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        備受關(guān)注的海上雄鷹系列

        2015-12-29 00:00:00馬世強
        航空世界 2015年12期

        中國航母和艦載機一直備受世人關(guān)注,其中關(guān)于艦載機采用單發(fā)還是雙發(fā)的話題更是爭議不斷。這一話題涉及到的范圍相當廣泛,即便是相關(guān)領(lǐng)域的專家也很難系統(tǒng)地列出全部的技術(shù)細節(jié),網(wǎng)絡(luò)等媒體上的討論更是熱烈。有一種觀點認為,采用單發(fā)設(shè)計的殲10戰(zhàn)機會影響其上艦前途,而雙發(fā)的殲31則一定會發(fā)展出艦載型。本文中,筆者對前一段時間有關(guān)艦載機單雙發(fā)之爭的技術(shù)細節(jié)和結(jié)論進行了分析、匯總,相信能讓感興趣的朋友更進一步地認識作戰(zhàn)飛機設(shè)計過程中的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)與設(shè)計思想方面相互影響的一些特點。

        對單雙發(fā)爭論的關(guān)鍵點評述

        反對殲10上艦的觀點認為,艦載機采用雙發(fā)的優(yōu)勢在于一臺發(fā)動機停車后,另一臺可保證飛機安全返回航母降落。從歷史上看,這一點的作用并不突出。

        二戰(zhàn)后上艦的噴氣機,降落時的推重比通常低于0.6左右,此時,單發(fā)失效的雙發(fā)機著艦時的復(fù)飛推重比會降低到0.3左右。當時,航母的降落甲板只有150多米長,再加上渦噴發(fā)動機加速慢,依靠單發(fā)著艦復(fù)飛的動力嚴重不足。因此,美國海軍通常不支持雙發(fā)噴氣機進行單發(fā)著艦,一般會要求飛向陸地機場迫降。就是新型艦載機也會避免單發(fā)著艦,比如F-18系列除了最新型的F-18E/F之外,其他各型均無單發(fā)著艦?zāi)芰?。從美國海軍的做法可以判斷出,雙發(fā)設(shè)計對著艦安全性至關(guān)重要的說法是沒有根據(jù)的,用這種說法來否定殲10的上艦前途是站不住腳的。

        雙發(fā)的優(yōu)勢是兩臺發(fā)動機可互為備份,一臺出故障時戰(zhàn)機可依靠另一臺繼續(xù)飛行。但這并不意味著在任何條件下,雙發(fā)都比單發(fā)可靠。

        有統(tǒng)計結(jié)果表明,雙發(fā)飛機故障率是單發(fā)的7倍,因發(fā)動機故障而導(dǎo)致的事故征候是單發(fā)飛機的4倍。雙發(fā)機在飛行中如果有一臺發(fā)動機發(fā)生故障,往往會波及另一臺,造成兩臺發(fā)動機都停車。例如,一臺發(fā)動機燃料系統(tǒng)起火或葉片斷裂飛出,都會影響相鄰的發(fā)動機。多發(fā)飛機更為嚴重,據(jù)統(tǒng)計四發(fā)的故障率也要比雙發(fā)高出一倍。2008年,美國海軍的一架F-18D從基地起飛后飛往“林肯”號航母時,右發(fā)動機停車,于是返航,在降落時左發(fā)動機也停車,飛行員跳傘,飛機墜毀。F-18使用的F404發(fā)動機可靠性極高,被公認為最可靠的發(fā)動機,雙發(fā)停車的概率幾乎是微乎其微,但還是會發(fā)生并導(dǎo)致了墜毀。

        當然,發(fā)動機故障率高并不意味著就要摔飛機,備份動力可降低飛機的墜毀概率。資料表明雙發(fā)嚴重事故概率要比單發(fā)飛機低四分之一到五分之一。由這一角度看,雙發(fā)飛機比單發(fā)可靠。

