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五代机一直在被模仿,却一直都没有佳音传来,内置弹舱也是拦路虎

原创 2020-04-23 10:06:05
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自从五代机问世来,热心的小伙伴对其讨论就一直居高不下。从F-22、F-35、歼-20、苏-57以及还在测试中的歼-31,都是小伙伴们热议不断的话题。由于五代机的先进性,许多国家都对其梦寐以求,自从我国的歼-20成功问世之后,许多国家也纷纷效仿,宣布自己准备研发五代机,但是过去了这么长的时间,有的国家设计的五代机还停留在图纸和模型阶段,也有的国家试验了自己的验证机。然而,依然没有除这些已问世的五代机之外的战机诞生。就像日本于2016年时首飞了自己的“心神”验证机,结果后来不了了之,宣布停飞;伊朗的F-313“征服者”也在不断的试飞,目前还没有进行首飞;土耳其和韩国均亮相了自己五代机模型。截止到目前为止,依然没有新的五代机诞生,我们可以看到这些国家在五代机的外形方面不是仿照的F-22就是歼-20。然而,制造五代机并不是那些国家想象中的那么容易,至少在这些困难面前,五代机的内置弹舱就是其中的一道拦路虎。

五代机一直在被模仿,却一直都没有佳音传来,内置弹舱也是拦路虎

F-22在航展上露出内置弹舱

原本就寸土寸金的战机,为何还要安装内置弹舱

众所周知,战斗机内部的空间都是非常狭小的,每一寸都有着自己无可替代的作用,每占一点,飞机的性能就会削减一些,载油量就会少一点。而五代机作为隐身战机为目标研制的,对于空间的要求更是精益求精,多一点都有可能被敌人的雷达探测到,失去隐身的意义。当年,我们在研制五代机时,就是衡量了美国人的4S标准,以这个标准制造出来的战机才能算的上是真正的五代机。所谓的4S标准,即隐身性、超声速巡航能力、超机动以及优秀的空中态势感知能力。

而隐身战机也并不像我们一开始想象中那样,看不到摸不着的、所有的设备都无法探测到,完全的销声匿迹。而是指极大压缩雷达、红外光电探测设备的发现距离。隐身技术也分为雷达隐身和红外隐身两种。在五代机中占据主导地位的是雷达隐身技术。

五代机一直在被模仿,却一直都没有佳音传来,内置弹舱也是拦路虎

展示内置弹舱的F-35战机

正如我们上述所说,五代机的内部空间要求更是精益求精,由于五代机对于隐身性的要求非常高,其中涉及到方方面面,诸如空气动力学、材料学、机械学的相关知识。为了追求隐身性,五代机都采用了内置弹舱技术,防止战斗机携带的挂载弹药以及外挂架在机体外部造成明显的雷达发射源,还造成了飞行时的飞行阻力增大。一旦雷达波从某个角度照射到外挂架以及战机所携带的弹药时,雷达波折射到机体上再反射回去时,就有可能形成“空腔共振”,反射波就会呈几何级数上涨,此时战机就失去了隐身意义。

因此,为了实现五代机的完美隐身性能,人们采用了利用内置弹舱将战机所携带的弹药收缩到弹舱里面。其他的方法人们也尝试过,但是效果都没有五代机的隐身性能好。就像美国的F/A-18大黄蜂战斗机,就曾经采用过武器茧包来容纳武器弹药。而这样的方式也只能在特定的波段之下将雷达发射截面积降低到1平方米左右。虽然,这样的改进方式使得大黄蜂在同类战机中有着良好的隐身性能,但是在F-22、F-35这种为隐身而生的五代机面前,可以说是一个天上一个地下。

而武器外挂不仅仅会增大飞机飞行时的飞行阻力,还会增加被雷达探测到的几率。为了战机能够完美的发挥性能,人们便采用了以内置弹舱的方式安装弹药的五代隐身战机。从图片中我们可以看到,战机内置弹舱中不仅有危险性极高的武器弹药,还有着密密麻麻的电路线以及油管,在战机进行高速飞行时,一旦技术不过关的话,很容易引发危险。在这些密密麻麻的空间中挖出另一空间,不仅要保证战机的隐身性能,还要保证这些武器弹药在弹舱中的安全。难度由此可想而知,因此内置弹舱也算的上是五代机研发之路的一个拦路虎。

