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歼-20“威龙”(名机赏析 4)

(2011-05-14 08:21:09)
标签:

中国

宋体

重型歼击机

威龙

操纵系统

     歼-20“威龙”(名机赏析 <wbr>4)
    

       -20“威龙”简介

-20威龙成都飞机制造厂研制的中国第五代隐身重型歼击机,采用两台国产涡扇10B发动机、DSI两侧进气道、全动垂尾,鸭式布局。该机于20101014日完成组装,2010114日进行首次滑跑试验。20111111250分,歼-20在成都实现首飞测试,起飞时发动机未开加力,滑行约900米左右升空,在1308分成功着地。整个首飞过程是在歼-10S战斗教练机陪伴,历时18分钟。2011417日下午425分,歼20四川成都某机场完成第2次试飞,时间持续90分钟。

  概要

 -20,空军代号为威龙”,因为该机将担负我军未来对空,对海的主权维护, 北约代号为“Fire Fang”(炎齿)/"Fire Tooth"(火牙)。该机由中国成都飞机设计研究所设计、中国成都飞机工业公司制造的用于接替歼-10歼-11等第三代空中优势/多用途歼击机的未来重型歼击机型号,使用国产10万功率AESA(有源相控阵)雷达,操纵系统并非使用歼-10的电传操纵,而是国际上最先进的光传操纵系统。按中国和北约标准,该机为第四代歼击机/战斗机”(注:俄罗斯和西方国家对战机代数划分标准不统一,以F-22为例,西方国家称之为四代机,俄罗斯则称之为五代机),其目的是适合中国空军2020年以后的作战环境需要。

  由于美国已经在2005年将战斗机划代标准由原先的四代划分法改为五代划分法、即与俄罗斯现行标准相同,加之中国在2009年之后的对外宣传中将-10B”定位为新的第四代歼击机,所以歼-20在未来的正式报道中亦有很大可能被称为第五代歼击机。该飞机开始时(可能)使用俄制“AL-31FN”发动机,后在201116日又改用涡扇10B”,即WS-10B,也就是国产新一代大推力太行发动机的最新改进型,将来预装备涡扇15”(拥有三元矢量喷口,是国产第四代航空发动机,届时可实现不开加力超音速巡航超机动性,以完全实现“4S”指标的全状态加入人民解放军空军和海军航空兵部队服役)。据军情内部透露,中国现存3架样机。

  先进设计

  融合全球多种优秀战机的精彩设计于一体

  

从目前已经曝光的照片分析,歼-20“威龙作为中国第四代重型战斗机,融合全球多种优秀战机的精彩设计于一体。这些技术包括:

  美国F-22的菱形机头和整体式黄金镀膜舱盖(歼-20在此基础上进一步优化了升力体设计);

  美国F-35DSI进气道改进型(歼-20采用独创的可调式DSI进气道);

  中国歼-10的鸭翼的改型(中国四代采用了上反鸭翼,与下反主翼等翼面配合,共生涡升效应);

  多种三代机(如美国F/A-18)采用的大边条及翼身一体设计的改型;

  俄罗斯T-50的全动垂尾(歼20为全动差动垂尾)、三维推力矢量(实为殊途同归);

  俄罗斯米格1.44的后机身设计(窄间距双发动机喷口,宽间距外倾双垂尾及腹鳍等——都属于超音速减阻措施)的改型。

  -20威龙的机动性——独步全球

  

-20的基本布局继承于歼-10,而歼-10就是一种机动性、敏捷性和大仰角能力非常突出的战机。可以预计,歼-20继承了歼-10的高速瞬盘角速度,并进一步放宽了静稳定度,同时采用了独一无二的鸭翼+边条+前后襟翼+全动尾翼的综合气动布局来提高飞控能力。

  歼-20的鸭翼差动和全动小垂尾同步偏转更是独门绝技。再加上将来具备更大推重比和三维矢量推力控制能力的新型发动机,将获得比歼-10更高的灵活性和大仰角能力。

  歼-20大舵效的全动垂尾可提供足够的航向操纵力矩,进而提供较大的滚转速率。

  而F-22毕竟是1990年试飞的机型,采用的是80年代(实际更早)的气动理念,连全动尾翼都没有,靠的是二维矢量喷管与襟翼的共同作用,仅能有限控制俯仰和转向而已。

  T-50也采用全动垂尾和三维矢量推力,但只有可动边条”(或者可称一体化鸭翼”)和常规平尾,在大迎角、过失速机动等极限情况下的控制能力低于中国歼-20威龙

  -20威龙的气动设计极其重视超音速性能

  美国人仰持强大的发动机和长期领先他人的技术优势,一贯对气动设计不够上心、较为保守,傻大笨粗是美国空军主战战机自二战以来给人的一贯印象。短粗的F-22和和为了兼顾垂直起降更为肥硕的F-35就是典型。俄罗斯T-50的机身设计扁平而宽大,这种构型的亚跨音速升阻比较好,但是超音速下会有巨大的阻力。

