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歼—16,亚洲现役第二强战机?

2017-10-19张亦驰

兵器知识 2017年10期
关键词:机动性有源相控阵

张亦驰

7月30日的朱日和“沙场阅兵”,歼-16紧紧跟随在歼-20后面出场,完成了其首次公开亮相。它仅比歼-20略小的编号以及在战斗机梯队中的位置似乎也是对其目前地位的一种隐喻——它应该是目前中国空军现役战斗机中的第二强。如果将这个推论扩展开来大概也是成立的——它是亚洲各国现役自研战斗机中的第二强。在世界各国的第三代战斗机的各种改进型中,歼-16也绝对是处于第一梯队的。另外,从歼-16的发展也可看出中国,乃至世界对三代机改进以及对未来空战的一些观点。

国产化苏-30?

歼-16这个编号很有意思。从歼-10开始,中国空军战斗机的同型双座机就不再以“歼教”开头,而是以编号尾部加S(双座的汉语拼音首字母)表示,例如歼-10S。更繁琐的则是歼-11BS,这看上去像是英文字母与汉语拼音混搭。由于歼-11的双座机编号已被歼-11BS占用,歼-16启用了一个全新的编号,而没有再在歼-11BS这个编号上做文章,也说明它是一种改动非常大的重型战斗机。它也是中国战斗机中,第一种被赋予单独编号的双座型战斗机。当然,歼轰-7也是双座型,但它主要承担的是纵深遮断的轰炸任务,“歼”字恐怕有些徒有其名。

朱日和“沙场阅兵”的空中梯队,右侧为率先飞过的歼-20梯队,左侧第二梯队由5架歼1 6战斗机组成  (摄影/刘应华)

中国选择双座型作为其对歼-11系列战斗机的高端改进型,而不是像俄罗斯的苏-35那样选择一种单座型也颇有意味。毕竟,苏-27家族的双座型在气动外形上的改动稍大,机动性有所损失。这说明了中国对双发重型战斗机的认识——与机动性降低的代价相比,多一名飞行员对于飞机的操控,特别是对地打击时的操控所带来的优势显然更重要。

其实,关于歼-16的存在,坊间传言已久。一直有传言称它是“国产化的苏-30”。这大概是有两层意思,一层是说它仿制了苏-30MKK战斗机,包括机体和航电。另一层是说它在空军中扮演了苏-30MKK的角色地位——既可以对空拦截,也能对地打击。

其实,“国产化的苏-30”是对歼-16的误解,就如同说“红旗”9仿制S-300一样。苏-30MKK本身是对共青城飞机制造厂对苏-27UB的有限改进,如加强机体结构,提高挂载能力;增设空中加油,进一步延长航程;改进航电,增加发射对地打击武器的能力。即便是它诞生的年代,其平台和航电均已经落后于世界最先进水平了,中国没有必要再重复这样一种已经落后时代的型号。从外观来看,苏-30MKK区别于苏-27UB的最大特点便是补平了原来被切尖的垂尾,当然,还包括右移光电雷达、增设空中加油等等。而歼-16延续了苏-27切尖的垂尾,这从一个侧面印证了该机系在歼-11BS平台的基础上进一步发展,而非仿制的苏-30MKK。

沈飞通过发展歼-11B和歼-11BS,对苏-27的机体结构有了充分和深入的了解,中国没必要放弃歼-11B和歼-11BS取得的成果,再专门去测绘仿制苏-30MKK的机体。中国完全可以通过对歼-11BS的进一步深度改进——从结构到航电——以发展一种顶级的双座战斗机。

网上流传的疑似试飞时的歼-16,机身还没有最终涂装

《中国航空工业三十年》一书的《我国第三代重型战斗机发展记》一文记录了沈飞研制第三代重型战斗机一些数据。从上下文,特别是文中提到“对座舱设计和改进提出了更高、更新的要求,改进后的座舱布局采用先进战斗机座舱显示控制技术方案,切实保证了设计质量和进度”来判断,这种重型战斗机便是歼-11B战斗机。

