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苏-57被误解的英雄

2019-02-01 02:29:54 航空知识2019年2期

王永庆

从“基手威胁”转向“基于能力?#20445;?#20420;罗斯更加注重通过设计战争来设计装备。苏-57就是这种新设计思想的产物。

近期,俄罗斯红星电视台推出一?#32771;吐计?#20174;T-50到苏-57》。此片在中文互联网上引起热议。苏-57,这种美中技术路线之外的第五代战斗机,?#36335;?#19968;出生就伴随着争议,甚至不少人认为,苏-57连做到隐身都勉为其难,真的有那么厉害吗?本文作者作为航空工业沈阳所总设计师,对苏-57进行了全新的解读。

基于能力,设计战争

有人认为,过去是有什么武器打什么仗,而五代机的出现,好像把这个道理反过来了,打什么仗就去造什么武器。其实,这两样是不同维度的事情。有什么武器打什么仗,是从装备的作战使用角度来说的。打什么仗造什么武器,是从装备研发角度来说的,需要研究未来战争的制胜机理。制胜机理不同,设计出来的装备肯定是不一样的。现在可用的技术越来越多,比需要的可能还多,你必须能找到真正需要的制敌之术。通过多年发展,俄罗斯的装备已从“基于威胁”向“基于能力”转变,更加注重通过设计战争来设计装备,将战争的主动权掌握在自己手里。

俄国人对未来空战有一些预判,包括:更加强调破坏敌方体系效能,打击敌关键节点,因此注重发展超远距空空导弹,打击预警机、加油机等空中关键目标;更加重视中远距作战,发展远、中、近配?#40092;?#29992;的空空导弹;突出智能作战,发展智能作战系统,辅助?#23578;性本?#31574;,降低?#23578;?#21592;在空中的负担;更加注重战斗机的多用途能力,提升空空作战能力的同时也注重对地攻击能力的发展,认为不应单一突出空空和空面能力,注重空空、空面兼顾;重视超机动能力、超声速巡航能力,让平台机动能力更强,注重战场快速到达与高能量作战;突出编队作战,发展更加完备的编队作战系统,提升空中编?#26377;?#21516;能力;突出大载弹量的优势,不仅挂载更多空空导弹,还能挂载大型空面导弹。

蘇-57的设计思想与冷战前的战斗机不同。2005年,当时的苏霍伊设计局总设计师西蒙诺夫在接受采访时,就曾表示:“设计新一代战斗机遭遇了冷战时代所没有的困难,那就是没有了作战对象以及必须全面赶超对手的设计意图。”这段话的核心意思是:时代变了,苏-57已经不能像当年西蒙诺夫设计T-10(苏-27的前身)那样要求全面超过F-15,不再要求苏-57所有的技术指标全面赶超F-22。所以,必然要有所为,有所不为。至于如何平衡“为”和“不为?#20445;?#21017;完全看俄国人的智慧了。

俄罗斯提出的第五代战机苏-57的设计标准是:多功能性在多种复杂条件下夺取制空权,精?#21453;?#27585;空中和地面及海上目标;作战半径达到1100千米~1300千米;最大?#23578;?#36895;度达到马赫2,具有超声速巡航能力;高机动性和高敏捷性;雷达、红外、光学方面的低?#21830;?#27979;性;短距离起?#25932;?#33021;,起飞/着陆滑跑距离为300米~400米等8项指标。苏-57的总体设计更突出超声速巡航?#32479;?#26426;动性能,?#28909;?#26356;宽的翼展、更薄的机翼、可动前?#24403;?#26465;、全动垂尾等创新设计,在气动设计上体现出了更高的水平。单从气动设计角度来看,俄国人把苏-57隐身设计放在次要地位,在保证超声速巡航?#32479;?#26426;动性能的前提下,尽?#32771;?#39038;隐身。

苏-57的设计大量参考了F-22的设计思路,特别是大大加强了一直是俄罗斯弱项的控制和雷达系统,更加强调中距空战,扩大雷达探测角域,采用主阵+侧阵雷达、N-036B侧?#27704;?#36798;,与主阵雷达形成互补,增大覆盖?#27573;А?#26426;身外形设计应用了隐身技术,更加注重隐身与机动性的平衡,机动性能更加优异。

