宏亮瞻局丨完整版苏-57首飞，“猛禽”制空霸权将终结

源济

宏亮瞻局丨完整版苏-57首飞，“猛禽”制空霸权将终结①

澎湃新闻特约撰稿 王宏亮

2017-12-22 21:07 来源：澎湃新闻

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临近2017岁末，虽然俄罗斯总统普京和俄军方此前已高调宣布叙利亚战事已经“结束”，但实际上无论在地面还是空中，战争似乎不仅没有结束，反而正在向一种更为复杂的形态转型。

的确，在拉卡和代尔祖尔战役失败后，“伊斯兰国”（ISIS)极端组织已基本丧失了翻盘的可能，其剩余力量目前正集中困守叙西北部的伊德利卜省“以拖待变”；但在东线战场，政府军解围代尔祖尔后不顾美国的强硬警告果断强渡幼发拉底河，其甘冒巨大风险的目的显而易见——大马士革必须在美国支持的库尔德武装和其他“叛军”在河东产油区站稳脚跟前，尽可能多的抢占油气田以备下一阶段的军事和政治博弈，同时粉碎美国及其支持的反政府力量冀望未来在叙利亚“划河而治”的企图。

随着政府军在莫斯科和德黑兰的支持下将地面战线推过幼发拉底河，美俄空军此前以河为巡逻分界的“约定”也被打破。在美军看来，俄罗斯人显然是“得寸进尺”，其作战飞机肆无忌惮的“侵入”河东为政府军提供火力支援。于是，当12月14日美军的F-22试图驱赶“越界”的俄军苏-25时，一架苏-35出现了……

苏-35机载空空导弹在射程上占据上风，但F-22的隐身能力是一大优势。

尽管这并非F-22和苏-35的第一次碰面（此前两款战机在阿拉斯加北美防空识别区和叙利亚战场上空都遇到过），12月14日的这次没有交火的“空战”仍然让外界激动不已。一时间，仅靠双方公布的那少得可怜、语焉不详，且立场鲜明的信息，网络及媒体上竟然出现了一大批洋洋洒洒、煞有介事，然后妄下定论的分析文章。实际上早在2017年6月时，美国《航空周刊》就刊登过一篇对F-22飞行员的专访，受访者得意的宣称在叙利亚上空，F-22经常神不知鬼不觉的飞至苏-35后半球模拟攻击，而对手毫无察觉。当然，这篇美国人炮制的文章的真实性同样存疑。

F-22和苏-35分别代表着美俄目前能够投入实战的最尖端战斗机，因此双方的战场“对峙”备受瞩目并不奇怪。不过就在本月初，另外一则消息则预示着“猛禽”即将面临一位真正的对手：12月5日，052号即苏-57的第2架试飞原型机在左侧换装进一步改进的“30型”发动机后成功首飞。对于研制进度严重拖延，且今年又爆出可能被印度放弃等负面新闻的苏-57来说，这次成功的试飞不仅仅是一针强心剂，更是具有里程碑意义的重大成就——在此前已成功测试了N036雷达系统后，“30型”发动机无疑是构成苏-57完整五代机能力的最后一块拼图。

据俄空天军总司令部和俄联合航空制造集团的最新消息，苏-57的第一阶段测试将于今年底结束，随后开始第二阶段测试，按计划将于2019年投入小批量生产并装备部队。这是个被一拖再拖的时间节点。在中国的歼20已经入役的情况下，也许唯一让俄罗斯聊以自慰的是苏-57届时将直接以完整的五代机面貌服役，而不是最初计划的分“两步走”；反倒是中国的五代机采取了先服役再陆续匹配新型机载系统的“激进”策略。

苏-57的格斗优势

苏-57研制时瞄准的就是F-22。对于俄罗斯人来说，这是一款迟到了20多年的五代机。如果在时间节点相差半代的情况下仍不能压制对手，苏-57就很难算是成功的。然而，要做到这一点谈何容易，在俄罗斯“失去的20年”里，F-22将整个世界越甩越远。好在后发也有后发的优势，苏联末期五代机计划（MFI)的相关预研成果在这20年里逐渐成熟、完善，苏-57得以在最合适的时间匹配许多比F-22更新锐的技术。当然，这场竞争并不公平！ 

