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组图:透视航母杀手--苏33舰载机

2006-06-18 23:04 桌面版 正體 0
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苏-33这个本来陌生的名字越来越多的出现在军备中,苏-33是何方神圣?其实要了解苏-33,还得了解从滑跃起飞开始。滑跃起飞是在航母上起飞的一种方式,它可以使飞机不用达到起飞速度起飞战机,从而为在航母起飞方面除弹射起飞外又开辟了另一条新的道路。

图:苏-33舰载机

说是简单,其实整个过程是非常复杂的,滑跃起飞时,战机在比较短的甲板上,加大马力从而飞机加速,在经过滑跃角时,飞要前轮对飞机前部产生一定的反推力(飞机速度越快,这个推力越大),从而有效的使战机产生一定的仰角,飞机的机翼迎角增大,也增大了机翼的升力,从而实现了飞机的升空。但是如果到此为止就认为结束了那就错了,因为此时飞机的升空的暂时的,并不是飞机已经达到起飞速度了,而是飞机迎角增大所致,而迎角增加的同时飞机的前进阻力也在增加,也就是说飞机很难保持长时间的长升空状态。奥妙在于前滑跃起飞时在增大迎角时也产生了一定的向上运动分量,而滑出甲板的时候,战机的发动机向下偏转,在增加的升力的同时,也从向上迎角改成平飞状况,在有效的滞空时间里,发动机仍要把飞机加速到起飞速度,也就是变相的增加了甲板的长度,然而这个增加多少长度是由发动机及机翼等一系列数据来决定的。因此尽管滑跃起飞能起飞战机,但是必竟没有依赖外力,对发动机的推力及飞机的自重要求都很高。也就是说,飞机发动机推力越大越好,而飞机自身重量也越轻越好,苏-33也就是由这个思路演变而来,当然,也少不了优良的气动布局。

1999年莫斯科航空展期间某日,一架造型怪异的苏恺二十七以未涂装姿态来到会场,落地后不久随即离去,这是苏霍伊设计局又一力作--SU-33UB --这架飞机一方面作为舰载战斗教练机,一方面也是一架具有第五代战机(老毛子对战机的称乎与其它国家不同,所以不要误会真是第五代)特性的SU式飞机。设计局再这架飞机上实验了多项新技术,例如材料、航电等,作为下一代飞机的技术储备及试验。 SU-33UB主要需求就是用作俄国海军航舰教练机,此外,必须有长程拦截、长程攻击、长时间滞空、对付高难度空/面目标之能力。

当时俄罗斯的主力舰载机是SU-33 单座型战机,由于苏联解体时,相对应的教练机未研发完成,且俄国军方当时连采购、维护现有装备都有困难,因此取消舰载教练机计划。舰上起降训练因而都是靠 SU-25UBT或是仿真器来完成,缺乏性能接近SU-33的实机来演练,使得训练上有不小的困难。另一方面,俄军发现单座型的SU-33在执行任务时飞行员负担太大,再加上一些对未来空战的考量,他们需要一种双座舰载机,做为训练之用,并且还要有很好的作战能力,能长时间滞空并攻击高难度空中目标。SU -33UB在这样的背景下发展起来。

其实早在SU-27刚问世且还没有量产时,苏联的舰载机计划就开始了,舰载战机就是今天的SU-33,而训练SU-33飞行员的教练机与SU-33同步展开,经过测试,认为采用并列双座较好,因此当时选定的教练机构型就是今日SU-34的前身SU-27IB。既然如此,为何SU-33UB不是SU- 27IB的改型呢?一方面,SU-27IB约在1990年首飞,约两年后苏联便解体,苏联解体冲击到舰载机计划, SU-33也只有约30架服役,而训练任务则交由SU-25双座型。SU-27IB之后的发展与舰载教练机完全是两回事了,他最后发展成为长程战斗轰炸机 SU-34/32FN,目前老毛子已经开始量产。