与第四代飞机相比,苏-57拥有一系列特性,集攻击机和歼击机功能于一身,装备了全新的航空电子系统,具备“自动驾驶”功能,具备专家辅助决策系统,这在很大程度上降低了?#23578;?#21592;的工作强度,使其能够集中精力完成战术任务。苏-57有较大的内埋弹舱,?#23578;?#24102;8枚空空导弹,或两枚重量1500千克的航空制导炸弹,可外挂携带2枚超远距导弹,能够消灭400千米外的敌机,如空中预警飞机。

俄罗斯为苏-57隐身战机研制的武器多达14种,包括近程、中程、远程?#32479;?#36828;程空空导弹,不同用途的空面导弹及制导炸弹。

俄国人善于把不那么尖端的技术综合起来,所造出的装备,其整体性能却一点都不低。这就是他们的本事。

为什么看重超机动性

俄国人根据两次世界大战和战后各地区冲突中总结的宝贵经验,认为个别?#21028;惴尚?#21592;通过在关键的时间和地点采取果断勇敢的行动可以一定程度上改变整个战场局势,因此希望飞机能让其?#23578;?#21592;熟悉并?#35270;?#21508;种情况,并最大化发挥其战斗技巧,同时飞机还要具备超机动能力。对于美方推崇的远距、超视距攻击战法,俄方认为,由于超视距空空武器在空中运行时间较长,?#23578;?#21592;完全可以通过战斗机的超机动能力摆脱其攻击。战斗机间的对决最终还是要在中近距离一决胜负。

首先,根据公开资料的统计结果,近距空空作战的占比已经越来越小。一旦进入近距空战,交战双方的不确定性很大,?#24067;?#20854;危险。同时,对于第五代战机,如果不能在中远距对目标实施杀伤,进入近距就丧失了其隐身优势。

随着空空导弹技术的不断提升,飞机对于导弹的防御也越来越困难。目前采用的末端防御手段,主要包括实施规避机动和施放诱饵。对于依靠高机动来规避导弹,苏-57飞机的推力矢量可以在亚声速提供更强的机动能力,增强对敌方导弹的规避能力,但考虑到人的因素,机动能力有其上限。关于其他手段防御导弹,根据公开资?#24076;?#33487;-57飞机在机载雷达上,具备对导弹这一类高速目标的探测能力,可用于提前感知来袭导弹的位置信息,其101KS-U分布式光电传感器能对近距离来袭导弹进行精确定位,配合其专为第五代战机研发的K-MD(产品300)近距空空导弹,可能将具备空空反导弹的能力,同时,其101KS-O主动光电防御系统,能够对红外制导导弹的导引头进行摧毁。

推力矢量对机动性的贡献

推力矢量控制指令由飞机的飞控计算机生成,并传送至每台发动机的控制单元。每个发动机控制单元独立完成解算,并将必要的指令传送至喷管作动筒,使得喷管有正确的矢?#31185;?#36716;角度来保持推力级别和发动机喘振裕度。?#23578;胁?#35797;结果表明,推力矢量主要改善了飞机低速机动性能,加强了追踪目标时的操控?#20998;剩?#19982;当前在役战斗机相比提高了超声速稳定盘旋能力。

苏-35采用推力矢量,苏-57继续采用推力矢量,推力矢量对机动性和敏捷性提升的贡献是有目共睹的。

为什么苏-57有矢量发动机,俄国人还强调飞机本身的机动性设计?

其实不只俄国人,美国人在研制F-22等第五代飞机时同样强调机动性。美国人经研究认为,尽管在敌人视距外(BVR)发射远距导弹来完成制空任务的时代即将来临,但这一目标却从?#35789;?#29616;。从一战到现在,绝大多数空对空战斗均发生在视觉?#27573;?#20869;,其机动?#23578;?#21160;作都以飞至适合近距武器使用的空域位置为主。项目团队通过模拟研究已经证实:由于受到空战规则、远距空空导弹的杀伤概率以及电子战影响所限,近距格斗的发生概率依然很高,这种场合?#36335;?#26426;敏捷性和?#23578;?#21592;的战斗技能一直是决定胜负的关键因素。

2018年1月21日,苏-57曾远赴叙利亚?#31456;?#31859;姆空军基地,展开实战测试。这是卫是画面。

“产品30”发动机(左发)已经在苏-57上进?#32961;?#35797;。矢最发动机和?#21028;?#30340;气动设计,为苏-57的超机动性能提供了可靠保证。

