[并不存在的代之惑]飞行原理与战斗机的划代(8)

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  战斗机划代的基本依据
  
  一般而言,战斗机划代的基本依据就是战术指标和技术指标,具体细分为四个方面。
  首先是飞机的基本性能,就是速度、升限和航程。对于战斗机来说,航程指标一般用作战半径代替。
  其次是机动性能,就是飞机的操纵性和稳定性,首要问题是解决低速或大攻角等姿态下的升力。另外通过先进的电传操纵,提高飞机对姿态变化的响应速度和控制能力。
  第三是发动机的型式和飞机的气动布局。严格地讲,不应该是一条独立的依据,是前两点在飞机设计上的技术保证。但发动机和气动布局太重要,几乎决定了飞机的所有性能,因此,人们习惯上把它们作为独立依据。
  第四是武器系统的性能,主要是指机炮/航炮或导弹的性能。随着空空导弹的出现及其技术的成熟,机枪/机炮/航炮退居二线,空战也演变为远距离导弹之间的厮杀,甚至是超视距、更远距离。“预警机 三代机 数据链 超视距导弹”已成为现代空战的基本模式。
  
  信息化战争对战斗机划代的影响
  
  简单地说,信息化战争时代就是信息加火力的时代。21世纪战争的形态是通过信息而不是火力来定义的,当信息对战争的胜负越来越重要,以至于起决定性作用时,就是信息化战争。
  信息化战争中信息优势的重要性正在影响战斗机的划代,并成为划代或定位的新依据。
  雷达系统自从配置在战斗机上以后,表现出了前所未有的攻击性。虽然雷达本质上是一种防御系统,诞生之初是为了提前发现来袭的轰炸机,但雷达装在战斗机上后,已成为向敌方发起攻击时的先导。最早战斗机使用机炮是必须要飞行员的肉眼看见,之后发展为超视距攻击,只要雷达看到就行。随着数据链技术的进步,战斗机上的雷达甚至可以看不到威胁目标,而战斗机也能够发起攻击。因为战斗机通过数据链接收来自其它传感器“看”到的具有火力控制级精度的目标数据,启动自身导弹实施打击。
  雷达发现目标是自主性工作的,不需要被探测目标的配合。此外,雷达可以全天候、全天时工作。迄今为止,还没有哪一种手段能够像雷达那样对目标的位置测量得那样快、那样准。正是由于雷达的这些优点,使得它在现代战争中获取信息的作用无以替代,所以,从安装在战斗机上的雷达来说,雷达自身在不断地改善性能,看得更远、辨得更清、测得更准。另一方面,战斗机也是被雷达探测的对象,降低战斗机被雷达发现的能力,反制敌方通过雷达获取信息的能力,实现通常所说的隐身性能(还包括红外隐身等等,但最主要的是雷达隐身),就变得越来越重要,成为新一代战斗机的主要标志。
  
  西方也在说“五代”
  
