苏-47战斗机 :俄罗斯的多功能超音速战斗机

更新时间:2024-09-20 22:13

苏-47战斗机(俄文:Су-47 Беркут,英文:Sukhoi Su-47,北约代号:Firkin“小木桶”,苏联绰号:Беркут,中文:金雕)是由俄罗斯苏霍伊航空集团研制的一款多用途战斗机。这款战斗机的机身头部配备了机载雷达舱,内置有带空速杆的卵圆形雷达罩和多功能相控阵雷达。机身中段与延伸的机翼边条融为一体,有两根尾椎。苏-47的显著特点是其前掠翼设计,这一设计与美国格鲁曼公司的X-29试验机相似,代表了俄罗斯新一代战斗机的技术验证方向。

苏-47在设计和试飞阶段曾被编号为S-32和S-37。该机型于1997年9月25日首次飞行,并在2002年被正式命名为苏-47。由于未能满足俄罗斯军方的空战需求,该项目最终停止了研发,苏-47没有被俄罗斯军方采用,也未进入量产阶段。

发展沿革

研制背景

苏-47的技术渊源可以追溯到1944年,当时苏联飞机设计者基于缴获的德国资料进行了前掠翼飞机的研究。这项技术直接源自德国的Ju 287轰炸机,其第一架四发原型机Ju 287于1944年8月首次试飞,并在第二次世界大战结束前共进行了17次飞行。这些早期的探索为后续的前掠翼战斗机设计提供了重要的技术基础​

虽然前掠翼布局在早期遇到了气动弹性发散问题,但直到1970年代,随着轻质且强度高的复合材料的出现,这一问题得到了解决,并使得前掠翼设计概念重新兴起。1978年,美国X-29A项目的启动促使俄罗斯中央流体力学研究院重新开始研究前掠翼布局的飞机​

苏联对前掠翼布局的兴趣导致了Ef-131前掠翼实验机的研制。后来,试验模型增加了大面积的边条翼,改善了大迎角下的飞行性能。最终,中央流体力学研究院向苏霍伊航空集团推荐了一个包含多个控制面和矢量喷口的前掠翼飞机方案,这成为了S-32的初始布局​。

研制历程

苏-47战斗机的研制历程是一个充满挑战和创新的过程,始于1981年的美苏冷战高峰期。在这个时期,美国推出了先进战术战斗机(ATF)计划,后来发展成为了F-22“猛禽”战斗机。为了与之抗衡,苏联也提出了自己的战斗机方案,包括MFI和LFI计划。受到经费限制的影响,米格战斗机和苏霍伊两家设计局转而开发了两种先进技术验证机,苏霍伊负责的是S-37(即苏-47),主要用于验证苏联新一代战斗机的先进技术​。

进入20世纪90年代初,苏霍伊航空集团仅制造了一架S-37样机,这架飞机更多的是一种前掠翼超机动性技术验证机,并非真正意义上的战斗机​。到了1997年春,S-37进行了重要的非破坏性静力试验,这标志着苏霍伊在飞机结构强度测定方面采用了新的方法。同年夏天,S-37被运至茹科夫斯基的苏霍伊飞行试验基地,进行了地面滑行试验和高速滑行测试。该年9月,经过一次因系统失效而被迫取消的尝试后,S-37成功完成了首飞,持续了30分钟,并表现出色​。到2000年2月,S-37完成了超声速飞行测试,展现了出色的飞行性能,轻松超过马赫1​。然而,由于S-37的研发和测试时间过长,以及俄罗斯空军需求和第5代战斗机标准的变化,俄罗斯空军开始认为苏-35的梯形翼已足够满足超机动性需求,而前掠翼的优势并不显著​。

2003年及以后,苏霍伊航空集团被确定为负责开发俄罗斯第5代战斗机(Pak Fa)的主体。这种新型战斗机据说是基于苏-47“金雕”的基础上研制的,计划命名为苏-50。这标志着苏-47的技术和设计理念对俄罗斯未来战斗机的发展产生了深远的影响​。

技术特点

设计特点

苏-47战斗机采用革命性的前掠翼设计,这一独特布局相较于传统机型展现出众多显著优势。特别是在低速机动阶段,其前掠翼极大地提高了升阻比,从而赋予飞机更加灵敏的控制特性和优化的起降表现。此外,苏-47在接近音速的巡航条件下因为较低的配平阻力而拥有更高的升阻比,进而实现了更远的航程。值得特别指出的是,前掠翼布局还使苏-47能够在高达90度或更大的迎角范围内灵活控制飞行,彰显出其卓越的机动性和敏捷性。

