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          中國殲-20重型隱形戰機

          時間:2012-03-17 17:03:24編輯:中國紅故事

          殲-20是成都飛機工業集團為中國人民解放軍空軍研制的中國第四代(歐美標準,俄標準為第五代)雙發重型隱形戰機。其采用了單座、雙發、全動雙垂尾、DSI鼓包式進氣道、上反鴨翼帶尖拱邊條的鴨式氣動布局。殲-20的機頭、機身呈菱形,垂直尾翼向外傾斜,起落架艙門采用鋸齒邊設計,機身深墨綠色涂裝,遠觀近似于黑色。2009年11月,中國人民解放軍空軍副司令何為榮將軍曾預期殲-20將在2017到2019年間投入使用。該機于2010年10月14日完成組裝,2010年11月4日進行首次滑跑試驗。2011年1月11日12時50分,殲20在成都實現首飛,歷時18分鐘。


          基本簡介

          殲20是由中國成都飛機設計研究所設計、中國成都飛機工業公司制造的用于接替殲10、殲11等第三代空中優勢/多用途殲擊機的未來重型殲擊機型號,該機將擔負我軍未來對空,對海的主權維護。按中國和北約標準,該機為“第四代殲擊機/戰斗機”(注:俄羅斯和西方國家對戰機代數劃分標準不統一,以為例,西方國家稱之為四代機,俄羅斯則稱之為五代機),其目的是適合中國空軍2020年以后的作戰環境需要。



           

          由于美國已經在2005年將戰斗機劃代標準由原先的四代劃分法改為五代劃分法、即與俄羅斯現行標準相似(俄羅斯將可變后掠翼單獨劃為一代,所以美俄標準仍不相同,但是按照新美標和俄標,F22都是五代戰機),加之中國在2009年之后的對外宣傳中將“殲10B”定位為新的“第四代殲擊機”,所以殲-20在未來的正式報道中亦有很大可能被稱為“第五代殲擊機”(國軍標并未修改,在中國J10和J11家族仍是三代機,F22是四代機,J20自然也屬于四代機)。該飛機開始時(可能)使用俄制“AL-31FN”發動機,后在2011年1月6日又改用“渦扇10B”,即WS-10B,也就是國產新一代大推力“太行”發動機的最新改進型,將來預裝備“渦扇”(擁有矢量噴口,是國產第四代航空發動機,屆時可實現“不開加力超音速巡航”和“機動性”,以完全實現“4S”指標的全狀態加入人民解放軍空軍和海軍航空兵部隊服役)。


          先進設計

          融合全球多種優秀戰機的精彩設計于一體

          從目前已經曝光的照片分析,殲-20作為中國第四代重型戰斗機,融合全球多種優秀戰機的精彩設計于一體。這些技術包括:

          美國F-22的菱形機頭和整體式黃金鍍膜艙蓋(殲-20在此基礎上進一步優化了升力體設計);

          美國F-35的DSI進氣道改進型(殲-20采用獨創的可調式DSI進氣道);

          中國殲10的鴨翼的改型(中國四代采用了上反鴨翼,與下反主翼等翼面配合,共生渦升效應);

          多種三代機(如美國F/A-18)采用的大邊條及翼身一體設計的改型;

          俄羅斯T-50的全動垂尾(殲20為全動差動垂尾)、三維推力矢量(實為殊途同歸);

          俄羅斯米格1.44的后機身設計(窄間距雙發動機噴口,寬間距外傾雙垂尾及腹鰭等——都屬于超音速減阻措施)的改型。

          殲20的機動性——獨步全球

          殲-20的基本布局繼承于殲10,而殲10就是一種機動性、敏捷性和大仰角能力非常突出的戰機。可以預計,殲-20繼承了殲-10的高速瞬盤角速度,并進一步放寬了靜穩定度,同時采用了獨一無二的“鴨翼+邊條+前后襟翼+全動尾翼”的綜合氣動布局來提高飛控能力。

          殲-20的鴨翼差動和全動小垂尾同步偏轉更是獨門絕技。再加上將來具備更大推重比和三維

          矢量推力控制能力的新型發動機,將獲得比殲10更高的靈活性和大仰角能力。

          殲-20大舵效的全動垂尾可提供足夠的航向操縱力矩,進而提供較大的滾轉速率。

          而F-22畢竟是1990年試飛的機型,采用的是80年代(實際更早)的氣動理念,連全動尾翼都沒有,靠的是二維矢量噴管與襟翼的共同作用,僅能有限控制俯仰和轉向而已。

          T-50也采用全動垂尾和三維矢量推力,但只有“可動邊條”(或者可稱“一體化鴨翼”)和常規平尾,在大迎角、過失速機動等極限情況下的控制能力低于中國殲-20。

          殲-20的氣動設計極其重視超音速性能

          美國人仰持強大的發動機和長期領先他人的技術優勢,一貫對氣動設計不夠上心、較為保守,傻大笨粗是美國空軍主戰戰機自二戰以來給人的一貫印象。短粗的F-22和為了兼顧垂直起降更為肥碩的F-35就是典型。俄羅斯T-50的機身設計扁平而寬大,這種構型的亞跨音速升阻比較好,但是超音速下會有巨大的阻力。