  虽然战斗机经历了从活塞式向喷气式的发展,但习惯上,战斗机的划代仅仅局限于喷气式战斗机,主要有四代和五代两种划分方法。
  在传统的西方四代划分方法中,第一代战斗机飞行速度在亚音速(M<0.8),升限在10 000米以下,作战半径500千米,开始采用后掠翼,离心式喷气发动机,以机炮为主,没有雷达。
  第二代战斗机开始具备“双2”特征,即最大平飞速度(不是巡航速度)达到2马赫,升限达到2万米,可以进行高空拦截作战,作战半径1 000千米,开始采用三角翼布局,发动机升级为轴流式喷气发动机,武器系统以导弹为主,开始安装雷达,但此时的雷达主要用于上视,战斗机下视和下射能力较弱。
  第三代战斗机的作战半径扩展到了2 000千米,采用边条翼、全动式鸭翼等先进气动布局,机动性更好;飞机推重比>1,可以实现垂直爬升;发动机普遍采用涡轮风扇发动机,推重比>8;机载导弹的射程达100千米左右,机载雷达的下视能力显著提高,开始装备数据链,摆脱了话音引导模式,通过数据链获取比较完整的战场态势。
  第四代战斗机具备4S特征,即超音速巡航、超高机动性(过失速机动)、垂直/短距起降和隐身能力。从发动机的角度看,其推重比已大于1 0,采用推力矢量喷管。
  从雷达的观点看,一方面,战斗机本身反射雷达波的能力(即自身的RCS)降低100倍以上,将敌方雷达对战斗机自身的探测距离缩小3倍以上。例如,F-22的迎头RCS由三代机的5米2降低至0.01米2,将敌方雷达的探测距离缩小到原来的20%。另一方面,战斗机火控雷达采用有源相控阵,将传统的机械扫描雷达的探测距离提高了近1倍以上,功能或工作模式显著增多,可以同时完成对飞机目标的观测和对地成像。采用有源相控阵火控雷达已经成为战斗机雷达发展的必然趋势,以及判定战斗机是否处于第四代的依据之一。
  根据这五方面的主要特征,出现了三代半战斗机的说法。例如,欧洲的“台风”战斗机,具备超机动性、矢量发动机和有源相控阵雷达等特征,但因不具备超音速巡航能力和较强的隐身能力,而被视为三代半;俄罗斯的苏-35不具备较强的隐身能力,但因加装了有源相控阵雷达,也被视为三代半。可见,三代半飞机的主要特征有二,即超机动性和有源相控阵雷达。
  俄罗斯的五代划分方法是将西方的四代划分方法中的第三代拆分为两代,将西方理解的第四代变成第五代。粗略地说,在俄罗斯的第三代战斗机中,主要具备“三2”特征,即在第二代“双2”指标的基础上,增加了“作战半径2 000千米”。第四代战斗机则采用边条翼、全动式前翼等先进气动布局,具有更好的低空/过失速机动能力;飞机推重比>1,发动机推重比>8;机载雷达具有良好的下视能力,并装备有数据链。
  今年来,西方也出现了五代的划分方法。简单地说,在四代划分方法的基础上,增加了喷气式早期试验性阶段,将其作为第一代,原四代依序后延。它的气动布局以平直翼,离心式涡喷发动机为主;第二代战斗机以后掠翼,轴流式涡喷发动机为主,升限在15 000米左右。在这种划分方法中,将以高机动性为主要特征的“三代半”飞机划为第四代,实际上是把原来四代划分方法中两者的半代差距拉大到一代。
  严格地说,西方的划代方法存在争议。有人认为,要对各国的战斗机进行划代,应该有三个基本准则。首先,标准统一,以技术最先进国家的典型战斗机作为“标杆”。第二,各代战斗机的主要技术水平和作战效能要有“台阶性”提高,即下一代战斗机比上一代战斗机要“高出一个台阶”,而不是技术水平有所提高、技术特点有所不同就算“更新换代”了。第三,“换代飞机”必须是一个时期的主力机种,有一定的装备数量、并经过实战考验。按照第三条标准,一些研究性的飞机自然不算换代飞机,因此,西方的五代划分法怕是站不住脚了。
  
  放下姿态的俄罗斯
  
  虽然俄罗斯一直高傲地采取不同于西方的划代方法,从数值上看似乎比西 方还要多发展一代,但实际上,美国的F-22在2005年就已服役并形成战斗力,而T-50直到五年后即2010年2月才首飞,预计形成战斗力还要再等五年,因此,这“四”与“五”的不同,已经演变为一个时代的差异。
  如果说四代之前的发展,使俄罗斯一直在蔑视美国,但在谋求信息优势的共同追求下,双方对下一代战斗机的发展思路空前一致。俄罗斯一直强调,无论战斗机及其搭载的机载雷达和导弹有多么先进,无论“超视距攻击”和“发现即摧毁”吹得多么响亮,“狗咬狗”式的近距离空战不可避免,因此,在三代机(西方划法)的开发中,俄罗斯高度重视飞机的机动性,在中低空、过失速机动设计技术上曾经一路领先。但是,在四代机(西方划法)的开发思路上,俄罗斯已经放下姿态,接受了西方的观点,把隐身作为新一代战斗机最重要的特征之一,而这正是俄罗斯相比美国的软肋。回想当初,T-50设计被批准后,苏霍伊设计局又对外形进行了多次改进,主要是提高隐身性能,甚至将原有的最大飞行速度指标要求由2.15马赫降到2.0。因为要达到2.1 5马赫,必须采用可调节进气道,降低指标可以取消一套调节系统,对隐身有利。即便如此,F-22的迎头雷达截面积低至0.01米2,T-50的迎头雷达截面积却高达O.15米2;在同一部雷达的显示屏上,F-22好比一个钢珠,T-50则大如一个保龄球。
  
