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主题:【原创】航母设计杂谈 -- 心有戚戚

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  • 家园 【原创】航母设计杂谈

    首先是动力设计。常规或核动力?这是个问题。其实航母动力还有一个选择,就是混合动力。 前苏联夭折的1143.7型航母“乌里扬诺夫斯克”号就是核常混合动力航母。除此之外,设计上还有不少妥协之处,比如飞机滑跃和弹射起飞共存,同时甲板上保留远程反舰导弹发射井。

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    比起1143.5型“库兹涅佐夫”号航母(就是“辽宁号”的姐姐), “乌里扬诺夫斯克”号的舰岛要小些,但是还是有烟道。这种设计源于“彼得大帝号”巡洋舰的动力设计:在主桅后上方的那个开口就是烟囱。动力装置采用两座压水堆,2台燃油锅炉和2台蒸汽轮机。核动力和常规动力装置以平行方式工作,两台核装置的总功率达8万马力,可以使该舰以24节的速度航行;两台常规装置的总功率是4万马力,两装置如果并机使用,总功率高达12万马力,使“彼得大帝号”的最大航速达32节。除了在高速行进时补充饱和蒸气,常规动力在反应堆出现故障时可以作为备份动力,保证战舰不至于在万一情况出现的时候失去动力而丧失机动性,而使得船速能保持在14节。

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    虽然混合动力可靠性高,但是却失去了核动力的优势之一:无需烟道。这在巡洋舰上不是大问题,因为其主桅需要又高又大,以装大型雷达。但是烟道在航母上会导致舰岛占地大,甲板面积受限,不利于飞机调度,所以混合动力并不是航母动力的首选。那么常规动力和核动力之间,哪个更有优势呢?以下根据美国审计署公布的资料,比较“肯尼迪号”常规动力航母和“尼米兹号”核动力航母。从表1来看,除了续航力,两者性能大体相当。

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    表2以当前购买力将美元换算成人民币,比较两者成本。从经济性上看,常规动力航母完胜核动力航母,整个生命周期成本相差约千亿元,比值大约为3:5。如果在离本土数千海里内活动,或可以比较方便地得到补给,常规动力航母无疑是第一选项。反之,如果要远离本土活动而且无基地支持,核动力航母是不二选择。

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    通宝推:独草,方恨少,常挨揍,尚儒,风会,三笑,拿不准,老老狐狸,梓童,nettman,住在乡下,红十月,陈王奋起,楚天,小泽珍珠,审度,高地,非鱼,胡一刀,diamond,唐家山,
    • 家园 可以谈谈最新露面的斯特林发动机了

      2021年12月21日,《中国船舶报》发了一个消息称。消息称,近日国内首台大缸径斯特林发动机基础样机在中国船舶集团有限公司旗下第711研究所顺利完成性能试验。该基础样机额定功率达320千瓦,热功转换效率达40%,是目前国际上已知斯特林发动机的最高水平。该基础样机的研制成功,标志着我国在大缸径斯特林发动机关键技术及制造工艺上获得了重要突破,将为后续兆瓦级斯特林发动机的研制打下良好的基础。

      超大没封之前,我看有人发帖称,已经搞定功率两位数兆瓦级别的小堆了。

      看来小堆核潜艇说不定有戏。

      通宝推:心有戚戚,桥上,
    • 家园 航空母舰的空中版快要来了

      点看全图美军完成无人机空中回收测试,测试的关键环节是验证无人机回收技术。这一技术因难度较大,被认为是“小精灵”项目的最大障碍。测试视频显示,“小精灵”无人机在与C-130运输机下放出的机械臂顺利对接,随后收起机翼,被机械臂带回机舱内。美方测试人员表示,测试过程中的系统性能、对接流程和空气动力参数将作为重要数据被保留,用于下一步技术验证。

      完成回收试验后,下一道技术难题是提升回收速度。美方技术人员称,已经掌握快速回收多架无人机的方法,正对相关硬/软件进行完善。另外,美国防部高级研究计划局还要求达到更多目标,包括在未被摧毁的情况下,“小精灵”无人机可循环使用20次以上,将运载工具从运输机拓展到轰炸机等机型。……转自观察者网风闻。

      中国也有相关项目,第十三届中国航展正在珠海市举行,在本次航展中,中航工业展示了造型十分科幻的“鸾鸟2号(Lyun Prototype-02)”大型空天战略载机平台,此物一旦被制造出来,将是名副其实的“航天母舰(或空天母舰)”,展会模型如下图:

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      很有点星际称霸的味道了。

      畅想一下未来的作战模式:

