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Military2版 - 徐勇凌解读T-50的未来之路(ZT)
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话题: 技术话题: 俄罗斯话题: 50话题: 机动话题: 推力
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http://blog.sina.com.cn/s/blog_4b76f5770102f2zm.html
一款战机从设计之初的消息频传,到研制阶段的不断变体,再到试飞阶段的风险频发、
高潮迭起,直至正式列装的姗姗来迟,总会给人一系列的故事。然而,对于俄罗斯五代
机T-50而言,尽管可预见的列装日期直至现在依然无法确定,但它背后的故事已经足够
丰富,人们甚至已经很难为其技术的不断变化理出一个清晰的逻辑脉络了。与命运多舛
的T-10(苏-27)相比,俄罗斯五代机的研发可谓扑朔迷离,其终结版T-50从整体看尽
管没有超出人们的想象,但与俄罗斯人五代机最初的设计已经相去甚远。
不断变体的五代机计划
俄罗斯军机五代机计划,是前苏联航空大国博弈的最后一个梦魇。起始于上世纪40年代
末的美苏军机技术追逐,在三代机的竞争中终于决出了高下。当俄罗斯人依然沉迷于速
度与高度之争时,美国人灵感突发,在60年代提出了三代机的全新技术理念。随着上世
纪70年代初期F-15、F-16的相继问世,苏联人第一次被美国人远远地甩在了后面,尽管
苏联人在70年代末实现了两款“拉明”(西方代号,米格-29与苏-27的原型机,最终的
定型版与原型机改动巨大)疑似三代机的首飞,但随着80年代初美国第一代隐身战机F-
117的首飞,美苏两国的航空技术差距被拉得越来越大,等到美国人于80年代中期提出
四代机方案的时候,苏联人已经有些不明觉厉,从而开始了最后的疯狂——技术全面开
花式的无序竞争,这边I-44、1.42玩得正酣,那边苏-35、37、47不断升级,直至上世
纪90年代初苏联解体,这种无序竞争依然没有看到结果。
其实,在整个俄罗斯五代机探索的前期,当美国人坚定地走着隐身化、信息化和多功能
化之路时,俄罗斯人依然执着于机动性的追逐,所不同的是米高扬公司更执着于速度与
机动性,而苏霍伊则公司对新的气动外形情有独钟。俄罗斯人这种漫无目的的技术探索
,耗散了其严重不足的国防投入,导致各种型号的研发走走停停,但他们也不是没有任
何收获,对机动性的不断追求,令他们在矢量推力与气动外形设计方面获得了意外的收
获,这份收获终于在2013年发酵,苏-35与T-50在巴黎和莫斯科的两次航展上大放异彩
,为俄罗斯航空赢得了自信与颜面。
其实,回顾20世纪最后10年的俄罗斯军机研发历程,与其说是在进行五代机型号的技术
整合,还不如说是在对新技术进行探索性研究,俄罗斯独特的研发体制,使得他们没有
机会像美国的NASA一样,投入大量资金为未来20年的技术进行探索性研究,他们只能利
用各种型号的原型机改型,不断加入新的技术元素,这种技术轨迹可以从苏-27系列飞
机的不断改型中看出来。尽管这10年的盲目探索没能在T-50的最终版中有太多体现,但
我们依然可以从这些探索性型号中,看出俄罗斯人的技术纠结。而这10年也恰恰是米高
扬和苏霍伊此消彼长的10年,米高扬公司最终为他们的理念性错误付出了代价,而苏霍
伊则在一次次渐次递进的小幅技术攀升中找到了感觉。
在上世纪80年代中期苏联人提出下一代战机计划时,米高扬公司依然是行业老大。米格
