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中國 殲-10B戰機(J-10B)性能分析
2011/05/01 12:28
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鄭重聲明:本文原作者為網友天地論壇的晨曦網友,因此文對於台灣網友管窺飛速進步的中國航空工業及其真實實力大有裨益,故轉載于此。感謝晨曦,你的這篇關於J-10B的文章極為理性、客觀,透過大量的科學數據,披露了三代中國航空人的奮鬥歷程,謝謝你。

 

J-10B性能分析(2011

一:輕型機和重型機的爭論

      有人說,J-10是輕型機,J-11是重型機, J-10空戰性能和J-11相比,不是一個檔次。事實無情的回答了這個問題:在2006年舉行的J-10SU-27SK的對抗中,一架J-10面對4SU-27SK,先敵發現,先敵開火,取得了40的驕人戰績。

      其實J-10並不是輕型機,其空重約8.6噸,最大起飛重量約19.2噸,屬於中型機;FC-1JAS-39才是輕型機(J-10最大速度2.2MH,最大靜升限接近2.1萬米,最大動升限大於2.2萬米,最大航程3500公里,最大作戰半徑1350公里,最大載彈量7噸)。如果說在90年代,SU-27SK還是一款優秀的戰鬥機,但進入21世紀,其航電、武器已明顯落後。J-11SU-27SK的中國生產版,其00010203045個批次,約100架,國產化程度逐漸增加。00-02批次基本是原版的SU-27SK0304批次逐漸換裝了國產的雷達等航電,部分能夠發射國產的PL-12導彈,作戰能力大增。目前大部分老J-11航電已得到升級,以前只能發射半主動的R-27,升級後能發射主動的R-77,作戰能力增強。但無論是換裝了國產化航電的新J-11,還是升級後的老J-11,在近幾年的多次對抗中,均不是J-10的對手。

       重型機就機體方面來說,載彈量大,航程遠,作戰半徑大,滯空時間長;就航電方面說,由於更大的空間,可以使用更大和更複雜的設備(如更大直徑的雷達等),性能更強,功能更全面。所以同樣技術水準下,重型機空戰性能強於輕型機——但這個前提是同樣技術水準。

       三代機氣動設計理念有這樣一個發展過程:70年代的能量機動→80年代的暫態機動→90年代的過失速機動(超機動)。SU-27SK是典型的能量機動戰鬥機,暫態機動理論誕生了颱風、陣風、鷹獅等歐洲3.5代。暫態機動強調在空戰中瞬間改變機頭指向,配合能大離軸角發射的導彈,對敵機進行攻擊。暫態機動理論在我國的產物就是J-10J-10由於發動機推力不夠大,推比並不高,按能量機動理論,其穩盤對SU-27SK並不佔優勢,但他卻有著比SU-27SK優異很多的瞬盤(31°),在格鬥中往往能優先鎖定SU-27SK。傳統的觀念認為,鴨翼的失速迎角為35度,這是以色列人提出來的,後來為各國所重視,法國的陣風就將最大迎角限制在28度,中國的殲-10則限制在26度(SU-2728度),所以航空界一般以為在大迎角性能方面,鴨翼不如常規佈局,因為鴨翼的失速迎角限制了鴨翼的大迎角性能。然而,在過失速飛行中,中國試飛員確發現另一種現象,即殲-10的大迎角控制性能遠超過蘇-27(即殲-10在飛眼鏡蛇機動時的角度超過了蘇-27)。這一資訊最早由雷強披露,但受到持有傳統觀念網友的廣泛質疑。成飛的研究成果,證明的雷強的說法。

      J-10不僅擁有優異的瞬盤,全數字式電傳(J-11是模擬式電傳)、飛火交聯技術、大幅度放寬的靜不穩定度(11%)和綜合氣動控制技術(90年代)還給其帶來了優異的敏捷性和飛行品質。J-10的空戰格鬥性能,在我國現役所有戰機中,可以用強悍兩字來形容。

     J-10的優勢還在於其優秀的超音速機動性能。如果說二代戰鬥機強調高空高速,三代機強調中低空、亞跨音速格鬥性能,那麼四代機一部分強調的就是超音速機動性能(超巡、超機動性)。SU-27SK雖然最大速度比J-10大(SU-27最大2.35MHJ-10最大2.2MH),但標準空戰掛載下(42近)其最大速度會下降到1.7MH以下,而J-1022近)則大於1.9MH,並在超音速階段擁有更好的機動性。在SU-27SKJ-10的對抗中,常出現打打不過,跑跑不掉的情況。

