歼击机 :在空中消灭敌机的军用飞机

更新时间:2023-03-28 18:09

歼击机又叫战斗机。其主要用途是与敌方歼击机进行空战,夺取制空权,还可以拦截敌方的轰炸机、强击机和巡航导弹等,或者为本方飞机护航。

歼击机主要作战对象是对方的空中目标,主要对手是敌方的歼击机,属同类直接对抗型武器。因此,歼击机成为各国航空兵器中的重点之一,竞争性最强,更新发展最快。

歼击机一般都带机炮、空空导弹等攻击性武器,其性能特点是体积较小,速度高,机动性能好,空中格斗火力强。 

1911年人类首次将飞机用于战争并发挥了巨大的作用。随后, 随着飞机的设计技术以及发动机的性能不断提高, 依靠活塞式发动机驱动螺旋桨产生动力的双翼战斗机的研制发展取得了较大的进步。随着第一次世界大战第二次世界大战的爆发, 战斗机在战争中大量使用并证明了其威力。二战后期以及以后的美苏冷战期间, 喷气式飞机走上历史的舞台, 随着美苏两个超级大国在战斗机研制方面的相互竞争, 许多高性能、高机动能力、威力强的著名战斗机应运而生, 促使了战斗机的跨越式发展。

随着时代发展,各国根据本国的空军作战概念以及国情对下一代战斗机提出不同的要求,要求其具备高超声速持续巡航、超隐身能力、机载定向能武器技术、大功率雷达等关键技术。

战斗机是各国空军的主力兵器,是空中力量的核心,在所有军用飞机中,战斗机发展最快、数量最多、应用最广。随着科学技术的进步,战斗机的性能、威力也在跨越式的提升,并在现代战争中为制空权、制信息权的获取发挥着不可替代的作用,这是各国加紧研制战斗机的主要原因。不断发展满足未来战争的战斗机,提出新理念使战斗机更新换代,保持空中优势,是各国空军的必走之路。

发展沿革

早期探索

受杜黑制空权理论的影响,1911年人类首次将飞机用于战争并发挥了巨大的作用。自莱特兄弟发明飞机之后,飞机很快便被应用于军事领域。特别是第一次世界大战的爆发,军事需求大大促进了航空工业和航空科技的迅猛发展,并且出现了专门针对空战需求而研制和生产的战斗机(当时被称为驱逐机)。这一时期战斗机的主要技术特点包括:气动布局以双翼机为主,少量采用单翼或者三翼布局;采用活塞式发动机驱动螺旋桨产生动力;木质与织物蒙皮相结合的结构形式;飞行速度小于200千米/小时,升限5000-8000米。这些战斗机所应用的空气动力学成果都是航空先驱们早期探索的结果。

第二次世界大战将活塞式螺旋桨战斗机的发展推上了顶峰。在气动设计方面,基本上都采用了平直翼正常布局,普遍应用了低速空气动力学的研究成果,诸如增升装置、层流翼型等等。活塞式发动机演化出了液冷和气冷两种体系,并且出现了增压技术,功重比较第一次世界大战时的技术水平得到了大幅度的提升。武器方面,除了机关枪之外,更大口径的航空机炮也得到了广泛应用,并且具有了陀螺瞄准装置,提高了机载武器射击的精度。飞行员可以通过机载电台从地面或者友机获得信息。除此以外,这一时期全金属机体结构、应力蒙皮,以及可收放式起落架等新技术也得到了广泛的应用。这些技术的综合应用,使得战斗机的最大飞行速度普遍达到了600千米/小时,某些机型甚至超过了700千米/小时,升限达到了12000米,海平面最大爬升率达到了15米/秒的水平。

第二次世界大战后期以及以后的美苏冷战期间,喷气式飞机走上历史的舞台,随着美苏两个超级大国在战斗机研制方面的相互竞争,许多高性能、高机动能力、威力强的著名战斗机应运而生,促使了战斗机的跨越式发展。

发展和划代

战斗机的划代是对性能相近、技术相仿、采用雷同战法的一个或几个飞机族系的归类。当新型号的性能与技术有全面和重大提升时,会被冠以“新一代”之称。

关于战斗机的划代,有过“传统四代划分”“俄罗斯五代划分”“美国五代划分”等几种方法。

“传统四代划分”只覆盖超音速战斗机,将20世纪50年代早期服役的一倍声速战斗机列为第一代,将稍后服役的二倍声速战斗机列为第二代,将20世纪70年代中期开始服役、以高机动性为主要特点的战斗机列为第三代,将21世纪开始服役的综合性能更高的战斗机列为第四代。

“俄罗斯五代划分”大体同上,但把“传统四代划分”中的第二代变后掠翼飞机(米格-23战斗机F-111战斗轰炸机)单列为一代,称为第三代;其他划分相同,故而多出一代。这种划分法一直由苏联采用,并沿用至俄罗斯。

“美国五代划分”把喷气式战斗机列为第一代,把高亚声速、后掠翼战斗机列为第二代,低超声速战斗机和马赫2一级的战斗机都列入第三代,而第四、第五代以综合性能提升为主来进行划分。