        從使用環(huán)境考慮,雙發(fā)飛機不一定比單發(fā)更保險。作戰(zhàn)部隊和飛行員更關(guān)心的,是戰(zhàn)場環(huán)境下的作戰(zhàn)生存性。雙發(fā)的備份作用增加了安全返航的可能性,但戰(zhàn)時的實際情況將更加復(fù)雜。首先,雙發(fā)機的低可靠性在戰(zhàn)場環(huán)境下更容易導(dǎo)致故障率的增加。另外,作戰(zhàn)中影響戰(zhàn)機安全返航的可不僅僅只有發(fā)動機故障這一種因素。例如,因戰(zhàn)傷導(dǎo)致的系統(tǒng)失靈、起火、飛行員傷亡,以及燃料耗盡,等等。由此產(chǎn)生的損失率遠高于發(fā)動機失效。因此,雙發(fā)的整體生存力并不能比單發(fā)的成倍增加,如把單發(fā)機的飛返率定為1.52d4403401ed8099ce8b9a4e1c76ecd2c58f36221bca7dbd4d6238f951500e290,則雙發(fā)機單發(fā)失效的返回率預(yù)計為1.2左右。從雙發(fā)的F-4和單發(fā)F-8兩種艦載戰(zhàn)斗機因發(fā)動機戰(zhàn)損導(dǎo)致的墜毀數(shù)對比看,兩者的戰(zhàn)損安全性并沒有顯著的差別。美國海軍在訓(xùn)練時通常是在靠近陸地機場的海面上進行,如果碰到飛機發(fā)生故障,則基本上是讓其飛到陸地機場降落,這也削弱了雙發(fā)的“返回優(yōu)勢”。實際上,在陸基戰(zhàn)斗機上,雙發(fā)的安全性優(yōu)勢更明顯。統(tǒng)計數(shù)字表明,1988年到1992年期間,F(xiàn)-15雙發(fā)戰(zhàn)斗機的損失率明顯低于單發(fā)的F-16。

        還有人認為雙發(fā)艦載機航程遠、載彈量大、起飛推重比高。其實,對于采用滑躍起飛的航母來說,推重比大的作用才更為重要,而且這觀點只適合于現(xiàn)役的重型艦載機。之所以能形成這樣的說法,只能說是沒有足夠大推力的發(fā)動機,而不是因為雙發(fā)多出一臺“備份”的緣故。

        為什么單發(fā)艦載機會超過雙發(fā)?

        在艦載機的發(fā)展歷史中,單發(fā)艦載機型號數(shù)量超過雙發(fā),這顯然與單發(fā)艦載機所具有的使用費用低、造價便宜、在氣動設(shè)計上更簡單更容易實現(xiàn)設(shè)計指標等優(yōu)點有極大關(guān)系,而不是安全性等方面的因素。

        從各國戰(zhàn)斗機發(fā)展歷史看,也是如此。蘇聯(lián)/俄羅斯戰(zhàn)斗機從米格-9采用雙發(fā),到米格-15變成單發(fā),其后的米格-19又變成雙發(fā),緊接米格-21又回到單發(fā),一直到米格-23,再往后就是雙發(fā)的天下。這一過程說明了蘇聯(lián)發(fā)動機研制總是趕不上戰(zhàn)斗機的研制,迫不得巳用雙發(fā)來解決推力不足的問題。相比之下,美國在研制戰(zhàn)斗機時受發(fā)動機推力限制的情況就少得多,因此戰(zhàn)機的單發(fā)設(shè)計明顯多于雙發(fā)。從F-84、F-86開始,到F-100、F-104、F-106一直是單發(fā),直到雙發(fā)F-4情況才有所變化。第三代戰(zhàn)斗機出現(xiàn)后,除了雙發(fā)的F-15外還有單發(fā)的F-16,后者的裝備數(shù)量也與前者相當。美國海軍的第一種艦載戰(zhàn)斗機是雙發(fā)的F-2H“女妖”,其后是雙發(fā)的F-3D“空中騎士”,但很快就受到單發(fā)的F9E “黑豹”所排擠,再往后是單發(fā)的F-8。直到第三代艦載機F-14和F-18出現(xiàn)雙發(fā)機才算是占據(jù)了甲板主力,但此時雙發(fā)的出現(xiàn)主要是生產(chǎn)廠商提供不了更大的發(fā)動機。

