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主题:简单科普下战斗机的分代 -- 土豆大叔

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家园 简单科普下战斗机的分代

这是前几天在mitbbs上写的,略有修改,现在转过来大家参考一下。

这几天随着咱们四代机的曝光,大家似乎对战斗机的分代有些困惑:战斗机到现在究竟有几代,为什么俄国的要比美国的多一代,每一代之间究竟有何不同。今天就简单介绍一下战斗机的分代,主要参考的是1991年第7期的《航空知识》上的一篇相同主题的文章,以及其他零散的资料。因为《航》文用的是前苏联/俄罗斯的分代方法,所以本文偷偷懒也用这种方法。苏美分代的分歧产生在第三代(米格-23这一代),所以本文从第三代开始标明该代是按前苏联/俄罗斯的分代法还是按美国的分代法。其实无论按哪种分代法,只要搞懂一种,另一种也就能看得清楚了。

因为时间久远,手头又没有资料,只能凭记忆大致写写,所以如有不同意见还请指正。

首先,分代标准。本文讨论的是超音速喷气式战斗机的分代,一般来说应当以战斗机的性能比前一代有显著提升或质的飞跃为标准。但这样“质”的飞跃离不开量的积累,所以大家能发现在各代战斗机之间还有多种型号难以清晰地划代,比如F-101、F-8、米格25、苏15等等。因此,本文仅挑选具有代表性的机型,即在本代具有开创性,设定了本代的技术标准,对本代后继机型影响较大,产量大应用广,可靠性较高。采用了这样的标准后,可以讨论的基本上就是苏美二战后的主力超音速战斗机了。值得一提的是第一代超音速战斗机,苏美使用这一代的时间比较短,但因为它们开创了超音速时代,习惯上还是将它们单独划为一代。

第一代

代表机型:前苏联 - 米格19;美国 - F-100

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米格19,咱们的歼-6

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F-100

特点:开创了超音速时代。

基本沿袭了亚音速时代米格15/17、F-86的直通式的气动外形,将进气口设计在机头;但采用了后掠角更大的翼形,同时机翼截面变得非常薄,让安装机翼油箱非常困难;平尾下调至尾喷口(米格15/17的平尾在垂尾中部偏上),米格机还照美式机采用了全动平尾。

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米格15和F-86比翼齐飞,可以看出来它们的后掠角没有米格19或F-100那么大

发动机彻底放弃了离心式喷气式发动机,改用轴流式发动机。简单说,离心式是把空气向周围挤着压缩,所以迎风面积比较大,也比较笨重,不利于超音速飞行。轴流式是把空气向中心压缩,虽然对材料和制造工艺的要求更高,但发动机迎风面积较小,重量也比较轻,所以超音速飞机一般都用轴流式发动机。

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离心式发动机,这么粗的发动机,要实现超音速可难了

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轴流式发动机,这是咱们的昆仑式

该代战斗机早期型号普遍没有雷达,部分后期型号装有简易雷达。该代战斗机电子设备也比较简单,武器仍然是以机炮或航空机枪为主,后期发展型才使用了早期的短距空空导弹。在飞机材料上仍然广泛使用铝镁合金,F-100也大量采用了钛合金,以求尽量减轻重量。

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米格19晚期型号,可以看见进气道内多了个激波锥,但雷达是装在进气道上方的鲨鱼嘴形的鼻唇里的(谢谢“天涯居士”指正)

这一代战斗机机的升限在两万米以下,最大速度在M1.3左右,所以还是处在跨音速流场范围内,飞行状态不够稳定。

第二代

代表机型:前苏联 - 米格21;美国 - F-104

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米格21

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F-104,注意它的梯形翼和在垂尾上的水平尾翼

特点:采用了新的气动外形,广泛采用面积律设计机身外形,简单的说就是出现了蜂腰设计,飞机外形更加圆滑顺溜。

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F-104在翼展最大的地方机身是最窄的,这就是收腰设计

美国的战斗机为了装大口径雷达,将进气道移到机头两侧;前苏联虽然还采用机头进气方式,但将雷达装在机头的头锥内,这样既装了雷达还能起到进气锥的作用。机翼的形状摆脱了单一的后掠翼,出现了三角翼、梯形翼等多种翼形,展弦比较上一代更小。有意思的是,有的战斗机(如F-101,F-104等)将平尾又挪到了垂尾上方,以避免受到主翼气流的影响。

