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超七战机技术探秘 与F-16、IDF谁领风骚(图)

http://www.sina.com.cn 2003年07月31日08:28 千龙新闻网

  前不久,由成都飞机工业集团公司生产的FC-1战斗机的首架原形机下线,开始进行各项地面测试工作,不久之后将会进行首飞。FC-1战斗机是由成都飞机设计研究所设计,成都飞机工业集团公司生产的一种轻型战斗机,主要面向外贸出口市场,又称为“超7”战斗机。该战斗机的研制,在经历了多年的发展之后,终于将进入一个新的阶段。按计划,该机将在2005年投入批量生产。

  发展历程

  FC-1战斗机的发展经历了一个曲折而漫长的过程。在上世纪八十年代末,应巴基斯坦空军的需要,我国和美国的格鲁曼公司合作,准备在歼-7飞机的基础上发展出一种“超-7”战斗机。主要的改进之处在于将歼-7飞机的进气道由头部移到两侧,这样就可以留出机头的空间来安装较大功率的雷达和其他电子设备,以适应现代化战争的需要。除此之外,为了提高中低空的机动性能,对机翼也进行了彻底的修改,把歼-7的大三角翼改成带边条翼的40度后掠角梯形机翼。为了提高飞机在大迎角下的稳定性,将机身两侧的进气道内倾10度。超-7飞机计划采用西方的发动机,备选的发动机包括著名的F404发动机、PW1120和PW1126发动机以及罗伊斯-罗尔斯公司的RB199-127/128型发动机。歼-7飞机是一种偏重于高空高速性能的战斗机,但是经过这样的修改之后,超-7飞机则完全变成一种注重中低空格斗性能的战斗机,而仅仅是保留了原歼-7战斗机的大部分机体结构。这个方案成了现在FC-1战斗机的基本构形。

  在经历了西方国家的对华制裁之后,超-7战斗机失去了发动机和电子设备的来源,计划也随之停止。但是由于苏联的解体,俄罗斯与中国的军事关系开始解冻,而且俄罗斯为了缓解军事科研经费的紧张,开始广泛地谋求武器装备的出口和军事技术的对外合作,这使一度停止的超-7战斗机又获得了新的发展机会。最后,在米高扬公司的参与下,超-7“研制计划变成为由中国成都飞机工业公司为主,俄罗斯米高扬设计局和巴基斯坦航空联合体参与研制的合作项目,飞机的名字也改成FC-1。FC-1战斗机的机体设计由成都飞机设计研究所负责,基本保留了原超-7战斗机的外形,发动机采用俄罗斯的RD93涡轮风扇发动机,电子设备则根据巴基斯坦的要求向国际招标。

  由于电子设备的选择和经费等原因,飞机的研制又拖延了几年,最后才敲定各项计划,从而进入紧锣密鼓的工程研制阶段。现在首架原形机已经下线,在不久之后即可首飞。

  飞机的性能

  1、飞行性能

  由于FC-1战斗机还未首飞,所以各项性能还无法确定,但是根据以往公开的一些相关数据,还是能大致估计出该飞机的性能特点。

  根据在过去航展上公布的数据,FC-1的外形数据如下:

  全机长:      14.5米

  全机高:      5.1米

  翼展(不带翼尖弹):  8.5米

  机翼面积:     24.4平方米

  机翼前缘后掠角:  42度

  重量数据:

  正常起飞重量:   9100千克

  最大起飞重量:   12700千克

  基本飞行性能(设计值):

  最大飞行速度:   M1.6

  实用升限:     17000米

  最大转场航程:   3000KM

  留空时间:     3.5小时

  起飞滑跑距离:   500米

  着陆滑跑距离:   700米

  FC-1的俯视图如下:


  从这张图我们可以看出,FC-1的机翼设计特点和F-16非常相似。对比两机机翼的一些基本特征也可以看出这一点:

           FC-1        F-16A

  前缘后掠角   42度        40度

  机翼面积    24.4平方米     27.87平方米

  翼展      8.5米        9.45米

  展弦比:    2.96        3.2

  翼载荷:    373千克/平方米   398千克/平方米(正常起飞重量下)

  从上面的数据对比可以看出,FC-1和F-16A的机翼在一些基本特征,如展弦比、机翼前缘后掠角以及翼载荷等数据上都比较接近,这也说明两机在机动性能设计上的偏重点是非常相似的。这种机翼的基本特点是边条翼加中等后掠角的梯形翼,展弦比在3左右。这种机翼是七十年代中期至八十年代中期世界战斗机机翼的主流设计,尤其是在中轻型战斗机上得到广泛的应用,例如著名的F-16、F-18战斗机,F-20虎鲨战斗机以及台湾的IDF战斗机等。另外,俄罗斯的米格29和SU-27战斗机也采用了相似的机翼设计,只是机翼后缘也有一定的后掠角,在高速性能上要略好于前几种战斗机。