文章透露,该机采用了数字化设计手段,实现了飞机设计100%并行产品数字化定义、100%虚拟装配和100%电子样机。另外一项重大改进是机体和材料。沈飞用4年时间完成了与三代机相关的500多项机体材料、600多项标准件、300多项机载设备材料的研制工作。该机广泛采用复合材料,其中包括采用了复合材料外翼。沈飞通过歼-11B的研制,攻克了三代机进气道复合材料调节板的制造难关。沈飞公司自行设计制造了排布机,完成了热压罐技术改造,按照复合材料制造要求进行了环境改造。这也使其在复合材料的运用方面在国内比较领先。此外,歼-11B广泛采用了钛合金材料,如飞机中央翼下壁板、極为整流罩、发动机防护格栏等钛合金用量达到全机重量的15%。

显然,歼-11B的结构改进是非常大的,取得的成效也非常显著,歼-16的机体结构改动量之大不逊色于歼-11B。《中国航空报》关于“新机结构部分有80%的更改或重新设计、90%的系统改进”的报道被广泛视为指歼-16。根据近些年中国在增材制造技术领域的发展,歼-16完全可能采用激光增材制造技术来制造隔框,进一步减小结构质量。这种改进包括进一步补强结构,以便提高载荷,弥补原有设计缺陷。

对结构的加强,将满足其携带大型空对地弹药的需求,从而至少达到苏-30MKK战斗机8吨的载弹量。另外,苏-27系列超过9吨的燃油容积往往不能充分利用,因为装满燃油后,受制于飞机结构强度,不能进行大过载机动,补强结构后,很可能将放宽限制。

另外,通过歼-11BS、歼-15的锻炼,中国对苏-27系列飞机飞控系统的认识逐步深入,有理由相信,通过飞控系统的数字化工作以及控制律的改进,充分实现减重带来的优势。而歼-11B据称由于未对控制律进行修改,不得不对飞机添加配重。另外,从目前公开的图片看,歼-16的座舱疑似进行了镀膜处理,以降低RCS。如果这一判断最终得到证实,那么它很可能采用了更多的降低RCS的手段,因为仅仅降低座舱RCS,对于一架重型战斗机来说是远远不够的。

从外形判断歼-16仍使用了“太行”发动机。“太行”发动机的最新型号最大加力推力已经从12吨增加到14吨,但歼-16是否使用了增推的型号尚不得而知。

在航电方面,更没必要参考苏-30MKK。歼-16被广泛视为采用了有源相控阵雷达。有源相控阵雷达如今已经是各国高端飞机的标准配备。它可靠性高、波束灵敏度高,系统损耗小,有利于增加探测距离。更重要的是,有源相控阵雷达的电子战性能强大。

有源相控阵雷达可以实现低截获概率技术(当然,不是所有有源相控阵雷达都采用了这一技术)。通过复杂的波形、宽频带以及功率控制技术,有源相控阵雷达理论上可以实现在对方无法被察觉的情况下锁定,进而发起进攻,这在空战中是很可怕的。当然,歼-16的雷达会否采用这一技术目前尚不得而知。

有源相控陣雷达的第二项重大优势便是可以实现更宽的工作频段。目前的机载火控雷达绝大多数都是X波段雷达。X波段频率以10GHz为中心的,覆盖了8~12GHz的区间。最早的雷达工作在一到两个频率点上,很难对抗大功率的瞄准式干扰。后来,火控雷达普遍采用了频率捷变技术,可以在一定范围内的数十个频率点进行捷变,自适应地选择受到干扰少的频段工作。而对方要进行瞄准式干扰就不行了,频率捷变技术也会增加对方进行窄带阻塞干扰的成本。不过,电子战技术的进一步升级,特别是所谓的零延迟干扰技术出现了。你能进行频率捷变,干扰一方也能跟着干扰。这时候,就需要雷达有大的频带宽度。从一百兆到几百兆,从几百兆到几个G的带宽,雷达的频带宽度不断增加。从某种程度上讲,对抗最终反映到了带宽的对抗上,如果己方雷达带宽为1G,而对方的干扰机的带宽只有几百兆,那它就无法进行有效干扰。有源相控阵雷达在这方面则有着天生的优势。此外,由于覆盖的带宽很大,理论上有源相控阵雷达本身就能当做一部大型的干扰机,而成为一种综合射频系统。