        單發(fā)機在總體設(shè)計上有不小的優(yōu)勢。發(fā)動機是飛機的重要部件,對飛機的影響是多方面的。采用單發(fā)設(shè)計時,機身截面積、氣流浸潤面積都較小,后機身幾乎與發(fā)動機噴口同形,因此在氣動外形上比雙發(fā)有更多的優(yōu)勢。雙發(fā)的發(fā)動機噴口與機身截面“不匹配”,導(dǎo)致后機身的阻力比單發(fā)機高出很多,而且為降低這種阻力采用的機尾整流錐體效果極不理想,因此現(xiàn)代雙發(fā)機干脆聽之任之了。蘇-27采用了發(fā)動機大間距設(shè)計,并采用翼身融合設(shè)計,基本上算是避開了噴口與機身不同形的問題。但寬大的后機身又帶來了迎角增大時誘導(dǎo)阻力劇增的問題。且大間距發(fā)動機的推力方向相對機身縱軸線也有一個向內(nèi)夾角,這意味著要付出結(jié)構(gòu)重量的代價,或消耗額外的發(fā)動機推力。

        早期發(fā)動機推重比只有3左右,而現(xiàn)代發(fā)動機已經(jīng)達到11以上。除了技術(shù)的進步外,發(fā)動機徑向尺寸增加是重要原因。在同樣迎風(fēng)面積的情況下,單發(fā)徑向尺寸只需雙發(fā)的1.4倍就能達到同樣的進氣面積,而在實踐中達到1.3就能產(chǎn)生相同的推力。由于壓氣機與機匣壁之間存在間隙,高壓氣體會從這個間隙倒流、燃料的推進效率也會因為這個間隙損失約6%。單發(fā)的間隙周長只是雙發(fā)的七分之五左右,更大的葉片尺寸也為提高壓氣機效率提高創(chuàng)造了條件。因此,在推力相同的情況下,單發(fā)要比雙發(fā)節(jié)省燃料。在壓氣機葉片重量上,也存在著尺寸效應(yīng)問題:一臺發(fā)動機壓氣機葉片相對于兩臺的葉片數(shù)量要少一半。以上幾點因素結(jié)合在一起,就導(dǎo)致大尺寸發(fā)動機采用單發(fā)相對于雙發(fā)具有耗油率低、結(jié)構(gòu)重量小的特點。

        單發(fā)戰(zhàn)斗機還會因為機身結(jié)構(gòu)更為緊湊節(jié)省掉不少結(jié)構(gòu)重量。美國的通用動力公司在研制F-16時對單雙發(fā)進行了仔細的對比,通過計算發(fā)現(xiàn):單發(fā)可以實現(xiàn)8000千克的空戰(zhàn)重量,而雙發(fā)就要接近10000千克以上了;單發(fā)的造價也會便宜20%以上。

        通常人們會認為,與單發(fā)戰(zhàn)斗機相比,雙發(fā)戰(zhàn)斗機的推重比大、航程遠。其實,這一結(jié)論只是相對的。比如,蘇-33和米格-29的推重比都高于殲10,而F-16起飛重量要比同時期研制的F-18雙發(fā)戰(zhàn)斗機小,推重比卻要高得多;同樣地,F(xiàn)-16的航程性能也高于F-18。F-16的機內(nèi)載油系數(shù)達30%以上,比F-15的25%都高,如果都不帶副油箱,F(xiàn)-16的航程甚至比F-15還遠。

        艦載機發(fā)展呈現(xiàn)出雙發(fā)趨勢?

        有觀點認為,艦載機的發(fā)展呈雙發(fā)增加趨勢。其實,從戰(zhàn)斗機的發(fā)展歷程可以看出,設(shè)計師在設(shè)計時主要是根據(jù)發(fā)動機的性能來決定采用單發(fā)還是雙發(fā)方案。隨著作戰(zhàn)飛機制造成本上升,人們開始重視提高飛機的生存性,雙發(fā)戰(zhàn)機在動力系統(tǒng)的安全性上具備一定的優(yōu)勢。但單發(fā)飛機依靠自身特點,仍然艦載機領(lǐng)域占有相當?shù)奈恢?。改善發(fā)動機可靠性、降低故障率,仍是提高艦載機安全性最為關(guān)鍵也最為根本的技術(shù)措施和途徑。

        從最近30年艦載機的發(fā)展看,在陸基戰(zhàn)斗機基礎(chǔ)上發(fā)展艦載戰(zhàn)斗機將是主流。因此,陸基戰(zhàn)斗機發(fā)動機的發(fā)展趨勢也將影響艦載機。早期戰(zhàn)斗機設(shè)計基本上以單發(fā)為主,后來的第三代戰(zhàn)斗機則基本上是以雙發(fā)為主,但具體情況也會因使用國家甚至設(shè)計單位而有所不同。