  这种机翼主要有以下几个特点:

  1、升力特性好。由边条翼拉出的脱体涡在机翼上表面产生负压,增加了机翼的升力。机翼前缘后掠角比较小,使机翼的升力线斜率较大,也就是说,飞机只要拉出一个不大的迎角,就能获得较大的升力增量,这样的飞机敏捷性很好。相比较而言,象米格21那样的大三角翼,虽然总的升力很大,但是必须拉到很大的迎角才能达到升力的最大值,但是在大迎角下飞机已经很难操纵了,而且飞机敏捷性也不好。

  2、诱导阻力小。机翼的诱导阻力是伴随升力而产生的,升力越大诱导阻力也越大。飞机在平飞的时候升力等于重力,这时候诱导阻力在总的阻力中所占的比例不大。但是飞机在做机动动作的时候,要达到好几个G的过载。这么大的过载主要是由升力提供的。飞机进行大过载机动,机翼上产生的升力是平飞时的好几倍,升力的急剧增加引起诱导阻力的大幅度增加,这时诱导阻力就成为构成飞机总阻力的主要成分。而机翼的诱导阻力又是和展弦比直接相关的,展弦比越大诱导阻力越小。这种机翼展弦比为3到3.5,而大三角翼的展弦比一般为2左右,比较起来这种机翼的诱导阻力要小得多,因此在进行大过载机动时阻力小,剩余推力大,占有能量上的优势。

  这种机翼最大的缺点就是高速性能较差,超过音速以后激波阻力急剧增加,在这一点上不如大三角翼优越。

  通过上面的特点也就很容易看出,这种机翼主要是为满足中低空亚跨音速机动性而设计的,在速度超过1.4倍音速,高度超过1万米以后飞机的性能下降较大。

  关于FC-1在中低空的机动性能,可以拿它和F-16A、IDF两种飞机做一个简单的对比。

  对比的性能是这三种飞机的最大稳定盘旋角速度、最大瞬间盘旋角速度和最大爬升率。计算性能时,高度取在海平面(实际上计算盘旋性能一般高度要取在1000米以上),重量取正常起飞重量(机内满油无外挂),发动机推力取台架最大加力推力。做以上的规定是为了统一计算标准,因此得出的结算结果和一些资料上公开的数据将有所不同。因为是理论计算,和飞机实际性能也会稍有出。

  计算的数据如下:

  F-16A  正常起飞重量11094kg

  发动机最大加力推力10800KG (F100-PW-100)

  最大过载9G

  (以上数据来自《国外军用飞机性能手册》)

  IDF   正常起飞重量9525KG (TFE-1042-70)

  发动机最大加力推力4300 KG*2

  最大过载9G

  (以上数据来自台湾公开的信息)

  FC-1  正常起飞重量9100KG

  发动机最大加力推力8300KG (RD93)

  最大过载8G

  (以上数据来自官方对FC-1的宣传资料)

  计算的结果如下:

     最大稳定盘旋角速度最大瞬间盘旋角速度最大爬升率

  F-16A   18度/秒   24.5度/秒     250米/秒

  IDF    16度/秒   22度/秒      245米/秒

  FC-1   16.5度/秒   23度/秒      230米/秒

  从计算的结果可以看出,FC-1和IDF在中低空的机动性基本相当,而略低于F-16A,这主要是因为F-16A的推重比要稍大一点。另外,FC-1为了控制成本,只是在纵向控制上采用三余度数字电传,横向仍然采用机械控制,这样就使飞机的最大过载受到限制,飞机性能稍有下降。(飞机的最大过载不仅受限于机体强度,采用电传飞控系统以后,可以通过改变机翼的操纵面来改变机翼上的载荷分布,避免局部载荷过大,从而提高飞机的最大过载)

  2、任务性能

  FC-1飞机有7个外挂点,最大载弹量3600KG,由于采用的是涡扇发动机,所以航程较大,达到3000KM以上。

  飞机的作战半径根据外挂布置和作战剖面的不同而有很大变化。根据FC-1公开的图片和模型,一种典型的空战外挂布置是在翼尖携带两枚格斗弹,在机翼下两个外侧挂点各携带一枚中距弹,在机腹和机翼下两个内侧挂点携带三个副油箱。如果采取这种挂载方案,高-高-高作战剖面,估计作战半径将达到700KM以上。如果将两枚中距弹换成250KG的炸弹,以低-低-低航线执行对地攻击任务,估计作战半径为350至400KM。这种作战半径,执行远程打击任务是远远不够的,但是执行国土防空、护航、空中巡逻以及近距对地支援等任务还是可以胜任的。毕竟FC-1是一种正常起飞重量只有9吨的轻型战斗机,FC-1的挂载能力和航程,可以满足以防御为主的空军的需要。