     J-10是一種全空域、全速度的空優戰鬥機,在2010年以前,J-10一直是國內空戰中的王者。

       J-102004年剛服役時,航電系統還不是很完善;05年開始完善,後續每個批次都有新的改進,老的批次也進行了升級。論壇上一般稱為J-10A

       J-11並沒有停止不前,採用西方設計標準、我國航電技術的J-11B2003年首飛(據說使用的還是模擬電傳),2007年定型並服役。J-11B原計畫使用國產的太行發動機,但由於當時太行性能並不穩定,第一批次一個團的J-11B仍舊使用的AL-31F2008-2009年上半年,太行繼續不給力,J-11B堆積了大量機體卻無發動機可用。2009年下半年,太行基本解決問題,J-11B2009年末或2010年初開始大批量服役。目前大概生產了80架。

     第一批次裝AL-31FJ-11B性能也並不穩定,幾次出現問題,2010年前一直未形成有效戰鬥力。2010年是否和J-10A進行了對抗還不清楚,有傳言有過對抗,不過結果不是很理想。太行版的J-11B,今年有可能和J-10A對抗,個人對此十分期待。
   
      J-10A1473雷達直徑大概700mm,3²目標有效發現距離約120公里,J-11B1493雷達直徑約960 mm,3²目標有效發現距離約150公里。J-11B貌似在超視距攻擊中對J-10A享有優勢。但實際並沒那麼簡單。

      在現代空戰中,空戰雙方開始都是靜默飛行,由預警機提供敵方目標大致方位。在雙方相距約80公里處打開雷達搜索跟蹤目標,在約40公里處開始發射導彈攻擊。所以J-11B雷達發現距離遠所帶來的優勢並不明顯,而其較大的RCS又抵消了這種優勢。

     J-101998年首飛,2004年定型服役,目前生產數量200餘架。J-10剛公開時,官方媒體曾稱其為3.5代,後又改稱3代。其原因是,J-10雖然擁有先進的設計理念,但發動機推力不足,航電、武器性能不夠先進,且和J-11B一樣,目前主要用於空優作戰,對地能力不強。

  2008年,J-10B首飛,中國第一種真正的3.5代戰鬥機正式誕生。

二、J-10B

     J-10BJ-10A相比,外形有了明顯的變化:

     1、進氣道變為DSI式)進氣道。J-10為了高空高速性能,使用了複雜的二元三波系可調進氣道,重量增加。DSI是最新出現的技術,他應用在美國最新的F-35上。與常規進氣道相比,DSI取消了附面隔層,大大減輕了重量。美國在F-16上的測試結果顯示,DSI比複雜進氣道降低了182KG。總壓恢復係數是進氣道的重要指標,總壓恢復係數下降1%,發動機推力下降1.1%1.6%DSI有利於提高進氣道的總壓恢復係數,提高發動機實際推力。這兩個優點使J-10B的推比得到了有效的提升。DSI的另一大優點是取消了附面層隔道這個大的雷達反射源,明顯降低了RCS。此外,DSI能夠減低成本,提高可靠性。

     以前有說法說DSI高速性能比較差。美國在F-16上的測試表明,DSI0.6-1.2MH時,總壓恢復係數高達0.98,但在2.0MH時,僅為0.74。因為有人擔心DSI的使用會明顯降低J-10的高空高速性能。這個擔心是不必要的,技術總是在發展的。我國某型進氣道的測試結果是,在1.8MH總壓恢復係數為0.91,在2.0MH時為0.87,好於一般的三波系進氣道。

     2、機頭由原來的圓錐型變為了扁圓形,以起到對空氣進入進氣道前的預壓縮作用。機頭略向下,改善了視野。其雷達罩與機頭結合處為向後傾斜的斜線,據悉這表明其裝備了AESA(有源相控陣雷達)。

     雷達發展過程為:機械雷達→PESA(無源相控陣雷達)→AESA(有源相控陣雷達)。AESA是和四代機同期發展的技術,目前除裝備4代機外,還用於裝備和升級3.5代甚至3代機。與機械雷達相比,AESA探測距離更遠,精度更高,反映速度更快,多目標攻擊能力更強,功能更多,抗干擾能力更強,可靠性更高。採用一些技術後,隱身能力更強。