中国在融合上述三种划代法的基础上,以喷气式歼击机为主线,前三代以速度为主、后两代以综合性能为主来进行代际划分,称为“新五代划分法”。

第一代战斗机

第一代战斗机含早期喷气式及20世纪30到40年代的亚声速和高亚声速战斗机(马赫数0.6~0.98),代表机型有米格-15战斗机F-86战斗机和中国的歼-5

典型机型

米格-15“柴捆”(Faget)

米格-15战斗机(俄文:МикоянМиГ-15,英文:MikoyanMiG-15,北约代号:Faggot,译文:柴捆),是20世纪40年代末期苏联米高扬设计局研制的第一代喷气式战斗机,,其衍生机型广泛服役于许多个国家。

米格-15采用了35度的后掠机翼,半硬壳结构,全金属铝合金机身,机翼为后掠中单翼,尾翼很大,带后掠角向后倾斜,水平尾翼高高装在垂尾上,这些成为米格-15的显著标志。米格-15战斗机的航电设备有:瞄准具、无线电台、无线电罗盘、高度表、信标无线电接收机等。米格-15没有装备雷达,不具备全天候作战能力。主要作战方式就是在地面雷达的引导下,通过飞行员的目视搜索白天作战,因此对飞行员的各项素质要求较高。

1950年6月25日朝鲜战争爆发,米格-15战斗机首次大规模投入空战,显示出优异的飞行和作战性能。米格-15是第一批成功安装后掠翼以获得高跨音速喷气式战斗机之一,并超过了当时的直翼喷气式战斗机。

F-86“佩刀”(Sabre)

F-86战斗机是美国原北美航空公司研制的美国第一种后掠翼喷气式战斗机,是美国的第一代喷气式战斗机的代表,是美国、北约集团及日本在20世纪50年代使用最多的战斗机,美国和其它一些国家共生产了11400架左右。1945年5月开始设计,1947年10月原型机试飞,1949年5月开始装备部队。

F-86曾在朝鲜战场上与苏联的第一代喷气式战斗机Mig-15战斗机进行过较量。结果F-86稍逊一筹,败下阵来。F-86有A、D、F、H、K、L等型。使用的国家和地区有美国、加拿大、意大利、南斯拉夫、土耳其、日本、泰国、菲律宾和韩国等。F-86早已退役,现存美国海军武器研究中心已修改成无人驾驶靶机,用于作战圳练。

F-86机头装6挺M-3型12.7毫米机关枪,翼下可挂2枚“响尾蛇”空空导弹或2颗454千克炸弹,或8-16枚127毫米的火箭弹

第二代战斗机

第二代战斗机是20世纪50年代初开始服役的Ma1一级、低超声速战斗机(Ma1.3~1.5),代表机型有米格-19、F-100和中国的歼-6。

典型机型

F-100

F-100,美国空军喷气式战斗机,第一架在水平飞行中超过音速的作战战斗机,由北美航空股份有限公司制造,成为美国战术航空司令部的主要战术战斗机,并被北大西洋公约组织各国采用。F-100C的翼展为38英尺(11.58米),长47英尺(14.33米),是一架单座、低翼、机翼后掠45度的单翼飞机。它的最高时速为每小时822英里(1323公里),飞行高度为35000英尺(11000米),其最大升限为50000英尺(15000米)。超级佩刀装备有四门20毫米口径航空机炮。在机翼下,它可以携带多达6000磅(2700千克)的炸弹或各种空对空和空对地火箭和导弹。F-100在越南战争中得到了广泛的应用。

第三代战斗机

第三代战斗机是20世纪60年代末开始服役的Ma2.0一级的战斗机,代表机型有米格-21战斗机F-4幽灵II战斗机F-104战斗机和中国的歼-7歼-8

典型机型

F-104

F-104,洛克希德飞机公司为美国空军制造的喷气式昼间战斗机,但被15个北约和其他国家采用。它被广泛用作战斗轰炸机。F-104的翼展为21英尺11英寸(6.68米),长度为54英尺9英寸(16.7米),它是一架单座、单引擎中翼单翼飞机,配备通用电气J79系列涡轮喷气发动机,带加力燃烧室,可提供15,800磅的推力。它的正常最高速度约为2.1马赫(即约1,550英里/小时[2,500公里/小时]),在35,000英尺(11,000米)处。

F-104于1958年至1960年开始被美国空军使用。最终生产了2400多架。20世纪70年代末,大多数其他国家开始取代F-104。

F-104配备了一个内部六管20毫米航空机炮和响尾蛇空空导弹,机翼挂架和机身上有各种炸弹和导弹的替代组合。

F-4“鬼怪” 

F-4,双座双引擎喷气式战斗机,由麦道公司(后为麦克唐纳-道格拉斯公司)为美国和其他许多国家制造。第一架F-4于1960年交付给美国海军,1963年交付给空军。到1979年停产时,建造了5000多架F-4。