美国人分析了隐身飞机对隐身飞机空战的情景,把基本问题精简为两个。第一个问题是初始探测距离问题,雷达横截面积(RCS)缩减技术已经有效缩短了机载空中拦截(AI)雷达的探测距离,其探测距离通常接近或就在视觉?#27573;?#20869;。一旦发现隐身敌机,如何完成武器发射即作为第二个基本问题显现出来。

雷达通常用来测量敌机距离、方位角和仰角的变化,再将数据提供给火控计算机。面对隐身敌机时,发?#24535;?#31163;可能已经很近,而雷达所提供的数据很可能还是杂乱的,来不及稳定锁定目标,进而影响雷达制导武器的性能。此外,隐身敌机如采用红外信号缩减技术,?#37096;?#20197;显著地降低被搜索和跟踪?#27573;А?#32418;外搜索跟踪(IRST)系统若与红外制导导空空导弹结?#40092;?#29992;,结果也仅可能稍好一点。

因而,面对隐身敌机时,机动?#23578;?#33267;敌机后半球空域也?#25214;?#37325;要,因为此区域敌机尾焰和发动机热构件的红外(IR)信号是最强的,距离变化和角速?#26102;?#21270;较正前方或侧方也明显小得多。敌机的相关信息是否精确,变得不那么重要了,近距武器获得了绝好的发射机会。由此看,隐身机与隐身机之间的空战,可能是使用红外导弹的近距离空战,或是超近距离的航炮战。

蘇-57项目团队依据以往空战历史战例及假定的未来战场使用环境来推断,其短时、小?#27573;?#20869;的空战概率还是需要对飞机进行高敏捷性设计。俄国人对推力矢量?#32479;?#26426;动性的迷恋和执着,也是?#20174;?#23545;当前和未来空战模式的思索和推演:近距空战是避免不了的。

俄国人考虑的不仅是隐身

飞机隐身性能与多种因素相关,包括布局外形、传感器、隐身材料、隐身结构、表面质量等多方面。另外在电磁波以不同频段,极化、方位角、俯仰角入射时,隐身性能将会有巨大的差异,因此需要全面的分析,不能简单地“以貌取人?#34180;?#32654;国在研制F-22的历程中花费了近2万小时的测试去评价隐身性能,从侧面?#20174;?#20102;隐身技术的复杂性。

飞机隐身性能的获得是要付出代价的,需要在满足作战需求下,对多种性能综合权衡。苏-57有其自身的设计思路,将生存力涉及到的多种因素,如隐身、机动、电子对抗进行了统筹考虑,没有一味地追求高隐身性能,而是谋求生存力与杀伤力的平衡设计,力争更早更快地杀伤对手从而弥补隐身性能的差距。

苏-57机头放置前向大功率X波段雷达,还在机身两侧布置了X波段侧阵雷达,以期在机动过程中实现对导弹的制导。另外又在机翼前缘布置L波段雷达,利用隐身飞机在L波段隐身性能变差的弱点,最大限度提升探测隐身飞机的距离。在武器方面,装备了性能优异的导弹,射程上有明?#26434;?#21183;。此外,苏-57装备了多种红外探测设备,利用了对手隐身飞机红外辐射特征强的弱点。

专门给苏-57设计的低可视度涂装。这架苏-57挂装?#26031;?#30005;指示吊舱。

图说苏-57

隐身,是相对于探测传感器而?#35029;?#23601;靠RCS一个指标吗?红外呢?光学呢?你有什么样的传感器,我就要对付什么样的传感器。你的传感器很强,?#20197;?#38544;身,?#19981;?#26292;露。你传感器不怎么样,我稍微隐身你就没办法。要以探测和反探测的博弈来看待隐身性能,而不仅仅?#32771;?#20010;技术指标。空间维度,时间特性,跟战术结合起来,跟需求结合起来,跟作战机理结合起来,才能衡量一型装备的综合性能。

大家都在往前走。俄国人的纪?#35745;导?0不隐身,这是他们的宣传,我们没必要纠结。你什么样?#19994;貌攏?#25105;什么样我自己知道。

为超声速巡航而奋斗!

