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[军事] 宏亮瞻局|我国两栖攻击舰浮现,舰载战斗机如何选择

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发表于 2017-5-11 02:09 PM | 显示全部楼层 |阅读模式


本帖最后由 源济 于 2017-5-14 01:36 PM 编辑

宏亮瞻局|我国两栖攻击舰浮现,舰载战斗机如何选择(上)

澎湃新闻特约撰稿 王宏亮

2017-05-11 11:46 来源:澎湃新闻

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如果说美国海军的核心作战平台是超级航母,那么作为独立军种存在的美国海军陆战队,其核心作战平台就是大型两栖攻击舰。2017年初,美陆战队第3远征部队下辖的“黄蜂”号两栖攻击舰进驻日本佐世保,其上搭载的10架F-35B不仅成为在亚太部署的第一批“闪电2”,也象征着美国海军陆战队自此迈入五代机纪元。
而在东北亚,另外一支具备强大立体两栖投送与作战能力的海军陆战队也正在快速崛起。2017年4月,继第一艘国产航母下水后,美国《国家利益》网站又报道称中国首艘两栖攻击舰075型也将在2020年完工,一时间国内媒体与网络纷纷转载,《科技日报》与《环球时报》等甚至还就此话题采访了多位海军专家。
中国两栖攻击舰想象图。
实际上,中国启动自己的两栖攻击舰项目早有明确迹象,早在2013年11月13日,CCTV-4中文国际频道播出的《今日关注》节目中,著名军事专家、海军信息化专家委员会主任尹卓少将就曾明确表示,中国正在研制自己的两栖攻击舰,且该级舰的排水量“为日本出云级的两倍”。众所周知,出云级直升机母舰的满载排水量高达2.7万吨,考虑到尹卓少将的身份及其对于国产新型装备消息的一贯谨慎态度,上述表态应该已可证明,中国第一代两栖攻击舰项目不仅确实存在,且在第一代平台上就将至少达到美国海军现役黄蜂级的吨位。
值得注意的是,黄蜂级日常可搭载6至8架AV-8B“海鹞”或F-35B“闪电2”垂直/短距起降战斗机,如执行制海任务则最多可以搭载20架该类型战机。可以合理推测,中国花费巨资研制4至5万吨级的两栖攻击舰不可能只用来搭载直升机——即便在服役的最初阶段很可能如此。此外,该级舰并非航母,肯定也无法搭载歼-15这样的重型常规舰载战斗机。从国外经验来看,两栖攻击舰与垂直/短距起降战斗机堪称完美搭档。但必须指出的是,我们目前在解放军装备序列中尚找不到现成可用的机型。
美国海军现役黄蜂级埃塞克斯号。
然而,国外媒体的相关传闻却表明中国海军很可能早有准备。日本《朝日新闻》就曾在2009年报道称,中国首架垂直起降战斗机“歼18”已经研制成功,并在内蒙古某秘密军事基地顺利试飞。2012年12月,英国《简氏防务周刊》也指出,沈阳飞机工业公司一架遥控模型的模糊照片显示,中国距获得类似F-35B那样的垂直起降战斗机可能为期不远了。
“歼18”虚实