          成飛設計的殲-20機身令人容易想起米格-31、1.44甚至殲-8、蘇-15這種追求速度的截擊機造型,或者從某種意義來說,這就是成飛70年代所設計的2.6倍音速的殲9的重生。

          它采取了略顯激進的、重視超音速性能的設計。這是對發動機暫不如人的一種彌補(有樂觀的估計認為,甚至只使用中國現有的“太行”發動機或者其改型,殲-20也能實現超巡),也體現了中國空軍一以貫之的追求速度的決心(實際上,殲-10的高速性能就相當突出,具有截擊機的特點)。

          殲-20采用了獨創的“可調DSI進氣道”

          殲-20獨創的“可調DSI進氣道”,做出了新的創新,解決了DSI高速性能不佳的難題。殲-20進氣口鼓包固定

          但是進氣道側面有可調擋板,可有效隨速度變化改變進氣量,從而達到從低到高各個主要速度段的優秀的進氣控制能力,令發動機更為澎湃地工作,也將意味著更好的加速性、爬升率和超巡能力。同時可調擋板重量輕于傳統的進氣口邊界層分離板,也不影響隱身性能。

          殲20彈倉的創新點

          殲20的側彈倉門,和起落架倉門是銜接的,共用一條鋸齒縫,兩個倉之間應該是有隔斷的,但是表面蓋板卻是相鄰的。這樣的設計減少了一條散射縫,對隱身有利。

          殲20的自主格斗功能

          殲20采用了飛發一體化控制技術,也就是說發動機加入了飛行自動控制系統中。殲20是依靠一系列先進的氣動布局來實現機動能力。

          殲20在信息化能力上領先F22的,殲20全身布滿相控陣天線(主翼、尾翼、機頭及機身多側),具備全息感知能力,在全息感知系統的支持下,依靠飛發一體化控制技術,殲20可實現多機自動組網、任務自動分配和自主格斗功能。這種技術從多機組網,任務加入與分配,到自主格斗,依靠的是系統的信息化能力和戰斗戰術解決方案。

          發動機新穎設計

          中國于1984年初開始推重比10:1級發動機預研的技術論證,1988年4月召開了預研選題論證會,1990年正式立項開題。1994年完成了6個總體方案的頂層設計,完成了項目指南和綜合論證,1993~1996年開展對俄合作。1995年已基本確定了推重比10發動機總體方案。有些課題,如平均級壓比達1.62的三級壓氣機研究已經取得了良好進展。2005年4月14日17時38分,在中國燃氣渦輪研究院地面試車臺上,中國自行研制的首臺高推重比渦扇發動機核心機,檢查性點火試驗一次成功,并順利推到慢車狀態!2007年7月,按照國防工業發展的需要,國家為盡快推進第四代(俄標第五代)戰機的研制,正式啟動了渦扇15項目研制工作。渦扇15是我國第一個先于飛機立項的發動機項目。按照目前為止還算一切順利的情況估計,渦扇15/WS-15將于2012年底實現定型,并交付使用。中國和美國的發動機技術差距也必將進一步縮小。


          成功首飛

          中國殲20隱形戰斗機已于2011年1月11日中午12時50分左右在四川成都進行首次升空飛行測試,起飛時發動機未開加力,滑行約900米左右升空,在13時08分成功著地。整個首飛過程是在殲10S戰斗教練機陪伴下完成的,歷時大約18分鐘,取得成功。在殲-20成功完成首飛落地后,試飛現場內外歡呼聲一片,機場外的圍觀群眾也接連放起鞭炮。首飛成功后進行了718工程慶功大會,李剛,殲10首飛員雷強、總設計楊偉等人出席。出席慶功大會的解放軍代表包括總裝備部副部長李安東上將。李安東主管裝備科技事務,時任中共第十六屆中央委員。





           