      数百架空天母舰,高悬在外太空,绕着地球自转,需要的时候,撒出去数百架无人机,铺天盖地的直奔目标飞去……

      那时候,航空母舰这种又大又笨的武器可能已经被淘汰了。

      通宝推:心有戚戚,
      • 家园 无侦8已经符合要求了

        空中释放,自动奔向目标,完成任务,自动飞回设定的目的地。现在是无侦8,将来可以开发无歼8(千万不要用中文汉语拼音缩写),无轰8,无刺8。

    • 家园 弹射起飞

      英国贡献了航母设计的大部分创意,第一艘改装的直通甲板航母(HMS Argus),最早设计和建造新建航母(“竞技神”号,虽然服役时间比日本“凤翔”号晚些),斜甲板,蒸汽弹射器,滑跃起飞(短距起飞垂直降落的海鹞)等等。不过,都是墙内开花墙外香,斜甲板和蒸汽弹射器让美国发扬光大,而苏联则将滑跃起飞用在了常规固定翼舰载机上。中国目前的航母作战和训练体系都是围绕舰载战斗机的滑跃起飞,但推比较小的固定翼预警机必须用弹射起飞才行。虽然可用预警直升机作为替代,但是雷达功能和覆盖范围都受到很大的限制。

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      按照苏联的工业实力,蒸汽弹射器的研制并不在话下。然而地处高寒地区,蒸汽弹射器有容易结冰的问题,属于水土不服。即使这样,夭折的1143.7型航母“乌里扬诺夫斯克”号还是在斜甲板上安装了蒸汽弹射器,主要用来弹射固定翼预警机。而高推比的战斗机,则可利用舰首的滑跃甲板依靠自身动力起飞。这种思路可以用在“辽宁号”和“山东号”两艘滑跃起飞航母的改进上。苏联在建造“辽宁号”的前身“瓦良格”时很可能在斜甲板上预留了弹射器的凹槽,用于将来安装弹射器。毕竟一艘航母的寿命一般为50年,中期改装是必须考虑在内的。如果安装了弹射器,“辽宁号”和“山东号”也可以携带固定翼预警机,战斗力倍增。

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      和之前的压缩空气弹射器和液压动力弹射器相比,蒸汽弹射器功率大且较安全(1954 年 5 月,美国本宁顿号航空母舰上的液压弹射器发生爆炸,造成近 100 人死亡)。蒸汽弹射器不用滑轮传递动力,而是将飞机直接连接到两个活塞之间的滑块上,活塞沿着两个气缸由蒸汽推进。与压缩空气和液压弹射器的高压容器相比,蒸汽气缸具有大的多的容量,可以比较持续地做功。

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      然而,蒸汽弹射器结构复杂、体积庞大。光是控制系统,就有好几个分系统:下图黑色代表高压液体,灰色系统代表低压液体,白色代表高压空气,格线代表低压空气。

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      气缸里,人能钻进,进行保养。那个开口就是让活塞和滑块之间的连杆前后移动之用。弹射时,连杆移动免不了造成一部分蒸汽泄漏,在甲板上留下一道白雾。蒸汽系统不仅保养麻烦,而且是个淡水消耗大户,每弹射一次需要消耗1.5~2吨淡水。

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      除了气缸和控制系统,蒸汽储压罐还是个大家伙:

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      弹射器滑块最后的速度达几百米每秒,如同一颗大炮弹。必须在短距离里减速至零,用的是位于弹射器顶端的水刹车(Water Brake),占地也不小:

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      蒸汽弹射器使用复杂的管路和设备,需要大量人员来操作和维护。首次弹射前,还需要预热各种阀门、管道和钢瓶,以达到工作温度,反应时间较长。 更为要命的是,蒸汽弹射器的输出不易调节,过程中更无反馈控制。比如,无人机的重量要比有人机轻不少,蒸汽弹射器就不能在两种机型中轻易切换。而且,一旦阀门打开,蒸汽灌入,过程就是一个固定的曲线:开始时气缸压力开始增加,弹射推力快速达到顶峰,然后压力减小,弹射推力逐渐下降。峰值时,加速度可以达到约4G,这种瞬变会损坏飞机结构、缩短机身的寿命。而到后半段,滑块速度几近极值,弹射器能量输出有气无力、飞机的自身发动机的加速效率反而更高。而且随着弹射次数的增加,蒸汽泄漏只会越变越严重,照成能量损失,导致飞机起飞速度低于预期。

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      比起蒸汽弹射器,电磁弹射器有很大优势。首先节约地方,没有复杂巨大的蒸汽设备和管线,只有电子设备和电缆,效率高。而且弹射器可调节推力,以适应不同机型,包括轻型无人机。同时,过程中有反馈控制、推力相差不大。