据英国《简氏防务周刊》透漏,沈飞曾在“军用项目发展计划”中展示过一款垂直起降飞机的遥控模型,外界此前普遍认为它“仅仅是个模型而已”。但2012年10月31日首飞的歼31隐身战机改变了许多人的观点。《简氏》报道称,2011年9月,在中国航空工业集团主办的无人机比赛中,沈飞展出了一款隐身战机的遥控模型,后来证明它正是歼31隐身战机的第一次对外展示。《简氏》按此逻辑推测,首次亮相的垂直起降战机模型同样预示了中国新型战机的未来发展方向。
该报道甚至还猜测,沈飞的模型并非中国唯一的垂直起降战斗机计划,因为早在2005年,就有所谓“消息人士”向《简氏》透露,成都飞机工业公司也在考虑类似F-35B的项目。《简氏》据此认为,中国军方正鼓励这两家航空企业展开竞争。
沈飞的模型照片表明,该公司的垂直起降战斗机采用鸭式布局和外倾式双垂尾,明显经过隐身设计,由两台发动机提供动力,机腹下则有专用的升力风扇提供垂直升力。这种设计与F-35B相似,只不过F-35B只用一台F-135发动机驱动升力风扇,中国的类似机型则是采用双发布局。
《简氏》并未透漏更多该型机的技术性能。不过从该刊描述的机型特点来看,如果此项目确实存在的话,应该就是2009年《朝日新闻》所称的歼18“红鹰”。《朝日新闻》的消息来源则非常可疑,日本人实际上是把2008年一条所谓转载自美国《防务新闻周刊》网站的报道重新包装后刊登的,原报道荒诞不经,声称“歼18”最大起飞重量高达47吨,最大载弹量12.5吨,作战半径为2200千米,最大飞行速度2.5马赫,且具备超声速巡航能力及超机动性。上述数据显然经不起任何推敲,而且内蒙古也根本没有中国空军的试飞基地或厂家试飞基地。
动力选择
尽管有关“歼18”的消息缺乏实证。但在大型两栖攻击舰服役后,中国也的确需要一款中国版的“海鹞”或F-35B。因此,有理由相信相关预研甚至型号方案确实存在,下文也暂且并不严谨地用“歼18”指代中国可能在研的垂直起降战斗机。我们在此将要重点探讨的是,中国需要什么样的垂直/短距起降战斗机,以及通过何种渠道获得该机型。
与常规动力布局的战斗机相比,垂直起降战斗机的技术难点主要在三方面:一是具备推力矢量技术的高推重比大推力涡扇发动机;二是为实现垂直起降而专门研制的特殊动力系统方案;三是能够满足垂直起降特殊气动要求的飞控软件,三者缺一不可。近年来随着中国航电系统的一系列重大突破,相关飞控软件的研制应不成问题。但发动机和整套动力方案对中国航空工业部门来说仍是巨大挑战。
高性能涡扇发动机一直是中国航空工业的短板。据外媒报道,中国正在研制的涡扇15最大推力达到18吨级,推重比约为9。作为计划装备歼20的下一代动力系统,涡扇15的最大推力可能与F-35B的F-135相当,推重比则有一定差距。如果涡扇15能够尽快量产,则所谓“歼18”的心脏自然有保障,但要做到这一点难度非常大。如果采用相对成熟的涡扇10改进型,则新飞机即便勉强可以实现垂直起降,其性能水平也肯定很难与F-35B匹敌。
当然,在“歼18”的样机或早期生产批次中也可以选择现成的俄制发动机,或其国产改进型。如歼31样机使用的RD-93,或苏-35上的117S。前者的问题是推力不够,最大加力推力只有8.3吨,“歼18”如采用这款发动机至少需要装备两台,《简式》的相关报道似乎证实了此方案的存在。不过这将使飞机的整体设计很难平衡,首先是没有任何国外双发方案可供借鉴;再者“歼18”与歼31不同,其需要额外装配一整套升力风扇与相关动力传输系统,这样的飞机本身自重就大,而两台发动机进一步增加了重量,使武器与油料载荷被大量占用,直接影响实际作战能力。