        蘇聯(lián)的蘇霍伊設(shè)計局自20世紀60年代開始一直以設(shè)計截擊機為主,蘇-15是當時該局設(shè)計的高速截擊機,起飛重量高達15噸,采用的是雙發(fā);而稍后設(shè)計的蘇-17則是單發(fā)。自雙發(fā)的蘇-24開始以雙發(fā)主,一直到蘇-27系列。米高揚-格列維奇設(shè)計局也緊跟蘇-27設(shè)計了雙發(fā)的米格-29。與之相對應(yīng),美國的第三代戰(zhàn)斗機F-15、F-14、F-18都采用了雙發(fā),只有F-16是單發(fā)。通過兩個戰(zhàn)斗機生產(chǎn)大國的戰(zhàn)斗機研制歷史可以看出,如果真是有雙發(fā)趨勢,則這個趨勢早就開始了。20世紀80年代后,世界航空大國開始研制新一代戰(zhàn)斗機,美國的四代機仍然是F-22和F-35單雙發(fā)并重,被稱為“三代半”的“陣風(fēng)”和“臺風(fēng)”倒是表現(xiàn)出雙發(fā)傾向,但瑞典的“鷹獅”仍然保持了單發(fā)傳統(tǒng)。

        在發(fā)動機可靠性大幅度提高的今天,雙發(fā)的生存力優(yōu)勢還不足以影響戰(zhàn)斗機設(shè)計時的單雙發(fā)選擇。實際上,雙發(fā)趨勢的增加與發(fā)動機的發(fā)展情況密切相關(guān)。二戰(zhàn)后的一段時間,是噴氣式發(fā)動機技術(shù)高速發(fā)展的年代,推力的增長基本上能滿足戰(zhàn)斗機起飛重量增加的需要。隨著技術(shù)的逐漸成熟,發(fā)動機推力增長開始受到技術(shù)瓶頸和物理原則的限制。研制新一代發(fā)動機需要巨額投入,技術(shù)風(fēng)險也越來越大。冷戰(zhàn)的結(jié)束也使得發(fā)動機的研制缺乏發(fā)展的動力,大推力發(fā)動機的研制速度進一步放慢。而新型戰(zhàn)斗機技戰(zhàn)術(shù)要求的提高也增加了起飛重量,再綜合技術(shù)可行性和成本等因素,設(shè)計師在設(shè)計新機時只能更多采用雙發(fā)方案。

        軍方和設(shè)計方的態(tài)度也對戰(zhàn)機雙發(fā)型號的發(fā)展產(chǎn)生影響。俄羅斯空軍在1992年間曾提出一份支持雙發(fā)作戰(zhàn)飛機的報告。該報告是根據(jù)其前身蘇聯(lián)空軍使用單雙發(fā)經(jīng)驗得出的結(jié)論,其中就提到“雙發(fā)生存力高”。俄羅斯空軍當時就計劃把所有的單發(fā)戰(zhàn)斗機用雙發(fā)機取代。其實,俄羅斯空軍以蘇聯(lián)時期的經(jīng)驗得出結(jié)論的做法很不妥。蘇聯(lián)時期的戰(zhàn)機發(fā)動機幾乎都是按照二戰(zhàn)形成的思維設(shè)計的,工作壽命只有二三百小時,故障率非常高。而當時蘇聯(lián)空軍又列裝了大量的米格-21、米格-23、蘇-9等單發(fā)戰(zhàn)斗機,因發(fā)動機停車造成的墜毀率相當高。因此,蘇聯(lián)在研制米格-23及蘇-17后繼機時就確定了以雙發(fā)為主。毫無疑問,在發(fā)動機可靠性已經(jīng)有很大提高的今天,再用這種因為發(fā)動機不可靠而得出的結(jié)論來指導(dǎo)戰(zhàn)機研發(fā)是極不合適的。

        從上面的分析可以看出,戰(zhàn)斗機的單雙發(fā)問題技術(shù)上的因素遠多于戰(zhàn)術(shù)上的需要,而戰(zhàn)斗機的發(fā)展趨勢更多的是表現(xiàn)在戰(zhàn)術(shù)需要上。如果說隱身是戰(zhàn)斗機的發(fā)展趨勢,則單雙發(fā)要談趨勢其戰(zhàn)術(shù)意義就相差甚遠,根本不在一個層次上。再加上時間跨度,要想在這個問題上找出什么趨勢實在是意義不大或很難確定的事情。對于不具備條件的國家來說,決定采用那種方案甚至不會成為決定性的因素。

