歼10C是歼10系列多用途战机的最新改进型,它采用的无附面层隔道超音速进气道(DSI)让战机更轻更快更强,而有源电子扫描阵(AESA)雷达则让射频信号损耗降低,探测精度更高,距离更远,提高战机的多目标跟踪和攻击能力。
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今年的4月中旬,中国空军新型战机歼-10C开始担负战斗值班任务。歼-10C是J-10系列多用途战斗机的最新改进型,此次担负战斗值班任务标志着空军攻防作战体系进一步完善,中国空军对周边三代机的相对优势进一步增强,并具备遏制F35等第四代战机的实力。
(一)歼10是狮的山寨?不存在的
作为中国第一型服役的鸭翼布局战机,在还没有揭开神秘面纱时,J-10的身世就成为人们热衷讨论的话题,其中就包括J-10和以色列的“狮”式战机的渊源,很多人因为二者外观上的酷似而把歼-10看做是“狮”式战机的山寨版。
诚然,J-10采用了和“狮”式相似的机腹进气口和鸭式布局,不过,如果仔细观察二者的气动布局就会发现,二者在诸多细节上存在差异,最终在气动特性上也是南辕北辙。
(“狮”式采用的是近距耦合鸭翼,重在涡升力;而J-10 采用独特的中距耦合鸭翼,在涡升力和配平、俯仰控制之间兼顾。)
狮”式的三角翼后缘后掠,更像近似三角翼的大后掠翼。这样的设计使升力中心靠后,能够提高飞机的静态稳定性,有利于低空抗阵风和气流突变的影响。但其超近距耦合鸭式后掠翼设计受到鸭翼下洗流影响,主翼内段局部有效迎角显著下降,使得大仰角机动受限。
而J-10 的三角翼后缘略微前掠,升力中心相对靠前,有利于提高机动性。J-10 的鸭翼兼顾俯仰控制和涡流发生,且处于主翼上洗流场之中,升力效率出色,获得了较大的超音速俯仰控制权限,并以进气道斜板 (J-10A) 和鼓包 (J-10B/C) 的超音速激波升力为鸭翼卸载。
另外,较大的鸭翼也确保了中距耦合状态下足够强大的涡流发生与控制能力。鸭翼下洗流对主翼的不利影响通过大幅度展向扭转主翼,使得内翼段迎角低的问题得以解决。较大型的鸭翼更可通过对涡流场的主动控制,实现偏航操纵,使升力沿翼展的分布更加有利,同时改善机体结构受力情况。
总的来说,J-10 采用独特的中距耦合鸭翼,在涡升力和配平、俯仰控制之间兼顾。这反映了J-10 的作战任务与“狮”不同:“狮”是以战场遮断为主,夺取制空权为辅,而J-10 则相反,强调低空缠斗和高空高速的机动性。
(二)DSI进气道:让飞机更轻、更快、更强
飞机飞行时,离机体最近的那层气流因为与机体产生磨擦,所以比周围的气体流得慢,而且还乱,这块紧贴机体产生缓慢而混乱气流的地方就叫附面层。喷气发动机是喜欢高速而稳定的气流的,可战斗机的发动机进气口位置不幸需要部置在机体边上,怎么才能避免附面层的干扰呢?
一是把进气口离机身隔开一点距离,再在靠近机身一侧加块隔板。J-10A战机采用矩形二元三激波可调节进气道,这种进气道由很多调节作动部件,从而增加了飞机的重量以及雷达反射面积。
(两者进气道的不同是J10A与J10B/C型最显著的外形差异)
而DSI是一种更简单的解决办法。相较服役已久的J-10A,J-10B/C型的显著特征差异是机头下方的无附面层隔道超音速进气道(DSI),又称“三维鼓包失无附面层隔道”。
具体的,DSI是在进气道前面的机身上做出个鼓包,附面层气流遇到它就会被吹开,不会进入进气道。和常规隔道设计相比,它因为取消了辅助进气门和放气门、附面层隔道而减轻了重量,同时“总压恢复”较高(总压恢复系数是进气道的重要指标,总压恢复系数下降1%,发动机推力下降1.1%~1.6%)。
(这种进气口的鼓包与前掠式进气口唇口配合工作,使有害的附面层气流远离入口)
别看DSI的设计只是一个简单的鼓包,但这个鼓包要做成什么形态,放在什么位置却考验一个国家航空工业的综合实力。
DSI鼓包的设计需要极高的空气动力学和计算机技术水平,否则盲目采用只会使战机性能削足适履。所幸,性能先进的风洞实验室和超级计算机中国都具备,这就为DSI的气动设计打下了坚实的基础。
经过成百上千种设计方案在不同气流、不同飞行迎角条件下进行多次风洞实验,以及超级计算机对整套气动数据进行计算,J10B/C进气道依靠更先进的鼓包和唇口形状,并且充分利用机头下表面对来流进行预压缩,确保了高速性能,要知道,在J10B/C问世前,人们普遍认为DSI进气道是会影响战机高速性能的。
(三)AESA雷达:助力J-10C实现新“三打”
J-10是中国第一型装备机械扫描脉冲多普勒(PD)雷达的战斗机。PD雷达扫描有惯性,精度较差,扫描速度比较低,目标数据刷新速率也受较大限制,因此多目标跟踪和攻击能力较差,很难适应空军新“三打”(打击隐形战机、巡航导弹、武装直升机)的需求。
(随着周边国家逐渐采购并列装F-35战机/JASSM导弹,原装备PD雷达的J-10A应对这类低RCS目标愈发力不从心)
为提高战斗机对低RCS(雷达散射截面积)目标探测和多目标打击能力,各军事强国都相继开展机载相控阵雷达的研制,它最大特点就是实现了电子扫描,波束指向快捷,精度也非常高,配合多波束能力,可以让战机真正具备多目标攻击能力,相控阵雷达的发展方向,又分为有源电子扫描阵(AESA)和无源电子扫描阵(PESA)。
PESA雷达结构与机械扫描雷达有很多相似性,技术难度相对较低,但其最大缺点就是射频信号的微波能量在雷达内传播途径损耗过大,这使得PESA雷达在较远距离上的探测精度下降。
而AESA 雷达信号的发射和接收是由成百上千个独立的收/发和辐射单元(T/R模块)组成,T/R模块中的射频功率放大器(HPA)同天线辐射器紧密相连,接收信号几乎直接耦合到各T/R模块内的射频低噪声放大器(LNA),所以在同样功率情况下,AESA的探测精度优于PESA。不过,相比PESA,AESA因需要的T/R模块数量大大增加,制造成本也较高,能否研制并大规模装备,考验着一个国家微电子信息产业水平。
(由于PESA因结构原因信号能量损耗较大,不利于远距离目标跟踪与打击,相比之下AESA则没这个问题)