如装备117S发动机,情况会稍好一些。作为一款供T-50第一阶段使用的过渡型发动机,117S的最大推力达到14.5吨,用于“歼18”是勉强可以的。假设中国能够批量购买这款发动机,或是装备苏-35后在其基础上将涡扇10的性能提升至117S的水平,两者将是所谓“歼18”最现实的动力选择。
破解垂直起降密码
歼18对发动机的另外一项要求是必须具备推力矢量能力。与部分四代半及五代战斗机为追求超机动性而拥有的15度左右喷口偏转角不同,垂直起降战斗机要求发动机必须具备纵向90度以上(如雅克-141为95度)的喷口偏转角。其技术难度的确很大,但与发动机本身相比,倒还算相对“轻松”的任务。
“歼18”的主发动机只需要在垂直起飞或降落的情况下才需要如此大幅度的推力偏转,且相对程式化,远不如先进战斗机在空战中随时微调喷口角度复杂。英国“鹞”式和苏联雅克-38早在40多年前就已经具备了成熟的相关技术,没有理由认为这对如今的中国航空工业来说是难以跨越的门槛。“歼18”其实最需要斟酌的是到底采用哪种动力系统布局。可供选择的主要有“鹞”的单发多喷口式,雅克-38/141的多发组合式,以及F-35B的单发升力风扇式
上述三种方案各有利弊,相对而言中国可能对“鹞”式的方案更熟悉,北京航空航天大学的航空博物馆内就收藏有一架“鹞”式真机可供工程研究。“鹞”式的“飞马”发动机通过在机身前后的四个推力矢量喷管提供垂直起降的升力与平衡力矩,全套动力系统只需要一台发动机,结构相对紧凑,且四个独立的喷管可以在巡航或空战格斗时调整偏转角,为飞机提供额外的机动性能。但这套系统的整体布局非常复杂,控制难度也很大,四个喷口与由此带来的飞机外形变化会让阻力激增,使飞机无法超声速飞行。
苏联雅克-38/141的多发组合式方案相对“简单粗暴”。以雅克-141为例,该机在机身后部装备了一台具备推力矢量性能的R-79涡扇发动机作为主动力系统,在座舱后方又以串联方式装备了两台同样具备推力矢量性能(正负15度)的RD-41涡喷升力发动机。在垂直起降时,机尾的R-79喷口会向下偏折,与机腹处的两台RD-41小推力升力发动机同时作用,为飞机提供垂直升力和平衡力矩。该方案对飞机气动外形影响不大,这也使得雅克-141成为世界上第一款具备超声速性能的垂直起降战斗机。但其缺点也显而易见,机腹的整套动力系统在飞机转入巡航状态后完全沦为死重,其占用的载弹量和载油量本可以让雅克-141的作战能力更强。
在总结了英国“鹞”式及俄罗斯雅克-141的经验后,美国洛克希德-马丁公司在设计F-35B时采用了一种“中间方案”,并自认为完美解决了英国和苏联路线的固有缺陷。F-35B仍采用“鹞”式的单发方案,但其F-135发动机的尾喷口则与雅克-141类似,发动机再分出一部分动力给机腹的升力风扇。实际上,这一方案是用一台发动机完成了雅克-141三台发动机的工作。这不失为一种巧妙思路,但前提是需要一颗足够强劲的心脏。F-135发动机的最大推力与推重比甚至超过F-22的F-119发动机,不愧为目前世界上最为强大的战斗机用涡扇发动机。
(未完待续)

