长征一号火箭简介:“光辉”失色之后——印度 AMCA 隐身战斗机 晨枫
来源:百度文库 编辑:九乡新闻网 时间:2024/05/21 13:53:19
战后到印度,帮助印度设计了“风神”战斗机,这是“光辉”之前唯一的印度“自己设计”的战斗机 时间快进到20世纪80年代,印度的科技水平比60年代有很大的提高,拉吉夫甘地政府有意借军事技术拉动一次科技大跃进,决心再次尝试自己研制先进战斗机,名为“轻型战斗机”LCA,后由总理瓦杰帕伊亲自定名为“光辉”。这是一个雄心勃勃的计划,不仅包括全新的战斗机,还包括全新的发动机、航电和武器系统,对于印度样样都是从零开始,目标都是世界最高水平。不出意料的是,印度在所有领域都遇到了巨大的困难,其中尤以发动机为甚。为了避开发动机的瓶颈,并利用美、印关系解冻的机会,印度决定采用美国的F404发动机。问题是,F404的推力只有80千牛级,而LCA需要95~100千牛的推力才能发挥出设计性能。印度已经决定换用F414发动机(美国F-18E的发动机,这是F404的发展型)或者英国的EJ200(欧洲“台风”的发动机),推力能够达到要求。但LCA号称世界最轻的第四代战斗机,具有天然的航程短、载弹量小和航电升级空间局促的局限,在好欺负的对手越来越少见的现代空战场上,很容易成为鸡肋。 在这样的背景下,印度启动了AMCA计划。AMCA将用于替代米格-29和幻影2000,填补 LCA轻型战斗机和从俄苏-30MKI重型战斗机之间的空白,使印度成为世界各国空军中较独特的高中低档相结合的组合,而不是常见的高低组合。印度方面宣称,AMCA将是一种双发隐身战斗机,将广泛采用隐身技术以对付敌方雷达的探测,包括采用弯曲进气道和内埋武器弹舱,并大量使用碳复合材料和其它先进材料。AMCA还将配备先进的航电,包括主动电扫雷达和宽幅液晶显示,并将具备超音速巡航能力。在武器方面,AMCA可携带多种先进机载武器,包括印度自行研制的“阿斯特拉”(Astra)中距空空导弹,以及各种防区外精确制导武器。印度还有计划将AMCA发展成舰载型。和LCA一样,这是一个雄心勃勃的计划。
印度或许从T-50的合作中获取了大量技术数据,AMCA受到T-50的影响不奇怪
机内武器舱环绕进气道。不知道对武器尺寸的限制是否严重
后机身的设计十分粗糙,后体阻力和结构重量都会成问题
不过AMCA和T-50还是有一些重大的差别。T-50继承了苏-27翼下间距很大的双发布局,双发之间有一个显著的隧道。这个隧道和翼身融合体一体,形成一个等效的升力体,极大地提高了苏-27在大迎角时的升力,增强了机动性。这个隧道还可以用来吊挂外挂大型武器,相对于翼下吊挂,机腹吊挂的阻力较小。在T-50上,双发的间距依然很大,但双发之间的空间被部分填补起来,用作机内武器舱。由于隧道的空间规整,T-50的机内武器舱不仅容积大,而且形状规整,很适合装载机内武器。但相距较大的双发万一有一台发动机故障,容易造成很大的偏航力矩,甚至造成危险的平螺旋。另外一个问题是机尾必须要有一个苏-27的大型尾椎那样的东西降低后体阻力,不过大型尾椎可以用作机尾油箱,用于配平,减少用平尾配平造成的阻力,所以也不是一无是处。宽间距双发最主要的缺点则是湿面积较大,造成阻力较大。
AMCA采用S形进气道的另一个问题是进气道加长了,发动机的位置相对于T-50也靠后了。AMCA秉承T-50的做法,平尾和双垂尾的面积都很小。尾翼位置靠后所以较大控制力矩可以补偿较小控制面的面积是一个方面,另一个方面是AMCA要求采用了推力转向技术。印度的苏-30MKI号称是世界上第一种量产的采用推力转向技术的战斗机,印度为此很是得意。在凝聚了印度的雄心和希望的AMCA上继续采用这一领先时代的技术自然不意外。有意思的是,AMCA的垂尾依然是传统的固定面加尾舵,而不是 T-50 那样的全动垂尾,换句话说,和T-50 相比,AMCA垂尾的作用要大大弱化,AMCA是否能达到印度空军所规定的高机动性,就要看印度飞控技术对推力转向的整合了。 AMCA和T-50另一个不同的地方是进气口,和F-22反而更加相像。也就是说,AMCA不像 T-50那样,从翼下和进气口上唇之间的横向空隙向两侧泄放附面层呆滞气流,而是从翼根穿过机翼,从上表面泄放。这样泄放的效率更高,也没有横向空隙带来的隐身问题,但这样从机翼下表面向上表面的“漏气”造成机翼的升力损失,也带来额外的阻力。