很明显，苏-57是苏霍伊在对F-22做了充分研究后推出的针对性设计。首先，苏霍伊设计师们认为：F-22的窄间距双发布局使得推力矢量只能用于俯仰控制，很难用于偏航或者滚转控制。F-22的两台发动机间距很近，用差动推力实现偏航控制的力臂太短。同样，用于滚转控制的力臂也太短。

出于上述考虑，苏-57选择了与苏-27类似的宽间距双发布局。宽间距双发之间的力臂，可以主动利用双发的差动推力来形成偏航力矩。目前公开的试飞视频已经证明苏-57可以在高空做稳定可控的平螺旋，这无疑是一项连F-22也难以企及的成就。宽间距双发的另一个好处是“中央机翼”。苏-57双发之间的宽大面积可以提供相当大的升力。当然，宽间距双发也有缺点。除机体结构外，发动机是战斗机上最沉重的单个部件。两台沉重的发动机横向间距过大，提高了横滚惯量，不利于飞机迅速横滚，影响敏捷性。

在飞行控制方面，苏-57有12个气动控制面，另加两台发动机的推力矢量控制作用。苏-57的机翼前缘襟翼是同步动作的。前缘襟翼放下时，可以降低局部迎角，对于大迎角飞行维持升力尤其有用。另外，在亚声速到超声速的范围里，前缘襟翼可以主动改变机翼弯度，降低飞行阻力。

苏-57巨大的尾椎是其区别于F-22的重要特征，有利于其形成偏航力矩。

苏-57的垂尾比较特别，这也是苏-57显著区别于F-22的特点。后者不仅采用双垂尾，而且还十分高大。苏-57反其道而行，缩小垂尾，不再倚重垂尾的自然稳定作用。换言之，在低速飞行时，垂尾面积依然足够提供自然稳定性；但在高速飞行时，苏-57在偏航方向是不稳定的，需要根据偏航情况，主动偏转垂尾，补偿偏航稳定性。为了强化效果，苏-57的双垂尾是全动的，而不是F-22那样的传统垂尾，后者的大部分面积是固定的，只有后缘舵面可动。这样和F-22相比，苏-57的可动双垂尾面积就可以设计的更小一些，重量和阻力都相应降低。此外，全动双垂尾还可兼做辅助减速板，进一步节约了减速板重量。

值得注意的是，美国不仅F-22采用固定式高大双垂尾，更新的F-35也一样。世界航空科技第一强国美国至今没有任何飞机采用全动垂尾，在这方面显然落后了。虽然美国在无尾飞翼布局的B-2和多种无人机上采用主动偏航控制，彻底取消了垂尾，但这些毕竟不是高机动飞机，不能相提并论。反观五代机的后起之秀歼20都已经采用了与苏-57类似的全动垂尾。

考虑到隐身需求，苏-57没有安装苏霍伊本来非常拿手的鸭翼，不过其全球独创的可动边条同样可以带来额外的机动优势。边条的作用是产生涡升力，在大迎角高机动飞行中增升。固定的边条只能针对特定的气动条件进行优化，而可动边条的最优工作范围更大。在高速平飞时，也可以适当产生升力，协助平尾配平，降低配平阻力。在这一点上，可动边条大体相当于较小的鸭翼。

苏-57的可动边条清晰可见

可动边条的作用还远不止于此，其最大价值是帮助战斗机从过失速状态中迅速恢复。在过失速飞行时，常规气动控制面的作用大大下降，缺乏有效的气动控制常常是限制过失速机动的关键。推力矢量不会因为进入过失速而丧失，所以推力矢量是可控过失速飞行的最有效保证。F-22正是依靠推力矢量系统才能从容的控制各种过失速机动动作。苏-57同样装有推力矢量尾喷管（而且是全向的），可苏霍伊设计师仍嫌不够，其可动边条进一步赋予该机更加强大的过失速控制能力。在过失速大迎角飞行时，苏-57可以像放下前缘襟翼一样大幅度放下可动边条，降低前机身升力，抑制上扬趋势，帮助改平。换言之，装有可动边条的苏-57不仅可以像F-22那样进行可控的过失速机动，而且还可以明显提高上述机动动作的运转速度，当需要机头在过失速状态下精确指向目标时，苏-57可以比F-22更迅速的完成瞄准，这在实战中的意义不言而喻。

