专栏名称: 老和山下的小学僧
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与死神赛跑:论机动性

老和山下的小学僧  · 公众号  ·  · 2017-08-05 16:27

正文

电影游戏教会了我们一个道理:

飞机距离

飞机距离


        如果打仗都按公式打,那以后大家只要带上算盘,坐下来算一算就知道谁赢谁输了,说不定还能得个诺贝尔和平奖。可惜,空空导弹是最不按公式来的,把打仗这么科学的事情搅成一锅粥!


        以前打仗,锁定靠眼睛,攻击靠机枪,所以机动性就是战斗力。比如,被咬尾挨揍时,一个“眼镜蛇机动”就可以反过来咬住别人。


        如今,通信、机动、隐身、雷达、导弹……很难说谁比谁重要了。机动性包含了加速和拐弯,在导弹对抽的时代,这些还剩多少意义?


  • 超音速

        知道人类最早发明的超音速武器是什么吗?哪位师太能猜中,本僧便以身相许了!

        对于早期的战斗机,速度直接关乎战斗力,所以美苏争霸时,双方狠飙速度,飚出了两段传奇:大毛的米格25和美帝的黑鸟SR-71。

米格25(上图)与黑鸟SR-71(下图)

        说则趣闻,有一次,黑鸟执行训练任务,飞行员呼叫洛杉矶塔台:“请求60000英尺高度(约18000米)的空域使用权,over。”片刻,传来了塔台略带惊奇和嘲讽的声音:“你打算怎么爬升到那个高度?”飞行员回复:“我们不打算爬升到那个高度,我们要下降到那个高度。over。”

        黑鸟的人生格言“总是被追赶,从未被击落”,米格25快到连导弹都看不见尾灯,故事也有一箩筐,暂不细说。悲催的是,大毛和美帝把速度飙到了没朋友,却始终无法把超音速转化成战斗力

        米格25的驾驶员抱怨,就好像坐在火箭里,周边啥也不知道,只是一个劲往前飞。美帝的黑鸟也好不到哪里去,机身强度不够,跑快了拐弯就得散架,只能直来直去飞最后,作为截击机的米格25大多执行侦查任务,黑鸟索性成了职业侦察机。


        后来随着短板一一补齐,超音速逐渐显现出在空战中的地位。

        从小的方面讲,快速进入战场、快速脱离战斗,吊着对方打,等敌方要跑了,你再掉头追上去捡个漏。

        从大的方面讲,现代空战的交战区域有上千公里,而空空导弹有效射程基本不过50公里,所以快速机动到指定区域就能在战场上形成局部优势,一架当两架用。说直白些,空战就是游击战那套。

        不过,飞机越快,机身空气摩擦就越热,超音速飞行甚至会达到250度,所以,被红外发现的距离可能从70KM增加到100KM。

        总的来说,进可攻退可守,跑得快一直是各战机追求的目标之一


  • 超音速巡航

        为了避免让大家以为超音速是很简单的事,不得不另起一个标题。超音速巡航和超音速有什么区别吗?


        简单回顾一下发动机开加力的知识:在发动机后面加个圆筒,紧急加速时就往里倒油,变身小火箭。我们平时说的“最大推力”都是指发动机开加力时的推力:

        三代机开加力实现超音速并不难,这是拿发动机寿命换来的,一脚油门下去,一辆劳斯莱斯就没了。

        更麻烦的是,发动机开加力能持续5分钟就算大仙了,再踩油门非得散架不可,所以这种瞬间的爆发像吃兴奋剂,不适合赶路,只能偶尔用

F18舰载机突破音障


        飞机不开加力就叫“巡航”。通常认为,战机不开加力,能持续二三十分钟以1.5马赫速度巡航是很有意义的,这就是“超音速巡航”的概念。

        这个1.5马赫得解释一下。亚音速飞行时,空气阻力主要是摩擦产生的,但飞机接近音速时会额外产生激波阻力。

        声音的本质是空气的振动,是一种空气波。当声源速度和音速相同时,空气波的波峰波谷相当于无限叠加(如上图c),造成很大的空气压力,这就是所谓的激波阻力。
        飞机突破音障往往伴随着白雾,原因是空气压力骤然增大,空气中的水蒸气液化成小水滴,有些普通的战术动作也会造成局部空气压力增大,出现白雾现象。