F-4幽灵II战斗机各方面的性能较均衡,不仅空战格斗好,对地攻击能力也不俗;缺点是转弯半径过大、大迎角机动性能欠佳,高空和超低空性能略差,起降时对跑道要求较高。

F-4战斗机共有9个外挂架,机身下前后成对排列4个半埋“麻雀”空空导弹挂架,每个可挂1枚“麻雀”导弹,后一对挂架也可各挂2枚“响尾蛇”空对空导弹。机身下中间挂架使用Aero-27A弹射炸弹架,可以吊挂核弹、炮舱、2273L副油箱或多弹弹射炸弹架;机翼下内侧挂点使用的是LAU-17A挂架,可以挂1枚“麻雀”导弹或2枚“响尾蛇”导弹,也可以挂1个三弹弹射炸弹架(用于挂各种炸弹);机翼下外侧挂点使用的是MAU-12挂架,可挂1400L副油箱,或使用三弹弹射炸弹架挂载各种炸弹。最大外挂重量为6042千克

到1974年麦道公司共接受F-4订货4974架,其中美国国防部订货3976架,计划费用104.91亿美元,平均每架264万美元;国外订货998架,共支付50.66亿美元,平均每架507万美元。

第四代战斗机

第四代战斗机是20世纪70年代中期开始服役的、以高机动性为主要特点、综合性能显著提升的战斗机,代表机型有米格-29、苏-27、F-14、F-15、F-16战斗机和中国的歼-10、歼-11。

典型机型

F-16“战隼”(FightingFalcon) 

F-16战斗机是由通用动力公司(现为洛克希德·马丁公司的一部分)为美国和其他十几个国家制造的单座单引擎喷气式战斗机。F-16起源于1972年订购的轻型高性价比空对空战斗机。目前的型号也具有全天候作战能力,并且对地面攻击也很有效。美国空军于1978年首次交付。

美国空军F-16战斗机,配备两枚响尾蛇空空导弹、一枚2000磅重的炸弹,每个机翼上安装一个辅助油箱。中心线安装一个电子对抗吊舱

F-16由一台普惠或通用电气涡扇发动机提供动力,该发动机在加力燃烧时可以产生23,000至29,000磅(102至130千牛顿)的推力,使飞机加速到两倍以上的音速。武器包括20毫米转管航空机炮以及机翼和机身下的附件,用于各种炸弹和导弹。

F-16战斗机机身与铝合金机翼交界处向外展开,使飞机具有更大的升力和稳定性。一个计算机化的“电传操纵”稳定系统发出连续指令,控制尾部和机翼中的表面,一个“抬头显示”仪表系统将飞行和战斗数据投影到飞行员面前的透明屏幕上。此外,一个高度复杂的炸弹瞄准系统,使用激光测距仪和高速数字数据处理,允许普通“哑弹”从低空精确投掷。这种结构和电子创新使F-16成为一种功能强大且多用途的飞机。在1982年以色列叙利亚冲突和波斯湾战争中,它在空对空战斗和地面攻击中证明非常有效。

米格-29“支点”(Fulcrum)

米格-29战斗机诞生于20世纪60年代末,是米高扬设计局研制生产的轻中型双发、前线空中优势战斗机。该机于1977年首飞,1982年投入批量生产,1983年开始装备部队。在基本型的基础上,为了满足不同的用途和不同的客户需求,米格-29战斗机总共研制了包括教练机、歼击轰炸机舰载机等在内的20多种改进型号,先后生产了1600多架,装备了除苏联俄罗斯外的近30多个国家。

米格战斗机29原型机于1977年10月6日首飞。由于诞生自同一个研制计划(PFI),米格-29在设计上与苏-27战斗机存有很多相似之处。米格-29机身主要是铝合金材料与一些复合材料,采用翼身融合的升力体气动布局,矩形进气口,两台rd-33涡扇发动机宽间距布置,垂尾位于发动机喷口两侧。虽然没有采用电传操控系统,但米格-29仍具有相当优秀的机动性与敏捷性,低速段的盘旋性能好,能在较短的时间内从一个机动状态转入另一机动状态。

该机配备有一门30毫米GSh-30-1机炮,备弹150发,对空中目标的有效射程是200米~800米,对地面目标的有效射程是1200米~1800米。同时,还配备了R-27导弹R1半主动雷达制导导弹,最大射程50公里。在米格-29S之后的改型上,则配备的是R-27T1发射后不管的导弹。

第五代战斗机

第五代战斗机是21世纪开始服役的新一代战斗机,代表机型有F-22战斗机、F-35、苏-57和中国的歼-20。

典型机型

F-22“猛禽”(Raptor)

F-22是美国空军在21世纪初用来替代现役的F-15战斗机的先进主力战斗机,由美国洛克希德·马丁公司▪马丁公司研制。早在20世纪80年代初,美国空军为了适应21世纪初作战的需要,提出了先进战术战斗机计划(英文简称ATF计划)。ATF计划要求飞机具有低可探测性、高机动性、敏捷性和超视距作战能力,能够在作战过程中做到先敌发现、先敌开火、先敌摧毁。为此,洛克希德公司的YF-22战斗机和诺斯罗普公司的YF-23战斗机)被选作了ATF战斗机的候选方案,最后美国空军选中了YF-22,其生产型编号为F-22。F-22同时兼顾了隐身性能和机动性能,其机身结构大量采用先进的复合材料,所采用的发动机的推重比在10一级,具有优良的作战性能。