我们理解的超声速巡航的主作战用途:

1)快速截击、抵达战区和?#29615;?#25932;防空系统。?#28909;鏔-22的超声速巡航能力主要用于?#29615;?#19996;欧的地面防空火力。而俄国人强调超声速巡航,我们猜测更多是因为其国土广袤,不可能密集地部署军事基地,这就对军用飞机的快速截击和快速到达能力提出了更高要求。

2)扩大武器初始动能和攻击?#27573;А?/p>

3)超声速巡航+推力矢量,提高超声速机动能力,提高作战的突然断口灵活性。

我们理解,对于第五代战机,隐身能力比超声速巡航能力对作战效能贡献更大。苏-57隐身性能不如F-22等飞机,更多的应该是俄罗斯基础工业相对薄弱导致的技术可实?#20013;?#23618;面的原因,而不是在思想观念层面认为隐身不重要。

俄罗斯主要通过发展先进动力来实现超声速巡航。苏-57试飞原型机配装“117型”发动机,加力推力14.5吨。2019年之后配装第二阶段(“产品30”型)发动机,加力推力将达到近18吨。考虑到“产品30”发动机的重量?#32479;?#23544;都比苏-57目前使用的“117型”发动机大幅减小,其推重比已经超过11。与F-22飞机的F119发动机相比,“产品30”发动机性能更加优异。F119发动机加力推力约为16吨,可以实现1.5马赫超声速巡航。据?#26031;?#31639;,苏-57配装“产品30”发动机后,具备1.6马赫超声速巡航能力。2017年12月5日,苏-57第二架试飞原型机已左发换装“产品30”发动机实现首飞。

苏-57机腹弹舱前后纵列,此外弹舱外的?#19994;?#26368;多可有6个,火力超强。这是携带R-77中题空空导弹(白色弹)和Kh-31超声速反腮导弹(灰色弹)的O54号验证机。

俄版网络战与态势感知能力

随着网络中心战的发展,平台的重要度在逐步弱化。不依赖信息网络、体系、编?#26377;?#21516;的支撑将无法在未来战场立足,不突破信息交互的技术瓶?#20445;?#23558;无法在未来大国竞争中?#21152;?#19968;席之地。

俄国人的信息网络通信技术能力基础较弱,但其系统工程设计理念非常超前,如苏-35飞机,虽然其网络通信能力有限(U/V链,属态势、指控级数据链),但俄国人?#26434;?#38480;的信息交互进行了充分的数据应用挖掘,通过严格的高精准实时战术协同指令,使苏-35编队任务协同实战能力得到充分发挥,极大提高了苏-35集群作战能力。

关于苏-57的数据网络配置及发展的相关公开资料极少,但为满足网络中心战发展需求,俄国人也必将发展如美国MADL等数据链相似的信号级、纳秒同步精度的宽带高速数据链,以满足更为高效的武器级编?#26377;?#21516;作战的需要。

从目前公开资料看,俄方高度重视飞机的态势感知能力,除机?#21453;?#32479;位置的×波段雷达之外,在雷达舱两侧增加了两部小尺寸×波段雷达增加飞机主动探测角度?#27573;А?#20445;证飞机打弹后90度机动条件下对目标的?#20013;?#36319;踪能力。同时在机翼前缘两侧原有敌我识别询?#20351;?#33021;的基础上增加L波段雷达,根据天线尺寸及电源单元尺寸分析,L波段雷达应该主要承担导弹来袭告警功能、提供来袭导弹的具体距离,与机载红外告警系统结合后可以获得来袭导弹的详细信息,利于?#23578;?#21592;采取应对措施,这样苏-57飞机的态势感知能力就很丰富了。

新一代高性能军用、民用飞机上,已经广泛采用电传操纵系统(FBW:Fly-By-Wire)。电传操纵系统的?#35834;?#26159;明显的,减轻了操纵系统的重量,减小了体积,提高了飞机操纵系统的可靠性、生存性,大大改善了飞机的操纵?#20998;省?#20294;电传操纵系统也有其自身的缺陷,其中最主要的是不能防御雷电、电磁干扰(EMI)和电磁冲击(EMP)等。为了解决上述问题,考虑采用光纤作为信号的传输介质。信号传递过程中是以光的形式而非电的形式,可?#26434;行?#22320;防御电磁干扰及由雷击或闪电引起的电磁冲击,对核爆炸等引起的电磁脉冲也不敏感,这是光传技术用于飞控系统最直接、最主要的原因。同时光纤传输还具有频带宽、传输信号速率高、电隔离性好等?#35834;悖?#25239;腐蚀性、热防护?#20998;?#20063;很优良。