机型结构

机身前端设有雷达舱,内置多功能相控阵雷达,覆盖在一个带有空速杆的卵圆形雷达罩内。雷达舱后方是光学雷达和驾驶舱。驾驶舱采用单座设计,风挡和座舱盖与苏-27相似,由无格框的固定前部(气泡型)和可开启的舱盖组成。

机身下方的前起落架舱采用前三点可收放式设计。双轮前起落架向前收入驾驶舱,舱门为单块设计。单轮主起落架位于机身上方,收起时轮胎转向一定角度后收入发动机进气道下方。起落架主轮间距为4米,前后轮距为8米。

机身中段与延伸的机翼边条融为一体,翼根处向前延伸的边条装有前平尾和前掠翼。该区域内设有燃油舱、设备舱和发动机进气道,其下方是主起落架舱。机翼边条下方的扇形侧向进气道不可调节,S形进气道侧面靠近机翼前缘处装有鸭翼。双垂尾略向外倾斜,机身中部设有两个大型辅助进气门,并采用雷达吸波涂料进行隐身处理。

气动布局采用串置三翼面设计,机翼为前掠翼,运用了融合体技术,并涂覆了吸雷达波的涂层,90%的结构采用复合材料。机翼前缘后掠角为-20°,配备全展长襟翼,后缘前掠37°,内侧为普通襟翼,外侧为副翼,翼尖为弧形。全动近距耦合鸭翼,前缘后掠50°,后缘后掠-16°,可进行同步或差动偏转。外翼后缘设有副翼和襟翼(襟副翼),前缘可下偏。

机翼翼根向后延伸形成水平安定面,前缘后掠角70°,双垂尾向外倾斜约6°,前缘后掠45°,配备内置方向舵。梯形全动平尾的前缘后掠角75°,翼展8米。全动前置平尾同样为梯形,前缘后掠角约50°,翼展约7.5米。双立尾形状与Su-27相似,但外倾角度较小,配有方向舵。机身后段包括两个极其相似的发动机短舱、机翼承力梁、垂尾和平尾的承力件,机身末端设有两个设备整流罩,内藏后视雷达。

苏-47的机翼翼根边条和机身边条设计旨在降低阻力和减少雷达反射信号,改善飞机的起飞着陆性能,提高亚音速和大攻角时的气动性能,增加飞机的航程和高空机动性,并充分利用复合材料的结构特性。采用的弯曲进气道、保形外挂架、前掠机翼等设计措施,显著减小了飞机对雷达的反射面,约为0.5~3平方米。飞机全长22.6米,最大起飞重量约为35吨。

动力系统

按计划,苏-47将装两台由留里卡“土星”设计局研制的推力矢量可控制的AL-41F发动机带加力的涡轮风扇发动机,推力为20吨级,保证飞机具有良好的加速性能、操纵性能和不加力的超音速巡航能力。苏-47在设计上十分重视“隐身”能力,在飞机外形设计上大量采用包容、蔽挡、散射和冷却技术。如对雷达波反射信号强的进气道、发动机压气机和外挂武器,全采用了包容、蔽挡;对辐射红外信号强的发动机尾喷口等,则除用飞机结构对其蔽挡外,还用冷气流进行冷却并把尾气流吹散。再加上大量采用复合材料和吸波材料,飞机的雷达反射信号和红外信号非常小,另外飞机上还装有各种主动和被动干扰技术和欺骗技术,因此,可以达到敌机无法发现的程度。

第一架原型机的动力装置为两台带加力燃烧室的D-30F6涡扇发动机;第二架苏-47飞机使用两台AL-41F,单台起飞推力196千牛,带有推力矢量控制及全权数字发动机控制系统。

武器系统

苏-47可根据任务需要选择安装多用途武器。根据苏-35和苏-37使用的武器,苏-47可能会使用AAM-L高超声速大型远程空空导弹、R-77中程空空导弹和R-73E/R-37近程空空导弹。AAM-L导弹采用复合寻的导引系统,能攻击400千米以外的空中目标。R-77导弹是一种主动雷达制导的空空导弹,与美国AIM-120先进中距空空导弹性能相当。苏-47还具有较大的武器内挂能力,可执行对地攻击任务,挂载各种高精度精确制导武器和对地攻击弹药,摧毁地面或海上目标。苏-47还可能保留使用FIII-301型30毫米航空机炮,这种轻型机炮射速为每分钟1500发,已被广泛应用于苏-27、苏-35和苏-37飞机。