          氣動布局

          鴨式布局對于超巡十分有利,對于超機動也同樣有利。無尾三角翼有利于實現面積律,這是人們早已熟知的。另一方面,由于隱身的需要,機翼后緣不應該是平直的,機翼后緣都帶有前掠可以在相同翼展情況下增加翼面積,降低翼載,并增加翼根長度,改善翼根受力情況,但這使得翼根后緣十分靠后,常規平尾的位置很難安排,F-22和T-50都只得在機翼后緣斜切一角,才能擠進平尾。由于平尾和重心的距離很近,力臂較短,只有用較大的平尾面積才能管用。T-50的平尾面積縮小,但如果力臂可以拉長的話,本來可以進一步縮小的。但采用鴨式布局的話,鴨翼在機翼前方,不和后延的翼根沖突,比較好解決。殲20的鴨翼相對主翼的位置比殲-10進一步靠前,增大了力臂,增強了效用,所以較小的鴨翼就可以達到很大的作用。

          殲20這樣的遠距耦合鴨翼的優點早已為人們所熟知,但為什么在戰斗機上只有歐洲“臺風”才使用呢?因為鴨翼可以有兩個作用:配平和渦升力。遠距耦合鴨翼有利于配平,但不利于產生渦升力。配平力矩強有利于加速改變機頭指向,渦升力強有利于穩定盤旋,兩者各有各的用處,但通過鴨翼的位置很難兼顧兩者要求。另一方面就是飛行員的視界,遠距耦合鴨翼常常遮擋了飛行員側下方的視界,十分不利于空戰格斗,歐洲“臺風”就有這個問題。但殲20的長度很長,鴨翼在飛行員肩膀后的進氣口上唇,對空戰視界的影響很小,因為鴨翼下的視野早已被機翼擋住了,即使不安裝鴨翼,那片視野也同樣看不到。



           

          根據測算,殲20的機身長度達到 21.30 米,比 F-22 的 18.92 米和 T-50 的 20.40 米都要長,和米格 1.44 的 21.60 米差不多。殲20的進氣口在機身兩側,機體本身較寬大,而機尾噴口是緊密并排的,所以可以肯定殲20的進氣道有相當程度的彎曲。加上 DSI 的有限遮擋,發動機正面不暴露在直射雷達之下是可以肯定的。殲20機身為什么那么長現在還不清楚,有幾個猜想:

          1、 機內武器艙布置的需要

          2、 進氣道設計需要

          3、 翼面積和遠距耦合鴨翼的需要

          現在還不清楚殲20的機內武器艙的大小和分布,但有了那么長大的機體,機內武器艙的空間應該比較充裕。F-22 也是彎曲進氣道,但 F-22 的總長要短很多,這可能是因為美國的進氣道設計水平和發動機長度的關系,也可能是 F-22 采用固定進氣道,而殲20采用可調進氣道。

          殲20采用了 DSI(無附面層隔板超音速進氣 ),用三維復雜曲面的凸曲面(鼓包狀,用于壓縮氣流)把進氣中的附面層迎面剖開,然后用壓力梯度頂到進氣口的兩角泄放。不過殲20的 DSI 有三個特別的地方,一是不對稱,凸曲面的位置偏上,而不像常規 DSI 的對稱設計,這可能是照片不清晰造成的錯覺;二是進氣口側唇口帶有后掠,這是世界上已知 DSI 中絕無僅有的;三是殲20的進氣口是可調的,這也是第五代戰斗機中唯一采用可調進氣口的。

          成飛一定是世界上 DSI 經驗最豐富的飛機公司了,一口氣設計了三架 DSI 戰斗機:梟龍04、殲-10B、殲20。相比之下,洛克希德-馬丁只有 F-35,研究機不能算。成飛在殲20上采用這樣特別的 DSI,是有道理的。

          進氣口設計需要做3 件事情:

          1、 分離附面層,保證干凈氣流進入進氣道

          2、 在大迎角下也保證正常進氣

          3、 在超音速飛行時把進氣氣流減速到亞音速,并增加壓力,也就是所謂的總壓恢復


          殲20的“ DSI ”恰好在這三個方面都用最小的折衷做到了。DSI 本來就是用來分離附面層的,DSI 的附面層分離效果好,阻力小,總壓恢復好,但 DSI 只能對一個有限的速度范圍優化,很難做到對很大的速度范圍都高度有效。另外,DSI 的凸曲面設計本來就相當復雜,需要考慮三維流場和壓力分布。為了隱身,四代的機頭是菱形截面,進氣口是像 V 形一樣向兩側傾斜,在大迎角下流場更加復雜。為了改善大迎角下進氣口對空氣的“捕捉”效果,進氣口像 F-15一樣帶一點后掠。為了不給 DSI 設計帶來太大的困擾,后掠沒有 F-15 那么大。但 V 形機頭下半部的前機身預壓縮能力補足了進氣口后掠不足的缺憾。另外,正因為進氣口后掠,下唇位置靠后,所以凸曲面位置偏上,和凸曲面剖開造成兩撇“胡須”的下一半的位置正好對上。