  成飞设计的歼-20机身令人容易想起米格-311.44甚至歼-8苏-15这种追求速度的截击机造型,或者从某种意义来说,这就是成飞70年代所设计的2.6倍音速的歼-9的重生。

  它采取了略显激进的、重视超音速性能的设计。这是对发动机暂不如人的一种弥补(有乐观的估计认为,甚至只使用中国现有的太行发动机或者其改型,歼-20也能实现超巡),也体现了中国空军一以贯之的追求速度的决心(实际上,歼-10的高速性能就相当突出,具有截击机的特点)。

  -20威龙采用了独创的可调DSI进气道

  歼-20独创的可调DSI进气口,做出了新的创新,解决了DSI高速性能不佳的难题。歼-20进气口鼓包固定但是进气道侧面有可调挡板,可有效随速度变化改变进气量,从而达到从低到高各个主要速度段的优秀的进气控制能力,令发动机更为澎湃地工作,也将意味着更好的加速性、爬升率和超巡能力。同时可调挡板重量轻于传统的进气口边界层分离板,也不影响隐身性能。

  -20威龙弹仓的创新点

  歼-20的侧弹仓门,和起落架仓门是衔接的,共用一条锯齿缝,两个仓之间应该是有隔断的,但是表面盖板却是相邻的。这样的设计减少了一条散射缝,对隐身有利。

  -20威龙的自主格斗功能

  歼-20采用了飞发一体化控制技术,也就是说发动机加入了飞行自动控制系统中。歼-20是依靠一系列先进的气动布局来实现机动能力。

  歼-20在信息化能力上领先F-22的,歼-20全身布满相控阵天线(主翼、尾翼、机头及机身多侧),具备全息感知能力,在全息感知系统的支持下,依靠飞发一体化控制技术,歼-20可实现多机自动组网、任务自动分配和自主格斗功能。这种技术从多机组网,任务加入与分配,到自主格斗,依靠的是系统的信息化能力和战斗战术解决方案。

  发动机新颖设计

中国于1984年初开始推重比101级发动机预研的技术论证,19884月召开了预研选题论证会,1990年正式立项开题。1994年完成了6个总体方案的顶层设计,完成了项目指南和综合论证,19931996年开展对俄合作。1995年已基本确定了推重比10发动机总体方案。有些课题,如平均级压比达1.62的三级压气机研究已经取得了良好进展。20054141738分,在中国燃气涡轮研究院地面试车台上,中国自行研制的首台高推重比涡扇发动机核心机,检查性点火试验一次成功,并顺利推到慢车状态!20077月,按照国防工业发展的需要,国家为尽快推进第四代(俄标第五代)战机的研制,正式启动了涡扇15项目研制工作。涡扇15是我国第一个先于飞机立项的发动机项目。按照目前为止还算一切顺利的情况估计,涡扇15/WS-15将于2012年底实现定型,并交付使用。中国和美国的发动机技术差距也必将进一步缩小。

                

中国国防部外事办公室副主任关友飞11日晚在回答有关歼20战斗机试飞问题时表示,中国发展武器装备不针对任何国家和特定目标。从时间上看,没有任何针对性,是正常的工作安排。关友飞强调,中国永远不称霸,不搞军事扩张和军备竞赛,不会对任何国家构成军事威胁。

               

 

操纵系统

  什么是光传操纵系统:

 光传操纵系统是以光代替电作为传输载体,以光导纤维作为物理传输媒质,在计算机之间或计算机与远距离终端(如舵机等)之间传递指令和反馈信息的飞行控制系统。光传操纵系统是在电传操纵系统上发展起来的,也是后者的发展趋势。电传操纵系统的致命弱点是易受雷电和电磁干扰及核辐射的影响。现代飞机性能不断提高,电子设备日趋复杂,这必然导致电缆用量的增加以及线路布局的复杂化,从而加大了线路之间的干扰,使电传操纵系统不能正常工作。解决这一问题的根本办法就是采用光传操纵系统。