F-22内置一门20毫米M61A2航空机炮,备弹480发。有三个内置弹舱和四个武器外挂架,可带包括AIM-9响尾蛇导弹近距空空导弹、AIM-120A、AIM-120C中距空空导弹在内的各种导弹或炸弹。

F-35

F-35战斗机是由美国装备的第二款第五代隐身战斗机,是全球首款服役的垂直/短距起降隐身战斗机,也是首款隐身舰载战斗机,能够担负对空作战、对地打击等任务,具有多用途、信息化程度高的优势。在未来将与F-22相互弥补、搭配作战,成为美国军队的主力机型。

F-35采用单座、单发、双垂尾的设计,分为F-35A陆基型、F-35B垂直/短距起降型、F-35C舰载型。其许多创新设计都具有变革意义,为战斗机发展提供了新思路。除了美军,F-35还被世界十几个国家采购装备,担当未来主力战斗机型。

F-35使用一台F135涡扇发动机,最大飞行速度达1.6马赫。设有两具弹仓,可以发射对空、对海、对地等各类弹药。F-35的内部弹舱有2个,容积很小,每个内部弹舱的靠内一侧专门装载空空武器,靠外一侧主要装载空地武器,每个仅能容纳一枚906千克级的JDAM联合制导攻击炸弹和一枚AIM-120空空导弹。内置武器舱可携带的武器(只包含了导弹和炸弹)包括了GBU-12宝石路Ⅱ激光制导炸弹、GBU-31/32/38联合直接攻击弹药(JDAM)、CBU-87/89集束炸弹(即综合效应弹药)、CBU-103/104/105风力修正弹药撒布器、AGM-154A/C联合防区外武器(JSOW)、AIM-120C先进中距空空导弹(AMRAAM)、AIM-132先进近距空空导弹(ASRAAM)、硫磺石反坦克导弹。

其中,AGM-154联合防区外武器(JSOW)是首个网络赋能弹药,可以打击海上运动目标,射程超过110千米,与联合攻击战斗机相结合,可以为其提供前所未有的能力。其具备低空和高空发射的能力,发射平台可远离目标防御范围。从4267米高空发射时,该导弹的射程达到130千米;从152米高度的超低空发射,其射程也能达到22千米。改进后,目标打击威力提升,制导精度大大提高,由于加装通信数据链,其具备发射后目标选择的能力。

此外,JSM是挪威研制的,用于安装在F-35战斗机内置武器舱内,执行反舰和对地攻击任务的标准配置,也是唯一指定的反舰导弹。执行反舰和对地攻击任务时,F-35每侧的内部弹舱挂载1枚JSM;在空中威胁不严重时,F-35还能在2、3、9、10号外部武器挂架上加挂4枚JSM。

特别要指出的是,美国F35B联合攻击战斗机不能内置JSOW和906千克的JDAM,其内置武器最重为454千克的GBU-32JDAM。

航空机炮选用的是GAU-12 25毫米加特林机枪机炮,但F-35的3种型号在安装方式有所不同,A型采用机内安装,在左侧的发动机进气口处,装弹量为180发,B型和C型采用机外安装,在专门设计的外部机炮,位于机身中线处挂载隐身机炮吊舱来获得机炮,装弹量为225发。加特林航炮射速达到3000发/分钟,是对付车辆及轻型装甲目标的有效武器,能够对坦克产生一定的杀伤。

中国

发展历程

从一五计划开始,中国在苏联的援助下成功仿制了一批飞机。如雅克-18(初教-5)、米格-17F(歼-5)和安-2(运-5)。

20世纪50年代末期,中国开始仿制苏联的米格-19C(歼-6)、米-4(直-5)和图-16(轰-6)。由于受到“大跃进”的影响,仓促上马了很多飞机型号,这些飞机型号指标脱离实际,因此无法研制成功,还导致仿制歼-6和米-4的项目停滞不前,已定型生产的飞机,生产质量也出现问题。从1956年开始,由于政冶局势的变化,苏联对中国的援助态度逐渐转为消极。

1956年7月19日清晨,新中国制造的第一架喷气式战斗机歼-55在东北地区某机场腾空而起,这架机身前部印有鲜红的“中0101”字样的银白色歼击机的试飞成功,标志着中国成为当时世界上少数几个能够掌握喷气技术的国家之一。歼5战斗机一亮相,就在东南沿海击落美制台湾来犯战机八架,其后更为中国的国土防空作战立下了赫赫战功。

1958年7月26日,中国自行设计制造的第一架喷气教练机歼教I横空出世,中国迈入了自行研制飞机的新征程。更重要的是培育出了中国第一代飞机设计师。

1960年6月,苏联突然宣布撤回全部航空专家,苏联在航空方面对中国的援助接近于停滞,但是之后仍给予了中国一些援助。例如,向中国出口米格-21战斗机飞机。此后中国仿制成功了米格-19C(歼-6)、米格-21(歼-7),并在米格-21的基础上研制出了歼-8飞机。

1964年1月,沈阳飞机厂成功地仿制出前苏联米格-19型超音速歼击机,命名为歼-6,该歼击机于1959年9月23日首飞成功,它的制造成功,标志着新中国中国航空工业集团有限公司进入了超音速时代。

