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另起炉灶,T-50终上天
2010年1月29日,俄罗斯远东城市阿穆尔河畔的共青城见证了俄罗斯第五代战斗机——T-50首架原型机第一次试飞的历史性一幕。
1998年俄罗斯空军颁布了研制第五代多功能战斗机的战斗设计任务书,参与竞标的有苏霍伊公司和米格公司,他们的“金雕”和1.44方案均被军方否决。2001年,俄空军提出要研制“未来战术航空系统”(PAK FA)。次年4N,俄空军在新一轮第五代战斗机的竞标中选择了苏霍伊公司作为主要研制单位后,留里卡一土星科研生产联合体被选中作为新发动机的研制单位。2008年,俄有关人员透露,该国的第五代战机计划在2009年完成原型机的研制,2015年开始交付给至少采购1000架的军方。
俄罗斯没有将追求新型战斗机的努力完全压在一个赌注上。2008年2月19日,苏霍伊公司的苏35B M战斗机成功进行首飞。按照俄罗斯国内媒体的说法,该机是目前世界上“最接近第五代战斗机的第四代战斗机”。由于该机采用了未来将用于PAK FAt:的许多新技术,其首飞可以看成是俄第五代战斗机的技术验证工作已经开始。
“金雕”和1.44均采用鸭式布局。其中1.44采用了腹部进气、三角形中单翼、V型尾翼,安装两台发动机的布局。从其布局以及巨大的有利于高速飞行但有悖于隐身要求的进气口、接近三角形的前机身横截面、后机身的尾撑向下有一对与垂尾相对应的大型腹鳍、多达16个控制面等设计看,设计局将高速飞行状态中的敏捷性放在了首位。至于“金雕”,除了采用前掠翼技术外,该机简直没有什么值得称道的地方。该机采用了三翼面、双垂尾、双发、两侧进气的布局。从外形上看,该机的技术先进性显然不如1.44。需要说明的是,尽管1.44和苏-47的垂直尾翼向外倾斜,尤其是1.44的垂直尾翼倾斜得更为厉害,但其设计并非为了隐身。从前者巨大且有控制面的腹鳍看,设计人员显然是从增大垂直安定面和方向舵的控制力矩来考虑的,毕竟它们的垂尾不同于F-2291、倾28度的双垂尾和F-35外倾22.9度的双垂尾。无论是1.44还是苏-47,除了内置式武器舱和S形进气道外,两者在外形上完全没有考虑隐身。
两者之所以下马,资金问题固然重要,但对未来的空战形势与战斗机发展方向的错误预测,才是它们下马的真正原因。无奈,俄罗斯在走了很大的弯路之后,只能和苏联时期一样,采取紧跟美国后尘的跟踪战略了。
气动布局借鉴“猛禽”
从目前已经掌握的图片看,在外形上大量借鉴F-22设计的T-50采用了双发、双垂尾、两侧进气上单翼的常规布局。为满足隐身要求,在外形上采用前机身侧面倾斜、机翼遮挡双斜切进气口和简单进气道、各翼面前后缘相互平行,倾斜配置双垂尾等措施。这些都是外形设计和总体布局上的隐身措施。T-50的机翼形状借鉴了F-22的切尖菱形大面积上单翼,其全动平尾的形状和YF-22的相接近。T-50的全动垂直尾翼和发动机舱的外表形状在借鉴F-22、YF-23设计的同时,对苏27系列战斗机的设计有所继承。与美国第五代战斗机不同的是,T-50的垂直尾翼不仅低矮,面积也比较小。
T-50的最大特点是采用了一个巨大的因翼身融合形成的升力体机身。升力体从驾驶舱后一直延伸到垂尾后缘之前。这一设计承袭了苏27机身设计的优点,结构重量轻,改善了机身截面积分布,降低了超音速阻力,在增升和减阻方面效果显著。
借助于分离式发动机机舱和一个宽的中央机身,设计人员能够在T-50的这个空间部位设计两个前后排列的武器舱,可以分别携带2枚大型武器或3-4枚最新研制的RVV-MD导弹。此外,在升力体外侧紧靠翼根处还分别设计了一个小型武器舱,用于容纳近距格斗导弹。
在设计理念上,PAK FA显然是一种重视机动、轻视隐身的重型战斗机。在实际设计中,为了使成本与性能之间获取权衡,只能让性能让位于成本。和美国的F-22对比不难发现,该机重视前向隐身能力,而忽视后向和侧向隐身能力。由于T-50的发动机采用了轴对称矢量喷管,尽管比F-22的二元矢量喷管的结构更简单、重量更轻,却不利于雷达和红外隐身;进气道与武器舱之间的机腹部位也会成为较强的反射源。不过,设计人员还是通过优化设计T-50的气动外形,采用复合材料和创新技术,以及降低发动机信号特征等项措施,不仅显著地降低了雷达截面积,而且还减少了光学和红外特征。据有关报道,T-50原型机的雷达截面积仅有0.5平方米,明显低于现役苏-30MKI战斗机的20平方米。因此,俄罗斯第五代战斗机将显著提升对空、对地作战效能。
PAK FA放弃等离子隐身?
俄罗斯人曾经宣称他们将隐身技术的突破重点放在了等离子隐身上,并取得了突破性进展,并说1.44验证机就应用了等离子隐身技术。
苏联是从20世纪80年代开始等离子体实验的,研究的重点就是等离子体在高空超音速飞行器上的潜在应用。2003-年10月,俄罗斯专家向世界隐身技术大会提交的一份报告表明,俄罗斯曾在苏35战斗机直径890毫米的雷达天线前安装了一个等离子屏,并成功进行等离子体隐身飞行试验。俄还在米格21比斯、RVV-A E(R-77)空空导弹及基洛夫级巡洋舰上进行了隐身技术试验。那么,苏霍伊公司正在研制的T-50战斗机果真应用了等离子隐身术吗?