        中國戰(zhàn)斗機艦載型的單雙發(fā)話題

        戰(zhàn)斗機采用雙發(fā)不僅是為了安全,也不僅是為了獲得較大的推重比,與戰(zhàn)術(shù)性能也無直接關(guān)系,而雙發(fā)的造價高昂和技術(shù)復(fù)雜卻是肯定的。因此,在20世紀,各國空海軍大都是以單發(fā)戰(zhàn)斗機為主。由于歷史的原因,中國空軍一直是雙發(fā)戰(zhàn)機的使用大戶。在空軍組建初期,購進的第一批噴氣戰(zhàn)斗機就是雙發(fā)的米格-9;之后在相當長的一段時期,??哲娭髁?zhàn)機一直是雙發(fā)的殲6和強5;再以后又是以殲8和蘇-27這兩種雙發(fā)戰(zhàn)斗機做為作戰(zhàn)中堅;直到殲10服役后,中國空軍又曾一度被戲稱擁有“世界上最大功率的單發(fā)戰(zhàn)斗機”。因此,非常有必要談?wù)勚袊鴳?zhàn)斗機的單雙發(fā)問題。

        在很長一段時間內(nèi),中國海空軍只能依靠自己的力量發(fā)展航空武器裝備,還曾經(jīng)出現(xiàn)“殲6打天下”的觀點。中國科研人員對這種老式的雙發(fā)飛機做了大量的改進,并在此基礎(chǔ)上研制了強5強擊機。這兩種雙發(fā)飛機的裝備量達到了驚人的5000架之多。正是由于當時發(fā)動機的可靠性相當?shù)?,雙發(fā)對提高故障飛機的成功返航率有非常重要的意義。中國空軍深刻地意識到了這一點,但也對雙發(fā)的高故障率和高維修成本感受很深。在發(fā)展改進殲6的同時,中國空軍在仿制米格-21的基礎(chǔ)上研制了戰(zhàn)斗機殲7,并由此進一步發(fā)展出了雙發(fā)的殲8??紤]到這兩種戰(zhàn)斗機裝備的數(shù)量也較多,可以說中國空軍和航空界對單雙發(fā)飛機的優(yōu)劣體會并不次于美國和蘇聯(lián)/俄羅斯這兩個航空大國。

        進入20世紀80年代后,中國的航空科技人員既研制了雙發(fā)的“飛豹”,也開始研制單發(fā)的殲10,并吸收了俄羅斯雙發(fā)蘇-27的生產(chǎn)技術(shù)及經(jīng)驗,在研發(fā)單雙發(fā)戰(zhàn)斗機方面取得了寶貴的經(jīng)驗,并初步實現(xiàn)了這幾種飛機的發(fā)動機國產(chǎn)化工作。

        因為長時間使用雙發(fā)戰(zhàn)斗機,中國空海軍飛行員對雙發(fā)提高戰(zhàn)斗機生存率的作用深有體會。在使用殲6和強5的年代,由于發(fā)動機可靠性低,空中停車占總事故數(shù)的比例較高。在大量的發(fā)動機空中停車事故中,依靠一臺發(fā)動機返航是經(jīng)常發(fā)生的事情。也許就是雙發(fā)的備份作用,中國空軍在那個時代不但萬事率處于世界較低水平,就是嚴重事故率也要低于其他國家。中國飛行員在駕駛殲6進行訓(xùn)練和空戰(zhàn)時,經(jīng)常出現(xiàn)依靠單臺發(fā)動機降落機場的事例。最為典型的,是1965年殲6擊落F-104戰(zhàn)斗機的戰(zhàn)例。由于開火距離太近,敵機爆炸碎片擊中了殲6,造成右發(fā)停車,左發(fā)也受損,轉(zhuǎn)速下降,該機仍靠受損左發(fā)安全返航。