当然,在美国眼里,F-104并不能算是第二代战斗机,因为他们认为F-104相对F-100技术提升程度不大。他们将F-4算作第二代战斗机,这一点下面还会提到。

这一代战斗机广泛采用较复杂的机载电子设备,雷达探测距离从十几公里到几十公里不等。机载武器以近程导弹和机炮并重。

这一代战斗机强调高空高速性能,所以发动机推力更大,飞机普遍能够达到两倍音速,升限提高到两万米以上,可以直接对付U-2级别的高空侦察机。

第三代(前苏联)

代表机型:前苏联 - 米格23;美国 - F-4、F-111

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米格23

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F-4鬼怪,看这外形就够怪了,机翼上反,平尾下反,俩尾喷管还不到头,不装机炮也就罢了,安了空速管还像叼个烟头(谢谢“天涯居士”指正)

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F-111,追求全能的结果就是全都不能,不过喷火这招倒没几个能偷学去

特点:前苏联战斗机彻底抛弃了机头进气方式,改为两侧进气,而且起落架也不再收进机翼,而是像美式机一样收进机腹,从米格27(基本采用了米格23外型的攻击机)开始还采用了可变截面的尾喷口,所以前苏联认为有必要将米格23等机型单独作为一代。

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米格27,打仗亲兄弟,看我和米格23长得像吧

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还是米格27,注意它的尾喷口已经改成可变截面的了

但美国一般将F-4和米格23划分进第二代,因为他们认为F-104的性能相对F-100并无显著的质的提升,所以F-104得算第一代,F-4自然算第二代。米格23相对米格21也是如此,尤其是电子设备方面,所以美国还是把米格23放在第二代。美国比前苏联更看重电子设备的性能,这也是造成双方分代差异的原因之一。

这一时期的战斗机(尤其是F-4)出现了要导弹不要机炮的潮流,但迫于形势,F-4后来又加装了机炮。同时,从这一代开始出现超视距攻击的概念,中距空对空导弹开始出现。在机翼方面,前苏联的战斗机也开始采用美式飞机前缘襟翼的设计,改善了机动性能。

需要顺便提一下这一时期出现的米格25,这种飞机应该算作是截击机,专为对付美XB-70高空高速轰炸机而设计,并不是为了夺取制空权而设计的战斗机。为了弥补技术上的不足,该型机采用了当时非常前卫的二元斜切式喷口,双垂尾外形,同时大量使用了不锈钢作为机身材料,它的外形对后来F-15的设计有一定影响。所以米格25可以说是四代的身子三代的命。

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米格25,只叹早生了几年,遂被F-15山寨去了外形

第四代(前苏联)/ 第三代(美国)

代表机型:前苏联 - 苏27系列、米格29;美国 - F-14、F-15、F-16、F/A-18

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苏27标准照

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米格29

特点:通过冷战时期的几次局部战争,美苏都发现战斗机很少超音速飞行,战斗机大多数时间是在亚音速阶段飞行和对抗,所以这一代战斗机更强调亚音速的性能。这一代战斗机展弦比比较大,后掠角有所减小,出现了边条翼、放宽静不稳定度等设计以改善亚音速机动性,广泛使用二元斜切式进气口,提高了发动机工作效率。