当年美国人曾经打算为其五代机采用可提高机动能力的鸭式布局。但随着对未来空战形势和隐身技术的研究,尽管已经通过X-29、X-31验证了鸭式布局的优越性,但他们依然将其F-22和F-35设计成常规布局。同样地,俄罗斯人在开始的PAK FA方案中考虑到他们比较拿手的鸭式布局,但最终还是放弃了。假如等离子技术真的如同俄罗斯人宣传的那样有效的话,他们说什么也不会轻易放弃有助于提高机动能力的鸭式布局。
从该机的外形和几何尺寸看,即使使用了等离子隐身技术,也是以外形隐身为主,以等离子技术为辅。假如T-50采用等离子发生器产生等离子体,则又产生一些问题。一是为了携带等离子发射器,必须额外增加飞机的结构重量。二要消耗大量电能与燃料,对飞机电子设备的使用和航程造成不利影响。三是使用等离子发生器的飞机,为了达到隐身目的,是持续释放等离子体还是等到被敌人雷达照射之后再启动等离子发生器。假如在被敌机雷达照射之后才启动的话,即使敌机雷达丢失目标,敌机驾驶员是否能够依赖机载红外探测器或其他方法进行有效搜寻。
毕竟以F-22为代表的隐身飞机的雷达隐身,以现有的技术为前提,可以做到永久性隐身,而非间歇性隐身。假如等离子技术非常有效,俄罗斯何必大动干戈, 在其第五代战斗机进度已经明显落后于美国的情况下,再匆匆上马PAK FA呢?何必又发展出至少是以外形为主要雷达隐身的新型战斗机呢?
再看看米高扬设计局设计的“鳐鱼”无人攻击机方案。其接近于美国X-45、X-47外观的事实,已经明白无误地显露出他们对隐身飞机的认识已经发生了变化。“鳐鱼”的翼展与米格-29战斗机相当,动力系统将采用一台克里莫夫RD-33涡扇发动机,可以说该机有一定的空间安装等离子发生器,但该机明显没有使用等离子隐身技术。通过对T-50正在研制期间推出的“鳐鱼”无人攻击机外形的研究可以判断,俄罗斯实际上已经放弃了以等离子技术为主要的隐身方法。其在等离子隐身方面的做法,很有可能与B 2轰炸机一样,在内部结构中封存可吸收电磁波的易电离介质。而在更早的时候,雅科夫列夫设计局曾经提出过隐身雅克-141的设想,而这个设想恰恰受到YF-22的影响。当年,俄空军选定的轻型战术战斗机(LFI)即米高扬提出的1-2000,在外形上已经颇有F-22的神韵。
MFI计划失败的一个重要原因,是米高扬和苏霍伊的方案均无法满足军方关于隐身性能的要求。因此,如何隐身便成了关乎其第五代战斗机发展的至关重要的因素。不管将来俄罗斯第五代战斗机的外形如何,俄罗斯军方和设计人员都要面临两个难题,即如何隐身和隐身的程度有多大为宜。也就是说俄罗斯新型战斗机的隐身能力,是F-22级别的,还是F-35级别的,或是其他水平的,要其受战略思想、作战思想、技术水平、国家安全环境等影响,需要认真把握和权衡。一旦决策失误,不仅仅是花钱的问题,关键是关系俄罗斯制空能力的战斗机将大大落后于对手。对此,需要慎之又慎。依据上文的分析可以断定,等离子技术很有可能是俄罗斯人玩弄的一种宣传伎俩。
作战能力初探
俄罗斯人一贯注重战斗机空空作战的火力,其第五代战斗机也不会例外。由于PAK FA计划尚处于试飞阶段,对其作战能力的把握只能来自推断。从性能上看,安装于苏一30BM的“雪豹”-E混合相控阵雷达已经具备了供第五代战斗机使用的水平。不过俄国人还是为PAK FA研制了完全电子扫描的N050 BRLs有源相控阵雷达,其性能肯定会比仍保留有无源相控阵痕迹的“雪豹”-E更加强悍。
据俄罗斯航空专家对F-22机动性的估算,该机在海平面以0.9马赫速度和5000米高度飞行时,爬升率分别达到350米/秒和245米/秒左右;在5000米高度以0.9马赫和10000米高度以1.54马赫飞行时,稳定盘旋过载分别达到7G和4.3G左右;在11000米高度,由0.8马赫加速到1.6马赫的时间约64秒。以此强悍的机动性能为参考,苏霍伊公司在设计T-50时将机动性放在了首位。从总体布局来看,T-50原型机在机翼上分别设计了全翼展前缘襟翼、副翼和襟副翼。如果说和F-22主翼外形一样的机翼设计得平淡无奇的话,那么设计人员将
“三翼面”设计理念大胆应用于T-50原型机上,就不能不让人为俄罗斯人雄厚的技术储备和丰富的工程经验所折服。
早在20世纪90年代初,苏霍伊公司就一直通过T-10系列原型机尝试三翼面布局+推力矢量设计,先后在苏-30MKI、苏-33、苏-37等型号上成功地应用,充分证实了这一技术在过失速机动性能方面所具备的优势。据悉,俄罗斯第五代战斗机使用推力矢量技术后,飞行迎角达到60°-70°时仍能保持稳定飞行,并可以在超过失速迎角范围进行空战。因此,PAK FA的机动性可能高于F-22。
俄版JSF联盟?