          殲20之前,所有隱身戰斗機都采用固定進氣口。固定進氣口結構簡單,沒有可動部件,雷達反射特征小。從 F-22 開始,固定進氣口幾乎成為隱身戰斗機的固有特征,F-35、T-50 都是固定進氣口。但固定進氣口只能對較小的馬赫數范圍優化,F-16 采用固定進氣口之后,盡管推重比 F-104 增加了 40%,但最大速度相當,部分原因就是因為 F-16 的固定進氣口是為跨音速格斗而不是最高速度而優化的,而 F-104 的進氣口是可以通過半錐可調,所以在更大速度范圍內保持最優。在超音速飛行時,進氣口的唇口也造成激波,激波的鋒面好比氣簾,氣流通過激波鋒面的時候得到減速。可調進氣口可以在不同速度下有效地控制激波的形狀和位置,使氣流達到發動機正面的時候為最優速度、最高壓力。不可調進氣口只能在設計速度做到這一點,在其他速度下,要么氣流速度依然過高,發動機前面幾級壓縮機非但起不到壓縮機的作用,反而變成風車,使氣流減速到亞音速;或者速度過低,大大增加壓縮機的負擔。

          F-22 采用加萊特進氣口,也稱雙斜切雙壓縮面進氣口,或者斜切菱形進氣口,不同的說法,都是一個意思。這個設計比 DSI 超音速性能好,適應的速度范圍更大,但畢竟還是固定進氣口,最終逃不過固定進氣口的限制。好在 F-22 有兩臺變態的發動機,超音速巡航沒有問題。T-50 的超音速巡航性能現在不清楚,T-50 的進氣口和 F-22 有所不同,但原理大致相似。F-35 采用 DSI,只有一臺發動機,盡管推力變態,還是力不從心,最高速度只有 M1.6,超巡就免提了。殲20要做到超巡,但中國沒有 F-22 這樣變態的發動機,只有用可調進氣口來幫忙,達到足夠的超巡性能。四代的進氣口上唇可以下垂,像 F-15 一樣,這就是可調進氣口。和 F-15 不同的是,F-15 的可調進氣口是暴露在外的,而四代的可調進氣口是包攏在進氣口結構內的。四代這樣做當然是出于隱身的考慮,但可能造成進氣口唇口較厚、阻力增加的問題。工程設計本來就是得失權衡的過程,只要最終結果得大于失,這就是值得的。不過四代的進氣口上唇下垂如何避免和 DSI 的鼓包打架,這還是一個有趣的問題,有待更多的細節圖片才能解惑。活動上唇和固定外殼之間不可避免的間隙里,如何避免雜物和塵土嵌進去,造成可調上唇動作受阻,這也是一個具體的工程問題。四代的進氣口可算是 DSI、加萊特和 F-15 那樣的可調鍥形的結合體,這也給了四代正面大青蛙一樣的特征。

          有的示意圖上,殲20的鴨翼是箭形的,但從正面照片來看,鴨翼是梯形的。按照盡量減少邊緣角度的 edge alighnment 原則,機翼形狀應該和鴨翼一致,機翼、鴨翼前后緣對齊。如果最后證明鴨翼不是梯形而是箭形的,那也無妨,鴨翼和機翼的前后緣不一定需要左面對左面,左面對右面也是可以的。機翼采用 M 形或 W 形雖然也符合 edge alighnment 原則,但增加了內角和凸角,增加后向雷達反射特征,能避免最好避免,只有在前掠后緣導致翼根長于機體長度的時候才不得已而為之。雙垂尾的形狀估計了鴨翼一致,有利于邊緣對齊。垂尾翼尖斜切一刀,估計機翼、鴨翼也有同樣角度的斜切一刀。米格戰斗機的垂尾經常有這么一刀,F-15 的翼尖也是這個樣子,這是為了躲開翼尖渦流造成的額外阻力。