      與機械雷達相比,AESA探測距離大幅度增加,美國甚至宣稱能增加100%。現在已逐漸進入隱形時代,常規雷達對隱形飛機、隱形巡航導彈這類RCS反射很小的目標發現距離很短,比如J-10RCS0.03(比如F-22)的發現距離銳減為30公里左右,在電磁干擾環境下距離更短。AESA更大的探測距離,更高的探測精度,使他對探測這類小目標享有很大的優勢。多目標攻擊能力是3代機就開始宣稱的,一般為同時跟蹤8-10個目標,同時打擊其中2-4個。但實際這個能力對3代機並不實用。由於戰鬥機具有很高的機動性,常規雷達在鎖定一個目標時,很難繼續鎖定另一個目標,因此3代機一般一次只攻擊一個目標,除非面對的是低機動目標。AESA使戰鬥機真正具有了這個能力。3代機在空戰中開始要採用靜默飛行,是因為其一旦打開雷達搜索,就像黑夜中的手電筒,很容易被對方預警系統發現。這個問題對隱形飛機來說更為重要。現代戰爭都伴隨著強烈的電磁干擾,這使雷達的探測距離大大縮短。F-22AESA雷達有效的解決了這兩個問題,通過採用射頻管理等技術,對方較難發現其雷達輻射的電磁波,較難對其進行干擾。AESA為實現此項功能奠定了基礎。AESA還使戰鬥機具有電子戰等更多的功能,具有更到的可靠性。

     美國裝備AESA較早,其最早於2000年便開始為F-15C改裝AESA,只是當時雷達發射單元大、重而耗電厲害。採用新式的體積更小的發射單元的各型AESA雷達裝備/改裝開始於2004年的F-22F-16block60(外賣),2005年的F-18E/F2010年的F-15C。目前美國正考慮為自己的F-16C換裝AESA。歐洲的3.5代中,陣風於2013年換裝AESA,颱風計畫2015年,JAS-39NG目前只是驗證機。俄羅斯於2014年服役的SU-35BMSU-27SM2)裝備是PESA;米格-35倒是擁有了自己的AESA,但“600mm直徑、680收發單元、130公里探測距離的配置卻比較悲劇。日本於2000年服役的F-2也裝備了AESA,只是此雷達性能十分悲劇,對空探測距離只有40公里,還經常丟失目標。。據說目前已解決問題,恢復正常。

     J-10B年底將小批量生產,其雷達採用1000-1200個收發單元,對3²目標有效發現距離能到160-180公里,已經趕上了世界發展的潮流。

     3、換裝了衍射平顯,機頭加裝IRST(紅外搜索跟蹤系統)。衍射平顯,也就是通常所說的廣角全息平顯。與折射平顯相比,它的視場更大(有利於武器瞄準和夜間飛行),外景透視率、字元反射率更高。衍射平顯技術在3.5代戰鬥機中應用較普遍,我國最先應用於J-11BAESA雷達雖然有效解決了輻射和抗干擾問題,但還不能完全避免。IRST採用被動探測,不僅難以被發現,在探測隱形飛機方面還具有不錯的效果。且正在具有更多的功能。F-22是通過無源接收機系統實現的這個功能。椐稱,J-10BIRST可以在60KM處跟蹤隱形飛機,30KM50KM距離上就具備識別敵機、顯示敵機隊形、統計敵機數量、對導彈提供制導的能力。
 
     4、加裝垂尾電子艙和翼下電子吊艙。電子戰能力是戰機十分重要且關鍵的能力。這方面重型機一般對輕型機享有一定的優勢。J-10B在機翼下增加了一對掛點,加掛了一對電子吊艙(據稱此吊艙可拆卸下來),配合垂尾電子艙,大大強化了電子戰能力。

     5J-10B垂尾、腹鰭進行了切尖處理,這有利於提高高速性能,表明了其對高空高速的依然追求。J-10B改進了機翼結構(翼型不變),增加一對掛點(用於電戰設備),增加了機翼的儲油量。改用複合材料機翼蒙皮,減輕機翼結構重量的同時也加強了機翼強度。

     J-10是第一款國產全權限數字電傳鴨式佈局戰機,由於鴨式佈局配平復雜,因擔心橫截面為卵形的前機身與鴨翼耦合誘發大迎角時的縱向發散,所以採用了橫截面為圓形的前機身。又由於有J-8II3波系進氣道的技術儲備,所以採用腹部3波系進氣道。2000年後由於國內對DSI進氣道深入展開,後來又有FC-1DSI進氣道來練手,對DSI進氣道有了更深入地研究。由於J-10的研製成功及裝備部隊,國內對全權限數字電傳鴨式佈局的氣動特性的研究進入更深層次,已經攻克了卵形的前機身與鴨翼耦合的氣動問題。在此基礎上發展出機身下部修平的半卵形前機身與鴨翼耦合的更為優秀的前機身氣動佈局,提高了升力和可用迎角。