全向推力矢量控制是苏-57另外一项超越F-22的技术。F-22的矩形尾喷口只能在纵向偏转，苏-57尾喷口的矢量可控范围比F-22大得多，在横滚、小半径转弯等各种机动动作中，额外的横向或斜向推力都可以帮助气动控制面更高效的完成，更有利于战斗机在格斗中占据优势。这项技术对于超声速机动也至关重要，由于气动中心随速度增加而后移，超声速飞行时常规的尾翼控制面作用大大降低，横向推力矢量就没有这样的限制。当超视距空战中双方飞机均以超声速飞行时，一旦遭遇敌方空空导弹打击，苏-57即可凭借横向推力矢量获得更高的规避成功率。

超声速巡航与“产品30”发动机

很多人都会从外观上判断苏-57的气动布局“抄袭”F-22，实际通过以上分析不难看出，苏霍伊在设计苏-57时明显继承了苏-27的诸多特点，只不过其隐身外形极具“迷惑”性罢了。有了擅长格斗的“侧卫”基因，再加上全动垂尾、可动边条和全向推力矢量技术的帮助，苏-57的过失速机动性理应比F-22更加惊人，由此带来的结果就是如果两款五代机在视距内缠斗，苏-57的优势在理论上会很明显。

然而，如果是在视距外爆发空战，情况就会复杂得多。

苏-57的机长为19.8米、翼展14米，两项数据均大于F-22，然而该机的最大起飞重量却只有35吨，比F-22还轻3吨。究其原因，就在于苏霍伊为苏-57设计的宽间距双发布局，这种布局必然使飞机更加扁平，从而导致较大的超声速阻力。此外，双发宽间距还会造成机尾的低压区，进一步增大阻力——发动机喷流在离开喷口之后，有一定的“发育”和膨胀，窄间距双发的喷流最后汇合，双发之间几乎没有低压区，宽间距双发的喷流之间则存在显著的低压区，形成机头高压与机尾低压的压力差，由此产生额外的阻力。为了解决这个问题，苏-57在机尾安装有一个长长的尾锥，可起到改善机尾流场的作用。

尽管全机的气动阻力比F-22大不少，但苏-57毕竟轻一些，这一加一减，再加上苏-57采用了尾椎和有利于超声速飞行的多波系可调进气口等补偿措施，可推断其如果想达到F-22的1.7马赫超声速巡航和2.25马赫的最大速度，就必须配备两台F-119级别的发动机。

俄媒11月披露苏-57装备了新型发动机

在“产品30”装机试飞之前，苏-57各原型机一直采用的是117S（AL-41F)发动机，后者只是AL-31的深度改进型，目前批量装备于苏-35，其性能与F-22采用的F-119和F-35上的F-135存在代差。按照最初的“两步走”计划，117S本来也将被第一阶段生产型苏-57采用并装备部队。但以目前的情况看，俄罗斯应该改主意了。

据留里卡-土星公司总设计师尤里•什托金表示，刚刚完成首次飞行测试的“产品30”（129型）发动机军用推力为107千牛，加力推力达到176千牛，推重比超过11，总体性能超过F-22所装的普惠F-119-PW-100。这款发动机才是苏联第五代战斗机用涡扇发动机AL-41的“嫡系传人”，后者在苏联解体前已进入台架测试阶段。“产品30”采用耐高温镍合金叶片，发动机循环参数达到2000K，高压压气机零件数量进一步减少，大量采用新型复合材料以减轻重量，并进一步提升了寿命。在换装该发动机后，苏-57的最大巡航速度至少可达到1.7马赫，而最大速度则很可能突破2.3马赫。