        從發(fā)展初期開始,中國航空科技基本上師承蘇聯(lián)的設(shè)計指導(dǎo)思想,同樣也有著蘇聯(lián)發(fā)動機可靠性低、工作壽命短的弊端。再加上殲6、強5的年代雙發(fā)機列裝數(shù)量大,作戰(zhàn)飛機的裝備完好率始終處于相當?shù)偷乃?。國外有機構(gòu)估計,那時的中國空軍如果投入一場中等規(guī)模的戰(zhàn)爭,作戰(zhàn)一周后這些戰(zhàn)機就會有三分之二上不了天。國外專家的估計有夸大的嫌疑,但雙發(fā)的因素確實是影響當時中國戰(zhàn)機完好率的一個重要原因。

        20世紀80年代后,國產(chǎn)發(fā)動機的技術(shù)水平和可靠性有了較大幅度的提高。比如,北航教授高歌提出的“沙丘駐渦穩(wěn)定理論”,不但較大幅度地提高了燃燒效率,而且還顯著改善了發(fā)動機加力點火成功率。以前,殲6、殲7開加力時經(jīng)常出現(xiàn)點火失敗的現(xiàn)象,嚴重時還導(dǎo)致空中停車。裝上采用該理論的裝置后,加力點火成功率幾乎達到100%,極大地改善了這兩種戰(zhàn)機的發(fā)動機可靠性。

        在中國戰(zhàn)斗機的研制歷史中,單發(fā)的殲10戰(zhàn)機絕對值得大書特書。與當時其他國家的設(shè)計師不同,中國設(shè)計師在沒有合適推力發(fā)動機的情況下,不是簡單地采用雙發(fā)來滿足設(shè)計需要,而是結(jié)合發(fā)動機技術(shù)現(xiàn)狀和未來發(fā)展,采用了適當調(diào)整優(yōu)化新機技戰(zhàn)術(shù)指標的設(shè)計指導(dǎo)思想,充分發(fā)揮了單發(fā)的技術(shù)優(yōu)勢。

        未來艦載機發(fā)展的單雙發(fā)影響

        在單雙發(fā)的分析過程中,單雙發(fā)對彈艙布置的影響也經(jīng)常被談到。從F-22和F-35的內(nèi)置彈艙設(shè)計來看,前者可以在機身下設(shè)置內(nèi)置彈艙,同時又在機身兩側(cè)再各設(shè)置一個內(nèi)置彈艙,而后者就只能是在機身下設(shè)置兩個彈艙。

        通常的觀點認為,單發(fā)在彈艙數(shù)量上不如雙發(fā)。其實單發(fā)最大的優(yōu)勢,在于空間利用充分。對照F-22,可以發(fā)現(xiàn)F-35的彈艙空間并不比前者小多少。另外,還要考慮F-35全系列受到垂直起降型的限制,進氣道的設(shè)計不能充分考慮設(shè)置彈艙的需要。因此,以彈艙數(shù)量少來說明雙發(fā)對單發(fā)的優(yōu)勢還不夠充分。其實,F(xiàn)-22兩臺發(fā)動機的間距并不大,安裝位置也靠上,而彈艙寬度基本與兩臺發(fā)動機“寬度”一樣。出于隱身需要,該機進氣道采用向上翻起的S形,為下方設(shè)置彈艙創(chuàng)造了條件,這才是該機能采用腹部彈艙的關(guān)鍵。

        有觀點認為雙發(fā)有兩個熱源,輻射強度要大于單發(fā);但也有人認為雙發(fā)更有利于紅外隱身設(shè)計。像發(fā)動機位于機身兩側(cè)的蘇-25,當敵方紅外探測設(shè)備在側(cè)面時,由于另一臺發(fā)動機噴口被機身擋住,輻射強度應(yīng)略低于同樣推力的單臺發(fā)動機。但如果從下后方進行探測時,則該機的紅外輻射要比單發(fā)機高出不少。對于F-18和F-15這類戰(zhàn)斗機來說,一側(cè)噴管處的紅外輻射面積也會把另一側(cè)噴管的水平側(cè)向輻射信號給屏蔽掉不少。而單發(fā)的發(fā)動機在推力相同的情況下,噴管的直徑要大一些,因此紅外輻射的側(cè)面積就要大一些。目前,從隱身飛機的設(shè)計需要來看,提高水平方向上的紅外隱身更有戰(zhàn)術(shù)意義,因此雙發(fā)的側(cè)紅外特征低的優(yōu)點經(jīng)常被提起。不過這個優(yōu)勢也不明顯,因為新型戰(zhàn)機已經(jīng)出現(xiàn)了雙垂尾氣動設(shè)計的趨勢。利用這種有利的氣動布局,基本上能夠擺脫單發(fā)機在兩側(cè)水平方向紅外隱身方面的弱勢。