首架飞机以第二批SU-33为基础进行修改,在共青城制造组件并在莫斯科装配完成,1999年4月29日原型机首飞,年底莫斯科航展首次对外公开。其重要改进特点包括:并列双座、增大翼面积、新材料的应用、使用更多复合材料、装备具有第五代战机特性的航电系统。在座舱上,考量到并列双座在起降时有较广的视野,而长时间作战时飞行员间也较易沟通并形成默契,因此SU-33UB采用并列双座设计。这是SU-27IB家族之后又一种使用并列双座布局的SU -27改型飞机。与SU-32FN类似,飞行员是经由前起落架舱进入座舱的,可见其座舱空间也不小(因为至少要留个信道)这能提升长时间作战的舒适程度,例如飞行员可以不必全程坐在椅子上,偶尔可以起来休息。内装光电探测系统的球状物就放在座舱正前方,因为是并列双座设计,因此这时光电球不会影响视野。为了保护飞行员,座舱附近也装设金属与陶瓷复合装甲,可见该机颇重视对面攻击。

气动力布局方面,SU-33的气动力效率、飞行品质是SU-27家族中最好的,而SU-33UB又青出于蓝更胜于蓝。与SU-33相比,翼面积由67.84 平方米增为71.38平方米(extended area,就是把机翼前后缘延伸交会后所得的大三角形的面积,通常飞机性能诸元提到的翼面积指的就是这个);展弦比由3.44增为3.54;平尾、前翼也增大。保留了SU-33的可偏转45度的双缝式后缘襟翼。在前缘襟翼与主翼之间以柔性材料相连,如此一来前翼与主翼间再任何时候都不会有缝隙,减少诱导阻力,使得气动力效率提高;此外,机身部分可能也有自适应材料以提升各种飞行状态之效率,这方面后面再连同材料讨论。这样的改动下,SU-33UB的气动力特性将比SU-33高出不少,其最大升力系数将高于SU-33的2.4(SU-27是1.83),其升阻比(lift-drag-ratio)超过13,是相当高的水平(SU-27是11.8,同时代飞机大都在12以下)。气动力效率的提升使得与SU-33相比,在使用相同燃油的情况下,航程增加15%到 20%。SU-33UB仅靠内燃油的航程达3200km,与陆基型双座SU-27(如SU-27UB、SU-30MKK)相当。而SU-33是 3000km,这样看似乎很奇怪,按照上面的说法,SU-33UB的航程应该在3450km到3600km之间,莫非哪个数据出错了?

其实没有错,因为SU-33UB使用两次折叠机翼,其折叠关节一个在翼根,一个大约在机翼中线,折叠后整片主翼几乎完全被收在机背上,这将使得SU- 33UB折叠后宽度比SU-33的7.4m还要窄,停放面积当然也更小(SU-33折叠后的停放面积比F-14、F/A-18E/F、Rafale-M都小)。其两次折叠机翼除了有更适合航舰的好处外,在地面上,他可以停放在俄国大量的MiG-21的机堡中,而不必为了他新建机堡。因为两段机翼的使用,使内燃油少了些,这是上述〝数字游戏″的解答。他的设计师仍在为他设计新的结构油箱,目标是使其最大航程(只靠内燃油)达4000km。此外,落地速度也由 SU-33的240km/h降至220km/h,失速速度势必小于SU-27的200km/h,最大外挂量由SU-33的6500kg提升到 7000kg。