航电系统

苏-47战斗机的航电系统在其首次测试飞行的原型机上并未完全实现。尽管如此,预计该飞机的驾驶舱设计和航电系统将至少与第四代半的Su-35和Su-37战斗机相匹配。关于雷达系统,虽然S-37(苏-47战斗机原名)的具体雷达型号尚未明确,但其雷达罩的尺寸比Su-27系列的小,这可能表明它使用了较小直径的天线。此外,S-37的尾部设计包含了一种由Phazatron开发的新型后向雷达系统,这可能是其航电系统的一部分。这些特点表明,尽管S-37是一款实验性质的飞机,但其航电系统设计考虑了先进的技术和功能。

苏-47战斗机的观测系统包括一系列先进的设备,旨在提高飞机的感知和反应能力。该机型配备了多功能无源相控阵火控雷达,预计安装在机头的卵圆形雷达罩内。这种雷达工作在X波段,具有广阔的探测范围,能够在165-245千米范围内发现空中目标,同时跟踪24个目标,并对其中8个目标实施导弹攻击。苏-47还装备了两部后视雷达,分别安装在机翼与发动机喷管之间,以及多种功能不同的天线,分布在垂尾、边条翼鸭翼和平尾的前缘或顶部。

除了雷达系统,苏-47还配备了先进的电视和红外成像以及激光探测设备,这些光学设备安装在机身前部或飞行员座舱风挡下方,类似于苏-33和苏-35战斗机上的配置,不会影响飞行员的视野。

低可观测性

飞机采用了前掠翼(FSW)、鸭翼和双向外倾的垂直尾翼,这些设计有助于降低雷达反射。飞机的水平尾翼设计演变成了纯鸭式布局到串联三翼布局,这种布局与前掠翼密切配合。此外,飞机的尾翼高度掠过(约70度),其前缘从前掠翼根部向后延伸,这与X-29A的机翼根部不同。这种独特的设计有别于传统飞机,有助于提高隐身性能。

除了空气动力学设计外,S-37还采用了雷达吸收材料(RAM)和特殊的伪装涂层,进一步降低了雷达和可视特征。S-37原型机重度依赖苏霍伊航空集团最先进的低可观测技术,包括前掠翼、符合机身下方的武器舱、RAM的使用,以及固定进气口和S型气流管道。所有这些设计都意味着相比同类大小的苏霍伊战斗机(例如苏-27战斗机),S-37的雷达截面显著减小。

S-37的低可观测技术不仅限于其空气动力学设计,还包括对发动机和航空武器系统的改进。例如,采用的发动机排气设计有助于降低红外特征,使飞机在使用肩扛式红外制导地对空导弹(如Redeye、Stinger和SA-7)时更难被探测。这一点在苏-25T的开发中已得到证实,其中包括引擎进气锥的安装和排气与冷空气的有效混合,从而大幅度减少了飞机的红外特征。此外,S-37的设计还考虑了雷达反射的减少,包括优化的前机身形状、缺少可变几何进气口,并且部分涂有RAM。

座舱设计

前风挡类似于美国的F-22“猛禽”,采用整体曲面防弹玻璃,而非传统的框架式结构。这样做可以改善飞行员的视界。座舱内装备有(或将装备)新型的飞行员生命保障系统弹射座椅可向后倾斜20度,有利于提高飞行员的抗过载能力。这种设计与苏-35飞机十分相似,但可能使弹射过程更加复杂。为了便于高机动和大迎角飞行,飞行员驾驶杆可能为短程侧杆式,油门可能为应变传感式。

性能数据

数据来源:

服役情况

苏-47(原型机代号S-37)并没有正式服役。苏-47主要是作为一种技术演示机而开发的,用于测试和验证多种先进技术,如前掠翼、复合材料的使用、以及改进的飞行控制系统等。这些技术的测试和验证对俄罗斯未来战斗机的发展具有重要意义,但苏-47本身并未被设计为量产型战斗机。

总体评价

大多数军事观察员对苏-47(S-37)持肯定态度,认为这是一个令人惊喜的飞机。这反映了苏-47在军事观察者中的积极形象,尽管苏霍伊航空集团对飞机的宣传采取了“积极但严格”的原则​。

苏霍伊飞机实验设计局本身高度评价苏-47,声称这款飞机比世界上最好的战斗机,如F-22战斗机“猛禽”,还要优秀。这种比较显示了设计方对苏-47极高的信心和期望,尽管它只比F-22晚两周首飞。

参考资料

Sukhoi S-37/37.wayback machine.2024-01-26

这家设计局生产的飞机缔造了无数传奇,精彩动图都在这儿.m.toutiao.com.2022-06-15

飞机中的“杀马特”—苏-47战斗机.澎湃新闻.2024-01-26

反向翅膀一展英姿 前掠翼战机浴火重生并非奢望.m.toutiao.com.2022-06-15

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