        在主要戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性相當?shù)那闆r下,單發(fā)戰(zhàn)斗機體積較小,“天生”隱身性能就要高一些。在某種程度上,可以說單發(fā)的戰(zhàn)斗機在隱身方面有著先天優(yōu)勢。但如果是專門設(shè)計的隱身戰(zhàn)斗機,因為在同樣推力情況下單發(fā)機的徑向尺寸較大,這將導(dǎo)致戰(zhàn)斗機的機身“厚度”要比雙發(fā)的大一些,不利于側(cè)面水平方向上的隱身設(shè)計。發(fā)動機徑向尺寸大也意味著進氣道的徑向尺寸較大。比如采用腹部進氣的殲10,大直徑的單一進氣道雖然提高了進氣效率,但在改進氣道的隱身性能方面將會面臨比較大的困難。假設(shè)殲10改進型要采用有利于隱身的S形進氣道,則會因為徑向尺寸太大而導(dǎo)致進氣道長度過長,很難達到設(shè)計目的。對于采用兩側(cè)進氣的單發(fā)戰(zhàn)斗機來說,進氣道分開可獲得較小的進氣道尺寸,在隱身設(shè)計上比雙發(fā)機有優(yōu)勢。

        在單雙發(fā)的討論中,支持單發(fā)一方舉了F-35型艦載機的例子。對此支持雙發(fā)的一方很不以為然。該機戰(zhàn)術(shù)方面的設(shè)計思想獨特,從某種意義上講,是一種講究經(jīng)濟性的作戰(zhàn)飛機;在技術(shù)方面的設(shè)計思想又有偏重特殊需要(垂直起降)的特點??傮w而言F-35是劍走偏鋒,不計其余。而在美國軍方確立其裝備方向時,更多考慮用其彌補F-22的戰(zhàn)力空白,也只有財大氣粗的美國人有條件搞。在網(wǎng)絡(luò)等媒體的討論中,大多數(shù)支持單發(fā)的觀點也認為F-35算不上過硬的例證。實際上,由于科技水平的不斷提高,未來垂直起降艦載機可能會成為一種不可忽視的甲板力量。何況F-35C的生產(chǎn)數(shù)量也不少,雖不能取代F-18E/F“超級大黃蜂”,但擠占后者的甲板數(shù)量是肯定的。

        要探討未來戰(zhàn)斗機的單雙發(fā)問題,不能不充分考慮科技的進步對這一問題的影響;未來艦載機的發(fā)展更不能忽視無人機的作用。無人機取代有人機的一個重要誘因就是簡單便宜,而且在起飛重量上也要相對低于有人機,在發(fā)動機的選擇上有更大的空間。此時,單發(fā)先天上的優(yōu)勢很可能讓無人艦載機更多采用單發(fā)方案。無人艦載機的出現(xiàn),肯定會打破目前艦載機好不容易才出現(xiàn)的“雙發(fā)趨勢”。

        通過美國F-35計劃的實施可以看出:更為合理的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求是未來戰(zhàn)斗機的設(shè)計方向,飛行速度、最大航程、效費比都是不容忽視的設(shè)計要求,單發(fā)相對于雙發(fā)具有結(jié)構(gòu)重量輕、發(fā)動機燃油效率高、飛行阻力小等優(yōu)點,再加上無人戰(zhàn)機尺寸重量都要比有人戰(zhàn)機小,可以有更多推力合適的發(fā)動機供選擇。因此,無人機更容易表現(xiàn)出明顯的單發(fā)趨勢。還需要指出的是,F(xiàn)-35已經(jīng)有了無人型改進計劃,而F-18E/F“超級大黃蜂”尚未有相關(guān)的報道。

        關(guān)于單雙發(fā)的創(chuàng)新觀點

        單雙發(fā)之爭是技術(shù)之爭,不是戰(zhàn)術(shù)之爭,最為關(guān)鍵的地方是飛行員安全問題。美國海軍規(guī)定,雙發(fā)飛機在單發(fā)失效情況下盡量飛往陸地機場降落。這是否意味著雙發(fā)艦載機的意義就不大了嗎?也不盡然。