这两种做法没有绝对的优劣,考虑到LCA也是这样处理的,印度对这个方式更有经验,采用上表面泄放是合理的。不过AMCA的加莱特进气口采用了前伸的附面层隔板,这对隐身不利,但容易保证附面层分离效果,或许是印度对F-22那样“纯”加莱特进气口的设计缺乏信心的缘故。 印度计划为AMCA装备两台印度自研的“卡维利”发动机,这是80千牛级的先进涡扇发动机,但尺寸比同推力级的F404还要紧凑。不过“卡维利”的发展历程比LCA还要曲折。“卡维利”发动机计划于1986年正式启动,晚于LCA的启动时间,但LCA的技术验证机本来就打算用美国F404试飞的,所以这不是太大的问题。“卡维利”发动机由印度的燃气涡轮研究中心(Gas Turbine Research Establishment,简称GTRE)负责研制,研发在1989年全面铺开,预计投资8,970 万美元,到1997年交付使用。核心发动机到1995年才首次运转。原计划1999年首次空中运行,2000年首次装上LCA试飞,但2004年在俄罗斯的高空试验失败,按计划装用 LCA不再可能,印度转向美国订购F404,用于第一批生产型LCA战斗机。2009年,“卡维利”计划全面铺开10年后,耗资4.54 亿美元,但还没能装上LCA试飞,研发工作至少还需要5~6 年。2010年11月4日,一台“卡维利”在俄罗斯的格罗莫夫试飞院的伊尔-76 高空试验台上终于成功,从起飞到着陆,整整连续运转了一个多小时,飞到6,000 米高空,达到 0.6 马赫的速度。按照印度标准,三次这样的成功试验就可以容许“卡维利”放飞,但连永远乐观的GTRE 都认为最早2011~12 年才可能装上LCA。与此同时,印度从2006年开始和法国SNECMA合作,用法国“阵风”战斗机使用的M88-2的核心发动机为基础,作为新“卡维利”(也称“卡维利 2”)的基础,但一方面SNECMA坚持至少300台发动机的订货,另一方面还是没有解决超重和推力不足的问题,新“卡维利”也是步履维艰。在第一批42架LCA采用F404后,第二批110架 LCA计划在推力更大的美国F414和英国EJ200 之间选择,以解决LCA超重带来F404推力不足的问题,依然没有“卡维利”什么事。这当然不等于“卡维利”的死刑,但至少说明了印度空军至少在近期内对“卡维利”没有信心。但ADA还要求“卡维利”具有超音速巡航能力和推力转向能力。
“卡维利”发动机 超音速巡航其实是指发动机的推力,也就是发动机的非加力推力要足以保证飞机可以做持续的超音速飞行。由于现代战斗机都能做高亚音速巡航,勉强超过音速的超音速巡航没有意义,需要至少1.5 倍音速左右才有意义。一般说来,非加力情况下飞机的推重比需要达到 0.6以上,1.5 倍音速的超巡才有可能。对于20吨的AMCA来说,这就需要“卡维利”的非加力推力达到59千牛,需要在现有的52千牛基础上增加13.5%,是一个不小的挑战。但对于强调高机动的第五代战斗机来说,实际上需要的非加力推重比还要高,这是因为高机动战斗机的气动外形实际上以阻力换取高机动性,需要用更大推力的发动机补偿。F-22的非加力推重比就高达 0.73。F-35的加力推重比达到0.86,但最高速度也只有1.6倍音速。如此算来,“卡维利”的非加力推力需要至少71.5千牛,推力增幅高达37.5%,几乎是一个不可能的任务。
伊尔-76高空试验台 另一个问题是推力转向。AMCA的小面积尾翼是基于推力转向而设计的,否则需要大大增加尾翼面积,承受随之而来的增重。事实上,就比例而言,AMCA的尾翼面积已经大大小于F-22,反映了印度对于飞控的信心(或者冒险)。然而,实验室是一回事,实用化是另一回事,SNECMA没有现成的推力转向技术,GTRE正在向俄罗斯求援,要求提供推力转向技术。不过推力转向的硬件是一回事,对机动性的实质性改善是另一回事。早期三翼面苏-35也有推力转向,但是手动的,只有技艺超群的试飞员在航展表演中可以施展,实战价值实际上没有。印度的苏-30MKI的推力转向和飞控结合到一起了,但是否得到优化还有疑问,在和F-15C的对抗演习中没有发挥出预想的优越性。印度号称拥有世界上最大的软件工业,但软件工程师好比代写书信的文字匠,和作家、诗人不是一回事。飞控软件的优化不是软件工程师脑子里拍出来的,需要大量的数据支持,美国在一系列X飞机的实飞中获取大量数据,印度的数据从哪里来?