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四架F-14合影

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F-15,谁说我山寨我跟谁急

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F-16,翼身融合的设计表明已经部分考虑到了隐身的需要

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F/A-18

机体设计上出现了翼身融合的概念,初步考虑到了隐身性的要求。在油箱上除了自封闭油箱外还出现了柔性油箱,机翼油箱因此可以做得更大,更有利于增加航程。

这一时期的战斗机普遍用涡扇发动机代替了涡喷发动机,提高亚音速性能的同时节省燃油。另外,这一时期的战斗机降低了对最大速度和最高升限的要求,比如F-16和F/A-18都没有达到M2+两万米的“双二”标准。在材料上,这一代飞机开始尝试使用复合材料。

这一代战斗机的电子设备性能大大提高,从晶体管改用集成电路,电子设备更小,功能更多更强。同时采用了电传操纵,能够更精确地控制飞行状态,后期型号还采用了多余度设计,提高了抗损性和可靠性。雷达口径增大,功率也加大,探测范围突破了一百公里,雷达类型也增多,开始使用相控阵雷达。机舱内开始采用较大面积的显示屏代替模拟式仪表,仅保留小部分最关键的仪表。在平视显示仪上整合进了更多的功能,前苏联还开始使用头盔瞄准具。

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F/A-18E/F的座舱,可以看到采用了较大面积的下视显示器

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对比一下米格23的座舱,够眼花缭乱的

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加上了头盔瞄准具的苏27飞行头盔

在武器方面依然是导弹+机炮,但导弹性能大大提高,中距弹大量使用,超视距攻击能力受到重视。

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挂满AIM-120中距空对空导弹的F/A-18,这是美国海军增加F/A-18的载弹量测试的一张照片

从这一代开始,战斗机的高低搭配成为主流,而且与以前不同的是,“低档”的战斗机往往产量更多,应用的国家更多。

第五代(俄罗斯)/ 第四代(美国)

代表机型:俄罗斯 - T-50等;美国 - F-22、F-35A;中国 - 歼20(?)

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T-50,这飞机肯定有韩国血统,因为韩国也有叫T-50的飞机

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有图为证,韩国T-50教练机,所以俄国T-50也肯定是韩国的

特点:4S,隐身、超音速巡航、超机动性、高级战场感知能力与(作战)效能(Superior Avionics for Battle Awareness and Effectiveness)。该代战斗机采用了更多的复合材料,在制造方面还出现了整体一次成型的机翼制造技术,发动机推重比进一步加大到10以上,同时要求要有矢量推力能力,全机推重比要达到1以上。

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F-22,打开武器舱给你看

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F-35A

机体广泛采用翼身融合设计,注重结构隐身和材料隐身的结合。电子设备体积更小,可靠性更高,同时采用了低可探测性的有源相控阵雷达,在保持探测距离的同时,缩小了雷达口径。座舱更加玻璃化,采用超大面积显示器(最大的能达到一平方米左右)代替几乎所有的模拟仪表,几乎所有的型号都采用了头盔瞄准具。战斗机网络化倾向明显,能够实现战机、基地、预警机之间的高速数据链通信,战斗机开始成为作战网络上的一个节点。

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F-35的座舱,大屏幕看着就是舒服

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咱们的J-20

我国目前采用美国的分代方法,除了因为八十年代中后期和美国走得比较近以外,这种分代方法也比较符合我国的实际情况。我国拥有过的战斗机可以和美国的分代方法完全对应,但咱们没有相当于米格23(苏第三代)的战斗机。歼8II虽然某些性能上能和F-4相比,但其气动外形更接近前苏联第二代的苏15战斗机,而且歼8II的定位是截击机而不是夺取制空权的战斗机,所以不能与前苏联的第三代战斗机对应。所以从咱们自己的战斗机发展来看,用美国的方法还是更靠谱一些的。

最后提一句,这样的分代仅限于超音速的喷气式战斗机,如果要算上早期亚音速的喷气式战斗机(米格15/17,F-86等),那么还需要再加上一代。现在美国也修改了自己的分代,实际就是加上了亚音速这一代,所以F-22、F-35、J-20在美国的一些媒体上也成了五代机。

感谢Jian10, szbd, neosmith4, Puppy, carbonfiber, pandamalone等同学的批评指正。

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