          殲20的鴨翼是全動的,殲20的雙垂尾也是全動的。已知戰斗機中,只有 T-50 是全動垂尾,F-22 和 F-35 都是常規的固定垂尾加可動舵面。全動垂尾和全動平尾一樣,都是飛控要求和水平提高的結果。傳統的橫向穩定的飛機設計中,后機身的水平方向投影面積應該大于前機身,這樣飛機就像風向標一樣,在橫向是自然穩定的。后機身是指整機重心以后的部分。現代戰斗機的發動機占了飛機重量的不小的一部分,飛機重心越來越靠后,所以機翼也靠后,造成 F-18這樣機頭像仙鶴一樣長長地伸在前面的樣子。但這樣,后機身的投影面積就越來越依靠垂尾,一個垂尾不夠,有時還需兩個垂尾。雙垂尾還有額外的好處,可以把舵面差動動作(也就是同時向外,或者同時向里),充當減速板使用。像 F-18 那樣的外傾雙垂尾的舵面差動動作的話,還可以產生額外的壓尾力矩,幫助飛機及早抬頭,縮短起飛距離。外傾的雙垂尾還有降低側面雷達反射面積的的好處。對于遠處照射過來的雷達,入射角基本上可以等同于水平入射,直立的垂尾像鏡子一樣反射,外傾的垂尾就明顯降低了雷達反射特征。不過外傾的雙垂尾在飛控上比較別扭,不光產生偏航力矩,還產生滾轉力矩,要達到飛行員的無憂慮操作,需要較高的飛控水平。殲20比這還進了一步,采用了全動垂尾。全動垂尾變被動的自然穩定為用主動控制達到方向穩定,好處是可以用較小的垂尾,重量和阻力都較小,雷達反射面積也小,壞處是對飛控要求進一步提高。殲20采用這樣極端的技術,說明了成飛對先進飛控的信心。



           

          但殲20飛控之變態不在于此,而在于可動邊條。在眾多側視圖中,不大為人注意的是鴨翼和機翼之間的邊條,有一條清晰可見的縫線,這只能是可動邊條。四代的遠距耦合鴨翼注重配平作用,有助于敏捷的機頭指向,但對于穩定盤旋所需要的渦升力沒有太大的幫助。歐洲“臺風”在鴨翼和機翼之間增設了一對小小的擾流片,用于產生渦升力。四代大大地進了一步,鴨翼和機翼之間的邊條是可動的。由于和機翼在同一水平面上的緣故,四代的鴨翼略帶上反。一般說上反翼增強橫滾的穩定性,用于自然穩定性不足的下單翼。四代鴨翼相當于上單翼,上單翼用上反十分罕見,對敏捷性是負面影響,但鴨翼面積太小,這點影響可以忽略不計。但鴨翼略帶上反,減少對邊條的遮擋,可以增強邊條的作用。殲20的邊條是小小的,比較狹窄,畢竟在鴨翼后面,太寬大了沒用。但這不等于邊條就無所作為,尤其是邊條可以可控下垂。可動邊條可以強化渦升力,并且可以控制渦流走向。米格-29K也采用了類似的技術,不完全一樣,但思路相近。米格-29K 的大邊條下有一對可以在起飛著陸時放下的擾流片,這一對擾流片大大增強了渦升力,所以不需要蘇-33 那樣的鴨翼就可以實現航母上的滑躍起飛。不同的是,米格-29K 的擾流片只在起飛、著陸時使用,對機動飛行沒有助益,殲20的可動邊條在所有時候都可以發揮作用,這就是全新設計和改進設計的差別,也是飛控的差別。

          殲20比較引人注意的“倒退”是那一對腹鰭。在傳統設計中,腹鰭是后機身投影面積的一部分,是為了降低過高的垂尾用的,在大迎角垂尾受到機體遮擋時,腹鰭的方向穩定作用也比垂尾更顯著。但四代采用全動垂尾的目的就是用主動控制代替被動的自然穩定性,再用腹鰭在道理上說不通。即使在大迎角垂尾作用受到削弱時,也可以通過副翼和襟翼的差動動作造成不對稱阻力,達成偏航控制。B-2 和 YF-23 就是這樣控制的。事實上,所有第五代戰斗機中,殲20是唯一采用腹鰭的,F-22、F-35、T-50 都沒有采用腹鰭。T-50 或許可以用推力轉向補充大迎角方向穩定性的主動控制,F-22、F-35 可沒有這樣的能力,F-22 的推力轉向只能上下動,不能左右動。事實上,在西方的第四代和四代半戰斗機中,只有 F-14和 F-16采用腹鰭,F-15、F-18、“鷹獅”、“臺風”、“陣風”都沒有腹鰭。蘇聯第四代的蘇-27有腹鰭,米格-29也沒有。那為什么四代回到已經“過時”而且和主動控制思路相悖的腹鰭呢?有可能這是米格 1.44 的影響,這是可動腹鰭,用于大迎角時的主動控制,或者這只是四代技術驗證機階段的過渡措施,作為減小面積垂尾的保險。