        飞机突破音障时的激波阻力非常大,机身受力非常复杂!当速度超过1.5马赫,激波阻力反而降低,趋于稳定状态(如下图),所以超音速巡航一般要求1.5马赫以上,若是1.1马赫,太费油,意义并不大。

        总的来说,一个必须放大招才能超音速,一个普通小招就超音速,两相比较,差距不言而喻。若是发生持续的大规模空战,老是开加力,没几天就得换发动机,这和被击落没多大区别!

        因此,“超音速巡航”是五代机的标配,当前真正能实现超巡的飞机屈指可数!


F22,算一个,毫无争议


        欧洲台风。欧洲战机公司声称台风战斗机不开加力可以1.2马赫巡航,但同时声明此状态会缩短发动机寿命,不是一种正常的工作状态。

        这和开加力有区别么?萌萌这说话风格有点像阿三了,给你个伪超巡的标签吧!


        米格31,由米格-25发展而来,毛子现役主力战机之一。毛子说开小加力,跑20分钟的超音速没问题,所以算伪超巡,不过这厮油门踩到底可以飚到2.8马赫,除了变态飞机之外,这算顶级了。

        但是,看看米格早期的座舱,本僧已经不想说什么了,就算你飞出了太阳系,又能如何?


        苏35,看发动机推力有点悬,可毛子号称气动布局吊炸天,超音速巡航妥妥的。至于你信不信,我反正是有点怀疑。


        数到现在,只有F22是毫无争议的超巡,美帝还是那个美帝!下面该J20了。


  • 气动外形

        说到气动外形,不得不说武器内置的问题,看看台风这德性,拖家带口的,这得增加多少阻力和RCS!


        话说回来,不带武器,你超音速是去千里送人头吗?所以那些不带武器玩超音速的,统统是耍流氓。

        有没有觉得台风的翅膀特别大?某种角度说,这是气动外形不足的无奈之举,翅膀越大越稳定嘛。这种三角翼布局,在高空超音速飞行时很爽,但低速飞行时,机动性就跪了,所以台风又在前面插了两片小翅膀增加机动。

        

        美帝的思路向来霸道,F22懒得折腾气动外形,直接上矢量发动机。就算到了高空空气稀薄,气动控制面效率下降,F22依靠矢量推力影响并不大,美帝就是这么任性!

        于是J20一害怕,鸭翼、尾垂这些小翅膀全都开始哆嗦了!


        土共可以说把气动外形做到了极致!原因就是中国人乒乓球玩得好,乒乓球可不就是空气动力学么!

        土共这几年也开始任性了,不就气动控制效率下降么,多插几个活动小翅膀呗!你能想象,一架超音速飞机,敢这么玩小翅膀的吗?为了机动性丧心病狂,还要不要稳定性了!全世界的现役飞机没有一架尾翼能这么转的,只有毛子未服役的T50有全动垂尾,但也不敢前后都装小翅膀

        这些活动的小翅膀基本可以满足所有的飞行条件,高速、低速、高空、低空,但气动的复杂性难以想象!飞控系统根据变化实时调整小翅膀角度,这套算法不知道积累了多少人的心血!即便是数学融到骨子里的毛子,也不敢这么玩气动。

        举个例子说明下。气动不光是外形,还涉及重心和结构强度等,当年毛子调校苏27,先是上天一顿瞎飞,然后下来,开裂的地方打补丁,没事的地方搓薄一点,再上天一顿瞎飞,如此往复。


        不过回头说,虽然F22的两片垂尾是固定的,气动稍微差些,但矢量发动机吊炸天,照样可以做出六七个G的持续机动,这快接近飞行员的人体极限了(普通人三个G就得晕了),再提高就只能指望无人机了。