国产有源相控阵雷达已经达到很高水平。图为2016珠海航展期间展出的中国电科南京14所研制的KLJ -A有源相控阵雷达

从目前公布的阅兵照片来看,歼-16携带了“霹雳”10近距格斗导弹和被外界称为“霹雳”15的新型中距空空导弹,后者的编号没有得到官方确认。但被广泛认为是“霹雳”12的后继型号,攻击距离增加。

与苏-35谁领风骚

谈到歼-16,一个避不开的话题便是,同为苏-27系列战斗机的高端改进型,它与中国引进的苏-35谁更强一些。

由于歼-16目前透露出来的信息非常有限,所以很难做精细的对比。但是一个可能为更多人接受的现实是,歼-16的平台性能,仍然是比不上苏-35的。

可以认为苏-35是使用了苏-27系列的第三代机身。其机身有所放大,对气动外形进行了改进,机翼加大,内油增加,再加上两台推力强大的117S推力矢量发动机,在航程、航时、机动性尤其是过失速机动能力上超出歼-16战机是肯定的。俄罗斯对苏-35的定位本身也是单座空优型战斗机,而非苏-30那样的双座多用途战斗机。

而在航电系统方面,歼-16则在主要领域保持领先。苏-35的雷达纸面性能看上去不差,其“雪豹-E”雷达对3平方米目标前向最大探测距离达到400千米的。尽管尚没有歼-16雷达的探测距离数据,但其正常情况下的最大探测距离恐难超过400千米。而苏-35遍布机身各处红外传感器似乎也要比歼-16数量有限的紫外导弹逼近告警器更为高端一些。

但是如果换一个思维,让他们在空中对抗,很可能就会得出完全不同的结论。

毫无疑问,双方的对抗将从超视距开始。我们先来看看苏-35战斗机“雪豹-E”雷达400千米的探测距离。“雪豹-E”为何能够达到如此远的探测距离?实际上,很多媒体也注意到这个400千米的探测距离是有条件的。这个距离很可能是通过增加雷达波束驻留时间获得的。所谓驻留时间就是波束在一个波位停留的时间,停留的时间越长,可以接收的返回脉冲个数就越多,经过相干积累运算就能发现更远的目标。这就好比人朝着某一个目标盯着看,要比只是瞥一眼会看的更清、更远是一个道理。但是,这也会降低搜索速度,减少数据更新率,甚至会影响到同时跟踪和攻击目标的数量。另外,那么大的能量盯着目标,就很容易触发其告警装置。

歼-16的有源相控阵雷达延长波束驻留时间更不成问题,甚至可以延长到秒级别。但是,这种增加探测距离的方式意义有限,并不适合火控雷达常规探测。

苏-5原本定位就是单座空优战斗机,机动性理应超过歼-16,但对地对海探测攻击能力应弱于歼-16

实际上,双方的雷达都足以在己方机载武器射程外发现对方。在有预警机支援的情况下,任何一方也没有必要过早开雷达,这样反而容易暴露自己。这样,歼-16的“霹雳”15射程优势以及雷达抗干扰能力优势就显现出来了。苏-35的“雪豹”雷达在歼-16的电子战面前,探测距离很可能“归零”。总之,在超视距空战中,“霹雳”15和有源相控阵雷达以及先进的电子对抗系统将赋予歼-16相当的优势。

那么,苏-35能否快速通过这个劣势区域,进入近距离空战呢。在通常的交战速度和高度下,三代机携带的采用固体火箭发动机的中距空空弹的实际发射距离通常在30~40千米左右,“霹雳”15可能会更远些。有人可能会说,两机对头直飞从这个距离到视距那是“分分钟的事”,但问题是在实战条件下,遭遇攻击的一方不太可能仍然傻乎乎的直飞去撞导弹,除非他能确认对方的雷达完全被自己干扰掉了。大多数情况下还是要做出侧转、U转弯的机动动作。但这些动作将尾部和侧翼亮给对方,使得己方在进入视距空战时仍然显得被动。

