美国F-22战机原型机1990年首飞,2005年正式服役。在一再推迟之后,俄罗斯的同代战机(俄将二战后战机划为五代,美曾分为四代现也改为五代,中国仍称四代)终于在2010年1月29日滑跑升空,向全世界露出了真容。F-22不再独孤求败,对于这一款被称为“苏-27后继机”的俄罗斯新一代战机,争议和评论才刚刚开始。在这里,我们尝试着对它进行全方位的审视,作出尽可能公允的评估……
 
 

PAK FA:俄罗斯空军的未来希望

苏霍伊T-50原型机在俄罗斯空军的项目名称为PAK FA,FA是指前线航空兵(西方称为战术航空兵),PAK是俄文“未来航空系统”的简写,项目名称与F-22的ATF(先进战术战斗机)颇为相似。

 

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T-50:不仅仅是替代苏-27
分析一款飞机,最首要的在于洞悉其设计目标和任务,由此出发才能做出准确的评析。目前评论者多聚焦在与F-22与苏-27的纵横对比上,却忽略了一点,T-50所要替代的不仅有苏-27,还有米格-31。
需要重视苏俄的国土防空军传统
俄罗斯悠久的国土防空军传统,以及其国力下降处于战略守势的现状,都迫使我们须将观察眼光更多的聚焦在截击能力上。俄罗斯地广人稀,要扼守广袤的空域,长期重视发展远程重型拦截战机,图-128、米格-25、米格-31军事典型代表。实际上,苏-27最早的设计用途,也是一款国土防空军的截击机,后来才发展成多用途战机。
突出截击能力 兼顾空优与突防
我们认为,从俄罗斯的现实需求出发,T-50将是一型苏俄前所未有的多用途战机,突出截击能力,也肩负夺取并控制空优以及隐蔽突防的重任。同时,苏霍伊设计局还会考虑到与F-35、欧洲“双凤”争夺国际市场出口创汇的需要。
 
苏联-俄罗斯第五代战机研制时间表
 

俄罗斯T-50 VS 美国F-22

1983年,提出设计要求

与美国的ATF计划针锋相对,苏联也于1983年召集各设计局研究未来战机发展,确定由米格设计局研制下一代战斗机。

 

2000年,1.44试飞

苏联分崩离析后,米格设计局难以为继。1.44原型机造出后勉强于2000年2月29日首飞并对外曝光,后被终止发展。

 

2002年,另起炉灶

2002年5月,俄罗斯空军秘密进行了招标,第五代战机T.50确定由苏霍伊设计局研制,并将在共青城和新西伯利亚生产。

 

2010年,T-50首飞

经过数度推迟后,T.50终于在2010年1月29日首飞。此时俄罗斯曾与美国同步的战机发展已至少落后了13年。

 

苏霍伊总经理波戈相(左)与试飞员巴格丹

图-128

图-128是截至目前世界上体型最大的战斗机。冷战时期,该机和图-126预警机一同巡逻于远东西伯利亚地区上空,以拦截美国可能入侵的B-52轰炸机。【详细】

米格-25/31

米格-25/31系列战斗机是能飞到3倍音速以上的防空截击机,主要截击对象是SR-71超音速高空战略侦察机和低空来袭的“战斧”巡航导弹。【详细】

苏-27
http://news.ifeng.com/mil/201003/0302_235_1561181.shtml

苏-27最早是为苏联防空军设计的,在技术性能上虽力求压制F-15,但在战略战术定位上仍是靠地面指挥引导进行防空拦截而非在进攻战中争夺制空权。【详细】

 
 

超音速巡航能力——最重视又存遗憾的性能

一般来说,发动机以非加力推力状态达到超音速就被称为具有超音速巡航能力。超巡最重要的战术价值,就在于在于截击作战。依托于国土防空的截击机需要具备快速抵达作战区域的能力。具备了超巡能力的截击机可以迅速的机动到偏远地区,歼灭入侵目标。由于T-50的大范围截击任务相当沉重,因此甚至不惜以损害其他性能指标为代价,以优先保证优秀的超巡能力。有的分析甚至因为现阶段发动机的推力不足而对T-50的超巡能力提出质疑,但若那样的T-50设计是不可能通过俄罗斯空军的首肯的。