AMCA采用双发,这是印度只有中等推力发动机可用的必然结果。如果像F-35那样采用单发,将需要F135那样超大推力的发动机,远远超过印度的能力。问题在于双发的重量比单发高很多,在总重受限的情况下,将大大限制机内燃油的空间。米格-29 就是这样,具有优异的机动性和令人难为情的短航程,被讥嘲为“世界上最优秀的保卫机场围墙的战斗机”。AMCA还有机内武器舱的问题,机内武器舱大大增加了机体的尺寸和重量,“轻型”的F-35的重量超过重型的F-15C,部分原因就在于此。AMCA如何得以采用双发、机内载弹而不大大增加重量,实在是一个不可能的任务,采用复合材料都不能完全解决这个问题,F-35的复材用量够高了。另一方面,印度似乎对短航程有传统,LCA号称最轻型的第四代战斗机,试飞结果表明,只用机内燃油,LCA只有40分钟的续航时间;挂上两个800升副油箱,续航时间也只有不到一个半小时,对于经常需要重载远程出击的现代战斗机来说,显然不够。或许AMCA的航程也只要求升空、绕场一周、然后降落?
米格-29就是按照中型双发战斗机设计的,结果落得个“只见发动机、不见燃油”的结果,航程成为永远的短板,AMCA有什么灵丹妙计可以走出这个困局? AMCA的座舱盖不成比例地大,估计是双座。印度对双座情有独钟,印度空军的主力空优战斗机苏-30MKI就是双座的。在T-50计划里,印度也自告奋勇地承担双座型的研发。美国海军的经验表明,双座战斗机的后座飞行员可以分管武器系统的操作,还可以分担观察后方的任务,大大增加空战和对地攻击的效能。但双座增加了重量和阻力,对于中型战斗机来说代价过大,中型战斗机以双座为主流型号的做法并不常见。F-16、F-18、“阵风”、“台风”、“鹰狮”都有双座型,但单座还是主要的。 印度对AMCA寄予很高的期望,希望借助AMCA把印度的航空和高科技工业拉上一个新的境界。除了发动机和气动之外,印度希望通过AMCA拉动下列领域: ·先进航电(模块化结构、信息融合和战场态势感知、决策支援系统、保形传感器和保形天线、先进通信和网络战系统) ·先进飞控(飞火发联控、主动重心管理、非对称控制、可重构系统) ·先进制造(无台架制造、超塑成型、超光洁技术) ·先进材料(雷达吸波材料和涂层、先进复合材料、超微机电) 在这么多的领域里全面大跃进,20亿的投资简直是太物超所值了。美国的F-35计划已经总投资高达600亿美元。就算印度的成本和效率优于美国10倍,20亿美元的总投资也是一个不可能地乐观的估计。 印度是一个奇特的国家。趁着美、印关系的解冻,正在大手笔购买C-130、C-17运输机、P-8海上巡逻机,正在竟标的126架多用途中型战斗机更是加码不菲。与此同时,印度大张旗鼓地发展国产先进武器系统。这需要非凡的远见和定力,更需要几乎无限的军费投入。LCA煮成了一锅夹生饭,但放弃LCA将扼杀印度还在襁褓中的航空技术产业。且不说技术队伍的散失和士气的涣散,随同进口战斗机的技术转移和按许可证生产已经证明不是自主研制战斗机的捷径,印度战斗机没有因为米格-21、米格-29和苏-30MKI的技术转移而催生。来自西方的技术转移条件更加苛刻,靠这个催生印度战斗机更不可能。印度战斗机最终还是要靠印度人自己,不能靠一时一事的大跃进,而是要靠持之以恒的长期投入,包括建立完整的科研体系和测试设施。中国的歼-10、FC-1的成功不是偶然的,是几十年不懈努力的结果,包括绵阳的亚洲第一的风洞群。但连发动机高空试车台都需要依赖俄罗斯的印度人准备好了吗?
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