即便进入视距内,也未必是苏-35的天下。苏-35的推力矢量系统经常为人所乐道,但真正的情况很可能是,推力矢量系统带来的过失速机动,不仅仅在超视距空战中完全用不上,就是在视距内空战中的作用,也被远远夸大了。

一个重要原则在于,对于三代机而言,正常的交战速度和高度,其气动控制面完全能够实现飞机的最大过载,这时候受制于飞机的可用过载,推力矢量系统完全用不上。正如曾与F-22战斗机进行过空战训练的英国“台风”战斗机飞行员所说的,推力矢量系统发挥优势的速度区间远远小于战机的“corner speed”(又称为机动速度,是指能够产生最大过载的最小空速,超过这个速度,可能对飞机结构造成破坏,低于这个速度,飞机达不到最大载荷,飞机以这个速度进入缠斗比较有利),而这个机动速度通常在400节上下。而且,如果贸然打开推力矢量系统将很快丧失能量。

当然,推力矢量系统也并非完全是摆设。两机交叉后相互盘旋咬尾的过程是一个逐步减速的过程,如果在盘旋过程中无法达成攻击角度或者没有完成有效攻击,进入低速区间的时候,推力矢量喷管则可以保证指向的优势和飞机的稳定性,这一点是没有推力矢量系统的飞机很难做到的。另外,在高空,例如30 000英尺(9 144米),飞机气动舵面效率下降,机动性也随之下降,F-16在此高度最大过载只有3g左右。

当然,即便不用推力矢量,苏-35S的机动性也应该是在歼-16之上的,但是歼-16携带的“霹雳”10的各项性能也在苏-35的R-73之上,这又进一步中和了苏-35的机动性优势。毕竟,转一转脖子,远比战斗机兜圈子更容易。在近距离空战中,双方的不确定性增大。

实际上,在未来的作战中,苏-35更有可能成为歼-16的搭档,它们两种机型扬长避短,协同作战,或许成为最佳拍档。

亚洲自研战机第二强?

目前,除了歼-16,亚洲“自行研制”且服役的三代机包括中国台湾的IDF战斗机,印度的LCA战斗机,日本的F-2战斗机,韩国F/A-50也具备了一些三代机的特点,也算入这个行列。国内的三代机则包括FC-1、歼-10、特别是进行了大改的歼-10B和歼-10C以及歼-11系列和歼-15舰载机等。这其中,歼-16是有资格傲视群雄的。在已服役的战机中,其性能仅次于国产的歼-20,堪称亚洲第二强自研战机。

台湾地区的IDF战斗机是亚洲较早研制成功的三代机,不过它与印度的LCA和中巴合作的FC-1(中方称为“枭龙”)大致属于一个量级,是典型的轻型战斗机,在载弹量、航程等“硬”指标上很难和重型战机比拼,航电系统也属于经济型的。F-2则集成了F-16优良的气动外形,进行了放大处理,其最大起飞重量甚至高于歼-10,达到了22吨。不过,该机主要用于对地攻击,加之推重比较低,平台的机动性方面要逊色于采用鸭翼的歼-10B。但是F-2的火控系统不可小视。其基本型装备的J/APG-1有源相控陣雷达是世界上第一部机载有源相控阵雷达,领先歼-10B的无源相控阵雷达一代。进行升级了的J/APG-2有源相控阵雷达,使用了第二代氮化镓收发组件,被普遍认为性能与美国海军所使用的AN/APG-79有源相控阵雷达性能相当,其宽带频率捷变能力使其很难被三代机的电子战系统所干扰。另外,该机配备了有源相控阵雷达导引头的AAM-4B空空导弹,中距离空战能力较强,还配备了红外成像制导的国产近距导弹。总体而言,升级后F-2的总体能力大致相当于歼-10C。