1.42作为俄罗斯人的下一代战机,没有过多的抄袭F-22,但从气动外形上看也并没有什
么新意。米高扬公司放弃了米格-29和苏-27的气动外形特点,尽管其技术研发过程一直
处于高调亮相的状态,但由于经费的严重不足,验证机首飞之后几乎处于停滞状态,可
以说这种技术上脱胎换骨式的产品生不逢时。与米高扬公司的自负与莽撞相比,苏霍伊
公司显得现实得多,他们立足于在苏-27系列飞机上的技术微调,试图通过对技术成熟
型号的优化改型,获得性能上的不断升级,从苏-30、32的功能上的拓展(由空空型向
空地形和海军型转化),再到苏-35、37、47气动外形上的不断创新,苏式飞机风生水
起,不仅型号如旋转马车般的不断变幻,其优越的性能也在一次次航展上得以展示。
1992年,随着四代验证机YF-22的首飞,美国人对下一代战机的技术打磨基本定调,4S
也渐渐成为下一代战机核心理念从而得到人们的普遍认同。此时俄罗斯人不得不停止五
代机毫无方向性的技术探索,开始固化下一代战机的基本定位和战技指标。为了继承其
的技术优势、缩短研制周期,他们将下一代战机定位为突出机动性、注重隐身性、强调
继承性,至此,充满迷雾的俄罗斯五代机计划终于初露端倪,而苏霍伊公司则借助于苏
-27系列飞机所带来的商业上的成功,凭借巨大的经济实力和技术优势,理所当然地获
得了这份大蛋糕。
从已经透露的各种信息看,T-50计划大致启动与21世纪初。对苏霍伊公司而言,从技术
的角度看T-50的设计难度并不大,苏-27系列飞机的多款改型,为他们的气动外形设计
积累了丰富的经验,而在飞控技术与发动机矢量推力技术的研发中,俄罗斯人的技术一
点都不亚于美国人,即使是在相对滞后的航电技术方面,俄罗斯人也有了长足的进步,
他们有理由相信,T-50的首飞只会比美国隐身战机的首飞至多晚10年。因此,2005年从
俄罗斯就传出了T-50即将首飞的消息,然而,T-50的首飞并没有如期而至,从07年到08
年又拖到09年,最终连09年底的结点也没有保住,导致T-50首飞姗姗来迟的原因不是他
们在关键技术上遇到了障碍,而是另一个老大难技术问题——发动机。
五代机心脏病何时治愈
就像俄罗斯三代机一样,从五代机研制和试飞中,听到最多负面消息的就是发动机。由
于没有美国和西方诸国在发动机研发方面技术合作机制,俄罗斯人在发动机技术探索中
一直独自前行,尽管凭借其强大的情报系统,俄罗斯人总能从西方先进发动机上找到技
术灵感,但航空发动机是一项细活,唯有在技术细节的不断打磨,才能打造性能、寿命
、可靠性和使用性优越的产品。俄罗斯人在发动机技术方面差的恰恰是细节上的精雕细
刻,其推力尚能与美欧发动机接轨,但其使用维护性、可靠性方面则相去甚远,而使用
寿命更是存在数量级上的差距。
随着苏-27系列战机在技术上的成功,俄制三代发动机AL-31F在技术上也日臻成熟,14
吨级左右的推力对于三代机而言或许可以称得上动力强劲,但对五代机而言,要实现超
音速巡航与超机动性,这个量级的推力显然是远远不够的,俄罗斯人必须为他的下一代
战机设计一款更大推力的发动机。为米格1.42而研制的AL-41系列发动机启动并不晚,
但发动机的研发周期大致需要20年,上世纪80年代末启动的AL-41发动机计划,由于技
术与经费问题,前期的技术探索步履蹒跚,随着米格1.42计划的下马,该计划更加境遇
不堪,等到21世纪初五代机项目确立之时,AL-41计划已经成了T-50计划最大的拖累。
等到T-50首飞之时,该发动机依然无法堪用,只能使用过度型产品AL-31的改进型,而