挖坑也要保证不能影响其它的性能

五代机一直在被模仿,却一直都没有佳音传来,内置弹舱也是拦路虎

内置弹舱和侧弹舱均展露的歼-20

上面,我们说到在密密麻麻的空间中挖出另一空间很难,但是具体是怎样的可能我们还没有一个直观的了解。就拿前苏联的米格-21战机来说,米格-21的衍生型号想要兼容以色列的“怪蛇”Ⅲ红外制导空空导弹,但是米格-21原先配置的AA-2空空导弹比这个想要兼容的这款“怪蛇”导弹重了45千克左右,因此米格-21不得不采用在机身前部增加百余公斤的铅块作为配重来进行兼容。

而五代机在内部挖出内置弹舱时,飞机的重心位置就会发生变化,这势必就会影响到飞机的飞行状态和飞机动态响应,这就对飞行控制系统的调节能力提出了更高的要求。所以,为了减小战机在发射导弹时对战机所产生的影响时,五代机一般都将主弹舱和侧弹舱布设在战机的重心附近。但是,世界上往往不乏反其道而行之的人,俄罗斯就将自家的苏-57内置弹舱设置为前后两个弹舱,而后弹舱明显就原理战机重心,由米格-21战机的改装经验来看,苏-57也是要采用找到平衡方法保证其在发射导弹时机身的平衡。其实,就像我们生活中所见到的跷跷板一样,小孩子们在上面玩耍的时候,用力小的一方总会被用力大的一方翘起来,米格-21的改进就和这个道理很相似。

五代机一直在被模仿,却一直都没有佳音传来,内置弹舱也是拦路虎

露出前后内置弹舱的苏-57战机

除此之外,布置在战机重心的内置弹舱或多或少都会对战机的机翼结构产生影响。战斗机机身结构主要由隔框、纵梁和桁条组成。隔框的作用主要是承受、传递载荷并维持机身剖面形状。普通的飞机隔框,是一个连续的、封闭的平面。而内置弹舱就需要在隔框上生挖下来一块平面,这些肯定就要折断飞机上面的许多桁结构,并且会对飞机的蒙皮性能产生破坏。这就对于隔框的设计、制造和强度方面提出了严格的要求,设计不合理翼盒、油、气、电管线就没有办法合理的安排,制造不合格在飞机高速飞行时就会出现危险,硬度不够,飞行时产生的高温就会使其变形甚至会引爆内置弹舱中的弹药。

美国的F-22因为内置弹舱的存在,机身中部的钛合金整体锻造隔框的投影面积就达到了5.16平方米,可以说是世界上采用钛合金这种高级材料最多的战机,这也是现在五代机造价之所以如此高昂的重要原因。即便这样,这样布置的隔框依然是只有在机背的那一部分是封闭的,其他地方都被挖了洞,这就使得机身结构效率不可避免的损失一部分。F-35的内置弹舱宽度就比F-22的窄,但是为了容纳规格更大的弹药,长度较长,而这样不可避免的和起落架舱紧挨在一起,这些对于飞机的强度、刚度都有着明显不利的影响。而这些,依靠人力的话很难一次性找出精准、影响最小的挖洞地方,尽可能减小这些洞对于飞机的影响。这就需要该国拥有强大的计算机以及相关软件辅助设计,依靠计算机的强大运算能力通过软件来进行仿真实验,减少误差,使得设计出来的飞机尽可能的更好。

挖坑的大小也是一门学问

五代机一直在被模仿,却一直都没有佳音传来,内置弹舱也是拦路虎

F-22的侧弹舱

战斗机在进行空战时,自然携带的弹药越多越好,而这样话内置弹舱当然也是越大越好。但是,我们之前也说了,战机上面寸土寸金以及坑挖的不好还会影响机体结构。而内置弹舱的存在势必会增大战机的体积,增大其表面积,随之而来的就是飞行阻力也随之增大。这样做导致的后果就是,飞机的飞行性能受到影响,就需要使用推力更大的发动机来弥补这些损失,而发动机推力变大的话,燃油很快就会消耗完毕,航程就会缩短。因此,在这些互相矛盾的冲突之中,各国设计师们就要克服重重困难选择出最佳方案。