1967年6月,中国为了国土防空和夺取战区制空权,以前苏联米格-21战斗机为基础,研发了单座单发轻型超音速歼7战斗机。通过歼7战斗机的研制,中国走完了引进-消化-吸收-自主开发战斗机的全过程,为中国航空工业的发展积累了一笔宝贵的财富。

20世纪80年代,中国从其它国家获得了一些苏联的航空技术,并将其运用到国产飞机的改进上,研制出了歼-7III、歼-8II战斗机。

在1995年,俄罗斯与中国签署了一项军事采购合同。俄罗斯许可中国自行组装200架苏-27战斗机。中国方面代号为歼-11。1998年~2004年期间俄罗斯对华提供了一半的组装部件,但是中国随后拒绝再接受其他剩余部件。之后中国媒体公开报道了关于中国“研制”的歼-11B型战斗机,同时还有中国自主研发的发动机和雷达系统。

1999年12月歼-10战斗机开始在西安阎良试飞院进行飞行测试。2002年6月首架装备俄制发动机的歼-10小批量生产型号首飞。中国官方公布2003年歼-10生产型正式交付。歼-10战斗机具有完全独立的自主知识产权。

中国现代的歼击机设备已经相当先进,不仅有各种导弹机关炮,还有完善的全方位雷达和抗电子干扰系统等先进设备。

重要机型

歼-5

歼-5是中国沈阳飞机工业(集团)有限公司工业公司制造的单座单发高亚音速喷气式战斗机,主要用于昼间截击、空战,也具有对地攻击的能力。歼5是仿制苏联的米格-17Ф歼击机,试制工作从1954年10月开始,并于1956年7月19日原型机首次试飞成功。歼5从1956年9月投入小批生产,到1959年5月停产,共生产767架(包括用苏制零件装配的13架),其改进型歼-5甲机头装有雷达,可用于夜间截击。

歼5是中国制造成功的第一种喷气式飞机,标志着中国的航空工业跨入了喷气时代。歼5的气动布局为机头进气、单台发动机,其机翼为后掠式中单翼,副翼的偏转角范围为±18度。歼5在服役期间屡建战功,仅1958年7月至10月便击落来犯的2架F-84G和6架F-86F,目前歼5已经退役。

歼-5的机头左侧下方装两门23毫米机炮,机头右侧下方装一门37毫米机炮。装弹量为200发。机翼下可挂两枚100一250公斤的炸弹。

歼-7

20世纪60年代初,中国从前引进了两倍的米格-21Φ13型歼击机的设计图纸和部分技术资料,沈飞厂于1964年开始仿制。1965年底,歼-7型飞机进行全机静力试验取得成功,随后就进行了高空性能、升限、大马赫数、特技等多个项目的鉴定试飞,结果表明,飞机战术技术性能达到了设计要求。1967年,歼-7型飞机正式生产定型,后由成都飞机制造厂生产。

歼-7型飞机采用三角机翼和全动式水平尾翼,最大速度为2.05倍音速,实用升限17.5公里,最大航程1530公里。该型飞机操纵灵活,爬升快,超音速性能较好,在武器、飞行品质方面有显著改善,性能优于歼-6型飞机。但是,它也存在着搜索距离短、近距离火力不足、载油量少、三级调准增速时间长等缺点。

歼-8

1965年,有关部门下达了高空高速歼击机的战术、技术指标和研制任务,命名为歼8型飞机。歼-8由沈阳飞机制造厂承担制造任务,1967年完成全套设计图纸设计。飞机设计方案集中广大设计人员的智慧,既能满足预定的战术技术要求,又比较切实可行。但是,由于种种原因,试飞工作从1969年开始,一直进行到1979年,整整花了10年时间,累计飞行1025个起落、663个小时。1980年3月,歼-8型飞机正式设计定型。

歼-8的设计方案突出了高空、高速、增大航程、提高爬升率和加强火力等8个特点,各项性能比歼-7型均有提高。飞机布局采取从机头进气,大后掠角、小展弦比的三角机翼,下置水平尾翼和双腹绪的形式。飞机最大速度为2.2倍音速,最大升限20公里。最大航程2000公里,最大爬升率每秒200米。飞机装2门机关炮,携带2枚空空导弹。雷达的搜索距离也有提高。

歼-10

歼-10战斗机(蒙特利尔大学:J-10或F-10)北约代号:萤火虫(Firefly)是中国中航工业集团航空工业成飞自主研制的单发动机、轻型、多功能、超音速、全天候、采用鸭式布局的的第四代战斗机,中国空军赋予其编号为歼-10,对外称J-10或称F-10。

歼-10战斗机具有完全独立的自主知识产权。歼-10战斗机项目在20世纪80年代中期启动,80年代末全面展开。歼-10在2004年进入空军部队服役,在2006年首次公开。

歼-10战斗机采用近距耦合的鸭翼式布局、放宽静稳定度设计,机身采用翼身融合设计,单座单发,进气道位于机身下方。垂尾后掠,并进行了顶部切角。主翼为三角翼,其前缘与鸭翼的前缘相平行,机翼前方设有前缘襟翼,后缘有独立设计的襟翼与副翼,使飞机具备良好的机动性与敏捷性。在机身尾部设有两片腹鳍,增加飞机大迎角状态下的可操控性。

