“赤宵”——亞軌道殲擊轟炸機6 O, u. x1 F0 h: A3 A
“赤宵”為劉邦之劍,乃中國十大寶劍之一,它寒光逼人、刃如霜雪。本戰機取其名預示著它的鋒芒戰斗力。本人為一武器迷,經常關注當今國內外的飛行器發展動態,今依托此次飛行器設計大賽表達個人對未來飛行器的想法。9 q: O+ u7 O' k9 U; ` }6 R8 U
一、設計背景及定位
7 h' `! g& m5 ]! @ [ U A+ R8 y 從激光武器攻擊近地衛星等技術的日漸成熟,我們可以預見未來的空戰可能發生在近地軌道甚至為太空。遠程的戰略轟炸在亞軌道或空天區域將會更快速,減少地面雷達探測,提高戰機被地空導彈襲擊的難度。中國目前國產的具有一定航程兼備殲擊能力的轟炸機只有“飛豹” ,但它畢竟是上世紀70年代的產品,雖改進型成出不斷,但其氣動布局、隱身性能和發動機等各項指數已不及現代先進戰機,所以中國要建設三位一體的核威懾力量,具有一定突防和精確的遠程轟炸能力的戰機必不可少,本殲擊轟炸機的設計定位為亞軌道超音速遠程隱身殲擊轟炸機,兼具一定的全天域殲擊格斗能力。作為未來30~60年空軍的主力機型。) y4 I+ D4 F4 n8 }4 R) T8 M
二、技術特點. I1 J% O4 E4 m( Q; @
1、可變前掠無級調節鴨翼- ^) S9 E6 R4 u* l' }
可變無級調節鴨翼的特點是鴨翼可根據氣動及飛行狀態需要由計算機控制無級調節(兩個自由度),實現近距遠距耦合。
' k8 D/ t. F1 x7 I- H A、該飛機鴨翼收回時,鴨面與機頭邊條、機翼為一整體,形成小展弦比大后掠角三角機翼,在遠程高速平飛推進時,對機動性能要求不高,可采用此布局狀態,它解決了鴨面伸出時的隱身性能不足,同時整體為小展弦比三角翼面,阻力小速度更快,翼身融合(BWB)和發動機等一體化設計使其隱身性能更加卓越。
) j$ M, p0 O% J B、在飛機起降時,鴨翼伸展,形成近距耦合,利用鴨翼的脫體渦對主翼形成有利干擾,增加整機升力,減少低速時的靜不穩定性。$ n! m# \% Y% K/ X5 q$ |3 ^+ B
C、起飛后,鴨翼前掠,遠距鴨面搭配三角機翼,在跨音速和超音速飛行時有較高的升阻比特征,減小配平阻力以及較大的升力線斜率。前掠的鴨翼可以增加機翼的臨界馬赫數,減少跨聲速時激波阻力劇增,超音速飛行性能更佳。(見圖1)
3 u+ v: } ]+ W; Y D、在小迎角或亞音速情況下,鴨翼對戰機的阻力相對增大,所以在此狀態下可適當收回鴨翼。: X9 f2 G: {) m1 k) E O
(圖1:前掠遠距鴨翼)
3 x' X. _6 `) f& I, o 計算機自動控制調節鴨翼設想:
_+ S/ U% x2 y( S$ [ 計算機分析飛行性能參數,發送指令調節鴨翼面布局,計算機再次分析飛行性能的改變,最后調節鴨翼到最適當位置。這是在起飛后有做機動時的自動控制,而在起飛或穩定高速平飛時,計算機可選擇采用通用鴨翼位置布局。(見圖2); m1 |+ _0 U# R/ t0 t; R3 t
同時,也可人為操作鴨翼的布局位置。
8 G8 K9 d# a4 E 可行性分析:, S8 [3 ~6 w, ]9 Y
要實現前掠鴨翼的無級調節,最關鍵在于超高強度復合材料和高性能計算機的發展,再者就是機械強度、加工工藝的提高。在超音速飛行時,鴨翼面過載很大,在很大過載下實現前掠調節對材料的要求很高,內部的機械裝置也需要特殊的加工處理,要求有穩定的電傳裝置以調節鴨翼。需要有臺高性能計算機,能快速讀取飛行性能參數變化,發送指令調節鴨翼。