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      1946 年,西屋公司就测试用电弹射飞机,但由于用滑动接触电刷将能量转移到动子,系统效率低下 (<50%),且不可靠。现代电磁弹射系统 (EMALS)用的是感应电机(与电磁轨道炮相同的原理)、利用电磁波将动子驱动向前。结束时,电磁波的方向反转,使动子返回到起始位置。除了感应直线电机的定子和动子,其它主要设备有:发电机、储能装置和控制器。

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      储能系统主流方案包括飞轮储能、超级电容和超导磁储能,其中飞轮储能是目前最可靠的技术方案。在真空状态下的碳纤维飞轮加速到20万转/分,24小时能量损耗只有2%,低于超级电容技术。在弹射过程中飞轮在2-3 秒的短时期内对大功率发电机做功发出百来兆焦的能量。

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      下表对蒸汽弹射器和电磁弹射器进行比较。福特级使用的交流电磁弹射器每次耗能121兆焦,相当于2.8公斤柴油的热值。试验时最大弹射质量为45吨(小车的重量),可以将其加速至69米/秒。输出能量为107兆焦,能量利用率为89%,大大高于蒸汽弹射的5%的效率。蒸汽弹射器输出能量最大为93兆焦,却要消耗1866兆焦的能量,当于43.8公斤柴油的热值。电磁弹射器的平均推力为120吨,而蒸汽弹射器的平均推力为101吨。然而,蒸汽弹射器的峰值推力达137吨,大大高于电磁弹射器的峰值推力126吨。两者的峰均比相差很大:电磁弹射器为105%,而蒸汽弹射器为135%。两种弹射器的平均加速度差不多,为3G不到一点,但是蒸汽弹射的峰值加速度为4G,而电磁弹射还是不超过3G。当然,一般舰载机的起飞重量为30吨左右(包括预警机),两种弹射器的推力都需下调,以保证加速度不超标。电磁弹射器的推力在84-89吨,而蒸汽弹射器的推力在82-110吨。这还是蒸汽弹射器没有蒸汽泄漏下的理想值。如果有能量损失,蒸汽弹射器的推力还要调大,峰值推力还要增加。1架可电磁弹2000次的飞机,可能用蒸汽弹1000次就不行了。

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      似乎电磁弹射器完胜蒸汽弹射器,然而福特级的电磁弹射器可靠性有很大问题。相反蒸汽弹射器非常可靠:配备四台蒸汽弹射器的航母在 99.5% 的时间里至少可以使用其中一台。懂王称与传统的蒸汽弹射器相比,电磁弹射器要多花费数亿美元,而且不好用。他引用的五角大楼 2018 年一份报告,平均关键故障率比海军的阈值要求高 9 倍。2021 年 1 月最新的报告指出:电磁弹射器在3,975 次的使用中,平均每181次就会有一个故障,远低于每4,166次一个故障的要求。

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      003型航母用的电磁弹射器采用了中压直流体制,而不是美国电磁弹射器中压交流体制。直流电调速范围很宽,抗过载性能好,调速时只需要变流,不用变压。因此系统总体重量轻、体积小、效率高。关键是可靠性还高。由于国产电磁弹射器在陆地实验之中表现出色,让它后来居上、战胜了国产蒸汽弹射器,成为003型航母的弹射器。据马伟明院士称,目前中国在电磁弹射技术上已经完成了中压直流供电系统,比美军中压交流系统要领先数十年。而中国中压直流能量转化的效率将达到90%以上,使未来003型航母可以保证舰载机和其它特种机型的正常起飞。

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      假设003型航母上的电磁弹射器输出能量为尼米兹级和福特级上弹射器的中间值,即100兆焦。以此能量,可将40吨的小车加速至71米/秒。按照91%的效率,输入能量为110兆焦,相当于2.6公斤等热值柴油。而30吨的飞机弹射只需2公斤不到。柴油发电机的效率为30%,7公斤左右的柴油来发电就可提供一次弹射所需的电量。战斗机用电磁弹射起飞,不用开加力,可省下很多燃油,实在是划算得很。当然战斗机起飞还需开最大军用推力,提供电磁弹射器约五分之一的能量(如果开加力能提供四分之一)。

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      况且,电磁阻拦索还能将飞机着舰的能量可以转化为电能,储存到飞轮储能器里,用于下一批次飞机弹射。

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      所以根本不用担心电磁弹射器的耗电问题,不仅常规动力航母绰绰有余,而且在076小平顶上还可装上电磁弹射器和电磁阻拦索,用于无人机乃至有人机的起飞和降落。