歼-10搭载有完善的雷达系统与航电系统,装备了国产导航通信系统,大幅度提升了飞机信息化程度。歼-10采用大量的复合材料,降低了机身重量,并采用了现代化的机身结构设计。可以进行空中加油,即使不进行空中加油,也有着此前国产歼击机遥不可及的作战半径,挂载副油箱的转场航程与作战半径分别可达3200公里、1000公里。在武器弹药方面,歼-10可根据任务需要挂载各式国产弹药,可以挂载PL-8、PL-10、PL-12等空空导弹,也可以挂载对地精确制导炸弹

歼-20

歼-20(J-20),绰号“威龙”,北约代号“火牙”(FIREFANG)。是由航空工业成飞为中国人民解放军研制的双发重型隐形战斗机,用于接替歼-10战斗机歼-11等第三代空中优势/多用途歼击机的未来重型歼击机型号,该机担负我军未来对空、对海的主权维护任务。首架原型机于2011年1月11日在成都实现首飞。

歼-20采用了单座、双发、全动双垂尾、DSI鼓包式进气道、上反鸭翼带尖拱边条的鸭式气动布局。机头、机身呈菱形,垂直尾翼向外倾斜,起落架舱门为锯齿边设计。侧弹舱可将导弹发射挂架预先封闭于外侧,同时配备格斗导弹

技术特点

气动布局

战斗机的气动布局形式随着空气动力学理论的发展和承担的作战使命任务的变化而逐步演变。

以“传统四代划分”为例说明战斗机气动布局发展。第一代战斗机应用附着流理论,实现了高亚音速飞行,在气动布局上基本以平直翼和类圆柱形机身为特征。第二代战斗机应用跨声速面积律理论突破了声障,实现了高空高速飞行,在气动布局上基本以小展弦比、大后掠三角翼为特征。随着脱体涡理论的发展,第三代战斗机实现了高空高速及大迎角高机动飞行,在气动布局上为实现和有效利用脱体涡,以边条(类边条)翼和翼身融合体、可变弯扭机翼等为特征。而对突出高机动、高隐身和超声速巡航的第四代战斗机,在气动布局上以气动/隐身一体化设计为特征,为满足隐身需求及兼顾亚声速高机动性和超声速巡航,布局形式多为中等后掠角、中等展弦比的翼身融合体布局。近年来,随着无人机技术的发展,为满足各类不同作战需求的各种形式的无人机布局不断涌现,如突出高隐身、高机动的无尾飞翼布局;突出高空长航时侦察需求的特殊机身、大翼展、大展弦比机翼布局;突出传感器飞机蒙皮共形需求的连接翼传感器布局。随着作战使命任务的多样化,新概念战斗机布局形式的需求也越来越迫切。随着国际上高超声速飞行器的兴起,形成了以宽速域、大容积、飞/发一体为特征的高超声速飞行器的布局形式。

飞机战术技术指标要求的不断提升、空气动力学的不断发展和分离流型在飞机研制中的深度应用,推动着飞机气动布局形式的不断发展演化,使布局外形越来越复杂,进而使得全机及局部流场日趋复杂化,主要表现为三维、非定常、非周期性的复杂流动结构,且流动的敏感性越来越高。同时,气动力的设计也逐步向多学科、多目标综合设计和精细化设计发展。

对于现代高性能战斗机,为满足其过失速机动的要求,必须掌握其大迎角飞行时失速前后气动特性发生的显著变化,而随着飞机的操纵、控制从最初的机械操纵发展到数字电传操纵,用于操纵控制设计的表征飞机气动特性的气动力数据也从最初的气动力导数过渡到气动力系数,即需要更加丰富、精细的气动数据来描述和表征飞机的气动特性。

总体来看,战斗机气动布局的演变和气动设计技术的发展使得气动力的研究在最初的线性、定常、静态的气动力研究基础上,逐步向非线性、非定常、动态的气动力研究发展,且更加注重局部区域复杂流动机理的探究;对气动特性以及表征气动特性的气动力数据的研究向更全面、更完整、更精准的方向发展。

航电系统

战斗机航电系统是指装载在战斗机上, 使其具备作战任务所需的通信导航、态势感知、火力控制、电子对抗等能力的电子设备组成的系统。战斗机航电系统由众多子系统和设备组成, 从支撑任务的角度包括:火控、通信、导航、雷达、电子对抗、红外搜索与跟踪、座舱显示与控制等子系统;从专业领域的角度包括:计算机收音机、光电等设备。

与通用航电系统相比, 战斗机航电系统具有以下几个特点, 同时也是设计的难点:

一是功能要多, 除了保障基本飞行的通信、导航等功能, 还要具备态势感知、火力控制、电子对抗等能力, 这就要求将众多专业与子系统在系统工程方法指导下权衡地融合集成;

二是性能要高, 与通航飞机注重成本和中大型飞机注重适航安全相比, 战斗机更注重航电系统的战术性能;

三是体积重量要小, 这是由于体积受到气动外形制约, 而重量越大意味着载弹量 (火力) 、载油量 (作战半径) 以及机动能力的压缩;