超声速巡航所带来的空战优势主要体现在超视距领域。超声速巡航大大提高了战斗机的接敌平均速度，外推拦截线，在对手进入武器射程之前就可以发起攻击，且所发射导弹的不可逃逸区显著增大。此外，超声速巡航结合超机动性使防御方在机动中始终保有较高的能量，从而大大压缩了对手的开火距离和导弹有效攻击范围。

（未完待续）

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宏亮瞻局丨完整版苏-57首飞，“猛禽”制空霸权将终结②

澎湃新闻特约撰稿 王宏亮

2017-12-24 15:03 来源：澎湃新闻

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隐身性能完败

外界对苏-57最大的质疑就是隐身。从外形上看，该机采用了连续曲率表面的多面体设计，并将机翼、舱盖的前后缘统一到有限几个角度，从而将雷达回波集中到次要方向上。该型机还涂有俄罗斯最新研制的隐身吸波涂层。然而，尽管遵循了一些常见隐身原则，苏-57却没有采用堪称现代隐身战机标配的S形进气道。此外，该机的座舱盖也没有采用F-22那样的隐身无边框结构，两台发动机之间的宽大机腹进一步增加了该机对上视雷达的反射特征。

发动机的风扇、压气机叶片一般是金属的，具有很强的雷达反射信号。由于工作条件严酷，还无法涂覆雷达吸波涂层。高速转动的叶片形成有规律的回波，使敌方雷达很容易捕捉，甚至可以通过对叶片转速的辨识判断战斗机型号。因此，对于隐身战斗机来说，进气道隐身是头等要务，没有了进气道隐身，就根本算不上隐身飞机。S形进气道加剧进气道的弯曲程度，使发动机正面不至于直接暴露在雷达波面前。入射的雷达波在多次反射之后到达发动机正面，在反射回程中还要经过多次反射，才能回到大气中。如果在进气道壁面涂覆雷达吸波涂料，雷达波每在壁面上反射一次都会被吸收掉一点，最终的有效雷达回波就将被大幅削弱，从而达到隐身目的。

苏霍伊设计师们不可能不了解这一点，要做到这样的设计，也完全在苏霍伊能力范围之内，如20年前的苏-47“金雕”就采用了S形进气道。苏-57最终放弃S形进气道，恐怕有多方面原因。首先，其在设计时放在第一位的是机动性，因此该机选择了宽间距双发布局，边条和机翼相对靠后，并均有较大的后掠角，从而压缩了进气道可用长度，设计师很难在如此短的空间内再布置S形进气道；其次，S形进气道不利于复杂飞行条件下进气道流场畸变的控制，一旦在过失速飞行时推力矢量失效，就很难再恢复稳定。也正是因为这个原因，F-22不得不安装了一对异常巨大的垂尾，以补偿大迎角飞行时的偏航稳定性。

美军F-22战机的进气道，通过对比可见其对于机体空间的占用。

苏霍伊显然不愿意为隐身性能做上述牺牲。不过不用S形进气道不等于放弃了进气道隐身。作为补偿，苏霍伊在苏-57的进气道内安装了雷达格栅，以起到屏蔽雷达波照射发动机叶片的作用。美国之前也曾在F-117、F/A-18E/F，以及JSF竞标中落选的X-32等机型上采用过类似的方法。雷达格栅的问题在于，其隐身效果与进气道的进气效率相矛盾。在极端情况下，致密的雷达屏障甚至可以完全阻挡入射雷达波，然而这无疑会破坏进气道内的空气流场。进气不足或者进气紊乱将严重影响发动机性能，严重时甚至导致发动机停车。

飞行器隐身包括雷达隐身和红外隐身两方面。喷气式飞机的最大红外信号源无疑是发动机尾喷口，F-22采用的矩形尾喷口将喷流压扁、展开，强化了喷流和环境冷空气的融合，这是降低红外特征的最好办法。苏-57采用的是传统圆形截面喷口，这就注定其红外特征很难得到抑制。在这一点上，苏霍伊设计师再一次让隐身为超机动性做出了牺牲——矩形尾喷口无法做到全向推力矢量控制，而圆形尾喷口则无法隐身。