国产“太行”发动机随着装机数量的增多,将会越来越成熟

作为一种中型战机,歼-16的平台的机动性是要超过歼-10系列以及F-2的。按照最好的设想,歼-10的瞬时盘旋能力大致与苏-27系列战机相当,但是稳定稳盘能力肯定逊色于双发的歼-16。如果歼-10在格斗中无法在“第一杆机动”(也就是在两机交叉后快速压杆盘旋)后快速锁定苏-27系列,恐怕在僵持中会慢慢变得被动。而F-2的瞬盘和稳盘能力都是低于苏-27系列战机的。

歼-16的燃油更多、滞空时间更长、携带的导弹数量也更多。数量本身就是一种质量。随着电子战、隐身等技术的不断进步,在空中击落一架先进战机将会越来越难。更多的导弹则提供了这种可能。对于空战而言,武器载弹量对空战效能影响极大。美国空军空战司令就公开表述,空空导弹载弹量比射程重要。美国在对F-15的改进中,就有一种让其携带16枚导弹的方案。实际上,为沙特研制的F-15SA的空战构型已经可以携带16枚导弹,其中中距空空导弹与近距空空导弹各占一半。

从之前官方媒体的一些报道暗示,歼-11B在服役初期在与歼-10战机的一些对抗中吃过一些亏。两者的机载武器几乎相同,雷达和电子战系统也是同一代水平。这些报道都是以歼-10视角报道的,这里面也或许有渲染的因素。毕竟在那个时期,空军“金头盔”争夺战中尚未开展真正的异型机空战,当时的“金头盔”获得者都是同型机的佼佼者。但是后来不断完善的歼-11B愈战愈勇,2016年的“金头盔”争夺战中,经过完善的歼-11B在摘得全部6顶金头盔中的4顶。而这时候的“金头盔”争夺战才是真正的异型机空战了。

之前,歼-11本身的缺点主要是人机功效相对较差。俄罗斯三代机的座舱人机功效差,特别是显控系统,不仅是看上去土,也会严重影响武器运用。苏-27与米格-29的基本型号均没有完全实现手不离杆操作,在瞬息万变的空中战场还要腾出手来操纵导弹。西方飞行员也曾嘲笑苏-27和米格-29的平显聊胜于无。当然,其中很多问题实际上都在歼-11B的不同批次上得到了解决。在一次次的试错中,沈飞也积累了足够的经验和教训。歼-16的航电、人机工程应有较大提升。

大平台还赋予了歼-16强大的对地打击能力。它理论上将能够携带中国研制的几乎所有战术对地打击武器,而且双座、双发带空中加油,也会使其在海上为轰炸机护航得心应手。此外,之前网络上曝光的一种远程防空导弹也可由歼-16携带,未来它还将成为敌方预警机杀手。这样一个以制空为主的多功能战机,未来在中国空军中的地位将仅次于歼-20。

三代机的改进趋势

歼-16的发展也体现出各国对三代机的改进趋势:几乎很少有以提高机动性为主要目标的、对气动外形大改。当然,这并不意味着三代机改进不去提高机动性,也并不意味着不会对气动外形进行大刀阔斧的改进。而是说不会单独为大幅增加机动性而付出过于高昂的代价。

其实,增加机动性和敏捷性是战斗机不懈的追求,旨在大幅度提高机动性的改进也有例可循。比如,目前欧洲正在改进“台风”战斗机,改进后最大机翼升力提高了25%,从而提高了转弯速度,盘旋半径更小,并且提高了低速下机头指向能力。根据试飞员的描述,改进后攻角要比标准型飞机高出45%,滚转率提高100%,着陆品质也得到改善。总之,其机动性、敏捷性和控制精度都得到提高。据分析,标准型“台风”可以达到不超过70度的攻角,新构型的最大迎角为100度。在高攻角下,滚转速度提升最具有意义,因为在这种情况下,由于空气流动减少,控制面往往会失去效能,除非气流由增升装置(如边条)加强。实际上,“台风”外形改动不大,可以对现役飞机进行升级。据《防务新闻》称,只是改进了前机身的涡流发生器(类似于机身边条)并为机翼增加了小型边条。这一构型大大提高了升力、迎角、滚转速率和携带武器的能力。