帝国的解体,会带来长期的影响,甚至动?#30784;?#19968;个国家的稳定,对航空产业的?#20013;?#21457;展是非常关键的。

从国外公开资料来看,美国自上世纪60年代就开始研究把光纤传输技术用于飞控系统。经过几十年的研究,电光/光电转换以及光传输?#35748;?#20851;技术已经成熟,但从国外的型号应用来看,由于对飞控系统的高可靠性和高安全性要求,并未把光纤传输技术真正用于飞控系统。真正意义的光传不只是把电传操纵的电线变成光纤,还涉及到光传感器、光计算机、光作动器的研?#32771;?#24037;程化应用。从目前国内外的研究情况来看,此类技术仍不成熟。

苏-57上的光传飞控应该不是纯光传,只是把电线换成?#26031;?#32420;,传感器、计算机、作动器之间仍需电光和光电转换技术,由于没有资?#24076;?#26080;法确定。

叫板美国五代机

苏-57作为俄罗斯目前研发的唯一一款隐身战机,必定是兼顾对空?#25237;?#22320;作战能力。纪?#35745;?#37324;,俄国人还批了一通F-22,认为它只能空战,其他啥都干不了,而F-35?#23578;行?#33021;又太差。

F-22強调了隐身+敏捷性的平衡设计,同样,F-35飞机也不仅仅定位于对地作战,如2017年10月的“红旗军演”中,F-35飞机15:1大胜F-16,说明F-35的制空作战能力也相当突出。美国人之所?#26434;?#20102;F-22,又研发F-35,更多地是从经济性角度出发,认为F-35的作战能力已足?#26434;?#23545;未来一段时间内美国面临的各种威胁,而不是说F-22有能力短板需要靠F-35来弥补。目前世界?#27573;?#20869;,无论是五代机还是四++代飞机,都强调多用途作战能力。

在纪?#35745;?#37324;,俄国人对美国第五代战斗机设计理念的理解是有偏颇的。当然,他们的话?#37096;?#20197;被理解为推销自己产品的广告。

苏-57与逝去的超级大国

苏联解体对俄罗斯的航空工业确实是一个沉重打击,对PAK FA(即T-50/苏-57)项目的研制也产生了巨大的影响。

虽然苏霍伊公司依然有较强的研究能力,但新一代发动机、机载武器、航电系统综合与源代码设计也并非某一个单位可以单独研制成功,这同样取决于俄罗斯的综合国力,包括俄罗斯的经济能力。从当前形势看,以留里卡设计局为首的发动机研制单位运行正常,订货量很大。机载武器研制的领头羊“三角旗”设计局(温贝尔设计局)运行也不错。机载雷达领头研制单位是尼普设计局,现在运?#26143;?#20917;良好。这3?#19994;?#20301;支撑了苏-57的研制。

普京总统和苏-57试飞贯博格丹一起观看苏-57(PAK FA)座舱。注意苏-57进气道的内部结构。虽然可见风扇叶片,但雷达波在进气道中多?#25569;?#23556;,信号强度当有所降低。

苏-57项目一定程度地支?#33267;?#33487;联解体后俄罗斯航空工业体系的?#25351;?#37325;建。但俄罗斯重振航空雄风,其路漫漫,需要俄罗斯军事工业委?#34987;?#23558;苏联时期的航空部、无线电工业部、电子工业部等研发力量重新整合起来才能实现,这在当下是不现实的。

做好自己最重要

别人的什么都好,你自?#22909;?#26377;,也没用。有面吃面,没面吃米。俄罗斯战机研制一直遵循着一条自己独特的路线。虽然受制于其基础工业水平的限制,从元器件性能到机载设备性能指标,以至整机性能指标层面,可能不如欧美飞机,但是在设计理念创新方面却非常独到。

网友?#24378;?#21040;的仅仅是一些所谓的广告指标方面的对比,?#28909;?#34311;-57隐身指标不如F-22,但是对苏-57很多独特的设计理念可能认知不够深入。?#28909;?#21069;面说的,其采用侧面阵雷达,在世界?#27573;?#20869;即是首创。美国人也借鉴此设计理念,拟对F-22进行改进升级,采用侧面阵雷达。再?#28909;?#20869;埋弹舱的设计,苏-57采用前后纵列的方式,而不是F-22、F-35等传统的左?#20063;?#21015;的方式,很有其?#26469;?#24615;。

对于我们国家战机研制而?#35029;?#25105;们应?#35980;?#37319;众长。通过引进苏-35,研读苏-57,我们更加深刻地体会到,基于实战和作战过程,有?#26469;?#30340;设计理念,或者通俗讲,?#23567;?#32477;?#23567;?#30340;设计,才是好的设计,要摒弃“比大个”的设计思维。

责任编辑?#20309;?#20329;新

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