总的来看，如果不考虑俄方一直宣传已达到装机条件，但始终没有明确装机证据的等离子隐身技术的话，苏-57的雷达隐身能力最多只能达到F-35的水平，红外隐身能力几乎为零。其正向雷达反射截面积（RCS)约为0.5平方米，侧向、后向和机腹的RCS就差的更远了。

隐身能力的差距理论上将导致苏-57在与F-22的超视距空战中处于被动，双方的发现距离不对等可能让苏-57无法获得与“猛禽”平等的开火机会。而在双方超声速巡航能力相当的情况下，俄罗斯人要想弥补上述劣势就只能用雷达来做文章了。

反隐身雷达

本来按照最初的“两步走”设想，第一阶段生产型苏-57将采用与苏-35相同的“雪豹”-E无源相控阵雷达。第二阶段的完整版机型再配备N036有源相控阵雷达，但由于N036雷达早已成功装机并投入飞行测试，且苏-57的服役节点一拖再拖，因此当苏-57正式装备部队时应该不会再采用“雪豹”-E过渡。

由提赫米洛夫仪器制造研究所(NIIP)研制的N036有源相控阵雷达是SH121“多用途集成式无线电系统”（MIRES）的一部分，该系统包含雷达、电子战以及通信等子系统，研制工作于2003年启动， 其中最核心的部分就是N036雷达。它包含为苏-57研制的3款有源相控阵雷达，分别是N036-1-01型X波段主火控雷达、N036B-1-01型X波段侧视雷达，以及N036L-1-01型双波段襟翼雷达，共5部雷达天线，这在全世界也是绝无仅有的。整套雷达系统通过N036UVS计算机统一进行信息处理。　　

由图可见苏-57装备的各型雷达及传感器

N036-1-01主火控雷达在2009年莫斯科航展上首次露面。其阵面呈椭圆状，长0.9米、宽0.7米，整面天线拥有1500余个收发单元。该雷达的最大探测距离与“雪豹”-E相同，均为400公里，但峰值功率只有“雪豹”-E的一半。这主要是因为有源相控阵雷达波束的可控性更强。N036-1-01和“雪豹”-E的超远探测距离都是在雷达波束聚焦的情况下实现的，此模式下的探测视角十分有限。在普通模式下，N036-1-01和“雪豹”-E对非隐身战斗机目标的探测距离相仿，都是200公里左右。 

N036-1-01的相关飞行测试从2012年7月就开始了。前2部雷达留在研究所做地面试验，后4部雷达分别安装在苏-57的3、4、5、6号原型机上，目前该雷达的所有常用工作模式（高/中/低脉冲重复频率、远程探测、对空以及对面探测等），以及电子战、通信，甚至定向能杀伤等“特殊模式”测试都已经得到了验证。按照NIIP的说法，N036-1-01的测试出奇的顺利，雷达及相关子系统运行非常稳定。NIIP曾在苏-57的3、4号原型机完成雷达试飞任务时将天线取下进行检测，结果是所有指标均与出厂时无异，体现出极佳的可靠性。 

N036B-1-01侧视雷达于2013年莫斯科航展首次亮相，其天线长、宽分别为0.5米和0.3米，每面天线有358个收发单元，呈36列布置。该雷达安装在苏-57座舱下方两侧内倾15度的位置。从这种布置方式上看，其应该更加重视对地探测，这从天线形态也可得到证明：N036B-1-01天线是垂直的，其水平极化波会更适于对地对海探测；而N036-1-01的天线是水平的，其垂直极化波更适于对空探测。