          座艙系統

          在2010珠海航展上,中航工業展出了國產第四代座艙模擬器,這也是殲20首次的官方曝光,座艙內部裝有兩個連在一起的多功能大屏幕顯示器,這種布局國外是從F-35才開始應用,而中國新一代座艙與之類似,從中可以看出中國航電技術突飛猛進的進步。從圖中判斷,單個屏幕大小應該在12寸左右,兩個顯示器之間無連接框,可以用來合并顯示較大的圖像。多功能顯示器周圍的按鈕基本消失不見,而傳統的多功能顯示器必須依靠外圍的按鈕操作,由此可知,這個顯示器系統應該使用了和F-35一樣的觸摸感應技術。不過這兩個屏幕的大小比起F-35的顯示器還略小,且兩側和下方還帶有顯示飛行參數等的小型輔助顯示器,這一方面說明對于新技術的自信還略有不足,不像F-35那樣大膽。另外此方案還保留了平視顯示器,也不如F-35這樣大膽的躍進。F-35已經將所有信息集中在兩個大型顯示器上呈現,連平視顯示器也一并省略。不過中國新一代座艙環境已經優于大部分戰斗機,如歐洲戰斗機EF-2000的座艙還使用三臺分離的多功能顯示器,也沒有采用觸摸屏等技術。當代最先進的F-22戰斗機,因航電系統設計較早,所以也采用了多功能顯示器加按鈕的設計,不過在未來的改進中應該也會采用觸摸感應設計。





           

          操縱系統

          光傳操縱系統

          光傳操縱系統是以光代替電作為傳輸載體,以光導纖維作為物理傳輸媒質,在計算機之間或計算機與遠距離終端(如舵機等)之間傳遞指令和反饋信息的飛行控制系統。光傳操縱系統是在電傳操縱系統上發展起來的,也是后者的發展趨勢。電傳操縱系統的致命弱點是易受雷電和電磁干擾及核輻射的影響。現代飛機性能不斷提高,電子設備日趨復雜,這必然導致電纜用量的增加以及線路布局的復雜化,從而加大了線路之間的干擾,使電傳操縱系統不能正常工作。解決這一問題的根本辦法就是采用光傳操縱系統。

          采用光纖作為傳輸介質,以光信號的形式傳輸,使得光傳操縱系統具有很多優點。首先,它具有抗電磁干擾、抗電磁脈沖輻射和防雷電等特點,且光纖本身不輻射能量,這就提高了可靠性和安全性。其次,光纜可減輕控制系統的重量、縮小體積,從而大大改進飛機的穩定性和可操縱性。再次,光纖的故障隔離性好,當一個通道發生故障時不會影響其他通道。光傳操縱系統的研究始于上個世紀70年代。1975年,美國空軍試驗中心在A-7D飛機上利用光纖作為傳輸線。1979年,洛克希德公司在一架噴氣滑翔機上試驗了光傳操縱系統,取得成功。目前光傳操縱系統的研究重點是開發各類光傳感器、光處理器等。


          光傳操作系統的優點

          1. 在強電磁干擾下飛行。電磁干擾通常可分為外部干擾(來自飛機外部的不期望的各種導航、通訊設施和所有人為或天然的電磁干擾源)和內部干擾(由機身內部的通訊、導航、傳感器變送系統和能源系統等引起的輻射或傳導噪聲)。由于現代數字電子技術、多電(more electric)飛機作動系統和現代空戰中電子干擾戰術的應用,以及全球范圍內高強輻射源的劇增,使得飛機安全飛行環境的電磁干擾和核輻射的問題更為突出。同時越來越多地采用復合材料將導致系統中的電子元器件失去傳統飛機金屬蒙皮的屏蔽保護,即使是具有良好屏蔽的復合材料蒙皮,其對外部環境的干擾亦僅可提供不超過70dB的衰減。目前解決這一問題的根本途徑就是采用纖維光學系統,由于依賴于光進行工作,因此具有固有的抗電磁干擾能力,可使對飛機的電磁干擾衰減若干個數量級。此外,由于光纖內傳播的光能幾乎不向外輻射,因此不會造成同一光纜中各光纖之間的串擾及故障擴散。

          2. 減輕機載設備重量。飛機的重量與飛機的機動性和整體性能緊密相關,進一步減輕機載設備的重量是十分有益的。以光纖一對一地替換FBW系統中的電導線,所需光纖的總重僅為原電導線總重的1/20,在運輸機(如MD-12)上,僅此一項即可減重500kg左右,如果再將除操縱系統之外的其它系統的信號傳輸線(電纜)以光纜代替,并考慮到由于光纖的使用大大減少了FBW系統所必需的屏蔽設施,飛機的整體重量還可大大減輕。即使在戰斗機上,借助光纖的多路傳輸(如頻分復用、波分復用或光載波復用/解復用)技術,在1根光纖中可傳輸多路不同的信號,因此可以大大減少所需光纖的總量,例如F/A-18的每一個作動筒平均有15路分立的信號線,改用FBL技術后只需1根光纖即可實現15路電導線所完成的信號傳輸功能。