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    • 家园 【原创】新隐身舰载机的设计选择

      航母舰体的成本和所载舰载机的成本相当,而隐身战斗机又是舰载机中最金贵的。目前正规航母隐身舰载机只有F-35C,在美国海军服役。当然,还有短距起飞垂直降落的F-35B也可以上舰,在海军陆战队的小平顶以及英日等跟班“航母”上使用。F-35B的航程只有F-35C的三分之二左右,机动性和载弹量等也不如。所以,新隐身舰载机的压制目标是F-35C。

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      新隐身舰载机的入役并不会淘汰三代舰载机,相反还会配合使用、相得益彰。在空战中,隐身机尽量应避免近距格斗,因为会失去最重要的雷达隐身优势,而亚音速机动性又不比三代机高。所以一旦把超视距空空导弹发射完,就应该利用超音速巡航等方式撤出战场,剩下的由三代机处理。因此,新隐身舰载机并不需要挂载近距弹和安装机炮。F-35C就没有安装了机炮,也不能内置近距弹。 这其实就是它和重型机F-22的最大区别。既然这些不是刚需,那么重型舰载机就没有太大的优势。而中型舰载机占地小,成本低,维护容易,在寸土寸金的航母上反而受人青睐。所以,美国海军并没有选择F-22。

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      那新隐身舰载机就没有考虑过重型机吗?有,是歼20的前掠翼版。歼20的气动布局是为超音速优化的,起降速度较大。前掠翼可以大幅提高升力系数,改善起降性能,但是却破坏隐身性,而且超音速巡航估计也够呛。由于削足适履,歼20的前掠翼版舰载机没有被海军相中,上航母只存在于军迷的想象中。

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      以前,受到技术水平的限制,雷达很笨重。苏27及其衍生的苏33舰载机(歼15”飞鲨“的原型)就是围绕着一个系统全重将近1吨的雷达设计的。如今相控阵雷达重量又轻看得又远,不再是瓶颈。新舰载隐身机和飞鲨相比,雷达和和其它电子设备反而有后发优势,可以“轻装上阵”。新舰载隐身机使用中推发动机,可以有效瘦身,不仅成本较低,而且有利于航母搭载和调度。

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      机会留给有准备的人,沈霍伊以出口机的名义搞了FC-31,这时正好派上用处。FC-31是双发正常布局中型隐身机,长相是双发F-22和单发F-35的结合。前机身象F-35,用上了蚌式进气道,而后机身象F-22,用了梯形垂尾。由于梯形垂尾的阻力较大,后来演化成现在的后掠切尖垂尾。

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      其实正常布局的隐身战机差不多就应该长成大致这样,以达到对雷达波的镜面反射、而不是漫反射。特例是苏57,机腹有沟,而非像其它的机腹扁平。如此,苏57的机身中央由上部曲面和下部的平面形成机翼的形状,是三代机常见的升力体设计。由于机身也能产生升力,苏57的盘旋机动性好,但是隐身性较差,一般认为是四代半,而不能被称为真正的五代机。

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      F-35的机腹比起F-22的已经是很不平整了,还可勉强达到隐身机的指标。即使这样,F-35C仍然碾压其它现役舰载机。

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      那么,双发的新隐身舰载机如何设计才能压制单发的F-35C?下表将其于正常布局隐身机比较,包括F-22,F-35A和 F-35C。没有包括的设计理念相差太大:歼20有鸭翼,F-35B可垂直起降,而苏57用了升力体。

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      设计首先要考虑的是发动机选择。FC-31首飞用的是枭龙上的RD-93发动机,就是米格29上的RD-33发动机改了机匣位置。米格29是著名的短腿“机场围墙”,那么FC-31的航程岂不堪忧?解决的方法就是让飞机变大:如果用推力大一点的高性能发动机,飞机体积和重量可以增加不少,就可以装载更多的燃油。所以,新舰载战斗机会安装新的中等推力发动机,据说是推比10的涡扇XX,成为世界上首架双中推隐形机。

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      中小型发动机的推重比容易做得比较大,两台可保证飞机有足够的动力。而大推的优势是高效,即达到同样的推力,油耗要低。所以之前的隐形机用的都是大推力发动机。F-22使用的F119发动机的涵道比为0.3,军用推力11.8吨, 加力推力15.9吨。单发的F-35更是创下了战斗机发动机涵道比和推力之最,使用F119同源核心机的F135发动机涵道比达到0.56,军用推力12.3吨,加力推力18.6吨。相比之下,不仅推力提高(特别是加力推力,有了更多的氧气和燃料充分燃烧),而且耗油率也下降了。好处很多,但是坏处也很明显,就是大风扇造成阻力大大增加,特别是超音速的时候。即使开足马力,F-35A的最大速度也只能达到1.6倍音速,还不如大部分三代战机。为了保持传统的高空高速性能,新隐身舰载机还是会用小涵道比中推发动机,假设涵道比是F135的一半,而推比在F119和F135的之间。两台的加力总推力达到20吨,和单台F135的相差不大,但是军推要高不少。