四是环境适应性要好, 例如高寒条件下的快速开机启动、高盐雾条件下的抗腐蚀抗衰减等。

面向以上特点和难点, 战斗机航电系统经历了从分立式到联合式再到综合式的发展, 其实质是资源共享程度的提升。如下图所示, 分立式航电系统中, 各子系统间相互独立, 在应用层和物理层均没有共享;联合式航电系统中, 一些子系统获得的数据被其他子系统使用, 例如导航系统获得的载机位置信息和雷达系统获得的目标位置与运动状态信息被火控系统用于计算导弹航空机炮的瞄准点, 但这仅是应用层的信息共享, 不涉及物理层的设备资源共享;综合式航电系统将硬件资源统一整合供各子系统共享, 例如雷达数字处理、火控解算等计算任务可在一台共享的综合核心处理器 (Integrated Core Processor, ICP) 上完成, 雷达与电子对抗可以共用天线孔径等, 降低了系统总体积和重量, 并通过资源调度获得了更强的计算、存储、容错、扩展等能力。

战斗机航电系统的发展实质上遵循了信息技术发展的规律:联合式航电系统可以看作是物联网模式, 传感器的数据得以共享和融合, 产生了大量有价值的数据;综合式航电系统可以看作是云计算模式, 以软硬件共享的方式提供了更好的计算和存储资源。

动力系统

战斗机发动机一直处于发动机技术的前沿。在第二次世界大战即将结束时,新问世的祸轮喷气发动机首先是在战斗机上取代活塞式发动机的。此后的半个世纪以来,战斗机发动机作为一些军事和经济强国的投资和开发重点,在技术上取得了巨大的进展。

以战斗机发动机性能的主要性能指标推重比 (发动机推力与发动机质量的重力之比)计,从40 年代后期第一批实用的涡轮喷气发动机的2~3提高到70年代的祸扇发动机的7~8,从而使战斗机的推重比从0.4提高到1.1左右,大大提高了飞机的速度和机动性。60年代后期,加力式涡轮风扇发动机由于其不加力时耗油率低而加力时推力增加多,开始取代涡喷发动机而成为当前战斗机的主要动力,使战斗机的作战半径大幅度增加。

与此同时,发动机的可靠性和耐久性也有了长足的进步。翻修寿命从几十小时延长到 1000 多小时,而且采用单元体设计和视性维修,发动机不用再定期拆下翻修,而是通过状态监视,保证其可靠安全。另外关键热端零件寿命长达4000~5000次工作循环。这些零件即使用到寿命时也可在机上作单元体更换,简化了维修,减少了备份发动机的需求。

推重比 7~8的涡扇发动机是在 20世纪70- 80 年代中期投入使用的。它们是当前在役一线战斗机上的主要动力装置。从 80 年代后期开始,主要航空国家通过对现役发动机的改进改型,全新研制推重比 10级的发动机和开展更为为雄心勃勃的发动机预研,为 21 世纪战斗机提供更为优良的动力装置。

性能特点

对于第一、二、三、四、五代战斗机来说,其核心性能特征分别为亚音速、高亚声速、超声速、高机动、隐身,它们均具有以下两个突出特点。

1.本代飞机可凭此项性能获得对上代飞机的极大战术优势

战斗机的主要任务使命就是与敌方战斗机空战,以争夺前线制空权,保卫己方空中/地面目标。在执行此任务期间,战斗机的各项战技性能均能不同程度地发挥作用,其中核心性能特征的作用通常尤显突出,本代战斗机依靠这一性能,往往能获得对上一代飞机的压倒性、甚至碾压式战术优势。

第五代战斗机为例,当其与四代机展开空战时,即使不考虑超音速巡航、超机动等性能,仅凭隐身这一核心性能特征,五代机就可以做到“先敌发现、先敌锁定、先敌开火、先敌脱离”,甚至使战场单向透明、呈“一边倒”的态势。因为五代机借助隐身性能的庇护,完全可以在四代机雷达的有效探测/跟踪距离外与之交战,通过发射中远距空空导弹,对尚在接敌过程中、甚至根本没能发现本机的四代机实施打击;不仅如此,五代机还可随时根据战场态势,调整本机与四代机之间的距离,以回避与其可能的近距格斗空战,并伺机再次对其实施视距外打击。在这样的背景下,如果不考虑战时其它各种因素的作用,单从平台自身性能的角度来讲,四代机将很难与五代机正面对抗。美国空军F-22战斗机在与F-15战斗机F-16战斗机等四代机的对抗演习中所创造的144:0的惊人“战绩”,就在相当程度上证明了这一点。

又如,在20世纪80年代--21世纪初的多场四代机对阵三代机的空战中,由于双方交战通常是在中低空、高亚声速状态下展开的,而很少在高空高速状态下进行,此时四代机的中低空/亚(跨)声速高机动性将可以得到充分发挥,再加上航空武器系统方面的优势,由此造成其在空战中往往能以非常大的交换比“碾压”三代机。

2.上一代飞机很难通过改进升级来获得本项性能特征

从各代战斗机核心性能特征背后的支撑技术来看,它们通常与飞机的气动布局密切相关,而气动布局是在飞机的初步设计阶段,按照相关的战术技术要求,根据气动、发动机、结构等基本因素来确定的,飞机定型后将很难进行重大改动,否则就相当于重新设计一型飞机了。由于这样的原因,上一代飞机很难通过改进来获得下一代飞机的核心性能特征。