  不用疑惑,隐身时代已经来临
  
  应该说,四代机的观念“地球人都知道”,虽然以F-22和T-50为代表的四代机始终在转动着人们的眼球,但是,人们对于世界范围内的“四代机”到底应该具有什么样的特征,或者说,战斗机划代的依据到底是什么,还是没有完全统一认识,这是一“惑”。更为重要的是,在世界范围内四代机特征没有统一认识的基础上,我国的四代机又该如何发展,至少对于军迷们,还处在热烈的讨论之中,这是“惑上加惑”。尽管如此,有一点不用疑惑,那就是,隐身时代已经来临。
  为什么这么说,因为信息化战争的来临必然要谋求信息优势,而四代机的隐身特性恰恰有助于获得信息优势。拿F-16和F-22相比,假设两者载有性能相同的雷达,如果F-22看F-16的距离是150千米,F-16看F-22将只有30千米。再假设F-16以O.8马赫巡航飞行,而F-22以1.5马赫巡航飞行,F-16对于F-22的反应时间只有60秒,而F-22对于F-16的反应时间却有560秒,这就是差距。
  这还只是其一,前提是三代机和四代机拥有相同的雷达。实际上,四代机使用有源相控阵雷达,相比三代机的机械扫描雷达来说更容易实现大功率。更重要的是,有源相控阵雷达可以方便地增加对目标的照射时间,这是机械扫描无法做到的。假设有源相控阵雷达将对目标的照射时间增加一倍,也就是扫描一“周”(通常是12°范围)的时间增加一倍,雷达的发现距离将提高近20%。因此,四代机的雷达有可能将比三代机的机械扫描雷达探测距离高40%以上。
  四代机的雷达使用有源相控阵,大大增加了无源隐身的效能。我们一直提到比较多的是雷达隐身,也就是让战斗机对雷达的发现距离尽量小,又称有源隐身。实际上,四代机的无源隐身性能也大大超过三代机,主要指敌方的无线电侦察设备截获四代机的雷达信号概率要远远小于三代机。无线电侦察设备可以通过截获战斗机雷达辐射出的电波波束发现战斗机的存在。传统的机械扫描雷达,其波束旋转一“周”的速度是固定的.其指向规律可以预知,实现“开机即截获”。而有源相控阵雷达的波束扫描非常“飘忽”,在计算机的控制下,波束可以在几微秒内从一个方向突然改变至下一个方向。此外,机械扫描雷达电波的辐射功率是不变的,而有源相控阵雷达电波的辐射功率根据需要设置多档。波束变化的难以预知和功率的可大可小.增加了对雷达信号的截获难度,降低了无源探测手段对四代机的发现距离,这就是无源隐身。
  四代机包括自身通过降低雷达反射截面而实现的雷达隐身,以及通过有源相控阵雷达实现的侦察隐身和更远距离的发现敌方战斗机,确保了四代机在未来战争中的信息优势。从这个角度看,即使人们对四代机需要具备的其它特征还存在疑惑,隐身特征无疑是应该肯定的。
  四代机的隐身特征不应该成为我们的疑惑,还有一个极其重要的原因,那就是F-22在东亚的部署,迫使我们的信息化武器装备面临升级改造。雷达的探测距离与目标fq CS的四次方根成正比。RCS下降500倍,雷达的探测距离减少至500的四次方根之一。如果原有的雷达对5米2三代机的探测距离是400千米,那么,对于迎头RCS只有0.01米2的F-22将只有80千米左右,再加上四代机的巡航速度已实现超音速,所以,雷达发现四代机后的预警时间将大大小于三代机。这对于世界各国装备的雷达系统包括预警机,是一个巨大的威胁。不夸张地说,由于隐身战机的出现,几乎颠覆现有的预警探测系统。所以,不管你是否喜欢四代机的隐身特征,它已经来临。
  