标准的第五代战斗机,因其研制经费高昂,对任何国家都是一个沉重的负担。因此,美国在决定装备F-22之后,又与其盟国就JSF战斗机开展了国际合作。由于俄罗斯经费有限等原因,外界一直盛传其可能与他国开展合作,俄罗斯也曾经宣布与法国或印度等国共同研制第五代战斗机。而目前最终得到确认的合作伙伴则只有印度。
在PAK FA项目初期,为筹集研制经费,俄工业部门就积极寻找国外合作伙伴。2001年6月,俄、印在莫斯科初次会谈合作发展新一代战斗机问题。2003年1月,印度国防部长在访问莫斯科期间签署了合作意向书,并在苏霍伊公司参观了飞机方案。2005年1月,印度继任国防部长访问莫斯科时,收到苏霍伊和米高扬公司关于合作发展T-50和轻型五代机的建议。2006年8月初,苏霍伊公司代表团在印度再次向印度国防部长介绍了T-50方案。2006年底至2007年初,俄罗斯最终与印度达成了联合研制第五代战斗机的协议。根据苏霍伊公司的资料,印度方面大约承担了40%的研制经费。作为回报,俄罗斯承诺其PAK FA在不久的将来优先出口到印度,并有可能在印度组装生产。
除合作研制外,俄肯定还计划在五代机研制
等离子体隐身原理
等离子体是尺度大于德拜长度的宏观中性电离气体,是固体、液体和气体三种形态之外的第四态物质。核爆炸、放射性同位素的射线、高超音速飞行器的激波,火箭和喷气飞机的尾流都可以形成弱电离等离子体。运用等离子体隐身,实际上就是通过等离子体发生装置放出离子射线,运用等离子体(层)的电子密度,对雷达波进行吸收,折射,散射,以求隐身的目的。美国休斯实验室进行的一项为期两年的实验表明,应用等离子体技术可使雷达获得回波的信号强度减小到原来的1%。等离子隐身最大的好处莫过于无需牺牲气动外形,彻底解决了隐身性能与飞行性能之间的矛盾。同时,这种隐身技术还可以在不做大的改动的前提下,对第三代战斗机进行随身升级,从而迅速提升第三代战斗机的作战能力。不过,有专家指出,等离子隐身效果的好坏不能仅仅靠雷达波与等离子体的相互作用来判断,雷达波的入射角度,等离子体的热运动形式等等都能影响到其隐身效果。
目前,运用等离子体隐身实现的途径主要有两种:一是利用等离子发生器产生等离子体。这种方法是在低温下,通过电源以高频,高压形式提供的高能量产生间隙放电,沿面放电等形式,将气体介质激活、电离,在飞机周围形成等离子区,使雷达波信号强度减弱、频谱离散,从而有效影响飞机的有效反射截面积。这种方法简单易行,但效果不是非常理想。另一种方法是在飞行器的特点部位(强散射区)涂抹一层放射性同位素(如锶-90或钋-210等)。利用放出的高能射线使飞机周围空间的气体介质电离,形成等离子屏障,从而对雷达波有较强的吸收和散射能力。衰减反射信号以实现隐身。不过这种方法的成本较高,而且放射性同位素放出的射线对人体有伤害作用,因此也不利于地勤人员进行日常的飞机维护与保养。 成功后与西方对手争夺海外市场。自从苏联解体以后,原华约国家纷纷倒向西方的怀抱。在事关国家安全的战斗机采购、装备方面,自然也就脱离了原先的供应国。例如,波兰采购了美国的F-16,匈牙利采购了瑞典的“鹰狮”,统一后的德国自然采购其参与研发的“台风”……苏俄原有的市场份额流失严重。
苏联时期在对外武器出口方面,不按公平的交易原则来对待贸易伙伴是其一贯做法。在出口战斗机时,总是拿落后的飞机来出口,主要是简化雷达和电子对抗系统,使其性能低于本国同型号飞机的水平。现在的俄罗斯,为了换取外汇,已经拿出最先进的战斗机用来出口。其外销的主力机型,也就是中国、印度、印尼、委内瑞拉等国家大量装备的苏-30MK系列,均是俄罗斯自己没有装备的。但是,即使是俄罗斯愿意拿出新锐的第五代战斗机来出售,其市场行情一定会看好吗?