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      除了发动机和机身,F-35A和F-35C是相当不同的飞机,光翼展就相差2米多。为了减小着舰速度,F-35C,把机翼放大了约一半。但这样长宽比从1.46降到1.20,超音速阻力大大增加。比起F-35C,新隐身舰载机机身稍长,机翼后掠角较大,具备差不多的机翼面积而翼展较小。这样长宽比超过1.3,和F22的接近,兼具高低速性能。新隐身舰载机的干重在F-35A和F-35C之间,在14吨左右。新隐身舰载机专注空中优势,除了相控阵雷达,还在机头下方安装了红外搜索和跟踪 装置(IRST)。 由于F-35兼顾对空和对地,安装了分布式孔径系统 (DAS)。新隐身舰载机可以省略诸如此类的设备,节省重量。

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      和F-35C一样,新隐身舰载机应该也不会安装机炮,而是主打超视距作战,用4枚中远距弹”霹雳15“。比起F-22和F-35系列所用的AIM-120中距弹,霹雳15更长更粗,采用双脉冲固体火箭发动机,有效射程更远。霹雳15还是歼20的标配,一般同样携带4枚。可以这样说,新隐身舰载机的设计就是围绕这4枚霹雳15展开的,保证其超视距空战火力使任何对手都胆寒。

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      由于武器内置,隐身飞机的燃油系数一般比同等重量的三代机低。 F-22的内油8.2吨,燃油系数不到0.3,即使用了两台先进的F119发动机,作战半径也只有850公里。F-35A用了单大推,差不多的内油量,燃油系数达到0.36。F-35C的机翼面积虽然增加,但是由于需要折叠(外翼段不能装油),机翼油量差不多。去掉机炮,省出的体积装了大半吨的油,使得内油达到约9吨。新隐身舰载机的内油必须差不多才能在航程上不吃亏。虽然安装两台中推发动机比一台大推所占的可利用体积多些(F-35的两侧进气道很快合并为一条,而新隐身舰载机的两条进气道贯穿机体),但是新隐身舰载机机体毕竟长些,而且弹舱没有像F-35为了带大炸弹而掏的那么深,所以应该也可以装9吨燃油。为了多装油,机翼的折叠不会像歼15一样靠近翼根,而是会像F-35C一样和平尾对齐。

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      所以下图中,新隐身舰载机的主翼连同平尾一起折叠的情况不可能出现(而且座舱盖不是注释中所称的”分段式“,而是带加强框的整体)。主翼折线靠外侧、除了能尽量增加机翼油箱大小,平尾也不用折叠,能减少设计复杂性、还能减重。

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      没有机炮,就不用带炮弹,也能省个近百公斤弹药重量。 空战挂载下新隐身舰载机的载荷(包括飞行员)大约1吨。干重、内油和载荷总重约24吨,在F-35A和F-35C之间,而燃油系数达0.38。由于双中发比单大发耗油率略大,都加9吨的燃油、航程比F-35C稍低,但是也达到了2千公里。同时,还能带两个连同挂架一起扔的副油箱,三吨的外油可使无空中加油的航程达到3千公里。下图是为F-35A设计的修型副油箱,比普通圆柱型主体副油箱装的油少些,但是优化了气动。新隐身舰载机的副油箱视情况也可修型,虽然装油量降低,但是阻力也减小,航程可能非减反升。当然副油箱的成本会增加,然而除非是战斗,副油箱可反复使用。

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      在海上,航母没有地面雷达支持、全靠自己,舰载机并不是飞得越远越好,而是受到其它短板的限制,最重要的就是预警机。即使有了固定翼预警机,出于安全考虑,预警机不能一往无前,而是需要躲在防空圈的内侧,以免被敌方“斩首”。预警机的前出距离和雷达视距的极限差不多在1千公里以内,所以新隐身舰载机的作战半径有千把公里足够了。在执行空中警戒任务时,几架隐身机在靠近航母的区域能通过空中加油长时间滞空,一旦预警机发现情况、即可迅速前往。而更多的隐身机和飞鲨可以依次升空,对先遣机进行增援与殿后,形成梯级防御。