          3. 數據傳輸速率高和傳輸容量大。對于大多數飛控系統來說,1Mbps的導線式應答總線傳輸速率是足夠的,但先進的UMS和VMS系統對于傳輸速率的要求高達5~20Mbps,只有滿足美國標SAE AS-1773A的光纖數據總線才可勝任。由于光傳輸的高速率,可以采用分時的方法在一根光纖中傳遞多路信號,同時也為應用頻分和波分等復用技術提高數據傳輸容量提供了很大的潛力。如字長為20位時,一路光纖傳輸10000路信號的頻寬可達100Hz.。

          4. 改善系統的動態特性。隨著飛機電子系統的日益集成化和復雜化,電傳操縱系統已不能滿足進一步改善系統性能的要求,而光傳系統高速率、大容量的特點為提高系統頻寬提供了相當的潛力,同時,FBL系統的減重亦可改善軍用機的機動性。此外,光纖與神經網絡技術的結合為有效地實施最優控制設計提供了可能。

          5. 提高飛機的總體性能及燃油經濟性。無論是商用飛機還是軍用飛機,其總體性能的改善與飛機整體的減重總是緊密相關的,FBL系統重量輕這一特點將可直接增加飛機的有效荷載和續航能力,或減少燃油消耗。

          6. 降低驗證費用,改善成本-效益指標。驗證航空電子設備和飛行控制系統的復雜程度及所需費用急劇增加,用于MD-11(裝備有傳統的FBW操縱系統)上的EME整機驗證費用約達1200萬美元。由于光纖固有的抗電磁干擾特性,對于光纖接口和光纜傳輸系統則僅需要進行部件級的EME驗證實驗,而無需再進行昂貴的整機EME驗證。此外,由于光纖總線頻寬高,因此可以在飛行控制系統驗證中提供更迅速的方法辨識飛機的飛行動力學和穩定性參數,大大減少飛機控制律的研制開發周期,進而減少驗證費用。研究表明,FBL與FBW的結合使飛機的可靠性、可維護性和易損性均得到10%~14%不同程度的改善,而FBL與神經網絡技術的結合可實現控制系統故障的實時辨識,有效地減少維護費用。


          試飛進度

          首次試飛

          殲20隱形戰斗機于2011年1月11日中午12時50分左右進行首次升空飛行測試,13時11分成功著陸,歷時大約18分鐘。整個首飛過程在殲10S戰斗教練機陪伴下完成 。試飛不是一次就可以完成的,可以肯定的是任何一種新機型肯定要經過很多次試飛,在試飛中發現問題,并且不斷改進,然后才是小批量生產并裝備部隊。在實踐使用中去檢驗性能,當性能達到軍方要求以后才會大批量生產并形成戰斗力。

          第二次試飛

          繼2011年初的首飛后不到100天,中國新型的隱形戰機殲-20近日完成了第二次試飛。2011年4月17日下午4點25分,殲-20的最新一次試飛在四川成都某機場進行,試飛時間持續90分鐘,是首次試飛時間的5倍。

          目前世界先進的戰機,從首飛到定型批量生產,中間需要上千架次的試飛。殲-20目前所進行的試飛,還是這個過程的初級階段。

          作為新一代的戰斗機,無論從外形到內部結構,還是從飛行性能到作戰方式,都不一樣。因此新一代戰機在定型前,需要進行長時間、多架次、多功能的試飛測試。

          第五次試飛

          2011年5月12日15時30分,殲-20進行了第五次試飛。

          此次殲-20試飛在空中進行了許多機動動作,包括S型機動,橫滾機動以及大角度轉彎等機動動作。起降的過程中,殲-20側彈倉開啟。

          據網友目測,殲-20的側彈倉長度約3米,超過F-22的側彈倉長度。

          第六次試飛

          2011年5月16日報道,殲-20戰機在5月14日再次進行試飛,此次殲-20試飛在空中進行了許多機動動作,包括S型機動,橫滾機動以及大角度轉彎等機動動作。

          完成十次試飛

          2011年6月1日和6月3日,殲-20在成都某機場連續三天進行了兩次試飛,這表明殲-20的試飛強度在逐漸增大。

          2011年9月1日,網友上傳了有史以來最為清晰的試飛視頻,視頻顯示,殲20兩次起飛分別用時17秒和13秒,第二次使用了部分加力起飛,并且機動性能出色,同時機尾發動機藍色火焰明顯與殲10等紅色火焰有明顯對照,起飛時機尾部氣浪壓縮劇烈似液態波浪(光線折射所致)。

