完全体苏-57首飞 “猛禽”制空霸权将终结?

2017-12-23| 发布者: 中华网军事| 查看: 9 |原作者: 中华网军事

临近2017岁末,虽然俄罗斯总统普京和俄军方此前已高调宣布叙利亚战事已经“结束”,但实际上无论在地面还是空中,战争似乎不仅没有结束,反而正在向一种更为复杂的形态转型。

2017-12-23中华网军事

临近2017岁末,虽然俄罗斯总统普京和俄军方此前已高调宣布叙利亚战事已经“结束”,但实际上无论在地面还是空中,战争似乎不仅没有结束,反而正在向一种更为复杂的形态转型。

的确,在拉卡和代尔祖尔战役失败后,“伊斯兰国”(ISIS)极端组织已基本丧失了翻盘的可能,其剩余力量目前正集中困守叙西北部的伊德利卜省“以拖待变”;但在东线战场,政府军解围代尔祖尔后不顾美国的强硬警告果断强渡幼发拉底河,其甘冒巨大风险的目的显而易见——大马士革必须在美国支持的库尔德武装和其他“叛军”在河东产油区站稳脚跟前,尽可能多的抢占油气田以备下一阶段的军事和政治博弈,同时粉碎美国及其支持的反政府力量冀望未来在叙利亚“划河而治”的企图。

随着政府军在莫斯科和德黑兰的支持下将地面战线推过幼发拉底河,美俄空军此前以河为巡逻分界的“约定”也被打破。在美军看来,俄罗斯人显然是“得寸进尺”,其作战飞机肆无忌惮的“侵入”河东为政府军提供火力支援。于是,当12月14日美军的F-22试图驱赶“越界”的俄军苏-25时,一架苏-35出现了……

苏-35机载空空导弹在射程上占据上风,但F-22的隐身能力是一大优势。

尽管这并非F-22和苏-35的第一次碰面(此前两款战机在阿拉斯加北美防空识别区和叙利亚战场上空都遇到过),12月14日的这次没有交火的“空战”仍然让外界激动不已。一时间,仅靠双方公布的那少得可怜、语焉不详,且立场鲜明的信息,网络及媒体上竟然出现了一大批洋洋洒洒、煞有介事,然后妄下定论的分析文章。实际上早在2017年6月时,美国《航空周刊》就刊登过一篇对F-22飞行员的专访,受访者得意的宣称在叙利亚上空,F-22经常神不知鬼不觉的飞至苏-35后半球模拟攻击,而对手毫无察觉。当然,这篇美国人炮制的文章的真实性同样存疑。

F-22和苏-35分别代表着美俄目前能够投入实战的最尖端战斗机,因此双方的战场“对峙”备受瞩目并不奇怪。不过就在本月初,另外一则消息则预示着“猛禽”即将面临一位真正的对手:12月5日,052号即苏-57的第2架试飞原型机在左侧换装进一步改进的“30型”发动机后成功首飞。对于研制进度严重拖延,且今年又爆出可能被印度放弃等负面新闻的苏-57来说,这次成功的试飞不仅仅是一针强心剂,更是具有里程碑意义的重大成就——在此前已成功测试了N036雷达系统后,“30型”发动机无疑是构成苏-57完整五代机能力的最后一块拼图。

据俄空天军总司令部和俄联合航空制造集团的最新消息,苏-57的第一阶段测试将于今年底结束,随后开始第二阶段测试,按计划将于2019年投入小批量生产并装备部队。这是个被一拖再拖的时间节点。在中国的歼20已经入役的情况下,也许唯一让俄罗斯聊以自慰的是苏-57届时将直接以完整的五代机面貌服役,而不是最初计划的分“两步走”;反倒是中国的五代机采取了先服役再陆续匹配新型机载系统的“激进”策略。

苏-57的格斗优势

苏-57研制时瞄准的就是F-22。对于俄罗斯人来说,这是一款迟到了20多年的五代机。如果在时间节点相差半代的情况下仍不能压制对手,苏-57就很难算是成功的。然而,要做到这一点谈何容易,在俄罗斯“失去的20年”里,F-22将整个世界越甩越远。好在后发也有后发的优势,苏联末期五代机计划(MFI)的相关预研成果在这20年里逐渐成熟、完善,苏-57得以在最合适的时间匹配许多比F-22更新锐的技术。当然,这场竞争并不公平!