$ z! I B A* x6 f 2、隱身性能' b* V8 B% k& x0 ^: W: C8 i
A、翼身融合及發動機噴口, Q- Q5 K v2 Q* r7 A. E/ o
本戰機采用翼身融合體BWB,發動機等突出圓柱體設計于機體上方,避免了雷達波的直接照射。發動機的噴口設計為矩形噴口,以增大噴口周長和表面積,提高燃氣冷卻速度,同時加裝了尾氣冷卻裝置以降低紅外特征。- I4 ^' r [3 S8 t
B、視覺隱身技術5 g3 F6 F1 O. u5 J6 \6 I/ i2 L
過去轟炸機在深入敵后轟炸地面目標時,常降低高度以鎖定目標提高命中率,但它只能在夜間出行,所以,采用這項視覺隱身技術,地面目測難以觀察到飛機,降低了低空投彈時被高炮擊中的幾率。
A) r8 h. V: o, _ O: J% U 視覺隱身技術原理設想:機底涂裝新型材料本人稱之為“表面等離子聚集可顯示圖象材料”,它的表面附著等離子體,具有如液晶顯示屏的顯示圖象功能。機頂裝有球形攝像頭,把位于飛機上方的采集圖象時時“投影”于底部涂裝材料上,地面目測機體與周邊天空環境融為一體,達到視覺隱身目的。(見圖3)
3 t, T& y1 p0 P# W" h% b+ P (圖3), e7 U/ L7 k/ A- K7 K$ [1 x
地面人員仰視位置即使不是機體正下方,利用球形攝像頭也能實現其效果,目視所見的機腹位置所顯示圖象為該曲面法線與球形攝像頭連線延長線對應處的景象。(見圖4) e+ Z Q ]$ B2 L* p* S* s
(圖4)
9 R* r8 u2 A. z3 y 可行性分析:! {* d, g& r+ j
國內外對視覺隱身技術近幾年有很大的突破,國外某些藝術家在其衣服涂上與人體背后相同的圖形顏色等,人體與背景就融為一體,這就是“靜止的視覺隱身”。(見右圖): h8 S) |! _ ^2 D, W: D+ D7 y/ [
為達到“動隱身”,關鍵的技術是能發明出特殊的材料。 2004年,日本東京大學教授推出了一款寬大外衣,人們只需穿上這件外衣,就可以讓人“難以辨認”。這件隱身衣是由回射性物質構成,具體的做法是在整個衣服上涂上了一層回射性物質,衣服上還裝配了照相機。 原理是將衣服后面的場景由攝影機拍攝下來,然后將圖像轉換到衣服前面的放映機上,再將影像投射到由特殊材料制成的衣料上。(見左圖)
4 |' u9 \0 {) F- j5 p; p3 O2 g 在飛機表面實現這項技術,必須能夠使堅硬的金屬表面也融入“回射性物質”。等離子用于隱身目前取得重大突破,所以如果能借鑒等離子的原理,在機腹表面時時散發出特殊的等離子體,由等離子構成不同的圖象形式,正如液晶屏幕原理,那將可以時時“顯示”上方攝像頭所拍攝的影響,達到“動隱身”。
- U& k- k0 i n0 j2 k2 e+ C C、無垂尾設計
, d+ z. H w6 P' q, ^& z 本戰機采用了矢量發動機,它的側向機動可以由矢量發動機配合副翼的測向滾動來實現,所以采用了無垂尾的設計,最大程度地降低了雷達反射面, 同時有利于超音速巡航。3 r, m4 a; p# X
D、S型進氣道
" j4 ~: b* ^5 R9 h* V0 e 戰機的進氣道安置“百葉窗簾”式水平隔柵,內部進氣道為S型設計,避免雷達波的直接照射反射。(見圖5)8 y; q# y, T% t- k. \7 D. N/ J6 k; f5 j
E、隱身涂裝8 k0 z& A& v% _4 _* g+ l6 `
采用等離子等吸波新涂料降低機體的RCS值。
' h k. k4 ?, Q& ]' R% c3 } 3、發動機