西方新一代战斗机的市场销售情况可以成为俄系下一代战机争夺外销市场的借鉴。只有一流的国家才能装备类似F-22的战斗机,即使是二流的国家也只能装备F-35。如此,使一些已经装备俄罗斯战斗机的国家和愿意购买俄制战斗机的国家(大部分为发展中国家)很可能买不起新一代战斗机。导致俄罗斯将进一步丧失其传统市场,其中最有代表性的市场包括伊朗、朝鲜、委内瑞拉等国。而一旦海外销售不如预期,俄主力战斗机就很有可能是PAK FA与苏-35BM的搭配,就像美军目前更加看好F-15E一样。
不可能再有竞争
苏联时期,在武器的研发上有着比较明确的分工。例如:米高扬和苏霍伊设计局主要从事战斗机和战斗轰炸机的研制;图波列夫设计局除主要研制轰炸机外,还与伊留辛设计局一样承担运输机的研制任务,雅科夫列夫设计局主要担负教练机的研制任务,后来因其在研发垂直起降战斗机方面成绩突出,还增加了此项职能;米里与卡莫夫设计局负责直升机的研制;别里耶夫设计局主要负责水上飞机的研制。以上分工,并非一成不变,且与西方国家一样,也是存在竞争的。在发展过程中,苏霍伊设计局更趋向于重型战斗机(包括战斗轰炸机),而米高扬设计局趋向于中型前线战斗机。由于米高扬设计局和苏霍伊设计局在进入20世纪60年代以后始终是苏联最为重要的战斗机研制单位,在战斗机方面的分工与竞争实际上已经演变成两大设计局的事情了。
在世界军用飞机发展上,米格设计局无疑占有重要一席。米格飞机无论在装备数量还是国际知名度方面远远超过国内竞争对手。“米格机”曾一度成为苏联飞机的代名词,成为西方国家的梦魇。然而就是这么出名的米格设计局,在苏霍伊设计局成功设计出性能优异的苏27系列战斗机之后,情形急转直下。从苏联解体之后,米高扬设计局得到的订单少得可怜,而苏霍伊设计局在苏27基础上不断推出令人惊愕的空战能手,频频闪亮登场于世界各大航展上成为明星。米格飞机昔日的风采不现,苦苦坚守战斗机领域不放,等待命运的裁决。辉煌一时的米格飞机及其设计局与历史上的许多设计局或公司一样,在达到尖峰时刻后已经出现了衰败的迹象。与此同时,许多军工企业为了生存,不惜以降价获取订单,甚至出卖国家利益。
正是在此背景下,当时的普京总统提出对俄罗斯的防务工业进行重组整合,目的是对山头林立各自为政的状况加以遏制,并将控股权转移到国家手中。后来,俄联邦航空制造体系整合委员会通过决议,批准成立联合航空制造公司(OAK)。这家大型集团公司由苏霍伊航空控股公司、航空出口对外经济联合公司、伊留辛财务公司、阿穆尔共青城航空制造厂、伊留辛国际航空公司、下诺夫格罗德雄鹰航空制造厂、新西伯利亚契卡洛夫航空制造厂=图波列夫公司和财务租赁公司组成,以保留和发展俄罗斯联邦航空制造体系的科研生产能力,保证国家安全和国防能力,集中人力、生产和财政资源,实施未来航空产品计划。据英国《飞行国际》2008年11月14日报道,OAK将把米格公司和苏霍伊公司合并成一个统一的军用飞机部门。OAK决定:米格公司的主要业务为包括米格35在内的轻型战斗机和无人飞行器,连同米格系列飞机改进;苏霍伊公司将主要发展苏-35和PAK FA。
俄罗斯的航空发动机产业也将进行类似的改组。普遍认为目前俄罗斯发动机制造业正经历着最差的时期,在军用发动机领域一直在靠吃AL-31和RD-33这些上世纪80年代的遗产过日子,而且也没有多少时日可继续了。在民用发动机领域,其国产的图波列夫或伊留辛客机都在使用西方的发动机,否则无法在俄罗斯以外的机场降落。也就是说俄罗斯发动机制造业已经丧失包括本国民航客机的大片市场,更不用提去和通用电气、普一惠和罗一罗公司争夺国际市场了。在经过上世纪90年代中后期的最初整合后,俄罗斯保留了六家航空发动机研发制造单位。它们分别是:礼炮公司、土星公司、乌法公司、鄂木斯克制造厂彼尔姆发动机集团以及隶属于米格公司的克里莫夫厂和切尔尼舍夫厂。就产量而言,主要集中在前三个以生产A L-3lF系列发动机为主的公司。最近有报道称,俄罗斯已经组建由彼尔姆发动机集团、萨马拉公司、乌法公司和土星公司参与的发动机制造集团公司。
不管怎样,即使是在小涵道比涡扇发动机领域还存在象征性的竞争,也改变不了俄罗斯在战斗机领域失去竞争的格局。苏霍伊战斗机成了俄罗斯军用飞机的主打产品。今后,俄罗斯战斗机的研制与生产还有可能进一步集中到少数公司,甚至一家企业当中。与此相似,航空发动机的研制与生产也可能进一步集中到两三家甚至一两家企业手里。
航空工业断档的悲剧
俗话说:不怕慢,就怕站。
航空工业作为战略产业,需要巨额投入连续发展。一旦停滞下来,其后果往往是灾难性的。以色列、加拿大、英国等国,以及我国的台湾省已经尝到了个中滋味。也正是这个缘故,一心想在防卫上独立或在欧洲充当老大的法国,才紧紧抱住“阵风”这个项目不放。否则,只能与英、德等国联合了。如此,也就失去了尊严与能力。从现在的情形看,法国可能再也无法维持高卢雄鸡的面子了。至于俄罗斯,目前已经尝到了这个苦果。
俄罗斯作为仅次于美国的航空强国,因种种原因,导致航空工业发展缓慢的教训是深刻的——作为关乎国家安全的重要产业,一旦放缓了甚至停滞下来,其危害是难以弥补的,将殃及数代。例如,米格-15、米格-19,还能与美国同时代的F-86、F-100不相上下。但自从米格-21之后,苏联战斗机开始落后于美国而不得不采取跟踪战略。即便是优秀的苏27和米格-29战斗机,不仅服役时间晚于美国的F-15、F-16,其电子设备也是大大逊色于西方的同类战斗机。苏联解体后,继承其衣钵的俄罗斯元气大伤,几乎没有经费维持航空工业的发展。在惨淡经营十来年后,不得不采取政府干预,使航空工业趋向集中以致垄断。