  采用光纤作为传输介质,以光信号的形式传输,使得光传操纵系统具有很多优点。首先,它具有抗电磁干扰、抗电磁脉冲辐射和防雷电等特点,且光纤本身不辐射能量,这就提高了可靠性和安全性。其次,光缆可减轻控制系统的重量、缩小体积,从而大大改进飞机的稳定性和可操纵性。再次,光纤的故障隔离性好,当一个通道发生故障时不会影响其他通道。光传操纵系统的研究始于上个世纪70年代。1975年,美国空军试验中心在A-7D飞机上利用光纤作为传输线。1979年,洛克希德公司在一架喷气滑翔机上试验了光传操纵系统,取得成功。目前光传操纵系统的研究重点是开发各类光传感器、光处理器等。

  光传操作系统的好处

  1) 在强电磁干扰下飞行。电磁干扰通常可分为外部干扰(来自飞机外部的不期望的各种导航、通讯设施和所有人为或天然的电磁干扰源)和内部干扰(由机身内部的通讯、导航、传感器变送系统和能源系统等引起的辐射或传导噪声)。由于现代数字电子技术、多电(more electric)飞机作动系统和现代空战中电子干扰战术的应用,以及全球范围内高强辐射源的剧增,使得飞机安全飞行环境的电磁干扰和核辐射的问题更为突出。同时越来越多地采用复合材料将导致系统中的电子元器件失去传统飞机金属蒙皮的屏蔽保护,即使是具有良好屏蔽的复合材料蒙皮,其对外部环境的干扰亦仅可提供不超过70dB的衰减。目前解决这一问题的根本途径就是采用纤维光学系统,由于依赖于光进行工作,因此具有固有的抗电磁干扰能力,可使对飞机的电磁干扰衰减若干个数量级。此外,由于光纤内传播的光能几乎不向外辐射,因此不会造成同一光缆中各光纤之间的串扰及故障扩散。 

  2) 减轻机载设备重量。飞机的重量与飞机的机动性和整体性能紧密相关,进一步减轻机载设备的重量是十分有益的。以光纤一对一地替换FBW系统中的电导线,所需光纤的总重仅为原电导线总重的1/20,在运输机(如MD-12)上,仅此一项即可减重500kg左右,如果再将除操纵系统之外的其它系统的信号传输线(电缆)以光缆代替,并考虑到由于光纤的使用大大减少了FBW系统所必需的屏蔽设施,飞机的整体重量还可大大减轻。即使在战斗机上,借助光纤的多路传输(如频分复用、波分复用或光载波复用/解复用)技术,在1根光纤中可传输多路不同的信号,因此可以大大减少所需光纤的总量,例如F/A-18的每一个作动筒平均有15路分立的信号线,改用FBL技术后只需1根光纤即可实现15路电导线所完成的信号传输功能。

  3) 数据传输速率高和传输容量大。对于大多数飞控系统来说,1Mbps的导线式应答总线传输速率是足够的,但先进的UMSVMS系统对于传输速率的要求高达520Mbps,只有满足美国标SAE AS-1773A的光纤数据总线才可胜任。由于光传输的高速率,可以采用分时的方法在一根光纤中传递多路信号,同时也为应用频分和波分等复用技术提高数据传输容量提供了很大的潜力。如字长为20位时,一路光纤传输10000路信号的频宽可达100Hz.。 

  4) 改善系统的动态特性。随着飞机电子系统的日益集成化和复杂化,电传操纵系统已不能满足进一步改善系统性能的要求,而光传系统高速率、大容量的特点为提高系统频宽提供了相当的潜力,同时,FBL系统的减重亦可改善军用机的机动性。此外,光纤与神经网络技术的结合为有效地实施最优控制设计提供了可能。 5) 提高飞机的总体性能及燃油经济性。无论是商用飞机还是军用飞机,其总体性能的改善与飞机整体的减重总是紧密相关的,FBL系统重量轻这一特点将可直接增加飞机的有效荷载和续航能力,或减少燃油消耗。

  6) 降低验证费用,改善成本-效益指标。验证航空电子设备和飞行控制系统的复杂程度及所需费用急剧增加,用于MD-11(装备有传统的FBW操纵系统)上的EME整机验证费用约达1200万美元。由于光纤固有的抗电磁干扰特性,对于光纤接口和光缆传输系统则仅需要进行部件级的EME验证实验,而无需再进行昂贵的整机EME验证。此外,由于光纤总线频宽高,因此可以在飞行控制系统验证中提供更迅速的方法辨识飞机的飞行动力学和稳定性参数,大大减少飞机控制律的研制开发周期,进而减少验证费用。研究表明,FBLFBW的结合使飞机的可靠性、可维护性和易损性均得到10%14%不同程度的改善,而FBL与神经网络技术的结合可实现控制系统故障的实时辨识,有效地减少维护费用。

                                     2011-5-11

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