     J10B的總體氣動外形對跨音速面積率和超音速面積率進行了深度優化(提高超音速性能的關鍵),重新設計了前機身、垂直尾翼、腹鰭,更換了新的主翼(翼型基本不變,採用了更多的複合材料),新一代的DSI進氣道高速設計點為2.0MH,在2倍音速時可提供的總壓恢復好於3波系進氣道,在2.2MH時總壓恢復仍保持在較高水準;低空設計點為1.2MH。優化後的氣動外形在亞、跨、超音速的包線內的減阻效果明顯,亞//超音速升阻比提升,加速性能得到改善。鴨式佈局在4代電傳操縱系統下極好的兼顧了高/低速性能。實際試飛結果表明,J-10B高空高速比J-10A 還好,機動品質更好,其在全飛行包線內(0~2.3MH)各階段均具有更好的加速性能,實用最大速度、實用升限和爬升率均優於J10A。高空帶彈情況下(模擬彈)的極速和最大靜升限均有所提高,並且穩定盤旋性能提高喜人,數字飛控最大迎角限制達30°左右。

    J-10B氣動性能的提升令人驚喜,但其真正的亮點是其航電和武器的提升。某人說:其實就算10B上了AESA也不值得很興奮——其他航電設備的改變的步伐和意義遠大於一種是飛機都能裝的AESA10B航電的架構和性能指標某種程度上是參考F-22的寶石柱的標準,如獨立的飛控、火控等換成了新一代的綜合的CIP(通用資訊處理機)。” J10B採用了新一代的航電系統,包括改進的飛控系統,最新的配套機載相控陣雷達、(主動/被動)電戰系統,新增的光電雷達,其系統更新比例不低於70%

     J-10B大幅度增加複合材料使用量,嘗試了縮減RCS的工藝,除了DSI進氣道、機身修形外,還盡可能減少機體外表的突出物,將航燈改為半埋式,將冷卻空氣進氣口從外凸型改為附體的嵌入式。。。J-10B在工藝上提升很大,RCS縮小一個數量級,類似於颱風、陣風和F-18E/FJ-10BRCS 小於1m²,是我軍目前已服役戰鬥機中RCS最小的機種。

     本來611601共同競爭我國四代機,開始601呼聲比較大,611當時為了備份,J-10本有多種改型。但後面四代機花落611611開始把主要力量轉移到四代上。08年後,J-10的其他方案都中止了,10改全面轉向DSI的單發方案,曾經討論過上艦的可能性,最後以空裝為主導,強化空優性能,拓展多用途能力,徹底放棄上艦的方向。當時確定10改作為3.5代量產機、兼4代部份技術的驗證,向4代航電進軍(當然就包括了上AESA)。

     J-10B的機載設備、雷達、航電雖然與重型4代制空機的不一樣,但J10B上的機載設備、雷達、航電 也是按4代標準研製的,可算4代標準的首版實踐。沒有首版實踐的經驗,重型4代制空機的機載設備、雷達、航電衡有可能出現相互干涉或不達標情況,這會導致重型4代制空機研製預算超標,研製期加長,定型推遲。所以拿J10B作為4代制空機的機載設備、雷達、航電、配套武器、結構工藝、新材料工藝、生產工藝 的練習對象,積攢經驗。J10的改型會一直存在下去,一是提高(重4服役前)空軍空戰實力的需要,二是提前解決重型4代制空機的研製可能遇到的障礙,分擔部份 重4研製的風險。 重4研製是獨立撥款的,J10的改型也是獨立撥款的。J10的改型向4代逼近,分擔部份 重4科研試驗的風險,對重4研製起到事半功倍的效果,其終極馬甲改進版會用上標準的4代的於單發機配套的航電。

     在09年第一次寫J-10B性能分析文章時,我還在猜測新一代格鬥彈PL-10的狀態。2年過去了,我們又看到了我國在中遠程空對空導彈上的發展,如PL-12的各種改型和PL-21遠程衝壓導彈。我們可以想像J-10B配合新型的遠、中、近程導彈,空戰能力必將更加強大。2006年後,我國精確對地攻擊彈藥也獲得了長足的發展,種類已大大豐富。J-10B本身拓展了多用途能力,配合新型彈藥,對地攻擊能力得到了較大的提高。