F-22在设计内置弹舱时,就考虑到该机是一款只承担对空攻击,不承担对地攻击的任务。同时,为了适配当时美国较为先进的AIM-120空空导弹,设计师在权衡之下,在F-22的机腹下面挖出了2个并列的主弹舱。每个弹舱大概长3.96米,宽1.22米,深度约在0.5米。之后在F-22正式服役时,美国为了增加空空导弹数量,并且进一步的增加导弹射程。通过缩短了AM-120导弹的弹翼、重新设计火箭发动机、换比冲更大的固体燃料发动机等手段研发出了新的AIM-120C空空导弹,由原先的4枚增加到了6枚。

由此,我们可以看到内置弹舱也并不是随便挖的,还需要考虑到自己本国国内机载武器在未来的一段时间内所能达到的技术水平、本国未来的战略需求以及潜在对手的威胁等多方面的因素。

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首次亮相航展的歼-20

坑挖出来后,里面的宝贝也要好好保存

坑挖好后,里面的宝贝导弹可是一个危险品稍有不慎就会有引爆的危险。五代机主要依靠机内燃油作为散热介质,如果燃油携带量不足的话,在战机进行超声速飞行时,内置弹舱里的温度就会因为高速摩擦瞬间升高,甚至达到数百度,这时候如果内置弹舱的散热性不好的话,里面的导弹就有可能会被引爆出现机毁人亡的事故。而战斗机在投放内置弹药时,弹舱盖就要打开。打开盖子之后,飞机在高速飞行时产生的高速气流很容易和弹舱的空腔结构如果发生耦合振动,就会在弹舱及其周围产生强烈噪声环境,甚至引发结构共振,威胁机体结构安全。

五代机一直在被模仿,却一直都没有佳音传来,内置弹舱也是拦路虎

歼-20的锯齿弹舱盖

五代机的标志就是“隐身性”,在战机进行攻击任务时肯定要发射导弹,这时弹舱门就要打开,此时就会增大该机的雷达反射截面积。为了减少这个影响,有些五代机就采用了锯齿形式的弹舱盖结构,不仅可以削弱弹舱门对隐身性能的负面影响,对于降噪和抑制结构共振方面也有好处。而这些简单的锯齿也不是随便画出来的,每一个战机都要根据它的不同性能来选择合适的锯齿数目以及锯齿位置。

同时,飞机在飞行时,时时刻刻都在和空气产生摩擦,为了防止弹舱里面的弹药出现摩擦碰撞就要设置安全的距离,还要让导弹能够安全的发射出去,尤其是当战机处于超声速大过载的情况下,要想正常使用机载武器可不是一件容易的事情。F-22、F-35采用气压-液压动作装置,将内置弹舱推出舱门。其防扭弹射臂可以把导弹伸出舱门,让导弹承受40G的过载,获得较大的初始速度,以低头状态安全的分离出去。

说到这里就要提一下我国歼-20的侧弹舱和美国F-22的侧弹舱了,在航展上我国的歼-20进行飞行展示时,我们可以看到歼-20的格斗导弹伸出时,它的侧弹舱门是关闭的,这样做的好处就是可以实现关门打弹,减少上面的弹舱门打开时雷达发射截面积增大的问题。而F-22在进行格斗时,我们可以看到它的导弹伸出时侧弹舱门是打开的,这就意味着F-22如果想在格斗中发射导弹的话,弹舱门就要一直忍受打开的状态,此时不但雷达发射截面积增大,弹舱内部还要忍受摩擦。

五代机一直在被模仿,却一直都没有佳音传来,内置弹舱也是拦路虎

外挂副油箱和侧弹舱的歼-20

与此同时,导弹在发射出去时还要保证不与飞机相撞正常飞行,在超声速飞行时导弹内部的制导系统还要在恶劣的环境下完好无损。这些种种难题加在一起,其难度不亚于重新设计一款飞机,基本上涵盖了现代工业中的每一个领域。内置弹舱做不好,五代机的隐身性能就会大打折扣,同样弹舱挖好后还要兼顾这后面的一系列问题。这也是其他国家能够仿出五代机的外形,却没有办法搞出真正五代机的拦路虎。要想解决这个问题,该国就要提高本国的工业、信息、材料、航空领域的实力,一步一个脚印,先把基础打好了才有可能造出属于自己的五代机,否则就算图纸画的再好,关键部件解决不了还要去外面买,而五代机作为一个国家最重要的力量,肯定不会轻易出售,就算卖了也会有许多限制条件,一旦爆发战争很容易被别国扼制住咽喉。

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