例如,在第五代战斗机所拥有的隐身、超音速巡航、超机动性和综合/高度综合的航电系统等性能特征中,后三项均可通过相关技术的下放,在四代机上得到不同程度的实现。唯独隐身性能,由于其与飞机气动外形密切相关(军用飞机雷达隐身能力的80%左右是由外形设计所决定),四代机于其机体原始设计,仅靠局部修形、外覆吸波涂层、座舱盖金属镀膜等小修小改,将很难实现与五代机接近的隐身性能。也正是由于这样的原因,美国F-35尽管是作为与F-22战斗机搭配使用的“低档”五代机而研制的,在平台飞行性能方面只能说与传统四代机基本相当,尤其是缺乏超声速巡航和超机动性能,但由于该机拥有传统战斗机所不具备的隐身性能,因此仍“当之无愧”地被归入五代机之列,可谓“一俊遮百丑”。

与此类似,二代机要在一代机的基础上将飞行速度提高到高亚声速,需要将后者的平直机翼更换为后掠翼;三代机为了实现超声速飞行,采用了更大后掠角的机翼或三角翼飞机,以及按面积律设计的机身;四代机要具备高机动性,需要采用隐身融合、边条翼、升力体机身等技术,这些都涉及到对飞机气动布局的重大改动,上一代飞机仅靠改进升级将很难完成。

战斗任务

歼击机担负着三方面的战斗任务:

一、与敌方击机进行空战,以夺取和保持制空权;

二、截击敌来的轰炸机和巡航导弹;

三、攻击敌方战役纵深目标和进行战场近距支援,包括攻击海上舰船等目标,必要时也进行空战。

发展趋势

随着第五代战斗机F-22和苏-57的服役,而中国的歼-20也成功试飞,再次验证了“杀手锏武器不可能永远被某个军事强国垄断”的武器装备发展规律。于是,各军事强国纷纷开始探索下一代战斗机。日本提出i3战斗机构想;美国军队为继续保持其空中优势,也做了大量的预研工作,并预计在2030—2035年会出现下一代战斗机。

高超声速持续巡航

下一代战斗机的飞行速度将会达到马赫5,为满足全球作战的观念,还应具有持续巡航的能力,这对飞机的气动布局以及发动机提出了新的要求。新型气动布局主要包括自适应变形布局以及飞翼布局。自适应变形布局的翼面可自动扭转,减小飞行的阻力以及帮助实现滚转控制。而无尾飞翼布局是无人机普遍采用的布局,拥有阻力小、质量轻以及低可观测性能好的优点,但控制相对复杂。对于发动机,研制质量较轻的大功率变循环发动机。运用陶瓷等材料减轻发动机的质量,提高发动机风扇的转速并提高其核心部件的耐高温能力。涡轮风扇发动机/涡喷变循环发动机则可提高飞机的航程以及巡航时间。

超隐身能力

未来,依靠外形设计降低可观测性能可能面临严重的威胁,而超隐身性能需要战斗机全频全向隐身。超材料以及纳米材料的应用,可使雷达电波流过材料扩散至其它方向而不会发射。此外,还可以导致结构设计技术和流动控制技术的变革,大幅度提高飞机的升阻比以及降低结构重量。

机载定向能武器技术

随着空空导弹的发展已经接近极限,导弹很难突破马赫数10以上的速度,而且挂载空空导弹不利于战斗机的隐身。目前,国外机载定向能武器中的激光武器已接近实战化,激光武器不仅可以拦截弹道导弹,而且还可以对地攻击。定向能武器激光武器或微波武器可能改变未来空战的面貌。

数据链技术

为确保空中、空天优势,帮助实现信息优势和适应网络中心战,提高智能化水平,新一代的数据链技术必须安全保密、高速、抗干扰能力强、通用。同时可以用类似于云计算的方式与己方机群共享信息,对敌机发动最有效率的攻击。还可以接收预警平台的信息,指挥控制无人机并与其协同作战。

大功率雷达

所有有效地攻击都是建立在能够对敌方目标进行侦察探测的基础上,所以必须拥有大功率的雷达。氮化镓材料的雷达功率放大器,可使在同等功率下的雷达天线体积大大缩小。此外,还可以提高战斗机的隐身性能。

光传操纵系统

通过电缆传播电信号,操纵飞机,容易受到电磁干扰。用光纤代替电缆传播操纵信号,不仅可以大大减少操纵系统的重量,还可以使操纵信号不受电磁脉冲攻击的影响。未来空战中如果使用电磁脉冲弹,对方战斗机和导弹将丧失攻击能力,光传操纵系统则可以有效对抗。

战斗机无人化

人类已从机械化战争进入信息化战争,战斗机的每一次更新换代必然会导致质的飞跃。由于人的因素限制,无法使战斗机在机动能力、超声速巡航能力等领域的进一步提升。突破了人的限制,战斗机的发展将会大大提升。

下一代战斗机将不会是一个单独作战的个体,它将拥有强大的态势感知能力和数据融合能力,与其它的武器装备协同作战,赢得未来的电子战与信息战,捍卫本国的空天战略目标。

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