        在茫茫大海上,單發(fā)飛機停車飛行員只能盡快跳傘。如果出事地點遠離航母編隊或基地,實施救援是件費時費力、令人頭痛的事情,在戰(zhàn)時則會因敵情使救援工作更加困難,甚至?xí)貌粌斒?。雙發(fā)飛機就有可能讓飛行員返回編隊/基地附近跳傘,條件允許時還可在陸地機場迫降。隨著時間的推移,飛行員的救援問題會更加突出,而戰(zhàn)斗機的制造成本是越來越高,雙發(fā)飛機返回率高的經(jīng)濟意義就相當?shù)耐怀?,甚至?xí)_定雙發(fā)的主導(dǎo)地位。

        雙發(fā)艦載機不允許單發(fā)著艦只是人為規(guī)定,這是為了降低風(fēng)險而做出的規(guī)定。萬一墜毀造成阻攔裝置毀損,就會讓航母失去回收艦載機的能力,但并不意味著就不能降落。早期艦載機推重比低,單發(fā)降落時推力不足,因此有單發(fā)不能降落的規(guī)定;而現(xiàn)在艦載機推重比高,單發(fā)推力也比較大,因此F-18E/F已經(jīng)容許單發(fā)著艦。比如,殲15發(fā)動機推力大,在拋掉所有的彈藥、機內(nèi)燃料僅保留極限值時,即便單發(fā)降落也有足夠的推重比,完全可以把單發(fā)著艦時在甲板上墜毀的風(fēng)險降到最低。

        在航空史上,曾有戰(zhàn)機在失去一側(cè)大半機翼的情況下安全降落:以色列一架 F-15D右側(cè)機翼幾乎連根撞掉,但在機上飛控系統(tǒng)的幫助下,飛行員仍然操縱著受損嚴重的戰(zhàn)斗機安全著陸。統(tǒng)計數(shù)字表明,二戰(zhàn)中因操縱面失效而墜毀的飛機幾乎占了大半。隨著技術(shù)的發(fā)展,將來這類“歷史上注定要墜毀”的作戰(zhàn)飛機大部分將可以順利返回。也許以后會出現(xiàn)這樣的情景:戰(zhàn)機已經(jīng)是彈孔累累,某些操縱面不知去向,座艙中的飛行員也已陣亡,但有抗墜毀技術(shù)支撐的飛機仍然依靠人工智能操控飛回了基地。在這樣的情況下,動力的可靠性就成為提高返回率的瓶頸,此時雙發(fā)機的吸引力就會放大許多。

        殲31在外形及尺寸上接近F-35,因此人們會很自然地將這兩種飛機進行對比。有一點值得強調(diào):根據(jù)單發(fā)機相對于雙發(fā)機的設(shè)計優(yōu)勢,殲31在綜合性能方面不如F-35。單發(fā)的特點將使后者擁有航程遠及載彈量大的戰(zhàn)術(shù)性能優(yōu)勢,在諸如效費比及全壽命費用等綜合性能上也是如此,除非前者在具體的設(shè)計及材料上擁有更多的技術(shù)優(yōu)勢。從設(shè)計的角度看,雙發(fā)的殲31只能是合適的設(shè)計思想取舍、通過犧牲某些局部的性能來達到能與F-35相抗衡的目的。例如,在最大航程、隱身或低速起降方面做出了讓步,以保證整體技術(shù)指標。

        在未來,爆震發(fā)動機一旦取得實質(zhì)性進步,這種革命性的發(fā)動機有可能讓單雙發(fā)之爭壽終正寢。這種發(fā)動機采用的是爆震單元結(jié)構(gòu),單元組件之間相互獨立且單個單元組件推力不大,必須用數(shù)十個甚至上百個單元組件才能提供足夠的推力。發(fā)動機一旦起動起來,就幾乎不存在完全停車的可能,充其量是某幾個推力單元出故障,導(dǎo)致推力稍有下降。爆震發(fā)動機截面形狀也不一定是圓形,而是可以通過排列爆震單元組件形成方形、倒梯形或長方形,可以使發(fā)動機噴口與飛機尾部有一個最好的匹配,徹底消除“瓶底阻力”。到了這種動力時代,再用雙發(fā)或單發(fā)來說明戰(zhàn)斗機的設(shè)計特點肯定是不合時宜的,也就不再存在單雙發(fā)的爭論了。

        編輯:石堅

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