; s8 Y8 j t9 m" T0 \ 由于該飛機在亞軌道飛行,空氣稀薄,氧含量較低,所以發動機采用兩臺帶矢量噴口的超燃沖壓發動機配合液氧助燃裝置。其推重比達到20,最大連續推力200千牛,最大加力推力達到280千牛,使戰機亞軌道最大巡航速度達到6馬赫,最大平飛速度為8馬赫。 L7 T: B$ P3 L& F. Q/ V" g$ B
亞軌道上層空間氧氣含量少,所以在兩發動機中部攜帶液氧裝置,當助燃不足時,裝置往左右兩邊發動機補充高純度氧,其燃燒效率更高。(見圖示5)
+ J3 S; W- w# H& Q (圖5)% a0 \. r# h# N
4、武器系統- g' B/ s! I6 ?* b. _
A、激光技術應用于空天區域比導彈更有優勢,所以本戰機在亞軌道上掛裝激光發射器用于攻擊近地軌道衛星可以減少由地基發射激光在大氣中的能量消耗,而且提高了其命中率,激光器由電力做能源,而電力則由發動機帶動發電機提供。激光武器另外的作用是致盲敵方飛行員和燒毀武器或機載設備的光學元件。激光的射程可達150千米,超過了多數遠程空空導彈的發射距離,且激光的速度比導彈要快的多,可以先于對手發起攻擊。
$ H% ^. O! a3 I' a2 c B、“赤宵”的彈艙位于機腹兩側內部,可載國產空空格斗、空艦導彈和精確制導炸彈等。! [) R+ C# P% b" l
5、操作系統及導航系統:光子計算機配合GPS/INS組合導航系統2 L4 S6 t% N) R0 J5 v' \" p
6、雷達:AESA——有源主動相控陣雷達2 W2 A, y. X/ E
7、座艙設置:前后2名,前位操控航行,后位操控攻擊。
4 x+ Y! H, |9 i2 H/ W* [& h2 v 三、技術參數
) G @7 `4 d. ? _( e- E+ C 1、尺寸參數
7 R! [$ n: p) X2 B2 g 全長:22.23m
: v, `7 b {5 N1 {% Q# |6 v 翼展:13.07m
% d, b$ k0 w7 Z 全高:4.55m
( ^1 b: d" k; l* L& ~7 p (見下圖)
) S) b8 B0 U) i; N: u% H* h 2、性能參數
1 P& S& d- c( A 動力裝置:2臺超燃沖壓發動機,加力推力:2x280千牛8 V- ~7 ^0 X9 a( N- N+ ]/ l# v4 Z9 S
空重:20,000 千克;
+ b6 U0 [ ^2 @/ [0 i# l 最大起飛重量:45,000 千克;
- s+ u9 h$ i) z2 U7 n 正常起飛重量:32,000 千克;# M* {8 D T. A* m- }% f& @! o
最大著陸重量:28,000 千克;
6 N: [# l( k/ p/ d7 r8 s 機內油箱載油:12,000千克
) A& E: K* X+ h 最大載彈量:13,000 千克;
' t3 M, f+ ^+ L$ Y4 B9 ?+ H 起飛滑跑距離:510米
( U2 Z. u3 `/ `; Z- w5 A. q 著陸滑跑距離 :950米(不用減速傘)' g7 e! t9 c* N2 z, H
高空最大平飛速度:8 馬赫;, F- a$ V- v/ m* m0 l- Q
實用升限:80,000 米; q7 \% F9 j, A1 p( W
最大迎角:180度;
8 }: X, J, f; M/ F, L- G* T2 G 作戰半徑:3000 千米;2 M' Y$ ^: Q- \( T
轉場航程:7000 千米;
( O6 C! w, T E; h. F 限制過載 :9+/-3g |