量 (火力) 、載油量 (作戰半徑) 以及機動能力的壓縮;
四是環境適應性要好, 例如高寒條件下的快速開機啟動、高鹽霧條件下的抗腐蝕抗衰減等。
面向以上特點和難點, 戰斗機航電系統經歷了從分立式到聯合式再到綜合式的發展, 其實質是資源共享程度的提升。如下圖所示, 分立式航電系統中, 各子系統間相互獨立, 在應用層和物理層均沒有共享;聯合式航電系統中, 一些子系統獲得的數據被其他子系統使用, 例如導航系統獲得的載機位置信息和雷達系統獲得的目標位置與運動狀態信息被火控系統用于計算導彈和航空機炮的瞄準點, 但這僅是應用層的信息共享, 不涉及物理層的設備資源共享;綜合式航電系統將硬件資源統一整合供各子系統共享, 例如雷達數字處理、火控解算等計算任務可在一臺共享的綜合核心處理器 (Integrated Core Processor, ICP) 上完成, 雷達與電子對抗可以共用天線孔徑等, 降低了系統總體積和重量, 并通過資源調度獲得了更強的計算、存儲、容錯、擴展等能力。
戰斗機航電系統的發展實質上遵循了信息技術發展的規律:聯合式航電系統可以看作是物聯網模式, 傳感器的數據得以共享和融合, 產生了大量有價值的數據;綜合式航電系統可以看作是云計算模式, 以軟硬件共享的方式提供了更好的計算和存儲資源。
動力系統
戰斗機發動機一直處于發動機技術的前沿。在第二次世界大戰即將結束時,新問世的禍輪噴氣發動機首先是在戰斗機上取代活塞式發動機的。此后的半個世紀以來,戰斗機發動機作為一些軍事和經濟強國的投資和開發重點,在技術上取得了巨大的進展。
以戰斗機發動機性能的主要性能指標推重比 (發動機推力與發動機質量的重力之比)計,從40 年代后期第一批實用的渦噴發動機的2~3提高到70年代的禍扇發動機的7~8,從而使戰斗機的推重比從0.4提高到1.1左右,大大提高了飛機的速度和機動性。60年代后期,加力式渦輪風扇發動機由于其不加力時耗油率低而加力時推力增加多,開始取代渦噴發動機而成為當前戰斗機的主要動力,使戰斗機的作戰半徑大幅度增加。
與此同時,發動機的可靠性和耐久性也有了長足的進步。翻修壽命從幾十小時延長到 1000 多小時,而且采用單元體設計和視性維修,發動機不用再定期拆下翻修,而是通過狀態監視,保證其可靠安全。另外關鍵熱端零件壽命長達4000~5000次工作循環。這些零件即使用到壽命時也可在機上作單元體更換,簡化了維修,減少了備份發動機的需求。
推重比 7~8的渦扇發動機是在 20世紀70- 80 年代中期投入使用的。它們是當前在役一線戰斗機上的主要動力裝置。從 80 年代后期開始,主要航空國家通過對現役發動機的改進改型,全新研制推重比 10級的發動機和開展更為為雄心勃勃的發動機預研,為 21 世紀戰斗機提供更為優良的動力裝置。
性能特點
對于第一、二、三、四、五代戰斗機來說,其核心性能特征分別為亞音速、高亞聲速、超聲速、高機動、隱身,它們均具有以下兩個突出特點。
1.本代飛機可憑此項性能獲得對上代飛機的極大戰術優勢
戰斗機的主要任務使命就是與敵方戰斗機空戰,以爭奪前線制空權,保衛己方空中/地面目標。在執行此任務期間,戰斗機的各項戰技性能均能不同程度地發揮作用,其中核心性能特征的作用通常尤顯突出,本代戰斗機依靠這一性能,往往能獲得對上一代飛機的壓倒性、甚至碾壓式戰術優勢。
以五代機為例,當其與四代機展開空戰時,即使不考慮超音速巡航、超機動等性能,僅憑隱身這一核心性能特征,五代機就可以做到“先敵發現、先敵鎖定、先敵開火、先敵脫離”,甚至使戰場單向透明、呈“一邊倒”的態勢。因為五代機借助隱身性能的庇護,完全可以在四代機雷達的有效探測/跟蹤距離外與之交戰,通過發射中遠距空空導彈,對尚在接敵過程中、甚至根本沒能發現本機的四代機實施打擊;不僅如此,五代機還可隨時根據戰場態勢,調整本機與四代機之間的距離,以回避與其可能的近距格斗空戰,并伺機再次對其實施視距外打擊。在這樣的背景下,如果不考慮戰時其它各種因素的作用,單從平臺自身性能的角度來講,四代機將很難與五代機正面對抗。美國空軍F-22戰斗機在與F-15戰斗機、F-16戰斗機等四代機的對抗演習中所創造的144:0的驚人“戰績”,就在相當程度上證明了這一點。
又如,在20世紀80年代--21世紀初的多場四代機對陣三代機的空戰中,由于雙方交戰通常是在中低空、高亞聲速狀態下展開的,而很少在高空高速狀態下進行,此時四代機的中低空/亞(跨)聲速高機動性將可以得到充分發揮,再加上航空武器系統方面的優勢,由此造成其在空戰中往往能以非常大的交換比“碾壓”三代機。
2.上一代飛機很難通過改進升級來獲得本項性能特征