表面看,资金成了决定一切的关键,但人才的流失也是个大问题。因人才流失,缺乏经验,俄罗斯对第五代战斗机的技战术指标无法权衡。这就是其第五代战斗机发展缓慢的重要原因。
2010年1月29日,俄罗斯远东城市阿穆尔河畔的共青城见证了俄罗斯第五代战斗机——T-50首架原型机第一次试飞的历史性一幕。
1998年俄罗斯空军颁布了研制第五代多功能战斗机的战斗设计任务书,参与竞标的有苏霍伊公司和米格公司,他们的“金雕”和1.44方案均被军方否决。2001年,俄空军提出要研制“未来战术航空系统”(PAK FA)。次年4N,俄空军在新一轮第五代战斗机的竞标中选择了苏霍伊公司作为主要研制单位后,留里卡一土星科研生产联合体被选中作为新发动机的研制单位。2008年,俄有关人员透露,该国的第五代战机计划在2009年完成原型机的研制,2015年开始交付给至少采购1000架的军方。
俄罗斯没有将追求新型战斗机的努力完全压在一个赌注上。2008年2月19日,苏霍伊公司的苏35B M战斗机成功进行首飞。按照俄罗斯国内媒体的说法,该机是目前世界上“最接近第五代战斗机的第四代战斗机”。由于该机采用了未来将用于PAK FAt:的许多新技术,其首飞可以看成是俄第五代战斗机的技术验证工作已经开始。
“金雕”和1.44均采用鸭式布局。其中1.44采用了腹部进气、三角形中单翼、V型尾翼,安装两台发动机的布局。从其布局以及巨大的有利于高速飞行但有悖于隐身要求的进气口、接近三角形的前机身横截面、后机身的尾撑向下有一对与垂尾相对应的大型腹鳍、多达16个控制面等设计看,设计局将高速飞行状态中的敏捷性放在了首位。至于“金雕”,除了采用前掠翼技术外,该机简直没有什么值得称道的地方。该机采用了三翼面、双垂尾、双发、两侧进气的布局。从外形上看,该机的技术先进性显然不如1.44。需要说明的是,尽管1.44和苏-47的垂直尾翼向外倾斜,尤其是1.44的垂直尾翼倾斜得更为厉害,但其设计并非为了隐身。从前者巨大且有控制面的腹鳍看,设计人员显然是从增大垂直安定面和方向舵的控制力矩来考虑的,毕竟它们的垂尾不同于F-2291、倾28度的双垂尾和F-35外倾22.9度的双垂尾。无论是1.44还是苏-47,除了内置式武器舱和S形进气道外,两者在外形上完全没有考虑隐身。
两者之所以下马,资金问题固然重要,但对未来的空战形势与战斗机发展方向的错误预测,才是它们下马的真正原因。无奈,俄罗斯在走了很大的弯路之后,只能和苏联时期一样,采取紧跟美国后尘的跟踪战略了。
气动布局借鉴“猛禽”
从目前已经掌握的图片看,在外形上大量借鉴F-22设计的T-50采用了双发、双垂尾、两侧进气上单翼的常规布局。为满足隐身要求,在外形上采用前机身侧面倾斜、机翼遮挡双斜切进气口和简单进气道、各翼面前后缘相互平行,倾斜配置双垂尾等措施。这些都是外形设计和总体布局上的隐身措施。T-50的机翼形状借鉴了F-22的切尖菱形大面积上单翼,其全动平尾的形状和YF-22的相接近。T-50的全动垂直尾翼和发动机舱的外表形状在借鉴F-22、YF-23设计的同时,对苏27系列战斗机的设计有所继承。与美国第五代战斗机不同的是,T-50的垂直尾翼不仅低矮,面积也比较小。
T-50的最大特点是采用了一个巨大的因翼身融合形成的升力体机身。升力体从驾驶舱后一直延伸到垂尾后缘之前。这一设计承袭了苏27机身设计的优点,结构重量轻,改善了机身截面积分布,降低了超音速阻力,在增升和减阻方面效果显著。
借助于分离式发动机机舱和一个宽的中央机身,设计人员能够在T-50的这个空间部位设计两个前后排列的武器舱,可以分别携带2枚大型武器或3-4枚最新研制的RVV-MD导弹。此外,在升力体外侧紧靠翼根处还分别设计了一个小型武器舱,用于容纳近距格斗导弹。
在设计理念上,PAK FA显然是一种重视机动、轻视隐身的重型战斗机。在实际设计中,为了使成本与性能之间获取权衡,只能让性能让位于成本。和美国的F-22对比不难发现,该机重视前向隐身能力,而忽视后向和侧向隐身能力。由于T-50的发动机采用了轴对称矢量喷管,尽管比F-22的二元矢量喷管的结构更简单、重量更轻,却不利于雷达和红外隐身;进气道与武器舱之间的机腹部位也会成为较强的反射源。不过,设计人员还是通过优化设计T-50的气动外形,采用复合材料和创新技术,以及降低发动机信号特征等项措施,不仅显著地降低了雷达截面积,而且还减少了光学和红外特征。据有关报道,T-50原型机的雷达截面积仅有0.5平方米,明显低于现役苏-30MKI战斗机的20平方米。因此,俄罗斯第五代战斗机将显著提升对空、对地作战效能。
PAK FA放弃等离子隐身?
俄罗斯人曾经宣称他们将隐身技术的突破重点放在了等离子隐身上,并取得了突破性进展,并说1.44验证机就应用了等离子隐身技术。
苏联是从20世纪80年代开始等离子体实验的,研究的重点就是等离子体在高空超音速飞行器上的潜在应用。2003-年10月,俄罗斯专家向世界隐身技术大会提交的一份报告表明,俄罗斯曾在苏35战斗机直径890毫米的雷达天线前安装了一个等离子屏,并成功进行等离子体隐身飞行试验。俄还在米格21比斯、RVV-A E(R-77)空空导弹及基洛夫级巡洋舰上进行了隐身技术试验。那么,苏霍伊公司正在研制的T-50战斗机果真应用了等离子隐身术吗?