  叫停的F-22与杀鸡的牛刀
  
  在俄罗斯“嗨哟嗨哟”地发展五代机、其它国家还苦于“开发无门”的时候,2009年7月,已经开发出两代隐身战机的美国却宣布关闭四代机F-22的生产线,引起世界不少军事观察家的高度关注。有分析认为,每架高达1.4亿美元的造价,是五角大楼叫停F-22的原因。但实际上,更多专家倾向于国防部长盖茨在2009年6月的新闻发布会上的说法。F-22停产是在对美军目前实力、需求和所面临的挑战综合评估后的结果,这是一个务实的决定。
  在盖茨看来,美军现在和可以预见的未来,面对的都是小规模、低科技的战场,需要的是真正与敌人作战的武器。换句话说,在伊拉克和阿富汗战场上,F-22这样的超级武器派不上用场,杀鸡焉用牛刀。很显然,盖茨的话说明,通过伊拉克战争和阿富汗战争,美国对未来战争模式的认识发生了变化。
  众所周知,在科索沃战争期,美军仅凭借战略轰炸就赢得了那场战争。从那时起,一些美军官员就盲目地认为,仅靠空中力量就能赢得战争,甚至认为就是未来战争的一种模式。然而随着阿富汗战争和伊拉克战争的推进,美军越来越深刻地认识到,单凭空中优势和高技术装备优势,或许可以赢得一场战役和一系列战役,但很难赢得一场战争或完整的军事胜利。正因为如此,美军开始重新认识未来战争模式,希望通过叫停F-22这种传统战争的顶尖利器,把更多的注意力放到步兵、特种部队、无人机等能有效实施反恐作战的实用项目上来。
  另一方面,在停产F-22的同时,美政府加大了对F-35战斗机的研制与生 产投入,这意味着F-35战斗机的研制进度在后续会大幅提高。F-35是用于取代现役F-16的第四代轻型战斗机。尽管其性能上与F-22有差距,但与世界上其它现役战机相比,具有明显优势,甚至是代差。该型机价格只有F-22的1/3。通过停产F-22省下的钱,美可以购买更多数量的F-35。
  
  四代机时代的“狗咬狗”
  
  隐身时代的来临,存在代差的战斗机之间的空战也许将以超视距为主,但是,在没有比雷达更优秀的传感器诞生前,同处四代的战斗机之间的对抗,很可能主要发生在视距内。美国的演习表明,F-22战斗机彼此之间的雷达发现距离不到20千米,为了演练战术,很多场合下不得不在F-22身后拖拽一个反射体,增加被对方雷达发现的距离。如果天气良好,不到20千米的距离,飞行员目视都能够看到目标。对于采用超音速巡航的四代机而言,从20千米外发现目标到距离两机交汇只有十几秒的时间,中距与近距的转换将更快,空战将更加紧张,使视距内空战可能成为决战的战场。
  在这种情况下,近战大大削弱了战机之间的代差带来的差距。外军认为,未来视距内空战双方变得更加平等。兰德公司的战斗机分析家拉姆贝兹说:“一架装备大离轴角导弹和头盔瞄准具的F-5或米格-21战机,有能力与F-22进行一对一的格斗。”在他看来,类似F-22的较大体积飞机,在以较小的速度进入近距格斗时,其超音速机动优势也将失去。一旦与敌遭遇,很快会进入对方的近距导弹攻击区,如果有一方意欲脱离,就会给对手造成尾追攻击的良好机会,特别对那些格斗导弹与头盔瞄准具相互交联的飞机,因为这些飞机在空战中不用将机头瞄向对方,就可以对导引头视场范围内的任何目标进行攻击。因此,拥有低代飞机的一方更注重“突破中距打近距”的战术演练。
  视距内空战中,采用红外成像导引头的近距离空空格斗导弹,甚至航炮都能成为近战的“撒手锏”。前者对尾喷管采用了红外隐身技术的飞机同样有效,因为它可以精确捕捉飞机自身辐射和反射的热量,几乎无法干扰,而后者完全不受隐身技术限制。
  非隐身飞机仍然有机会与隐身飞机在视距内决战。因此,外军在努力提高第四代战斗机超视空战能力的同时,没有放弃矢量推进、失速控制、头盔瞄准、红外成像跟踪等更适合于近距空战的装备技术发展。F-22装备有M61航炮,如果没有航炮,对手就有可能依靠突破导弹的最小攻击包线来规避导弹的攻击。非隐身战机之间的超视距空战能力也有强有弱。对于超视距弱势的一方,在战术上会强调中、近兼顾,近距决胜;对于超视距强势的方,即使具备了很强的中距空战能力,仍不能放弃提升近战能力。(全文完) [编辑/何懿]
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