 楼主| 发表于 2017-5-14 01:36 PM | 显示全部楼层

宏亮瞻局|我国两栖攻击舰浮现,舰载战斗机如何选择(下)

澎湃新闻特约撰稿 王宏亮

2017-05-12 15:23 来源:澎湃新闻

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参考F-35B模式风险巨大
正如前文所述,外媒所披露的所谓“歼18”显然选择了F-35B式的单发升力风扇方案。除了歼31所没有的鸭翼外,“歼18”基本可以看作是歼31的垂直起降版。这似乎是一种合乎逻辑的分析:中国已经上马了两款隐身五代机型号,似乎没有必要,恐怕也没有余力再单独研制一款全新的垂直起降版五代机。因此,仿照JSF模式,在歼31平台上开发所谓“歼31B”,既节省了相关资源,也很符合外界对歼31成为中国版F-35的期望。
歼31B想象图
然而,“歼31B”的设想固然美好,但现实却又总是残酷的。F-35B项目如今的困境无疑为其他国家敲响了警钟,垂直起降战斗机的结构与常规起降飞机差异太大,硬要在一款平台上实现通用化的风险远远超乎想象。F-35B所遭遇的技术麻烦不仅拖延了自身研制装备时间表,甚至让整个F-35项目都一度沦为时间和金钱无限透支的黑洞。要知道,美国拥有世界上最顶尖的航空技术,拥有数十年AV-8B垂直/短距起降战机的生产、改进与使用经验,拥有最庞大的资金投入,拥有十余个愿意分担该项目技术与预算的铁杆盟国,甚至拥有还未见真机就已被预定上千架的庞大市场……而中国呢?
即便仅从技术考虑,F-35B的单发升力风扇方案对中国而言也难称彼岸。该方案虽然节省了升力发动机“死重”,但整套升力风扇系统在飞机巡航时仍然是鸡肋。更致命的是,中国没有可供实用的F-135级发动机,即便117S勉强可用,不仅作战能力无法达到F-35B的水平,且在歼31双发的基础上改装单发,将对整个飞机的气动布局构成巨大影响。如果坚持用两台RD-93或国产中推涡扇发动机,整个升力风扇的动力传输系统会更加复杂,死重更大。
显然,一款“歼31B”所可能面临的研制风险只会比F-35B更可怕。美国已经具备成熟可用的垂直短距起降作战能力,F-35B即便服役进度一拖再拖,美国海军陆战队的航空作战实力仍是世界最强的。中国海军则不具备“等待”的条件,未来几年内就会服役的大型两栖攻击舰亟需“歼18”,本来就前途未卜的歼31项目也根本经不起F-35B式的波折,更何况其命运还直接关乎沈飞的未来……中国海军在垂直起降战斗机方面需要先解决的是“有无”问题,而非更新换代
被遗忘的选项
既然如此,除了“歼31B”外,“歼18”是否还有更好的方案选择?其实真的不多——“鹞”和雅克-38如今只能作为经典被膜拜;美国不可能卖F-35B给中国,完全自主研制不仅风险极大,且装备时间表充满变数……
早在2009年,中国香港《东方日报》刊登的一篇署名文章称,在2008年10月中俄总理会晤及两国工商界峰会期间,双方曾洽谈过雅克-141型战斗机在中国组装生产的问题。《简氏》也曾报道称,在本世纪初,雅克夫列夫设计局曾经将雅克-141的工程数据卖给中国;并称,1996年俄罗斯签署了向中国转让图曼斯基R-79-300发动机技术的协议,中方可能还获得了一台发动机样机;1998年,俄罗斯向中国追加出口了R-79-300的喷管技术。不过,雅克夫列夫设计局主管在2009年接受《简氏》采访时,否认了上述消息。
雅克-141“自由画”的研制目的是为了取代被北约嘲讽为“桅杆保卫者”的雅克-38“铁匠”。该型机于1987年首飞,由于1991年一架原型机试飞时意外坠毁,导致计划搁浅。后来雅克夫列夫设计局继续研制其陆基和舰载改进型,并制造了4架原型机,其中2架一直试飞到1995年。该型机原打算配备在基辅级航母和苏联计划中的两栖攻击舰上,后因俄罗斯缺乏资金而下马。
由于仍然采用了继承自雅克-38的多发组合式动力方案,雅克-141为了能够在飞行性能上取得突破,机体采用了28%的轻型复合材料,且装备一台最大推力高达15.5吨的R-79发动机,这让其飞行性能远远超出了美国同期装备的AV-8B。雅克-141最大起飞重量为19.5吨,最大载弹量2.6吨,最大飞行速度高达1.8马赫,短距起飞航程为2100千米(在两栖攻击舰上的日常标准起飞模式)。该机的航电设备也均按照第四代战斗机(中国称第三代)的主流标准配备,如具有对海对地模式的脉冲多普勒雷达,三余度全权数字电传操纵系统,数字式发动机电子控制系统等。