很明显,苏-57是苏霍伊在对F-22做了充分研究后推出的针对性设计。首先,苏霍伊设计师们认为:F-22的窄间距双发布局使得推力矢量只能用于俯仰控制,很难用于偏航或者滚转控制。F-22的两台发动机间距很近,用差动推力实现偏航控制的力臂太短。同样,用于滚转控制的力臂也太短。

出于上述考虑,苏-57选择了与苏-27类似的宽间距双发布局。宽间距双发之间的力臂,可以主动利用双发的差动推力来形成偏航力矩。目前公开的试飞视频已经证明苏-57可以在高空做稳定可控的平螺旋,这无疑是一项连F-22也难以企及的成就。宽间距双发的另一个好处是“中央机翼”。苏-57双发之间的宽大面积可以提供相当大的升力。当然,宽间距双发也有缺点。除机体结构外,发动机是战斗机上最沉重的单个部件。两台沉重的发动机横向间距过大,提高了横滚惯量,不利于飞机迅速横滚,影响敏捷性。

在飞行控制方面,苏-57有12个气动控制面,另加两台发动机的推力矢量控制作用。苏-57的机翼前缘襟翼是同步动作的。前缘襟翼放下时,可以降低局部迎角,对于大迎角飞行维持升力尤其有用。另外,在亚声速到超声速的范围里,前缘襟翼可以主动改变机翼弯度,降低飞行阻力。

苏-57巨大的尾椎是其区别于F-22的重要特征,有利于其形成偏航力矩。

苏-57的垂尾比较特别,这也是苏-57显著区别于F-22的特点。后者不仅采用双垂尾,而且还十分高大。苏-57反其道而行,缩小垂尾,不再倚重垂尾的自然稳定作用。换言之,在低速飞行时,垂尾面积依然足够提供自然稳定性;但在高速飞行时,苏-57在偏航方向是不稳定的,需要根据偏航情况,主动偏转垂尾,补偿偏航稳定性。为了强化效果,苏-57的双垂尾是全动的,而不是F-22那样的传统垂尾,后者的大部分面积是固定的,只有后缘舵面可动。这样和F-22相比,苏-57的可动双垂尾面积就可以设计的更小一些,重量和阻力都相应降低。此外,全动双垂尾还可兼做辅助减速板,进一步节约了减速板重量。

值得注意的是,美国不仅F-22采用固定式高大双垂尾,更新的F-35也一样。世界航空科技第一强国美国至今没有任何飞机采用全动垂尾,在这方面显然落后了。虽然美国在无尾飞翼布局的B-2和多种无人机上采用主动偏航控制,彻底取消了垂尾,但这些毕竟不是高机动飞机,不能相提并论。反观五代机的后起之秀歼20都已经采用了与苏-57类似的全动垂尾。

考虑到隐身需求,苏-57没有安装苏霍伊本来非常拿手的鸭翼,不过其全球独创的可动边条同样可以带来额外的机动优势。边条的作用是产生涡升力,在大迎角高机动飞行中增升。固定的边条只能针对特定的气动条件进行优化,而可动边条的最优工作范围更大。在高速平飞时,也可以适当产生升力,协助平尾配平,降低配平阻力。在这一点上,可动边条大体相当于较小的鸭翼。

苏-57的可动边条清晰可见

可动边条的作用还远不止于此,其最大价值是帮助战斗机从过失速状态中迅速恢复。在过失速飞行时,常规气动控制面的作用大大下降,缺乏有效的气动控制常常是限制过失速机动的关键。推力矢量不会因为进入过失速而丧失,所以推力矢量是可控过失速飞行的最有效保证。F-22正是依靠推力矢量系统才能从容的控制各种过失速机动动作。苏-57同样装有推力矢量尾喷管(而且是全向的),可苏霍伊设计师仍嫌不够,其可动边条进一步赋予该机更加强大的过失速控制能力。在过失速大迎角飞行时,苏-57可以像放下前缘襟翼一样大幅度放下可动边条,降低前机身升力,抑制上扬趋势,帮助改平。换言之,装有可动边条的苏-57不仅可以像F-22那样进行可控的过失速机动,而且还可以明显提高上述机动动作的运转速度,当需要机头在过失速状态下精确指向目标时,苏-57可以比F-22更迅速的完成瞄准,这在实战中的意义不言而喻。