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      当然,隐身机在取得制空权之后,还可以参与对地攻击。这时可挂大量的外挂武器。对比F-35A和F-35C,新隐身舰载机的外挂量也可达到6吨左右。这样,最大起飞重量可以达到30吨。同样是30吨级别,由于机翼面积的差异,F-35系列的最大翼载有很大不同,从F-35A的700公斤每平米到F-35C的500多一点。新隐身舰载机的翼载约为500公斤每平米,介于F-22和F-35C之间。翼载和机动性相关:F-35A的大翼载让其低空突防时不太颠簸,但是空战时盘旋半径过大,使其更像与飞豹一样的战斗轰炸机。而新隐身舰载机具有和F-22相近的翼载,转弯快更易占领有利战位。

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      同时,战斗机性能和推重比高度相关。要保证足够的空战机动性的话,加力状态下的战斗机推重比应高于1,这样可快速垂直爬升。而要达到超音速巡航,无加力的军用推力状态下的战斗机推重比不应低于0.7。到达战斗空域,战斗机的内油已消耗了一小半,此时新隐身舰载机加力推重比和军推推重比都可满足要求。这样,加力极速可达两倍音速,最大巡航可超过音速,虽然指标比起F-22还略有不足,但是可以吊打F-35系列。特别是超音速巡航能力,是隐身机的独特优势。虽然有的三代机在没有外挂的情况下也可以超巡(比如单发的鹰狮E),但是超巡对内置导弹的隐身机才有实战意义。新隐身舰载机的超巡能力可以使它在空战中快进快出,导弹打得更远,就像一个臂长腿快的拳击手,在战场上立于不败之地。而F135中涵道比发动机风扇阻力太大,使得F-35系列所有机型都不能超巡。虽然F-35C打开加力可以飞超音速,但一般情况下在1.3马赫的极速上规定不能超过50秒钟(F-35B只有40秒,而F-35A则无时间限制),更不要说超音速巡航了。

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      除了可内置中远距空空导弹,新隐身舰载机作为双发中型机的各项指标都不算出挑,但是都中规中矩,没有明显的短板:不像F-22航程短,F-35A转弯大,F-35C飞不快。随着发动机的持续改进,还能飞得更快、更高、更远。在可预见的将来与飞鲨和预警机配合、一起为航母织起一张可靠的保护伞。

      通宝推:广阔天地,独立寒秋HK,尚儒,surfxu,风会,陈王奋起,梓童,玉米菜,拿不准,北纬42度,diamond,迷途笨狼,小泽珍珠,光头佬,住在乡下,楚天,唐家山,西电鲁丁,脊梁硬,曾自洲,
      • 家园 【原创】新舰载机和其它三代后的分代

        三代战机以后的战斗机分代是一笔糊涂账。基于原先对已有战斗机共有4代的分类,军迷叫歼20为“丝带”、新隐身舰载机则是“海飞丝”,但是官方已确认歼20为五代机。那三代后战机究竟以什么标准分代呢?

        F-22是第一架三代后,确立了4S标准,即:隐形(Stealth)、超音速巡航(Super Sonic Cruise)、超机动(Super Maneuverability)和超感知(Superior Avionics for Battle Awareness and Effectiveness)。1997年首飞的F-22被叫做四代机,结果晚出生近15年的苏57都不好意思称自己是同辈,于是宣布自己是五代机。这样一来, F-35也坐不住了,赶忙将自己的辈份也从四代改成了五代。这样就产生了一个奇特的现象:所谓5代机的F-35最多满足了两个S,隐形和超感知,而不能超巡和不善超机动(唯一拿的出手的就是落叶飘),居然比4S的F-22领先一代,实在是滑天下之大稽。

        要怪就怪这风云变幻的时代。作为冷战产物,F-22过于优秀、自己一个先跳级了。 直到15年后的2011年,首飞的 歼20才能再次向所有4S指标发起冲击。而F-35和苏57实际上都在补缺,所以的确有代差。既然F-22把四代的位置给占了,就只好叫五代了。话语权很重要,F-35就通过名义上的“代差”把F-22给硬生生地挤兑掉了。因此,为三代后战机重新分代有其现实意义,特别对”逆向淘汰“可加深认识、在将来引以为戒。

        下表按4S标准比较现有三代后战机。其中F-22和歼20是空中优势战斗机,不把1克重量浪费在对地上。F-22更传统,保留机炮用于狗斗(绕到对方后面),但是眉毛胡子一把抓,结果落下一个短腿的毛病。而秉着“傻子才用隐身机来狗斗”的理念,杨总师果断舍弃机炮,歼20的大长腿让人羡慕,同时靠可全向攻击的格斗弹解决视距内的威胁。有得必有失、术业有专攻,新舰载机更是专注截击,连格斗弹都省了,不和敌方在视距内纠缠:让你打不着我,而我始终可以拉开距离打你。所以隐身和超巡对超视距空战特别重要。