虽然在项目下马前,雅克-141并未完全解决所有的技术问题,如垂直起降时下方气流的“喷泉效应”等。但该型机毕竟制造了多架样机,且进行了长达8年的试飞,总体性能和核心技术是令人满意的,后来洛马在设计F-35B时,也参考了雅克-141的经验。
美国F-35B战机
当然,“自由画”毕竟是上世纪80年代的产物,与F-35B相比肯定存在差距。中国更完全没有必要再去引进或“山寨”一款近30年前设计的老飞机。但是,参考其整体设计思路,并引进部分核心技术是否可行呢?
中国海空军装备是否要完全跟踪美国的路线,本身就很值得商榷。对于中国海军及陆战队而言,需要什么样的垂直起降战斗机,应该建立在对自身实际需求客观分析的基础上,而非盲从追赶。
对中国海军的意义
两栖攻击舰不是航母,其上搭载的固定翼战斗机的主要功能也不是争夺制空权。即便是美国,其两栖攻击舰目前搭载的主力作战飞机也仍然是空战能力较差的AV-8B。马岛战争中英军的舰队防空经验表明,“鹞”式战斗机难以承担舰队防空重任,面对阿根廷这样的对手,皇家海军竟然有数艘军舰被空袭击沉,英国侥幸赢得战争并不能掩盖“鹞”式的尴尬。
对美国两栖作战编队而言,其正常作战编组并不总是与航母编队协同,由于美国海军的航母数量在冷战后一减再减,目前只剩下10艘,如遇突发事件,美国海军陆战队有可能在远离本方陆地机场并缺乏航母掩护的跨洲突袭中发起两栖作战。因此,新一代美国级搭载的作战飞机被要求与空军和海军航空兵保持同等水平。F-35B不仅要执行对敌方滨海目标的打击任务,而且还可能承担中低强度的编队防空任务。
换言之,美国级两栖攻击舰未来将在某些战场环境下用来弥补航母数量的不足,基于这个目的,该级舰明显加强了航空作战能力,甚至为此不惜取消本来作为两栖攻击舰标配的坞舱(第二批次恢复一个小坞舱),并大幅压缩医疗等非航空作战区面积。此外,尽管22节的最大航速仍然无法与航母相比,但美国级用燃气轮机加全电推进系统取代了黄蜂级上的蒸汽轮机系统(黄蜂级最后一艘除外),从而大幅提高了加速性能与海上机动性。这意味着美国级已经非常接近纯正的作战舰艇,而非笨重的两栖支援作战平台。
相对而言,中国两栖攻击舰与美国级的作战环境存在明显差异。无论是在东海、南海或台湾海峡,解放军近阶段可能发起的两栖作战行动均围绕岛屿攻防展开,作战海域基本处于大陆岸基重型战斗机的防空半径内,同时还可能得到周边本方岛屿机场上战斗机(垂直起降战斗机也非常适合部署在岛屿短跑道机场上)的支援
同时需要指出的是,无论中国还是美国,在其海军装备发展序列中,航母的优先权明显高于两栖攻击舰(意大利、韩国、澳大利亚、西班牙等三流海军则正好相反)。中国并不追求美国海军式的全球投送能力,这意味着当中国两栖攻击舰形成战斗力时,已经可以得到较成熟的航母作战编队的空中支援。换言之,中国两栖攻击舰上的垂直起降战斗机理论上应该没什么机会与美国或日本装备的F-35进行空战,其主要任务就是对敌方海岸线后的纵深目标发起火力打击,为登陆行动提供空中支援。
在这样的作战环境下,雅克-141的高速飞行性能,使其具备了在敌方防空火力密集的登陆场区域“穿梭轰炸”的突防能力。雅克-141的多发组合式动力方案简单可靠,中国如果能够引进或自行突破相关技术,再利用歼20与歼31上已经充分验证的隐身手段加以改进,中国版“自由画”的突防成功率还将成倍提升。其实,雅科夫列夫设计局在雅克-141M计划中已经大量采用隐身设计,中国也可在改进消化的过程中参考雅克-141M的现成方案。
雅克-141作为战斗轰炸机的最大问题是载弹量不够。不过,如果能够将其机腹处的两台涡喷发动机换成推力更大且更省油的一台涡扇发动机,即可节省不少死重用于武器载荷。另外,由于采用隐身设计后机翼面积扩大、翼身融合度更高,经过改进的新机型升力系数和载油系数增大,也有助于间接提高载弹量。
至于雷达与其他航电系统的改进,中国已经有非常成熟的产品可供选择。如果脱胎换骨后的新机型将载弹量提高至4吨以上,即可达到苏-25级别的火力突击能力,而其航程、突防能力与任务效率又是舰载武装直升机无法望其项背的。
一般来说,一艘4至5万吨级的两栖攻击舰在复合载机模式下,可以搭载8至10架这样的隐身垂直/短距起降战斗机,极限状态下则可搭载20架以上——这对中国海军的潜在对手来说,肯定是一支极具威力的两栖空中打击力量。

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