米格-31

俄罗斯现役的米格-31截击机在开加力的情况下,能以2.3倍音速在半小时内前出720公里(这个数字可能包括拦截弹的射程)进行拦截,然后亚音速返航。【详细】

F-22

F-22则能以不开加力的1.6倍音速,实现760公里的作战半径。而且这是仅依赖8吨多的内部燃油实现的,米格-31需要多达18吨的油料。【详细】

欧洲“台风”

此外,设计时未考虑超音速巡航的欧洲“台风”战机也可以在高空无外挂的情形下不开加力达到1.3倍音速。不过无外挂的要求使得这一数值意义不大。【详细】

 

俄空军重视高速拦截

小垂尾,平尾与主翼近距耦合

T-50机身比F-22大

超越米格-31:T-50的标准?
以上米格-31、F-22的几个数值指标,很可能是俄罗斯空军对T-50所提要求的参考线。 我们估测,以俄罗斯空军的兵力减少的现状,特别是远东地区部队减少、驻扎机场分散的情形,T-50的设计指标应该要达到不开加力1.8倍音速、前出900公里以上的拦截;而且与米格-31施放拦截弹后就脱离返航不同,这一指标还要留出一定的空战格斗的时间。
较小的倾斜全动垂尾是突破
T-50能在此达到并超越F-22的主要手段,除了同样配备动力充足且低耗油的新型发动机外,主要依赖于较小的倾斜全动垂尾。高耸的垂尾,是超音速状态下最大的阻力。如F-22的原型机YF-22垂尾巨大,测试时不加力速度超不过1.5倍音速;而F-22将垂尾稍做缩小,就增加到了1.6倍音速。 全动垂尾此前在战机上的配置仅在SR-71、YF-23等不多的实例,将效能极高的全动垂尾应用于战斗机,无疑是T-50的一大突破。
缺乏推重比10的新型发动机仍是制约
T-50虽然动力稍欠,但不大的垂尾以及大后掠的主翼、更修长合理的面积率分布、近距耦合的平尾、为隐身而设计的导弹内置弹舱等种种布置,都为降低超音速阻力做出贡献。 我们估计,T-50在近期装备推重比9的AL-31系列改进型发动机的情况下可以达到与F-22相当的1.6倍音速巡航,未来换装推重比10以上的AL-41新发动机,有望达到1.8倍音速以上的巡航速度。
远程高速拦截为俄空军重大需求
而在超音速巡航的航程方面,T-50的全长大概是21米、翼展约14米,比全长18.90米的F-22略大(但小于苏-27),且机身体积更大,应有足够的燃油去实现远程高速拦截的目标。
 
T-50五向视图
 
俯视图  

仰视图  

正、侧、尾视图  

服役涂装猜想图  

 
 

最大创新:“一体化鸭翼”

常规气动方面T-50发挥自身优势,力图借此对F-22形成优势。 T-50气动布局最大亮点在于其创新的“可动边条前缘”,通俗地说这可以视为一种“一体化鸭翼”。能够达成鸭翼的部分效能(产生可控涡升力适合不同飞行状态的需要)但又不失隐身性。还能为进气口控制优化进气激波(特别在大迎角下减小气流紊乱,改善发动机的工作条件),可以达到或者部分达到三翼面(鸭翼+主翼+尾翼)的效果,而从理论上看三翼面是机动性最强的机型(缺点是死重、总重太大,隐身性差)。

 
 

鸭翼与飞控编程的难题

苏霍伊在苏-27系列的发展上曾增加过鸭翼(苏-30部分型号、苏-33、苏-34和苏-35早期型号),不过,苏-27系列最新锐的苏-35BS安装了推力矢量发动机,却没有使用鸭翼。这是因为此前的鸭翼仅仅是因为机身增加设备引发质心变化而设置的一个被动的配平措施,俄罗斯并没有开发出切实可用的三翼共同动作达成最佳机动性的飞控软件(开发难度很大)。这使得苏-27系列上的鸭翼实际上是累赘而不是优势。 T-50使用了“可动边条前缘”的设计来实现隐身化的鸭翼,但难点依然是如何编写飞控软件使有效的发挥尾翼、主翼、边条前缘和矢量推力的综合作用,苏霍伊设计局能否在此方面取得历史性突破,还有待观察。

 
 

T-50:“隐身化”的苏-35?