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        相比之下,F-35更像战斗轰炸机,有深弹舱挂GPS制导炸弹。当然“战斗轰炸机”名字有点low了,让人联想起歼轰7“飞豹”和苏24“击剑手”,于是被贴上“联合打击”的新名词,实际换汤不换药。而苏57是多功能战机,即可对空又可对地。为了提高机动性和挂载重量,采用了升力体设计,由两个突出的发动机短舱将流经机腹的气流夹住,导致机身上下表面气流速度不同、产生向上的压差。由于机身也能产生升力,苏57的翼载较小,缩短稳定盘旋的半径。天下没有免费的午餐,这样做的后果就是两个平行的发动机短舱会对雷达波造成来回的反射,破坏隐身性。

        字数越少越重要,“隐身”英文只有一个词“stealth”,却是三代后战斗机的初衷。为此,所有的三代后都安排内置弹舱。内置弹舱不仅是隐身的必要条件,而且也对其它的性能举足轻重,特别是超巡。由于超音速巡航是超视距空战能力的倍增器,三代后对超机动的追求更多的是超音速机动,而不是像三代机的亚音速机动。在超音速机动上,歼20的鸭翼设计有着独特的优势。当然F-22和苏57也用矢量喷口发动机弥补了正常布局气动上的不足。而也是正常布局的新隐身舰载机暂时没有安装矢量喷口发动机,就稍微吃亏些。

        隐身的权重较其它“超”字头的来得大(超机动和超感知有点凑数,有更常用的词用在三代机上,比如高机动和战场感知)。F-22的有源相控阵雷达在21世纪初可以吹嘘为超感知(从“F-22的飞行员是世界上知道最多的人”这句话就知道美帝有多膨胀了)。但是现在连三代机都装上有源相控阵雷达,后来的三代后战机没有辅助探测装置都不好意思出门。在雷达开机即暴露的现代战场上,没有光电探测能力的F-22简直就是睁眼瞎。难怪美国空军计划斥资109亿,以每架平均6000多万美元的天价,为F-22进行现代化升级、使其能和F-35分享信息。F-35有三代后最强大的分布式孔径系统,可360度无死角对环境进行光电监测。所以F-35和F-22升级后可以联合行动,堪称“瘸子和瞎子”的配合。

        加权平均,歼20的分数最高,达到4.75分(满分5分)。F-22由于“糙感知”紧随其后,新隐身舰载机由于要兼顾高低速,性能不十分出挑,但是也无明显短板,混个“一般一般,世界第三”。苏57在最重要的隐身性上有缺陷,使其和其它的空战型三代后相比有些相形见绌。垫底的是F-35,但作为世界上首型(也很可能是最后一型)隐身战斗轰炸机也不算太丢人。况且,其超感知能力独树一帜、到了自己用太奢侈、要均一点给F-22的地步。

        将加权平均值向上舍入,即得到三代后战机的分代:歼20、F-22和新隐身舰载机属五代阵营,而苏57和F-35为填补它们和三代机之间的空白作出了自己应有的贡献。

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        • 家园 美国国防部十年前改了分代标准

          以前美国国防部的分代标准是一代F86,二代F104/F4,三代F15,四代F22。

          毛子的分代标准是:一代Mig15,二代Mig21,三代Mig23,四代Su27,五代Su57。

          后来美国国防部觉得比毛子少了一代,太吃亏,所以把F104和F4分成两代了,结果跟毛子的分代差不多了。

          这么一来F22按照老标准是四代,按照新标准是五代,实在让人糊涂。。。

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          • 家园 【原创】战斗机划代 -- 有补充

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            就是因为有超视距能力而将F-4和米格23算作第三代、有点牵强,毕竟F104甚至米格21的改型都可以发射中距空空导弹。再说,人们一提到三代机,就会想到F-15、F-16、苏27和歼10这样的主流机型,而不是这哥俩。不过它们承上启下也非常重要、可以算2.5代。歼8II是中国自己的2.5代超视距战斗机,还在服役,当然更多的是侦察型,可见其生命力。

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            另一批经常被忽略的是“跨音速”1.5代飞机,F-101、米格19和歼6作为第一代超音速战斗机,最快速度仍在跨音速区域内。但是它们中低空机动性好,2代的F-104和2.5代的F-4最怵1.5代的歼6。歼6曾在1964到1968年之间打下好几架F-104和的F-4,为其赢得“歼6万岁”的口号。

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            大名鼎鼎的三代机也有两个子代。早期的三代机采用翼身融合设计:F-15和米格29的升力体给它们带来了亚音速高机动性(五代机的超机动性更多在超音速条件下),但它们仍然为机械控制的静稳定飞机。3.5代的F-16、苏27、和歼10静不稳定,需用电传飞控。由于跳级,3.5代的歼10研制异常艰苦,但是为歼20打下了坚实的基础。