对三代机气动外形进行大改并获得成功的例子也不少,F/A-18E/F就是一個明显的例子,甚至可以认为这是一种新战机了。改进之后其雷达反射截面积降低了一个数量级,而且燃油量大增,飞行员再也不用为燃油提心吊胆了。增推后的发动机,让F/A-18E/F在着舰时再也不需要像之前的舰载机那样,把油门猛推到加力位置了,甚至在起飞时都可以不开加力。但是,很多美国海军飞行员表示,“经典大黄蜂”的机动性更胜一筹,特别是其滚转能力。

总体来看,三代机的改进多以改进航电系统为主。机体的改进则主要是进一步放大、增加载油量和武器载荷,并尽可能降低RCS。这实际上涉及一个对空战理念的认识问题:近距离空战已经不再是空战的主要形式,战机的改进也不会为其付出太大的代价。

美国智库战略与预算评估中心(CSBA)高级研究员、前美国空军军官、曾在兰德就职的约翰·斯蒂莱恩(John Stillion)在其撰写的报告《空对空作战趋势——未来空中优势启示》里谈到,在过去的一百年间,尽管在飞机、传感器、通信和机载武器性能方面有了巨大的提高,但空战的基本原则保持不变:利用出众的态势感知到达优势位置,摧毁敌机并安全撤离。因此,空战被称作是获取态势感知的一个动态竞争。另一项结论则是,视距外空战正在主导空战样式。其文章称,至少在20世纪90年代初,大多数空战训练都专注于可视范围里的机动战斗。然而,海湾战争的空战表明,传感器、机载武器和网络的发展大大减少了机动空战的普遍性,降低了战斗机机动性能的价值。随着诸如装有推力矢量控制的俄制AA-11和美制AIM-9X等高敏捷性导弹的不断涌现,战机机动性的重要性进一步减少,即使在相对罕有的视距内遭遇战中也是如此。

伴随着视距外空战成为空战的主要形式,现在也已不再是速度与机敏性为王的时代。《未来空中优势启示》指出,美军通过空战评估、空中拦截导弹评估和先进中程空空导弹作战评估测试发现,飞行员的态势感知仍然是目前空战的决定因素。而美国洛·马公司的舒克以及空军研究实验室的布拉什则提出了一种新的战斗机优势理论——“信息优势”(IP)和“信息机动性”(IM)理论。该理论的重点在于比敌人更快速获得有用信息,并更快速利用这些信息。《航空航天力量》杂志文章指出,三代机的速度和能量等于生命与生存能力,而对四代机来说,信息就是生命。在当代战争中,信息作战域的机动性比有形作战域的机动性更重要。空战格斗已经被超视距瞄准和执行所取代。“信息机动性”没有利用位置、推力、升力、速度及其它物理参数,而是利用了来自通信理论的参数,创造出与博伊德具体能量公式类似的“信息优势”量度。然后,飞行员可以通过与敌人对比,判断自己是拥有更强还是更弱的“信息优势”。

这一点,实际上得到了中国工业界和军方顶级专家的认可。在最近的一次高规格的公开论坛上,中国航空工业集团公司科技委副主任杨伟认为,从发展趋势看,速度与机敏性为王的时代正在逐渐过去,信息取代机敏性成为空战、电磁战和网络战的生命线。这就是信息优势,信息的容量、信息的包含量、信息的速度,这些将是决定未来战争的胜负最重要的力量。把这些内容嫁接到OODA环里去,形成OODA 2.0版本,他认为这是一个重要的发展方向,值得投入研究。

中国空军的顶级专家、空军装备研究院某总体所总师则在该论坛中引用一个“段子”作为开场白并表达他对空战的看法:美国人第五代战斗机F-35在培训时,教员问学员:为什么要Dog fight?学员回答:因为我有超机动,我有推力矢量发动机。教员:错,因为你傻。 [编辑/行 健]

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