  • 矢量发动机

        矢量发动机的概念和发动机的核心结构,前文已经说过,咱就说点小道消息。

        据说土共第五代含铼高温合金已经于2014年研制成功,还据说水平已在美帝之上,这消息解密不久,最新的情况就不知道了。金属铼的主要作用是耐高温,但极其稀少,全球探明储量只有两三千吨而已,而且大部分在欧美。

        土共之前材料不行的原因之一是金属铼被美帝禁运,当然,这是原因之一。后来土共限制稀土元素的出口,逼得美帝交换金属铼,目前土共的金属铼主要来自北美。

        2015年金属铼进口急剧增加,外界普遍解读为WS15发动机在密集测试和试产。刚听说有些J20已经在换装测试了,有没有服役就不知道了。但是在发动机领域,要说土共全面赶超还是不切实际的,至少还得熬几年。

        若是WS15真有传说中那么牛逼,再配合J20的气动外形,别说超音速巡航了,机动性怕是要达到有人飞机的巅峰了!


  • 多普勒雷达

        吹了半天了,机动性到底有啥用嘞?小盆友拿好纸笔,来新概念了。

        对付低空目标的基本原则是把雷达架高,所以雷达波是从上往下照的,这有个严重的问题:地面和海面也会反射雷达波,导致雷达屏幕上往往是一堆目标,这叫地面杂波。当年土共的空警一号预警机对空搜索挺好,但对付低空目标搞不定地面杂波,下马了。

        好在动目标的反射频率与原有雷达频率有差异,然后就出现了“多普勒雷达”。原理和交警的测速雷达一模一样,能把动目标的反射信号从杂波中分离出来,专门对付低空快速移动的目标。

        多普勒雷达最典型的应用案例莫过于“F-14雄猫战斗机”。早年美帝卖了伊朗几十架F14,后来两伊战争,几十架F14打伊拉克如砍瓜切菜,同时代的战机基本一个照面就被击落,F14曾一度入选史上最伟大的战机。

        多普勒雷达依靠速度差分辨目标,所以破解方法也简单,一旦被锁定,迅速一个90度垂直转向,没有速度差,多普勒雷达就会丢失目标。伊拉克后来也是靠这招稳住了局势,双方才能扯上八年。

AN/APG-65数字式多模脉冲多普勒雷达


        除此之外,机械雷达锁定目标,相当于在楼上拿手电筒照楼下奔跑的行人,如果飞机机动性足够好,左晃右躲是有可能摆脱雷达锁定的,不过现在雷达性能越来越好,这招几乎很难凑效了。


  • 空空导弹

        机动性除了和雷达较劲,最主要是和导弹较劲。 前文说过弹道导弹和巡航导弹的原理,而空空导弹又是一类不同的物种。

        空空导弹的最大射程基本都是胡扯,有效射程起码打对折,尾追攻击再打对折,低空作战再打对折,如果速度高度都不如敌机,那差不多要打成骨折了。

        为啥折扣这么大?说起来你可能不信,空空导弹发射后几秒钟药柱就烧完了,剩下都是无动力飞行,靠惯性追击目标,活脱脱一颗大号的子弹,有制导功能的子弹!

        所以,迎头攻击和尾追攻击射程至少差一半,“高打低”和“低打高”也得差一截,“快打慢”比“慢打快”占不少便宜,高空比低空阻力小得多……空空导弹的宣传基本是违反我国《广告法》的,其中毛子的射程注水最严重,都是拿最最最理想状态下的射程,他们自己的使用手册都建议飞行员打个四折再开火。

        实战情况下,能在50km外击落目标,就可以拿出来吹牛了,所以网传土共有400km、500km的空空导弹,大概是什么概念,心里有数了吧?