     J-10B目前最大的問題還是發動機。J-10受累於發動機推力不夠大,性能受到限制,太行發動機又一直不穩定。在09年第一次寫J-10B性能分析文章時,我就在擔心太行發動機會拖J-10B的進度。如今2年過去了,事情並未發現本質性的改變,太行雖然大量裝備了J-11B服役,但在J-10上的測試還在進行中。J-10B開始會繼續裝AL-31FN服役,大概於年底開始小批量生產。據說目前已獲得兩個團的定單。

     聽聞中航準備花費大量資金大力發展發動機水準,並吹噓將會多麼多麼快的發展。。我們不必理會這些吹噓,但也能夠看到,雖然現在有點小鬱悶,但前景還是很好的。

    我們羡慕過SU-35SU-37、米格1.44S-37,羡慕過陣風、颱風、鷹獅,羡慕過米格-35SU-35BM,更羡慕F-22F-35。如今我們終於有了一款趕上世界先進水準的戰鬥機,雖然離F-22/F-35還有很大差距,但已和其他3.5代戰鬥機處於同樣的檔次。有了J-10B,我們不再羡慕雙風。我們甚至開始認為,JAS-39C/D不如J-10A,並開始探討FC-1JAS-39的對比。。

     目前美國航母上的戰機為3.5代的F-18E/F,駐紮在日本的F-15C也已經升級到了3.5代。韓國、日本、印度正計畫購買3.5代戰機,小小的新加坡已經裝備了3.5代的F-15SG。四代的F-222004年服役,共180多架,將於年底開始逐步升級,目前已經常在日本沖繩駐軍。F-35正在大量試飛,未來幾年內也會服役。2017年後,F-35會逐漸進入周邊國家,如日本、韓國、澳大利亞。我國的J-20已於1月份首飛。J-20的出現,標誌者我國航空工業開始趕超歐洲,跨入了世界一流空軍的門檻。但受累於發動機,J-20目前只是處於第一階段。以後會換裝新一代的WS-15,對機體重新修形,繼續試飛直到裝備。WS-15計畫約2016年交付,這樣J-20完善版的服役時間大概是2018-2020年。那麼在這8年間,誰來保衛我國的領空?

     正在生產的J-11B屬於3代,2007年首飛的J-11BSJ-11B的雙座機,目前已開始裝備;2009年首飛,正在試飛的J-15是艦載機,性能類似J-11B;可能於下半年首飛的J-16為類似SU-30MKK的戰鬥轟炸機(航電、武器大幅提升)。因此這個重任就交到了J-10B的身上。J-10B能夠有效對抗周邊3.5代戰鬥機;在體系對抗的防守中,可以對抗F-35

三、J-10B在他國。

     一直在傳言巴基斯坦準備購買我國36J-10,到貨時間大概是2014年。根據到貨時間,其真正型號應該是J-10BJ-10A國內價格接近3000萬美元,J-11B5400萬,飛豹A2400萬。FC-1外賣價格1500-2000萬,J-10A目前出口價格約4000萬,J-10B5500萬。目前國際市場上各3.5代的價格分別是:颱風1.2億,陣風1.1億,F-15SG 1億,F-18E/F 9000萬,F-16E/F 8000萬,JAS-39NG 8000萬,米格-35 5000萬;三代的SU-30MKK 6000萬。與同檔次飛機相比,J-10B可謂物美價廉。

     巴基斯坦現有34F-16Block15OCU,目前正在他國把航電升級為F-16Block50狀態,預計2014年升級完畢。巴基斯坦新購買了18F-16Block50/52,年底全部到貨。預計巴基斯坦可能還會購買18F-16Block50/52。這樣到2014年左右,巴基斯坦將擁有70F-16Block50/52狀態的戰鬥機。自從2007年接收第一批8JF-172009年開始接收第二批40JF-17,目前巴基斯坦總已接收約30多架。

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1樓. 小米^^
2011/05/01 12:33
文章最後結尾部份

       J-10B能夠有效對抗印度未來的3.5代戰鬥機,並對印度其他的3代機形成性能上的壓制。如果說FC-1到巴基斯坦後,是位於F-16 Block50/52之後的二線機,那麼J-10B到巴基斯坦後就是位於F-16 Block50/52之前的高端機。。


  後記:在此十分感謝CDsopc_dsp,本文大量參考他的數據。


聚精会神搞建设,一心一意谋发展。
短短幾天之內,瀏覽此文的人數達到百位,看來台灣的相關部門還是有點效率的,仔細看吧,能貼在你這裡的文章都是在論壇上公開的,這也有助於台灣朋友客觀瞭解我們的航空工業的進展情況。 小米^^2011/05/07 13:58回覆
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