  3、电子设备

  FC-1目前的电子设备主要根据巴基斯坦的要求,从国外招标采购。由于价格和机体空间的限制,电子设备的水平不会太高,但是功能还是比较完善的。

  根据公开的消息,参与FC-1雷达竞争的包括英国马可尼公司的BLUE HAWK雷达,法国汤姆逊公司的RC-400雷达,俄罗斯的Kopyo雷达等,不过根据目前的情况,FC-1最有可能采用的是意大利FIAR公司的GRIFO-S7雷达,因为中国出口巴基斯坦的歼-7PG飞机采用的就是该公司的雷达,而中国正在研制的FTC-2000高级教练机据说也会采用这种雷达。目前还无法获得这种雷达的详细性能参数,下面了列出同系列的GRIFO-F/M雷达和俄罗斯的KOPYO雷达作为参考。这两种雷达都属于轻型多功能PD火控雷达。

           GRIFO-F/M    KOPYO

  工作频段(GHz)  9.0-9.5      9.1-9.8

  脉冲重频类型   高、中、低   高、中、低

  上视距离(KM)   62       51(5平米目标)

  下视距离(KM)   35       23

  (同上)

  跟踪目标数    10        8

  攻击目标数    1        2

  扫描角度

  方位(度)     ±45      ±45

  俯仰(度)     ±45      ±40

  天线口径(mm)   560*380     500

  平均功率(W)    200      1000

  电能消耗(Kv·A)  2.05      8.05

  体积(m3)     0.064      0.198

  质量(KG)     87       150

  可靠性(小时)    200      100

  从上面的对比可以看出,GRIFO雷达虽然属于轻型机载雷达,天线尺寸和发射功率较小,但是采用了全波形PD体制,功能完善、体积小、可靠性高。据介绍,GRIFO-S7雷达具有对空探测、跟踪和地图测绘功能,可以保证FC-1战斗机完成对空和对地作战任务,而且可以完成主动雷达制导的中距空空导弹的发射,使FC-1战斗机具有超视距作战能力。

  FC-1的航电系统采用1553B数据总线,包括任务计算机、大气数据计算机、外挂管理系统、敌我识别系统和雷达告警系统等。采用惯性导航系统和GPS全球定位系统联合导航。坐舱显示系统包括一个平视显示器和两个多功能显示器,双手不离杆操纵。

  FC-1战斗机还可以加挂激光照射器和前视红外吊舱,以满足投掷激光制导炸弹和夜间作战的需要。

  4、武器系统

  FC-1采用一门23mm航炮。可以携带的武器包括近距格斗导弹、中距空空导弹、激光制导炸弹以及普通航弹和火箭。其中近距空空导弹可能包括AIM-9P、魔术2和中国出口的PL-9C,中距弹可能包括Aspide半主动雷达制导空空导弹以及中国出口的SD-10空空导弹。其中SD-10导弹是中国最新研制的主动雷达制导的中程空空导弹,预计迎头射程达到50KM,导引头对战斗机的发现距离15到20KM,性能不亚于俄罗斯的R77主动中距弹和美国的AIM120A中距弹。能够发射主动雷达制导的中距弹,将使FC-1具有完全的超视距作战能力,这对于提升其空战性能有非常重要的意义。不过FC-1机体较小,雷达探测距离较近,携带这种中距弹未必能发挥出作战效能,假如能携带法国的米卡和以色列的德比这一类型的中距弹,既能减轻飞机的载荷,又能适应雷达的探测距离,是一种非常好的选择。


SD-10导弹

  5、作战对手

  FC-1的主要用户显然将会是巴基斯坦空军,那么它所面临的对手就是印度空军的各种战斗机。

  目前印度空军的主要战斗机包括各型米格-21约280架,米格-23约80架,米格-27攻击机135架,米格-29战斗机63架,幻影2000战斗机40架和SU30战斗机16架。(来自2002年度伦敦国际战略研究所的《军事力量对比》)

  米格-21和米格-23/27战斗机一般使用R60近距格斗导弹和R27半主动中距弹,印度军方还计划在2004年之前给125架米格-21比斯型战斗机升级,使之可以发射先进的R73近距格斗弹和R77主动中距弹。尽管如此,米格-21战斗机的空战机动性毕竟比FC-1相差较大,而且米格-21飞机过小,加装R77导弹后对飞机性能破坏很大,因此,FC-1相对这几种战斗机还是占据比较明显的优势。

  印度的米格29战斗机是早期的米格-29B型,雷达性能较差,而且只能发射R-73和R-27导弹,不能发射R-77导弹。印度也正在谋求请俄罗斯为这些飞机进行升级改装,使之能发射R-77导弹。