N036L-1-01襟翼雷达早在2007年莫斯科航展时就出现了。该雷达对战斗机大小的目标探测距离达200公里，可同时跟踪8个目标。N036L-1-01的探测距离主要由工作波段决定，当工作在L波段时波长较长，探测距离较远，但精度较差；在X波段工作时则正好相反。厂家的官方宣传中，N036L-1-01的主要作用是敌我识别，实际情况恐怕并非如此。从该雷达具有L波段模式来看，其最主要的功能很可能是用于探测隐身战机。虽然L波段的探测数据尚不足以支持空空导弹的火控，却至少可以为本机提供早期预警，从而避免被F-22这样的“静默杀手”偷袭。 

“熊”的智慧

空战中，苏-57可以在机腹的前后两个武器舱内挂载至少6枚超视距拦射弹和2枚近距格斗弹。两个武器舱有一定分工，更深的前武器舱除挂载各型空空导弹外，还可以挂载大型反舰或对地攻击导弹，后武器舱深度较浅，只能挂载空空导弹。当执行制空任务时，苏-57的攻击火力与将导弹分散于4个主副弹舱的F-22基本一致。

通过之前的分析可以得出结论，苏-57的视距内格斗能力理论上要强于F-22。而在超视距空战中，苏-57虽然隐身能力一般，但其N036雷达系统的远程探测和反隐身能力却超过F-22的AN/APG-77，且由于安装了多达5部天线，赋予了该机超强的战场态势感知能力。

根据公开数据，装备AN/APG-77雷达的F-22可以探测到260公里外RCS为3平方米的目标，苏-57的正向RCS只有约0.5平方米，参考“雪豹”-E雷达对RCS为0.1平方米目标发现距离从400公里缩水到90公里的情况，F-22对苏-57的发现距离应不会超过150公里。反观苏-57，其在X波段和L波段工作的相控阵雷达都比其他频率雷达具有更强的反隐身能力，“雪豹”-E对隐身目标的发现距离为90公里，可以推断N036雷达对F-22的发现距离至少应该在120公里左右。双方仍有差距，但已经非常小了。这时不要忘了苏-57还有一款N036L-1-01雷达，其在L波段的“预警”距离达到200公里，且基本不受F-22隐身性能的影响。

由此我们可以推断，在F-22与苏-57的最简化“对头”空战模型中，先发现对手的将是只能“半隐身”的苏-57，而非“全隐身”的F-22。有趣的是，该模型与大家早已熟悉的“先敌发现，先敌开火”空战概念不同，苏-57只能做到先敌发现，却无法先敌开火。不过这已足够，拥有充足预警时间的苏-57很容易凭借超声速巡航和超机动性规避150至120公里接近距离内“猛禽”发射的导弹，由于双方都以超声速巡航状态迅速接近，“猛禽”的单向攻击窗口实际上只有不到30秒时间，只够进行一轮仓促的导弹攻击。当双方距离缩短到120公里内，苏-57即可发射自己的第一波导弹，当然，这样的攻击同样很难命中目标。而一旦双方距离进一步缩短到视距内，苏-57的格斗优势就可以发挥了。

至此，苏霍伊的设计思想已大致显现：在未来空战中，五代机之间的超视距空战其实很难分出胜负，最终的输赢很可能还是要在视距内解决。因此，苏-57必须拥有超越对手的超机动性和近距格斗能力。为了实现这一点，哪怕牺牲一部分隐身性能也在所不惜。同时，这一领域本身就是己方之长，在技术上也更容易实现。此外，苏-57在超视距空战中并不需要追求绝对优势，只要保证自己不在视距外被击落就可以了。但面对F-22，想做到这一点同样很难，为此，苏霍伊根据俄罗斯自身的技术优劣，在要求超声速巡航的同时，决定重点加强苏-57的雷达探测和反隐身能力，而不是在自己并不擅长的隐身指标上盲目追赶F-22。

苏霍伊公布的苏-57家族发展路线图，其设计思路仍遵循“扬长避短”式的智慧。

这就是苏/俄式的“智慧”。整个冷战年代，苏联军工能在总体技术落后的情况下与美国抗衡，就是在充分研究对手的基础上，集中力量在针对性极强的领域通过重点突破来实现的。苏-57继承了这一点，而作为一种模式，其他后发国家也有必要对此进行研究并选择借鉴。