全向推力矢量控制是苏-57另外一项超越F-22的技术。F-22的矩形尾喷口只能在纵向偏转,苏-57尾喷口的矢量可控范围比F-22大得多,在横滚、小半径转弯等各种机动动作中,额外的横向或斜向推力都可以帮助气动控制面更高效的完成,更有利于战斗机在格斗中占据优势。这项技术对于超声速机动也至关重要,由于气动中心随速度增加而后移,超声速飞行时常规的尾翼控制面作用大大降低,横向推力矢量就没有这样的限制。当超视距空战中双方飞机均以超声速飞行时,一旦遭遇敌方空空导弹打击,苏-57即可凭借横向推力矢量获得更高的规避成功率。

超声速巡航与“产品30”发动机

很多人都会从外观上判断苏-57的气动布局“抄袭”F-22,实际通过以上分析不难看出,苏霍伊在设计苏-57时明显继承了苏-27的诸多特点,只不过其隐身外形极具“迷惑”性罢了。有了擅长格斗的“侧卫”基因,再加上全动垂尾、可动边条和全向推力矢量技术的帮助,苏-57的过失速机动性理应比F-22更加惊人,由此带来的结果就是如果两款五代机在视距内缠斗,苏-57的优势在理论上会很明显。

然而,如果是在视距外爆发空战,情况就会复杂得多。

苏-57的机长为19.8米、翼展14米,两项数据均大于F-22,然而该机的最大起飞重量却只有35吨,比F-22还轻3吨。究其原因,就在于苏霍伊为苏-57设计的宽间距双发布局,这种布局必然使飞机更加扁平,从而导致较大的超声速阻力。此外,双发宽间距还会造成机尾的低压区,进一步增大阻力——发动机喷流在离开喷口之后,有一定的“发育”和膨胀,窄间距双发的喷流最后汇合,双发之间几乎没有低压区,宽间距双发的喷流之间则存在显著的低压区,形成机头高压与机尾低压的压力差,由此产生额外的阻力。为了解决这个问题,苏-57在机尾安装有一个长长的尾锥,可起到改善机尾流场的作用。

尽管全机的气动阻力比F-22大不少,但苏-57毕竟轻一些,这一加一减,再加上苏-57采用了尾椎和有利于超声速飞行的多波系可调进气口等补偿措施,可推断其如果想达到F-22的1.7马赫超声速巡航和2.25马赫的最大速度,就必须配备两台F-119级别的发动机。

俄媒11月披露苏-57装备了新型发动机

在“产品30”装机试飞之前,苏-57各原型机一直采用的是117S(AL-41F)发动机,后者只是AL-31的深度改进型,目前批量装备于苏-35,其性能与F-22采用的F-119和F-35上的F-135存在代差。按照最初的“两步走”计划,117S本来也将被第一阶段生产型苏-57采用并装备部队。但以目前的情况看,俄罗斯应该改主意了。

据留里卡-土星公司总设计师尤里•什托金表示,刚刚完成首次飞行测试的“产品30”(129型)发动机军用推力为107千牛,加力推力达到176千牛,推重比超过11,总体性能超过F-22所装的普惠F-119-PW-100。这款发动机才是苏联第五代战斗机用涡扇发动机AL-41的“嫡系传人”,后者在苏联解体前已进入台架测试阶段。“产品30”采用耐高温镍合金叶片,发动机循环参数达到2000K,高压压气机零件数量进一步减少,大量采用新型复合材料以减轻重量,并进一步提升了寿命。在换装该发动机后,苏-57的最大巡航速度至少可达到1.7马赫,而最大速度则很可能突破2.3马赫。

超声速巡航所带来的空战优势主要体现在超视距领域。超声速巡航大大提高了战斗机的接敌平均速度,外推拦截线,在对手进入武器射程之前就可以发起攻击,且所发射导弹的不可逃逸区显著增大。此外,超声速巡航结合超机动性使防御方在机动中始终保有较高的能量,从而大大压缩了对手的开火距离和导弹有效攻击范围。



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