从总体上看,T-50基本仍是继承了苏-27系列的翼身融合升力体+常规布局,因此舆论都认定这是“隐身化”的苏-35。这种布局的实际翼面积很大,翼载荷较小,升力特性好,有利于水平方向的高机动性能,T-50的盘旋特性和大迎角性能应该是上乘的,可以期待未来的T-50在航展上秀出几个新的惊世骇俗的疯狂动作。 但在水平方向的机动性能、敏捷性和滚转速度等方面,T-50没有发现气动布局的创新之处,这方面如有突破,更多地需依赖于矢量推力发动机提供的性能和飞控软件的综合管理。 综合来看,气动布局继承苏-27并有所创新的T-50,综合气动性能有望超越布局继承于F-15的F-22。

 
T-50气动计算机模拟分析图
 

计算机模拟风洞图像

边条与前缘的主要作用是拉出有益脱体涡流。

 
 

大迎角气动力分析

在大迎角下,尾翼被屏蔽,只能依靠脱体涡来实现气动控制。

 
 

空战发射导弹 三维模拟图

这是公开亮相前不久发表的想象图,也是与实机最为相像的一幅。

隐身技术——双刃剑

 

隐身技术其实是双刃剑,在提升隐蔽性能的同时付出了机动设计受限和价格高昂的缺憾。 首飞亮相的T-50纷纷被指责在细节上隐身考虑不足,如铆钉麻麻点点的机身、舱顶盖的隔框、没有进行金属镀膜的座舱玻璃、几乎没有处理的机尾发动机喷口等,有评论甚至认为根本不具备隐身性能。但不要忘了这只是一家连油漆都没有刷、发动机也并未预定型号的原型机,能看见铆钉没什么可奇怪的,F-22和F-35同样有着密密麻麻的铆钉。未来的T-50必然要喷涂隐身涂料、换装考虑红外隐身的推力矢量发动机,在此时刻纠缠于细节毫无意义。

铆钉?

航空工业离不开铆钉,F-22亦如此。关键在于用隐身涂料修平掩饰。

补丁?

T-50运用了较多的复合材料。复合材料与金属材料间自然颜色不同。

隐身涂层?

第2次试飞T-50已经涂上了油漆,但还没有喷吸收雷达波的隐身涂料。

S型进气道

 

还有不少急性子的评论者,乍一看和苏-27如出一辙的纵向直通进气道,就高呼T-50没有考虑遮蔽发动机进气叶片。但实际上仔细观察就可得知,在垂直方向上,进气口与发动机安装位置有所错位,在其间还有内部的鼓包阻挡了进入的雷达波,进气道仍然是完全符合S型的隐身要求。应当看到,T-50在基本的菱形机头、各翼面掠角平行、大面积平面、S型进气道等诸多基本设计上,都考虑到了隐身的要求,与F-22、F-35和YF-23并无质的差别。

垂直方向错位很大

从正面观察就可得知,在垂直方向上发动机与进气口有较大的错位。

实际上与YF-23类似

同是机腹进气、发动机上置的设计,参考YF-23进气道就可洞悉秘密。

水平方向也有遮掩

即使在被认为是直线洞穿的径向,实际也有主机轮舱担当遮掩。

F-22的翼面掠角平行设计

T-50同样满足平行标准

不仅仅是替代苏-27
目前,西方资料对F-22的隐身能力有着不少吹嘘过头的数据,如RCS等效为0.0001等小数点后带有很多位零的夸张数值。但实际上根据美国不经意透露的真实测试资料,F-22的正面RCS是0.1平方米,各向RCS从0.2至2平方米不等,综合平均值是0.5平方米。。
T-50与F-22隐身性能比较
目前根据来自印度方面的数据,T-50的正面RCS是0.3-0.5平方米,这一数值也基本得到人们的认可。按平均值0.4平方米计算,对同一部雷达,T-50的暴露距离大约是F-22的一倍。这其间的差距可能主要是因隐身涂料。而这一性能是大致满足需要的——因为在T-50与F-22的对抗中,T-50必是处于防御的一方,可以得到更多的电子对抗手段和情报支援,运用得当是自然存在胜算。
降低造价更重要
舍弃一定的隐身性能,可以大幅降低飞机造价,T-50未来批产造价预估1亿美元,仅是F-22的60%。就连印度这样的国家都能购买250架,俄罗斯则计划购买300架以上。对美国的183架F-22还形成了数量上的优势。
 