從各代戰斗機核心性能特征背后的支撐技術來看,它們通常與飛機的氣動布局密切相關,而氣動布局是在飛機的初步設計階段,按照相關的戰術技術要求,根據氣動、發動機、結構等基本因素來確定的,飛機定型后將很難進行重大改動,否則就相當于重新設計一型飛機了。由于這樣的原因,上一代飛機很難通過改進來獲得下一代飛機的核心性能特征。
例如,在第五代戰斗機所擁有的隱身、超音速巡航、超機動性和綜合/高度綜合的航電系統等性能特征中,后三項均可通過相關技術的下放,在四代機上得到不同程度的實現。唯獨隱身性能,由于其與飛機氣動外形密切相關(軍用飛機雷達隱身能力的80%左右是由外形設計所決定),四代機于其機體原始設計,僅靠局部修形、外覆吸波涂層、座艙蓋金屬鍍膜等小修小改,將很難實現與五代機接近的隱身性能。也正是由于這樣的原因,美國F-35盡管是作為與F-22戰斗機搭配使用的“低檔”五代機而研制的,在平臺飛行性能方面只能說與傳統四代機基本相當,尤其是缺乏超聲速巡航和超機動性能,但由于該機擁有傳統戰斗機所不具備的隱身性能,因此仍“當之無愧”地被歸入五代機之列,可謂“一俊遮百丑”。
與此類似,二代機要在一代機的基礎上將飛行速度提高到高亞聲速,需要將后者的平直機翼更換為后掠翼;三代機為了實現超聲速飛行,采用了更大后掠角的機翼或三角翼飛機,以及按面積律設計的機身;四代機要具備高機動性,需要采用隱身融合、邊條翼、升力體機身等技術,這些都涉及到對飛機氣動布局的重大改動,上一代飛機僅靠改進升級將很難完成。
戰斗任務
殲擊機擔負著三方面的戰斗任務:
一、與敵方擊機進行空戰,以奪取和保持制空權;
二、截擊敵來的轟炸機和巡航導彈;
三、攻擊敵方戰役縱深目標和進行戰場近距支援,包括攻擊海上艦船等目標,必要時也進行空戰。
發展趨勢
隨著第五代戰斗機F-22和蘇-57的服役,而中國的殲-20也成功試飛,再次驗證了“殺手锏武器不可能永遠被某個軍事強國壟斷”的武器裝備發展規律。于是,各軍事強國紛紛開始探索下一代戰斗機。日本提出i3戰斗機構想;美國軍隊為繼續保持其空中優勢,也做了大量的預研工作,并預計在2030—2035年會出現下一代戰斗機。
高超聲速持續巡航
下一代戰斗機的飛行速度將會達到馬赫5,為滿足全球作戰的觀念,還應具有持續巡航的能力,這對飛機的氣動布局以及發動機提出了新的要求。新型氣動布局主要包括自適應變形布局以及飛翼布局。自適應變形布局的翼面可自動扭轉,減小飛行的阻力以及幫助實現滾轉控制。而無尾飛翼布局是無人機普遍采用的布局,擁有阻力小、質量輕以及低可觀測性能好的優點,但控制相對復雜。對于發動機,研制質量較輕的大功率變循環發動機。運用陶瓷等材料減輕發動機的質量,提高發動機風扇的轉速并提高其核心部件的耐高溫能力。渦輪風扇發動機/渦噴變循環發動機則可提高飛機的航程以及巡航時間。
超隱身能力
未來,依靠外形設計降低可觀測性能可能面臨嚴重的威脅,而超隱身性能需要戰斗機全頻全向隱身。超材料以及納米材料的應用,可使雷達電波流過材料擴散至其它方向而不會發射。此外,還可以導致結構設計技術和流動控制技術的變革,大幅度提高飛機的升阻比以及降低結構重量。
機載定向能武器技術
隨著空空導彈的發展已經接近極限,導彈很難突破馬赫數10以上的速度,而且掛載空空導彈不利于戰斗機的隱身。目前,國外機載定向能武器中的激光武器已接近實戰化,激光武器不僅可以攔截彈道導彈,而且還可以對地攻擊。定向能武器激光武器或微波武器可能改變未來空戰的面貌。
數據鏈技術
為確保空中、空天優勢,幫助實現信息優勢和適應網絡中心戰,提高智能化水平,新一代的數據鏈技術必須安全保密、高速、抗干擾能力強、通用。同時可以用類似于云計算的方式與己方機群共享信息,對敵機發動最有效率的攻擊。還可以接收預警平臺的信息,指揮控制無人機并與其協同作戰。
大功率雷達
所有有效地攻擊都是建立在能夠對敵方目標進行偵察探測的基礎上,所以必須擁有大功率的雷達。氮化鎵材料的雷達功率放大器,可使在同等功率下的雷達天線體積大大縮小。此外,還可以提高戰斗機的隱身性能。
光傳操縱系統
通過電纜傳播電信號,操縱飛機,容易受到電磁干擾。用光纖代替電纜傳播操縱信號,不僅可以大大減少操縱系統的重量,還可以使操縱信號不受電磁脈沖攻擊的影響。未來空戰中如果使用電磁脈沖彈,對方戰斗機和導彈將喪失攻擊能力,光傳操縱系統則可以有效對抗。
戰斗機無人化
人類已從機械化戰爭進入信息化戰爭,戰斗機的每一次更新換代必然會導致質的飛躍。由于人的因素限制,無法使戰斗機在機動能力、超聲速巡航能力等領域的進一步提升。突破了人的限制,戰斗機的發展將會大大提升。
下一代戰斗機將不會是一個單獨作戰的個體,它將擁有強大的態勢感知能力和數據融合能力,與其它的武器裝備協同作戰,贏得未來的電子戰與信息戰,捍衛本國的空天戰略目標。
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