          2011年9月23日,在成都某機場,中國第五代戰機殲-20的工程驗證機再三次進行了長時間試飛,當日的試飛創造了殲-20自曝光以來一日多次試飛的新紀錄,據稱殲-20在試飛過程中多次進行了繞八字,低空高速通場后大仰角拉起,開加力小半徑轉彎等驚險飛行動作,展現出強大的低空機動能力。

          據環球網國際軍情中心2011年10月13日消息:近日,網上傳出一組國產第4代戰機殲20的最新試飛照片,據照片上顯示,此次試飛殲-20再次收起了起落架,整個過程測試了飛機的整體機動能力。而照片上清晰顯示出了殲-20戰機升空后發動機噴出的藍色火焰。

          2011年12月15日,網友再次上傳殲20試飛精彩圖。由此,殲20全年試飛接近尾聲。一年試飛62次,超俄T-50。

          截至2012年2月26日,殲-20已在成都完成第70次試飛。


          分代問題

          有人稱殲20是“第四代”戰斗機,也有人稱是“第五代”戰斗機。其實,這只是不同體系下的稱呼而已。

          最早的噴氣式戰斗機,是二戰末期出現的。軍事家習慣把此后幾十年里出現的各種戰斗機劃分為若干“代”。然而各國劃分這個“代”的標準不盡相同。

          按照美國/北約的體系,第一代戰機是從二戰末到朝鮮戰爭期間出現的跨音速噴氣式戰斗機,主要是機械化戰斗機。如美國的F-86和前蘇聯的米格-15。也可以稱為“朝鮮戰爭代”

          第二代戰斗機從上世紀50年代至60年代研制,可達二倍音速,空對空導彈成為主要武器。如美國的F-4和前蘇聯的米格-21等。第二代戰機在美俄早已退役,但不少發展中國家還在使用。也可以稱為“越南戰爭代”

          第三代戰斗機從越戰后開始研制,,裝備了多普勒相控陣雷達,并向對空、對海、對地全方位攻擊的“多用途”發展。比如美國的F-15,F-16,蘇/俄的蘇-27,法國的幻影-2000。也可以稱為“海灣戰爭代”

          第四代戰斗機更強調隱身(反雷達)、超音速巡航以及超視距打擊能力,是當前最尖端的戰斗力。代表為F-22。

          蘇聯/俄羅斯對戰斗機的代次劃分略有不同。大致來說,蘇聯/把俄軍的前兩代戰機劃分成為了三代,這樣,F-15、蘇-27按俄軍的算法就是第四代,而F-22、T-50、殲20則為第五代。后來美國在2005年將戰斗機劃代標準由原先的四代劃分法改為五代劃分法、即與俄羅斯現行標準相同,加之中國在2009年之后的對外宣傳中將“殲-10改”定位為新的“第四代殲擊機”,所以殲-20在未來的正式報道中亦有很大可能被稱為“第五代殲擊機”。其實四代和五代都是一個意思。



           


          基本參數(估算數據)

           

            

          空重 17噸
          空戰重量 25噸
          最大內燃油 12噸
          最大起飛重量 37噸
          武器最大裝載能力 11噸(內置彈倉可掛6枚中遠程空空導彈,2枚近距格斗導彈)
          機長 21.26米(不含空速管)
          機寬 3.94米
          機高 4.45米
          翼展 12.88米
          鴨翼展 7.62米
          巡航速度 1.83馬赫(采用渦扇-15以后)
          最大飛行速度 2.5馬赫
          最大飛行高度 20000米
          航程 5500公里(帶兩個副油箱)
          作戰半徑 2000千米
          主要武器 霹靂21組合動力遠距空空導彈,霹靂12D(SD-10D)主被動雙模式制導中距空空導彈,新型霹靂10近距空空格斗導彈,雷石6精確制導滑翔炸彈,中短程空地導彈,改裝為北斗精確制導炸彈的自由落體炸彈等各種先進的精確制導武器,30mm機炮,兩具紅外曳光箔條干擾彈,四具火箭彈發射器,霹靂8近程空空格斗導彈
          飛行員 1人
          限制過載 +9G
          雷達反射面積 <0.5平方米,優于T50,未來換發修型后可望與F22持平
          紅外信號強度 目前狀態大于F22,小于F35,未來換發修型后可望與F22持平
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