  印度的幻影2000H型在配置上接近法国的幻影2000C型,采用RDI雷达,而不是幻影2000-5上先进的RDY雷达。可以发射魔术近距格斗导弹和超530D半主动中距弹,不能发射米卡导弹,但是印度空军打算购买先进的幻影2000-5战斗机。这种战斗机在机动性上可以同时满足高低空作战的需要,尤其以电子设备先进而著称。

  印度还从俄罗斯购买了SU30MKI重型战斗机,这种战斗机采用三翼面布局,带有矢量推力装置,机动性能非常优越;使用NO11M重型机载PD雷达和头盔瞄准具,电子设备比较先进,具备强大的超视距空战和近距格斗能力。但是印度目前购买的第一批实际上仅仅是SU27的双座型,第二批是原准备卖给印度尼西亚的SU30K,真正的SU30MKI还在研制发展之中。

  从上面的分析可以看出,FC-1对付印度空军现有的作战飞机,在空战性能上还略占优势,但是对付印度空军计划更新的飞机,尤其是幻影2000-5和SU30MKI这两种战斗机,无论是机动性还是电子设备,FC-1都处于明显的劣势,因此在印度空军更现它的飞机之后,巴基斯坦必定还会继续谋求更先进的作战飞机以弥补和印度空军技术上的差距。

  另外,FC-1还有一个明显的缺点,就是高空高速性能差,而印度空军所装备的米格-21/23/27/29、SU-30和幻影2000战斗机的高速性能都比它好,因此在防御作战中FC-1是否能拦截住这些飞机还是个疑问。所以巴基斯坦空军还需要保持一定数量歼-7机群用来执行高空的截击任务,直到有更新的飞机取代它们。

  市场前景

  FC-1战斗机瞄准的是中低档战斗机的市场,不单纯以技术取胜,而是靠合适的性价比来赢得市场。

  在进入21世纪之后,许多第三世界国家装备的米格-19、米格-21和F-5等轻型战斗机必然要更新换代,这是一个比较大的军机市场。在这个市场上FC-1会面临几个主要的对手。

  首先就是美国将会有一批老旧的F-16战斗机被淘汰下来,这些战斗机有可能被低价出售。对于美国来说,这些飞机已经过时,但是在国际市场上仍然是非常先进的战斗机。而且F-16战斗机比FC-1要重一个级别,因此电子设备、外挂能力和航程等性能都占有明显优势,如果贱价出售必然对FC-1的销售前景构成很大威胁。但是,FC-1也有自己的优势。因为它毕竟是全新生产的飞机,而且飞机比较小,使用和维护代价都较低。另外,买美国的武器所带有的政治色彩太浓,巴基斯坦购买的一批F-16,货款已交,美国却拒绝交付,巴基斯坦也毫无办法,而购买中国的武器则没有这个担忧。因此,对于许多奉行独立自主外交原则的第三世界国家来说,购买中国的战斗机,也未尝不是一个好的选择。

  其次就是雅克130、韩国的T50等新一代高级教练机。这些教练机也具有良好的机动性能和一定的对地攻击能力,而且由于是新设计的飞机,在技术上显得比较先进。不过这些飞机比FC-1又小了一号,最大起飞重量在9吨左右,正常起飞重量在5到6吨左右。这么小的飞机,理论飞行性能虽然不错,但是一旦挂上武器,对飞行性能的破坏将非常严重,另外带弹飞行的作战半径也不会很大。尤其现有航空武器,一般近距格斗弹都重达100KG,中距弹则重达160至200KG,一般的航空炸弹都在200KG以上,因此作战飞机不能太小。这些高级教练机虽然具有多用途的性能,但是真要用来做作战飞机,还是小了一点。

  最后,如果美国的JSF战斗机投入生产并真正实现了控制造价和使用费用的初衷,那么无疑将具有一统轻型战斗机市场的实力。不过这种飞机真的要大量投放市场,恐怕还得在10年以后。

  FC-1战斗机具有优秀的机动性能,比较完善的电子设备和武器系统,具备较好的空战性能和对地攻击能力,因此不失为一款性价比适当的低档多用途战斗机。和它同类型的飞机,F-20已经停止多年,IDF估计也不大可能出口,因此FC-1还是具备一定的市场潜力的。在第三代战斗机的范围之内,战斗机的性能在很大程度上取决于电子设备和武器的性能。因此,FC-1能否在国际市场具有竞争力,关键还是要看我国的航空工业能否为这种战斗机提供合适的技术支持。而在目前,FC-1的发动机及电子设备都还是从国外引进的,也没有特别出色的空战武器和合适的对地攻击武器,如果要立足于国际市场,这才是FC-1最需要改进的地方。(作者:张鹏翼)


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