        海湾战争,雄猫战机带着射程150km的不死鸟导弹,去追撒腿狂奔的米格21,一度逼近到40km,火控系统依然没能把米格套住,最后还是下不了手。美帝AIM-120如此牛逼,但实战记录貌似也没超过50km的,兰德公司有个《空战的过去,现在与未来》报告,总结了从海湾战争到科索沃战争AIM-120的表现,在视距外(大概15km)命中率只有46%,说明空空导弹捕捉目标并非那么轻松。

        在预警机使战场对双方都透明的前提下,预测战斗形式应该是:机群相距100~50km,对抽一波远距离弹,打个招呼,数量占10%,基本都能逃逸成功;相距50~20km,对抽几波中距离弹,数量占30%,估计互有伤亡;生死对决在20km以内,拼命对抽“格斗弹”,数量占60%;最后应该不至于面对面抽航炮,因为格斗弹已经非常成熟,基本都具备大离轴角发射能力,通俗地说,就是发射后导弹可以拐弯掉头攻击目标

        格斗弹用红外导引,通常有个玻璃罩,长相颇为惊奇。如下图,左边是PL-8,红外格斗弹,射程大约15km;右边是PL-12,中距离弹,最大发射距离70km。这两个是土共公开承认比较不错的空空导弹。

        空空导弹射程是有点尴尬,可一旦在不可逃逸区咬住了目标,那就一点都不尴尬了。“不可逃逸区”严格地说是一个变量,飞机机动性好一点,和导弹捉迷藏的底气就足一分,也意味着导弹不可逃逸区就短一截。

        以射程100km的AIM120攻击歼10为例,不算电子干扰。J10若是在10km处被攻击,那就听天由命吧!若是在50km处被攻击,首先反方向开加力平飞;等导弹逼近后,迅速走9-3线,与导弹方向垂直飞行,在速度损失不多的前提下,可以拉升高度,使导弹大角度机动或爬升消耗动能;若反复折腾导弹还有力气咬上来,最后关头释放干扰弹,听天由命!听美帝的飞行员说,机动性好的话,最先进的空空导弹也很难在40km外击落目标。


  • “弹道”空空导弹

        打个飞机竟如此艰难,各大流氓有没有压箱底的技能?空战最关键的是预警机,如果大流氓不觊觎悠哉悠哉的预警机,那就不叫大流氓了。

        用传统的套路,空空导弹是很难打出400km的,装药多了影响机动性和体积,别最后整成一枚巡航导弹。于是,大流氓们借鉴了弹道导弹的原理,先把空空导弹打到高空,在稀薄的空气层里赶路,到目标顶上20km再一头栽下来。预警机的雷达方向通常不会对着头顶,所以这种灭顶攻击很难察觉。

        理论如此美好,取个戏谑的名字,就叫“弹道”空空导弹吧!但细胳膊细腿的导弹想飞那么远,只能用冲压发动机。冲压发动机的原理去翻前文,其中一个特点是,前面必须要进气,所以弹体上都有这种长方形的进气口。

        这是欧洲“流星”超远程空空导弹,射程150km,这参数吓不死人。


        这是毛子的超远程空空导弹,最大射程300~400公里,这参数让人有点慌了~


        土共爆过一款近6米长的导弹,外媒推测射程超过400km,但貌似没看到冲压发动机的进气口。小道消息都说霹雳15是用冲压发动机的,所以有些真假难辨,最有可能是土共还没把压箱底的招式露出来。


F22加装AIM-120D

        美帝现役射程最远AIM-120D只有200km。美帝在超远程空空导弹方面好像不怎么上心,空中优势实在太明显,压根不需要去打什么预警机,尤其是电子战能力独步武林,说不定到时候把你们全都戳瞎了,任你1000000km的射程也得趴窝。所以美帝更喜欢这样玩:

F18演示AIM120最大挂载量


  • 空战都是团战

        最近几十年,军事强国之间从未发生过空战,没有体系化支撑的三流小流氓,配上被阉割的进口武器,再加不合理的保养训练,很难发挥出武器应有的水准。

        空战对体系化的要求远高于其他战斗形式,除了导弹和机动性的较量,更多的是雷达与电子干扰的较量,美帝打南斯拉夫时,几乎戳瞎了对方所有战机的航电系统,跟打靶机差不多。

        在天空里,靠单一武器耍横的年代早已一去不复返!靠参数公式取胜,更是痴人说梦!