当年美国人曾经打算为其五代机采用可提高机动能力的鸭式布局。但随着对未来空战形势和隐身技术的研究,尽管已经通过X-29、X-31验证了鸭式布局的优越性,但他们依然将其F-22和F-35设计成常规布局。同样地,俄罗斯人在开始的PAK FA方案中考虑到他们比较拿手的鸭式布局,但最终还是放弃了。假如等离子技术真的如同俄罗斯人宣传的那样有效的话,他们说什么也不会轻易放弃有助于提高机动能力的鸭式布局。
从该机的外形和几何尺寸看,即使使用了等离子隐身技术,也是以外形隐身为主,以等离子技术为辅。假如T-50采用等离子发生器产生等离子体,则又产生一些问题。一是为了携带等离子发射器,必须额外增加飞机的结构重量。二要消耗大量电能与燃料,对飞机电子设备的使用和航程造成不利影响。三是使用等离子发生器的飞机,为了达到隐身目的,是持续释放等离子体还是等到被敌人雷达照射之后再启动等离子发生器。假如在被敌机雷达照射之后才启动的话,即使敌机雷达丢失目标,敌机驾驶员是否能够依赖机载红外探测器或其他方法进行有效搜寻。
毕竟以F-22为代表的隐身飞机的雷达隐身,以现有的技术为前提,可以做到永久性隐身,而非间歇性隐身。假如等离子技术非常有效,俄罗斯何必大动干戈, 在其第五代战斗机进度已经明显落后于美国的情况下,再匆匆上马PAK FA呢?何必又发展出至少是以外形为主要雷达隐身的新型战斗机呢?
再看看米高扬设计局设计的“鳐鱼”无人攻击机方案。其接近于美国X-45、X-47外观的事实,已经明白无误地显露出他们对隐身飞机的认识已经发生了变化。“鳐鱼”的翼展与米格-29战斗机相当,动力系统将采用一台克里莫夫RD-33涡扇发动机,可以说该机有一定的空间安装等离子发生器,但该机明显没有使用等离子隐身技术。通过对T-50正在研制期间推出的“鳐鱼”无人攻击机外形的研究可以判断,俄罗斯实际上已经放弃了以等离子技术为主要的隐身方法。其在等离子隐身方面的做法,很有可能与B 2轰炸机一样,在内部结构中封存可吸收电磁波的易电离介质。而在更早的时候,雅科夫列夫设计局曾经提出过隐身雅克-141的设想,而这个设想恰恰受到YF-22的影响。当年,俄空军选定的轻型战术战斗机(LFI)即米高扬提出的1-2000,在外形上已经颇有F-22的神韵。
MFI计划失败的一个重要原因,是米高扬和苏霍伊的方案均无法满足军方关于隐身性能的要求。因此,如何隐身便成了关乎其第五代战斗机发展的至关重要的因素。不管将来俄罗斯第五代战斗机的外形如何,俄罗斯军方和设计人员都要面临两个难题,即如何隐身和隐身的程度有多大为宜。也就是说俄罗斯新型战斗机的隐身能力,是F-22级别的,还是F-35级别的,或是其他水平的,要其受战略思想、作战思想、技术水平、国家安全环境等影响,需要认真把握和权衡。一旦决策失误,不仅仅是花钱的问题,关键是关系俄罗斯制空能力的战斗机将大大落后于对手。对此,需要慎之又慎。依据上文的分析可以断定,等离子技术很有可能是俄罗斯人玩弄的一种宣传伎俩。
作战能力初探
俄罗斯人一贯注重战斗机空空作战的火力,其第五代战斗机也不会例外。由于PAK FA计划尚处于试飞阶段,对其作战能力的把握只能来自推断。从性能上看,安装于苏一30BM的“雪豹”-E混合相控阵雷达已经具备了供第五代战斗机使用的水平。不过俄国人还是为PAK FA研制了完全电子扫描的N050 BRLs有源相控阵雷达,其性能肯定会比仍保留有无源相控阵痕迹的“雪豹”-E更加强悍。
据俄罗斯航空专家对F-22机动性的估算,该机在海平面以0.9马赫速度和5000米高度飞行时,爬升率分别达到350米/秒和245米/秒左右;在5000米高度以0.9马赫和10000米高度以1.54马赫飞行时,稳定盘旋过载分别达到7G和4.3G左右;在11000米高度,由0.8马赫加速到1.6马赫的时间约64秒。以此强悍的机动性能为参考,苏霍伊公司在设计T-50时将机动性放在了首位。从总体布局来看,T-50原型机在机翼上分别设计了全翼展前缘襟翼、副翼和襟副翼。如果说和F-22主翼外形一样的机翼设计得平淡无奇的话,那么设计人员将
“三翼面”设计理念大胆应用于T-50原型机上,就不能不让人为俄罗斯人雄厚的技术储备和丰富的工程经验所折服。
早在20世纪90年代初,苏霍伊公司就一直通过T-10系列原型机尝试三翼面布局+推力矢量设计,先后在苏-30MKI、苏-33、苏-37等型号上成功地应用,充分证实了这一技术在过失速机动性能方面所具备的优势。据悉,俄罗斯第五代战斗机使用推力矢量技术后,飞行迎角达到60°-70°时仍能保持稳定飞行,并可以在超过失速迎角范围进行空战。因此,PAK FA的机动性可能高于F-22。
俄版JSF联盟?