隐身,下一代战机竞争的制高点
 
雷达探测距离-RCS关系曲线

需要注意的是,缩小雷达反射截面积(RCS)并不能线性地带来敌方雷达探测距离的缩小,根据雷达方程,两者间呈现的是四次方根关系,即RCS减少为原来的1/16,探测距离方能缩短一半。不过,在真实电磁环境下,探测距离随目标RCS减小而缩短的速度比理论上要快,可以大致视为平方根关系,即RCS减少为原来的1/4,探测距离缩短一半。如某雷达对3平米RCS目标的探测距离是150公里,那么对0.75平米RCS目标探测距离为75公里。而在战场存在电子干扰与对抗的情况下,这一关系还要做更多的更复杂的修正……

从上图我们看到,随着RCS进一步缩减,新增的隐身效用呈现边际效应递减的趋势,特别是降入1平方米以下时,差距越来越小……

T-50 / YF-23对比图  
 
 
 

T-50被认为是苏-27基础上糅合YF-23特点的半新战机,这几组图对比可令我们更直观的看到T-50身上有几分像苏-27,又有几分像YF-23。

神秘的独特装置

 

在愈加复杂的战场环境下,新一代战机必须具备更完善的信息感知能力,T-50的探测设备配置别具一格,其中富有特色的包括侧面雷达及后视雷达。T-50的机身上最令众说纷纭的,在于边条下部、翼根附近的一个横截面呈三角形的细长突起部(机身两侧均有),关于这一装置,有的认为是可动边条作动筒的,有的认为是气动特殊设计,但这两个猜测最早被排除。

L波段侧视雷达

最后人们的眼光都聚焦到探测与电子对抗设备上。俄罗斯航空学术界一直主张在机体适当位置安装共形天线小雷达。以对美国F-22的探测能力构成一定优势(F-22的升级计划中也包括了增加侧面天线的设想)。当然,也有人认为这是短程格斗导弹弹舱。不过这一凸起部体积并不大,很难容下导弹及其挂架。

工作原理推测

推测这一侧面雷达将更多地工作在被动模式下,因为被动探测的距离更远,两侧天线与主雷达天线以三点式协同工作,可以通过捕捉敌方预警机的雷达波及战机群间数据链通信信号,来尽远、尽广而又较准确地确定敌机位置。另外这种雷达在国土截击作战中还可以极大加强探测贴地低飞隐身巡航导弹的能力。

传闻已久的后视雷达

此外,巨大的尾椎中很有可能正式布置了传闻已久的后视雷达。通常战斗机尾部仅仅配备被动告警传感器,而苏俄长期以来都有发展后视雷达的设想,在苏-27时代就有所传闻,但由于苏-27的尾椎体积不足,一直没有成为现实,而今T-50的巨大尾椎,几乎可以断定其中后视雷达的存在。

 

调查

1.作为一个华人,你对俄罗斯五代机真容终于曝光有何心情?
高兴
无感觉
鄙视
2.假如你是俄罗斯人,你看到这款战机后有何心情?
激动、兴奋
高兴、开心
失望、沮丧
3.假如你是美国人,你看到这款战机后有何心情?
紧张
无感觉
鄙视
4.你认为俄罗斯这款五代机性能能排在什么水准上?
超越F-22
与F-22差不多
稍逊于F-22
与F-35差不多
相当于苏-35隐身大改型,性能提升不多
用户信息  
年龄  
 
前后左右配齐了机头主雷达、侧视雷达和尾椎后视雷达,使T-50在战斗机发展史上首次具备了单机全向战术信息感知能力,再加上红外搜索设备、加强的战术数据链和灵敏的雷达/导弹逼近告警系统等,这将为其带来前所未有的独立作战能力。这也是考虑到俄罗斯空军所需防御的空域极为广袤,防空网雷达空档较多且预警机指挥能力相对落后的现实状况。[后续尚有若干深入分析专题,敬请期待]……