图:折起的苏33机翼

机体材料上,更动量非常大。为了减少飞机的自重,机身大量采用了复合材料,其翼前缘用了柔性复合材料,前面提到,在主翼与前缘襟翼间连着一块柔性材料,使得不论前襟翼如何动,都不会有缝隙,减少诱导阻力发生(后缘襟翼的缝隙是为了增升需要,而前缘缝隙则是需要避免的)。柔性材料也是〝自适应气动结构″的重要组成成分之一。所谓的自适应气动结构就是能随飞行状态改变气动力特性以尽量提升各种状态下的气动效率的结构设计。其作用方法有许多,例如以机翼内的空腔抽除机翼附面层(空中巴士的某型客机)、或是改变机翼表面弯曲度、甚至未来可能用的微喷流都算。其中改变机翼弯曲度就可以应用柔性蒙皮,其使用方式简单的说就是在骨架上装设与飞控系统连结的机械设施,上面再铺设柔性蒙皮,该机械根据飞控计算机命令运作,达到〝控制″柔性蒙皮进而改变机翼表面弧度之作用。当把上述机械装置以微机械取代进而与柔性蒙皮结合,就可称做〝智能型材料″。自适应气动结构是现代飞机的趋势之一,特别是需要具备全空域全速度功能的防空型战机。每一种机翼形状、翼面曲度都会有他最适合的高度、速度,因此以往的飞机只能突出任务需求方面的性能,至于其它的就只能迁就、或是尽量避免,例如早期的三角翼战机,就以拦截为主,尽量避开低速缠斗。而有了智能型结构后,可以调整出适合各种情况的翼面,使得升阻比尽量最高,这些都根据实验证实了可行性。这种智能型柔性蒙皮同样的被用在S -37前掠翼战机上,可以解决前掠翼再高速时产生的离散效应等。这项技术在欧洲也有发展,未来EF-2000上也会有类似的技术。观察照片可以发现,SU -33UB的复合材料使用率应该很高,从未涂装照片可明显的发现主翼与翼前缘为黄色,而他们中间的带状地带是蓝绿色,通常飞机的金属部分因为加工的因素,多呈黄色,而照片中,除了机翼的带状部份外,机背、进气道、左侧前翼都是别种颜色,其中机背与进气道部分颜色与机翼的带状地带几乎相同,可以推测这些部分可能都是复合材料,这也与苏霍设计局说〝该机也注意到匿踪″交互印证。但这些地方未必全都是自适应结构,可能只是单纯的复合材料而已。但笔者认为在左侧翼前缘延伸部分的蓝绿色部分可能是自适应结构,因为该处具有控制翼前缘延伸处气流的效果,有这种设备颇为合理。此外,右侧同一地方没有,可能是仍在验证。


图:“苏-33”装备新型机载电子设备,具有空空、空地双重功能抗干扰能力

SU -33UB的航电系统是很先进的,包括人性且高度自动化的座舱接口、先进的环境意识系统(SA)等等,属于第五代战机水平。 SU-33UB采用并列双座座舱,资料显示主要由一个21英吋以及4个15英吋液晶显示器负责,原型机上在左侧设有抬头显示器(HUD),俄国也正在发展头盔显示器以取代抬头显示器。座舱以〝黑暗座舱″的原则设计,也就是说除非机上有系统故障,否则系统不会发光或发出声响,只会保持〝缄默″,这样可以减低飞行员的精神负担,且一旦真的有事,飞行员对于系统发出之警告也较敏感。

飞机高度自动化尽可能减低飞行员的工作量,使飞行员在一些情况只需做〝决定″而〝不必操纵行员只须选定目标,进入一定的空域,并扣板机即可,而不需要不断的校正飞机;又例如低空飞行时,飞行员只需顾着找目标、锁定、发射武器等,而不必担心飞机撞地,因为那些都由计算机处理了。人性化的接口让飞行员往往只需做攻击与否的决定而不必将过多精力放在繁琐的操纵,并将精神聚焦于任务执行、战术运用等等。

多路讯息取得系统,使飞行员能接收 360度的战场环境,提升飞行员的环境意识(SA)。所谓的〝多路讯息取得″顾名思义,是说用许多管道取得战场资料,再加以整合,得出有用的信息给飞行员。探测方式可包括雷达、红外线、各种频道无线电、甚至我军船舰、卫星等等皆可,这方面美国F-22与JSF几乎发挥了当代极致。SU-33UB这方面至少包括前、后视相控阵雷达;环场红外线探测;多频道无线电;多机数据链互连;预警机与地面战管资料等。卫星方面,目前俄罗斯军用卫星几乎不具备实用价值,故从卫星取得资料应该不是SU-33UB的重点;机对机数据链方面,1999年推出的SU-30MKK的数据链最多可链接16架飞机,SU-33UB应该约是这个水平。多路讯息系统使SU-33UB能发现并锁定360度方位角以及一定俯仰角内的战机的热讯号并导引飞弹攻击;在飞机前半球及后半球以雷达发现并锁定敌机;环场飞弹来袭警告;以雷达预警系统提供反辐射资料;自动以数据链连结其它SU-33UB或有类似系统的战机,使其它飞机能进行无线电缄默作战等。机上装备每秒运算100亿次(10GHZ)的计算器,以处理上述复杂的数据。该计算器之运算能力已属于超级计算机级,算是很大的进步。