标准的第五代战斗机,因其研制经费高昂,对任何国家都是一个沉重的负担。因此,美国在决定装备F-22之后,又与其盟国就JSF战斗机开展了国际合作。由于俄罗斯经费有限等原因,外界一直盛传其可能与他国开展合作,俄罗斯也曾经宣布与法国或印度等国共同研制第五代战斗机。而目前最终得到确认的合作伙伴则只有印度。
在PAK FA项目初期,为筹集研制经费,俄工业部门就积极寻找国外合作伙伴。2001年6月,俄、印在莫斯科初次会谈合作发展新一代战斗机问题。2003年1月,印度国防部长在访问莫斯科期间签署了合作意向书,并在苏霍伊公司参观了飞机方案。2005年1月,印度继任国防部长访问莫斯科时,收到苏霍伊和米高扬公司关于合作发展T-50和轻型五代机的建议。2006年8月初,苏霍伊公司代表团在印度再次向印度国防部长介绍了T-50方案。2006年底至2007年初,俄罗斯最终与印度达成了联合研制第五代战斗机的协议。根据苏霍伊公司的资料,印度方面大约承担了40%的研制经费。作为回报,俄罗斯承诺其PAK FA在不久的将来优先出口到印度,并有可能在印度组装生产。
除合作研制外,俄肯定还计划在五代机研制
等离子体隐身原理
等离子体是尺度大于德拜长度的宏观中性电离气体,是固体、液体和气体三种形态之外的第四态物质。核爆炸、放射性同位素的射线、高超音速飞行器的激波,火箭和喷气飞机的尾流都可以形成弱电离等离子体。运用等离子体隐身,实际上就是通过等离子体发生装置放出离子射线,运用等离子体(层)的电子密度,对雷达波进行吸收,折射,散射,以求隐身的目的。美国休斯实验室进行的一项为期两年的实验表明,应用等离子体技术可使雷达获得回波的信号强度减小到原来的1%。等离子隐身最大的好处莫过于无需牺牲气动外形,彻底解决了隐身性能与飞行性能之间的矛盾。同时,这种隐身技术还可以在不做大的改动的前提下,对第三代战斗机进行随身升级,从而迅速提升第三代战斗机的作战能力。不过,有专家指出,等离子隐身效果的好坏不能仅仅靠雷达波与等离子体的相互作用来判断,雷达波的入射角度,等离子体的热运动形式等等都能影响到其隐身效果。
目前,运用等离子体隐身实现的途径主要有两种:一是利用等离子发生器产生等离子体。这种方法是在低温下,通过电源以高频,高压形式提供的高能量产生间隙放电,沿面放电等形式,将气体介质激活、电离,在飞机周围形成等离子区,使雷达波信号强度减弱、频谱离散,从而有效影响飞机的有效反射截面积。这种方法简单易行,但效果不是非常理想。另一种方法是在飞行器的特点部位(强散射区)涂抹一层放射性同位素(如锶-90或钋-210等)。利用放出的高能射线使飞机周围空间的气体介质电离,形成等离子屏障,从而对雷达波有较强的吸收和散射能力。衰减反射信号以实现隐身。不过这种方法的成本较高,而且放射性同位素放出的射线对人体有伤害作用,因此也不利于地勤人员进行日常的飞机维护与保养。 成功后与西方对手争夺海外市场。自从苏联解体以后,原华约国家纷纷倒向西方的怀抱。在事关国家安全的战斗机采购、装备方面,自然也就脱离了原先的供应国。例如,波兰采购了美国的F-16,匈牙利采购了瑞典的“鹰狮”,统一后的德国自然采购其参与研发的“台风”……苏俄原有的市场份额流失严重。
苏联时期在对外武器出口方面,不按公平的交易原则来对待贸易伙伴是其一贯做法。在出口战斗机时,总是拿落后的飞机来出口,主要是简化雷达和电子对抗系统,使其性能低于本国同型号飞机的水平。现在的俄罗斯,为了换取外汇,已经拿出最先进的战斗机用来出口。其外销的主力机型,也就是中国、印度、印尼、委内瑞拉等国家大量装备的苏-30MK系列,均是俄罗斯自己没有装备的。但是,即使是俄罗斯愿意拿出新锐的第五代战斗机来出售,其市场行情一定会看好吗?