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            创“撑杆跳世界记录”的F-22坑人不浅,比它年轻15岁的歼20用了超常的气动设计才能达到四爱死(4S)要求。而苏57则心有余而力不足,光是像F-22和歼20那样可容纳内置弹舱的整体框都做不出来,只能退而求其次的继续用升力体结构。即使像拍扁的苏27,内置导弹的好处还是很多的:隐身性大幅增加(虽然还不是正真的隐身机,但比三代机还是好得多),阻力大幅减小。另一个内置弹四代机是F-35,受垂直起降的限制、不得不使用一台大涵道比发动机,成了隐身战轰。由于电子设备更新换代的速度很快,没有光电辅助探测的F-22从“超感知”变成了“糙感知”。新人换旧人,目前真正满足4S的五代机是歼20,而新隐身舰载机作为下一个五代机已经听到楼梯声。

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            若不是图虚名的俄罗斯以及心眼小的美国,原先总共四代的划分就会继续。这样,F-35和苏57是”准四代“,而F-22和歼20是”真四代“。如今,下一代战斗机已约定俗成是”六代机“,所以别无选择:必须用它们填满三代后的两代。现在这个划分方法即保留了传统三代机的位置,又清楚地显示了中国自研战斗机”三级跳“的发展脉络:2.5代歼8II-->3.5代歼10-->5代歼20。跨度越来越大,每一步的跨越都可以成为新时代的励志故事。

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            作者 对本帖的 补充(1)
            家园 文中F-101应为F-100 -- 补充帖

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            1.5代的F-100曾经在“雷鸟”特技飞行队服役,是3.5代F-16之前的主力机型,可见其中低空机动性的优异。

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            类似的,“八一”特技飞行队的歼7E是2代歼7的双三角翼改型,在1代的歼教5和3.5代的歼10A/S之间起到承上启下的作用。

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          • 见前补充 4678191
      • 家园 感觉你对双发中隐乐观了。
        • 家园 已经比较保守了

          比如发动机:文中单台最大推力10吨,而网上的比较普遍的估计在11吨、乐观点的为11.5吨。这样,两台的总推力是22吨至23吨,比文中的20吨高出2到3吨。

          如果最大总推力达22吨,新隐身舰载机的空重和空战起飞重量都可增加1吨,达到15吨和25吨。这样,更容易加强结构设计,增加过载能力(达到8-9G)、延长舰载机的使用寿命。即使增重,飞机推重比还能略微提高一些。

          所以,关键的关键是发动机。而发动机技术业已井喷,问题不大。

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          • 家园 有传说,飞了3.0的飞飞下来比较了一下和飞20的感觉

            觉得不如预期,不是7090,而是7585,当然,就算7585,我也觉得挺不错。

            我的意思是,1、即便是沈飞在结构/材料上有进步,也很难相信3.0空重比f35c小;2、新发什么时候能装机,具体参数,现在完全没谱;3、新发小涵道比的话,油耗肯定比大涵道比的同等技术水平发动机高,那么,其他条件相同,航程就短;4、超巡难以想象,超巡不仅受气动影响(跨/超音速阻力小),还要发动机在超音速时出力大,不能简单看标注的最大军用推力(非加力状态),那个数据是地面台架测试数据,和高空高速状态下的实际推力不是一回事。

            通宝推:审度,
            • 家园 老兄这234都是一码事

              小涵道比发动机阻力小,天生适合超巡,这方面没啥可担心的,理论上最适合超巡的是涡喷(涵道比为0)。所以有了小涵道比发动机,加上比较好的气动设计,超巡应该不是什么难事。

              用了小涵道比发动机,同等情况下油耗估计会比F35的大涵道比发动机大了10%,但为了超巡,飞机外形比较光滑,所以阻力会比满身是包的F35小一些,所以也许油耗这方面能扯平了。

              舰载机要求有比较好的起降性能,而超巡又要求比较小的跨音速阻力,满足这两方面,估计狗斗性能就得做妥协,也没啥可苛求的,这三方面都能做好的估计地球上还没有,所以新舰载机的任务应该是超视距截击和攻击,狗斗让J15上,有点类似当年F14/F18的组合,互有分工。而F35C/F18EF的组合,却是高档/低档多用途战机的组合,有些钱多了烧的感觉。。。

              总而言之,有了好的小涵道比发动机实现3、4条都不会有什么问题,因此2、3、4条归根结底是同一件事情,就是发动机到底怎么样了,这个问题现在谁也没准信,等着看吧。

              通宝推:心有戚戚,
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