SU-33UB装备了机上氧、氮气制造器,能从外界空气中取得氮与氧,经适当混合后提供飞行员使用。与过去的氧气瓶相比,这种系统没有供氧限制,滞空时间可以更长,且重量较轻。这是当前新世代战机使用的供氧设备,在俄国战机中也是首次使用。

雷达是〝隼″式(SOKOL)相位数组雷达,空对空探测距离最大170到180km,追踪距离60到80km,追30打6,对驱逐舰300km,对快艇180km,铁路桥梁150km,移动坦克25km,X波段。还可以同时处理空中及地面海面目标。在飞机〝尾刺″内则装有〝法兰″(FARAON)项控阵雷达,是隼式的缩小版。

动力系统

原型机使用具有向量推力系统的AL-31K改良型,最大推力13300kgw(130.3knt)。量产型使用AL-31FP的海军型(最大推力14500kg)或最新的推重比达到10的AL-31FP改型。

由于SU-33UB是1999年新改造的战机,而且改动幅度甚大,不太像是单纯的实验机。从SU-33UB的任务需求以及SU-33将提升成SU- 33UB等级的情况来看,SU-33UB可能与改良的SU-33并列为俄罗斯第五代舰载机。若如此,情况与SU-34/32FN类似,后者因此考虑装备 AL-41F发动机以与第五代战机保持后勤共通性极更高性能,所以SU-33UB的量产型不无可能使用AL-41F。

总结

应该来说,SU-33UB在滑跃起飞的战机中是最好的,它综合性能完全可以与F-18一较高低。但是老毛子毕竟在经济后勤上比不上老美,如果老毛子有老美那样的条件,相信SU-33UB今天将是另一种角色飞机了。滑跃起飞不需要弹射器,从而使航母少了许多负担,库舰与瓦舰只所以多出了空间装550公里的花岗岩出也不无与此有关。但是滑跃起飞也有其自身的缺点,最突出的是苏-33如果携重型反舰导弹必须半油才能起飞,实施远程攻击必须要空中加油,这会使其攻击力大打折扣,如何使苏-33重载满油起飞是我们装备老瓦时也必须考虑的一个问题。

在这方面,可行的方案有:一是采用高推重比的发动机(如使用AL-41等)。二是增大翼面积、减轻设备重量以及采用新型智能型材料,进一步减轻SU- 33的自重,由F-22的复合材料我们也看到这方面的可能(F-22空重才14吨)。另外,对于FC采用蚌式进气道从而减轻自重如果有可能的话,用在苏- 33也是一大成功啊。三是采用短距离弹射,如当初本人提议的弹簧弹射,利用弹簧的复力使苏-33在短时间里得到一定的外力作用,效果应该还是明显的(这个本人以前发表过),而且采用弹簧弹射起飞还可以使苏-33不会跑偏及起飞时不需要喷水起飞(刚开始时发动机全力起飞,然而由于静摩擦力及加速度未达到一定速度,飞机发动机过热问题所致)。解决了这个问题后,关于雷达改进等其它问题倒不是问题了。


图:全副武装的SU-33舰载战斗机

有些人认为引进苏-33会使10号机失宠,于国产化不利,其实倒不必,中国的战机发展,一直都是借鉴外国技术,如何真正了解苏-33是我们军工的一个任务,可以说如果利用好的话,10号机也不会出局。任何事物都必须经得起市场的淘汰赛,10号机也不能例外。

SU-33UB的参数:

航程3200km

载弹量7000kg

发动机 AL-31K(原形) AL-31FP(量产)

雷达 NO-11改良型,能同时处理空面目标

落地速度 220km/hr

最短起飞距离120m+-

重力负荷 10G

翼面积 71.38平方米

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