本已成熟的矢量推力技术,也没能在2010年的首飞中使用。
2008年,在T-50战机即将首飞之际,由于各项技术都已基本定位,俄罗斯人对T-50的首
装充满信心,从设计局到俄罗斯政府员,对外发布的都是2013年首装的消息,这样的自
信实属罕见,这既体现了俄罗斯人追赶美国五代机的决心,也表明了其在相关技术方面
的长足进步。但AL-41发动机在最后时刻显然出了问题,直到2011年的莫斯科航展上,
尽管T-50以双机高调亮相,但发生的地面事故,还是将AL-41的问题暴露无疑,而T-50
的首装也由2013推迟到了2015年。
不过,今年的莫斯科航展上,T-50的惊艳表演似乎透露出了某种信息,种种迹象表明俄
罗斯人似乎在发动机技术上取得了实质性的突破,借助于优越的矢量推力技术,T-50的
表演可谓惊世骇俗,其超机动性不仅超越了三代机升级版苏-35,一些经典的超机动动
作,甚至连F-22也难以完成,T-50成为世界最顶尖的超机动战机。
如何解读T-50的技术特点
俄罗斯五代机的最大技术亮点在于矢量推力技术。一项发动机控制技术对于现代战机的
重要性到底有多大,许多人对此其实并不太了解,以直接力为关键控制技术的五代机超
机动性能,真正了解的人也并不多,因此,当T-50在今年的莫斯科航展上秀机动的时候
,依然有人用布加乔夫机动这样的名词也就不足为奇了。
要真正了解T-50超强的机动性能,还必须从超机动的基本原理说起。与三代机的高机动
不同,所谓超机动指的是现代战机在大迎角小速度范围内,借助于矢量推力等直接力的
控制,在空气动力微乎其微的情况下,通过直接改变飞机纵轴的指向来实现大角速度的
机动。而三代机的机动其实是借助于速度所形成的空气动力,通过向心力改变飞机轨迹
,从而实现飞机状态的变化。在五代机的超机动过程中,轨迹的变化可以很小,甚至几
乎静止在原地,但机头指向的变化却瞬时完成,这与三代机的超临界机动从原理上已经
完全不同。像苏-27等三代机所完成的眼镜蛇机动、钟形机动、尾冲机动,其机头的向
上运动依然是空气动力在起作用,而其向下机动则是在安定力矩的作用下完成的,其中
飞行员操控的贡献其实很小,因此超临界机动严格意义上讲并不是操控型机动,而是一
种自发的可预期的机动,这与超机动完全是由主动控制完成的原理截然不同。
矢量推力技术的出现还要追溯到上世纪80年代美国的技术验证机X-31,该试验机以喷流
舵面的形式实现了推力的矢量控制,在该机的试飞中,美国人验证了任意状态下稳定的
可能性,和低速大迎角条件下的主动控制机动的有效性。尽管X-31的矢量推力技术依然
是初级的,但其验证的技术却揭示了现代战机超机动的基本原理:稳定与主动控制。所
谓稳定,是指非借助于飞机的安定性,而是利用控制舵面和发动机矢量推力,实现飞机
在任意状态下的角速度稳定,而所谓主动控制,是指不借助于空气动力,完全靠直接力
实现飞机指向的控制。
就像当年一些人对三代机高机动性实战意义的质疑一样,今天依然有人对五代机的超机
动的战术意义表示怀疑。其实,超机动对于中等速度以上速度区间的机动性贡献并不明
显,其意义在于,当飞机进入小速度区间时,也就是飞机的操控性能严重衰减的时候,
超机动确保了飞机的灵活性与安全性。而近距空战打成大迎角小速度的可能性是存在的
,一旦失去了速度优势,如果没有超机动能力,飞机几乎就成了一个靶子,此时超机动
性能优劣与否是决定性的。而对于超视距攻击而言,超机动所提供的优越的机头指向能
力,对导弹锁定和攻击包线的扩展意义重大,在发现即击毁的现代空战中,谁能首先锁
定目标就意味着空战的胜利,从这个意义上讲超机动不仅不是花拳绣腿,而是必杀秘籍
