日前,中航工業發布了一段名為《神鷹》的宣傳視頻。令人意想不到的是,這段視頻中赫然出現了一款與所有國產戰機均截然不同的新型戰斗機的身影。這是首次在中航工業官方宣傳片中出現的第六代戰斗機的概念演示圖。
這是一種雙發,無垂尾,有人/無人駕駛,翼身融合的隱身戰機,看上去與美國展示的六代機概念很相似。這可能說明,中美的第六代戰斗機,都不約而同地選擇了無垂尾三角翼。
中國和美國新公布的一些第六代機的研究方案和概念圖中,幾乎所有的設計方案都干脆取消了垂尾,甚至連鴨翼或尾翼也沒有,只是保留了翼身融合的主翼。這樣一來,戰機的縱向、水平機動和升力的產生,都需要依靠主翼來實現,同時依靠矢量發動機技術來實現戰斗機的敏捷機動。
美國SMG咨詢公司不久前公布了“下一代空中優勢”(NGAD)第六代戰斗機。這個項目由一系列戰機組成,包括載人六代機平臺(通常簡稱為NGAD)和無人駕駛的忠誠僚機平臺(CCA)。
NGAD是一種比F-22大得多的戰機,可以在廣闊的太平洋戰區高效運行。NGAD概念戰機基于洛克希德馬丁公司的第六代戰斗機概念圖,長度與F-111戰斗轟炸機相似,大約22米長,翼展為19米,作戰半徑約為F-22的兩倍,達到1000海里以上。
未來戰斗機取消垂尾設計有什么好處呢?第一個好處就是隱身,未來戰斗機的發展方向之一將是極端隱身化,也就是說,六代機追求擁有比現有五代機更上一層樓的隱身能力。這就要求它們在設計上擁有更大的創新、突破,取消垂尾就是實現這個目標的一條捷徑。
現役的四代機和四代半戰機都擁有高大的、與機身機翼呈90度垂直安裝的垂尾,構成了一個巨大的直角反射器,顯著地增加了戰機的雷達散射截面積(RCS)。而到了第五代隱身戰機時代,這成為一個不能忽視的問題,為此F-22、F-35、殲-20等隱身戰斗機就采用了傾斜的雙垂尾,也就是V形垂尾,這個設計顯著減少了RCS。但問題是,即使是采用V形垂尾,依然會帶來不可忽略的較大RCS值,限制戰斗機隱身性能的進一步提升。
這個問題的終極解決辦法就是釜底抽薪——完全取消垂尾設計。之所以采用無垂尾設計,美國人認為現役的第五代戰斗機不能做到全方位的隱身,只有迎頭方向達到了0.01m2(RCS)的較好隱身效果,側面和尾部均超過0.1甚至1平方米,有垂尾的戰斗機側面永遠做不到0.01m2(RCS)。因此六代機對五代機的代差優勢之一就是能夠全向360度無死角0.01級別的隱身,讓雙基址雷達失效。
實際上,取消垂尾設計的隱身飛機已經出現不少了,例如隱身的戰略轟炸機,隱身的無人機。最典型的例子就是美國的B-2A“幽靈”隱身轟炸機,中國則有攻擊-11隱身無人機。主要航空強國已經具備很多的無尾翼隱身飛機的設計積淀。
隱身戰機取消垂尾以后,最主要的問題是無法采用常規手段進行偏航控制,使得戰機的機動性能明顯降低。這個缺點對于B-2這樣的隱身轟炸機來說沒有太大影響,可對于第六代隱身戰斗機來說,卻是很致命的缺點。這也是為什么現役的第五代隱身戰斗機都是妥協性般地采用了V形垂尾,并沒有完全取消垂尾。
要想實現無垂尾的高度隱身化與戰機高機動敏捷性能的完全統一,就需要給戰機裝備更加靈活的推力矢量發動機,讓推力矢量發動機通過轉動噴口單純地依靠尾噴氣流來改變飛機的飛行狀態。因此,未來的第六代戰斗機甚至將鴨翼、平尾、垂尾等獨立動作面一一筆勾銷了。
先進的新型多元矢量推力發動機,尾噴管能夠360°進行轉動。通過尾噴口的上下左右調整,就可以改變飛機上下左右偏轉的狀態。所以未來的第六代戰斗機完全可以通過推力矢量發動機來代替水平尾翼和垂尾。同時,取消看包括垂尾在內等動作面,將能夠讓第六代戰斗機的隱身能力有進一步的提升。
第六代戰斗機取消垂尾的第二個好處就是能夠大幅度降低結構重量,減小飛行阻力,提升戰斗機的飛行速度?,F役戰斗機采用的單、雙垂尾,為了保證較高的氣動控制效率,都比較高大。再加上垂尾還要求擁有足夠的強度,所以整個垂尾的結構重量非常大,這會讓戰機變得更重。
不僅如此,外形高大的垂尾在飛行中也會產生很大的阻力,這對于追求飛行速度更快的下一代戰斗機來說,也成為設計師不能忽視的問題。因此,第六代隱身戰斗機取消垂尾設計,已經是大勢所趨、毫無疑問了。
此外,第六代戰斗機變成一個翼身融合的外形,也跟近距格斗的權重下降有關系。先進遠程武器和傳感器的應用極大地減少了近距空戰的頻率,因此依賴于能量空戰的機動性的傳統設計可能變得不那么重要。
未來的第六代戰斗機基本上不會有狗斗了,大多數的交戰在中遠距離用超視距攻擊的空空導彈解決。如果真需要狗斗,以現有技術和發展趨勢,激光武器和電磁機炮會成為主流,變循環航空發動機推力矢量控制+射流姿態控制+飛控可搞定大部分近距格斗工作(目前已有小比例模型真機在驗證該技術),甚至無需有人機參戰,遠程遙控無人機忠誠僚機也能解決。
前兩年,中國第五代殲-20隱身戰斗機的總設計師楊偉接受央視采訪時,曾說過中國目前正在展開六代戰斗機的研制工作,并且透露中國的第六代隱身戰斗機可能是科幻電影最大膽的想象都沒有描述過的外形。基本特征首先就是有遠遠超過五代機的隱身能力,以及具備超音速巡航能力。
從工程設計上看,要想實現高度的全方位的隱身效果,就幾乎可以肯定要取消類似殲-20戰機上面的鴨翼和垂尾,讓第六代戰機實現全方位的全面隱身。楊偉總師還表態,中國第六代隱身戰斗機已經與美國站在同一水平線上。中國第六代隱身戰斗機的進步速度,已經絲毫不遜色于美國。
作者:科羅廖夫 ;來源:科大烽火微信號
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