西方新一代战斗机的市场销售情况可以成为俄系下一代战机争夺外销市场的借鉴。只有一流的国家才能装备类似F-22的战斗机,即使是二流的国家也只能装备F-35。如此,使一些已经装备俄罗斯战斗机的国家和愿意购买俄制战斗机的国家(大部分为发展中国家)很可能买不起新一代战斗机。导致俄罗斯将进一步丧失其传统市场,其中最有代表性的市场包括伊朗、朝鲜、委内瑞拉等国。而一旦海外销售不如预期,俄主力战斗机就很有可能是PAK FA与苏-35BM的搭配,就像美军目前更加看好F-15E一样。
不可能再有竞争
苏联时期,在武器的研发上有着比较明确的分工。例如:米高扬和苏霍伊设计局主要从事战斗机和战斗轰炸机的研制;图波列夫设计局除主要研制轰炸机外,还与伊留辛设计局一样承担运输机的研制任务,雅科夫列夫设计局主要担负教练机的研制任务,后来因其在研发垂直起降战斗机方面成绩突出,还增加了此项职能;米里与卡莫夫设计局负责直升机的研制;别里耶夫设计局主要负责水上飞机的研制。以上分工,并非一成不变,且与西方国家一样,也是存在竞争的。在发展过程中,苏霍伊设计局更趋向于重型战斗机(包括战斗轰炸机),而米高扬设计局趋向于中型前线战斗机。由于米高扬设计局和苏霍伊设计局在进入20世纪60年代以后始终是苏联最为重要的战斗机研制单位,在战斗机方面的分工与竞争实际上已经演变成两大设计局的事情了。
在世界军用飞机发展上,米格设计局无疑占有重要一席。米格飞机无论在装备数量还是国际知名度方面远远超过国内竞争对手。“米格机”曾一度成为苏联飞机的代名词,成为西方国家的梦魇。然而就是这么出名的米格设计局,在苏霍伊设计局成功设计出性能优异的苏27系列战斗机之后,情形急转直下。从苏联解体之后,米高扬设计局得到的订单少得可怜,而苏霍伊设计局在苏27基础上不断推出令人惊愕的空战能手,频频闪亮登场于世界各大航展上成为明星。米格飞机昔日的风采不现,苦苦坚守战斗机领域不放,等待命运的裁决。辉煌一时的米格飞机及其设计局与历史上的许多设计局或公司一样,在达到尖峰时刻后已经出现了衰败的迹象。与此同时,许多军工企业为了生存,不惜以降价获取订单,甚至出卖国家利益。
正是在此背景下,当时的普京总统提出对俄罗斯的防务工业进行重组整合,目的是对山头林立各自为政的状况加以遏制,并将控股权转移到国家手中。后来,俄联邦航空制造体系整合委员会通过决议,批准成立联合航空制造公司(OAK)。这家大型集团公司由苏霍伊航空控股公司、航空出口对外经济联合公司、伊留辛财务公司、阿穆尔共青城航空制造厂、伊留辛国际航空公司、下诺夫格罗德雄鹰航空制造厂、新西伯利亚契卡洛夫航空制造厂=图波列夫公司和财务租赁公司组成,以保留和发展俄罗斯联邦航空制造体系的科研生产能力,保证国家安全和国防能力,集中人力、生产和财政资源,实施未来航空产品计划。据英国《飞行国际》2008年11月14日报道,OAK将把米格公司和苏霍伊公司合并成一个统一的军用飞机部门。OAK决定:米格公司的主要业务为包括米格35在内的轻型战斗机和无人飞行器,连同米格系列飞机改进;苏霍伊公司将主要发展苏-35和PAK FA。
俄罗斯的航空发动机产业也将进行类似的改组。普遍认为目前俄罗斯发动机制造业正经历着最差的时期,在军用发动机领域一直在靠吃AL-31和RD-33这些上世纪80年代的遗产过日子,而且也没有多少时日可继续了。在民用发动机领域,其国产的图波列夫或伊留辛客机都在使用西方的发动机,否则无法在俄罗斯以外的机场降落。也就是说俄罗斯发动机制造业已经丧失包括本国民航客机的大片市场,更不用提去和通用电气、普一惠和罗一罗公司争夺国际市场了。在经过上世纪90年代中后期的最初整合后,俄罗斯保留了六家航空发动机研发制造单位。它们分别是:礼炮公司、土星公司、乌法公司、鄂木斯克制造厂彼尔姆发动机集团以及隶属于米格公司的克里莫夫厂和切尔尼舍夫厂。就产量而言,主要集中在前三个以生产A L-3lF系列发动机为主的公司。最近有报道称,俄罗斯已经组建由彼尔姆发动机集团、萨马拉公司、乌法公司和土星公司参与的发动机制造集团公司。
不管怎样,即使是在小涵道比涡扇发动机领域还存在象征性的竞争,也改变不了俄罗斯在战斗机领域失去竞争的格局。苏霍伊战斗机成了俄罗斯军用飞机的主打产品。今后,俄罗斯战斗机的研制与生产还有可能进一步集中到少数公司,甚至一家企业当中。与此相似,航空发动机的研制与生产也可能进一步集中到两三家甚至一两家企业手里。
航空工业断档的悲剧
俗话说:不怕慢,就怕站。
航空工业作为战略产业,需要巨额投入连续发展。一旦停滞下来,其后果往往是灾难性的。以色列、加拿大、英国等国,以及我国的台湾省已经尝到了个中滋味。也正是这个缘故,一心想在防卫上独立或在欧洲充当老大的法国,才紧紧抱住“阵风”这个项目不放。否则,只能与英、德等国联合了。如此,也就失去了尊严与能力。从现在的情形看,法国可能再也无法维持高卢雄鸡的面子了。至于俄罗斯,目前已经尝到了这个苦果。
俄罗斯作为仅次于美国的航空强国,因种种原因,导致航空工业发展缓慢的教训是深刻的——作为关乎国家安全的重要产业,一旦放缓了甚至停滞下来,其危害是难以弥补的,将殃及数代。例如,米格-15、米格-19,还能与美国同时代的F-86、F-100不相上下。但自从米格-21之后,苏联战斗机开始落后于美国而不得不采取跟踪战略。即便是优秀的苏27和米格-29战斗机,不仅服役时间晚于美国的F-15、F-16,其电子设备也是大大逊色于西方的同类战斗机。苏联解体后,继承其衣钵的俄罗斯元气大伤,几乎没有经费维持航空工业的发展。在惨淡经营十来年后,不得不采取政府干预,使航空工业趋向集中以致垄断。
表面看,资金成了决定一切的关键,但人才的流失也是个大问题。因人才流失,缺乏经验,俄罗斯对第五代战斗机的技战术指标无法权衡。这就是其第五代战斗机发展缓慢的重要原因。