,而俄罗斯人在超机动领域的技术优势,从某种意义上讲弥补了其五代机隐身技术上的
不足。
俄罗斯人在矢量推力技术的探索中,没有因袭美国人的技术模式,他们独辟蹊径采用了
喷口转向技术。这种技术的优势是不言而喻的,由于喷口转向矢量推力的方向性、控制
力度和准确性,其矢量推力的效能比喷流舵面要高出很多,但喷口转向技术也有其复杂
性,由于发动机矢量推力的控制效能太强,在与飞控系统的交联上,从软件设计的角度
难度很大,其突出问题是稳定控制的难度,由发动机喷口转向所形成的操控力矩太大,
很难通过舵面加以平衡,而由于控制失当而产生的角速度发散将是致命的,其产生的力
矩和惯性耦合足以使一架飞机解体。俄罗斯人通过在苏-30、35、37和米格-29OVT等型
号上的技术探索,已经积累了非常成熟的矢量推力技术,该技术在新版苏-35和T-50上
的成功运用,所形成的机动性优势令人震惊。可以说世界上还没有第二个国家,能够像
俄罗斯人一样如此熟练地掌握矢量推力与飞发一体化控制技术。
俄罗斯五代机T-50除了在矢量推力技术上的一枝独秀外,其气动外形设计方面也保持了
苏霍伊公司的传统优势。与F-22战机隐身优先的理念不同,T-50所体现的是气动性能优
先的设计理念,其从外形上看尽管为了体现隐身性,但基本设计依然延续了苏-27系列
飞机的传统,其机身更薄,其翼载荷更小,其速度特性、机动特性一定会优于F-22。从
隐身的角度看T-50在外形设计上似乎存在明显的缺憾,但俄罗斯人将会用其所特长的等
离子技术加以弥补。而一旦AL-41发动机的性能和可靠性达到设计指标,其超音速巡航
能力应该不在话下。因此综合分析,从技术上看T-50与F-22各有千秋,各自体现了两国
的技术优势,特别是从超机动能力这一块,美国人想要超越俄罗斯短时间内似乎难以实
现。
T-50何时列装
我认为,如果解决了AL-41发动机的技术问题,T-50列装的时间周期不是问题,尽管它
的首飞才过去3年,但由于T-50在气动外形和飞控系统方面采用了大量的成熟技术,所
要解决的是技术融合方面的问题,总的工程试飞周期5年完成是有可能的,也就是说,
根据俄罗斯官方在2015年实现首装承诺,T50可以按预期实现首装。
我认为T-50未来最大的变数不是首装会拖延多久,而是这款飞机总的采购量到底有多少
。如果T-50也想美国的F-22那样只有200~300架的采购规模,其成本将是俄罗斯难以承
受的,尽管从92年以来俄罗斯军机的换代窗口一直冻结,随着老旧苏-27与米格-29的淘
汰,T-50的采购规模应该不小,问题是俄罗斯不可能在未来全面装备隐身飞机,由于没
有像F-35这样的高低搭配性战机,如果俄罗斯全面更换T-50形成未来的单机型大面积列
装的局面,那将是灾难性的,因此,像苏-35这样的四代半战机也必将与T-50共同作战
,而四代半战机的性能在三代机的基础上有了质的飞跃,其作战效能与五代机相比到底
孰优孰劣还没有经过实战的检验。另外从俄罗斯的国力来看大面积装备T-50是难以承受
的,如果没有外贸出口,T50要形成超过500架以上的生产数量是比较困难的。我们可以
看到,随着中国五代机的迅速发展,中、美、俄三国竞争外来军机出口市场的格局以经
初见端倪,T-50能否凭借其技术优势和适当的成本优势获得外贸上的成功,现在还难以
预料。总之,T-50未来的命运还充满变数,而随着无人机、临近空间飞行器的飞速发展
,五代机的军事运用空间到底有多大还是一个未知数。
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