日本新一代隱身战斗机 F-3心神


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送交者: VOLTES 于 2007-09-21, 03:12:26:

日本新一代隱身战斗机 f-3心神

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日本和韩国近日分别透露了各自正在研制和考虑中的新一代战斗机方案,虽然许多细节还没有揭示,但这些方案结合了美国第四代战斗机F-22和 F-35的一些设计特点和技术,并体现了本国的国情和条件,引起了各国的高度关注。本文仅将目前能收集的信息进行了初步分析,仅供参考。

  目前,除美国和俄罗斯以 外,还没有一个国家宣布要研制类似于美国F-22和F-35的第四代战斗机。然而,多少令人意外的是,去年年末,日本和韩国却分别透露了他们正在投入重金研制各自的新一代先进战斗机。这些飞机采用了大量的先进技术,明显地结合了美国第四代战斗机的特点,从而引起了各国的高度关注。  


  日本防卫厅技术研究部于2006年11月9日展出了它的新一代先进技术战斗机验证机"心神",航空自卫队声称这种新一代的空中优势战斗机将具备"F3"能力,即"先敌发现"(First Look)、"先敌攻击"(First Shoot)和"先敌摧毁"(First Kill)。

日本防卫厅技术研究部同时认为,虽然新一代战斗机首先必须具备隐身性,而高机动性也是取得空战胜利的必备条件,然而这两项性能对于飞机外形的要求是矛盾的,例如隐身性要求飞机外形设计为棱角,以便将雷达回波尽可能集中在有限的方向,而高机动性则要求飞机外形设计更趋于圆滑,以减少或避免气流从机身表面的分离,"心神"战斗机开发的主要目的之一正是研究如何解决折中这两种性能带来的设计上的矛盾,设计出兼备这两方面特点的飞机,以赢得空战优势。

  "心神"验证机的高机动性研究工作由日本防卫厅技术研究部第3技术开发室完成,该研究在2000年开始,按计划将于2008年末结束;而隐身性方面的研究则由"心神"项目的主要合同单位--三菱重工承担。

  隐身外形设计

  三菱重工为了实现飞机的低可探测性能,在外形设计上大量参考了美国四代机F-22的设计特点,采用了并列双发双垂尾常规布局。

  根据F-22的隐身设计准则,飞机的主要轮廓线和机身开口接缝线保持相互平行,以尽可能将雷达回波集中在有限的方向上,使得敌方雷达只能在特定方向才能探测到,F-22正是按照这一理论设计的典型。 "心神" 验证机在设计中也引入了这种原则,如梯形机翼的前后缘掠角、外倾式梯形双垂尾和平尾的前后缘掠角、进气道唇口的掠角分别保持在两个方向,而机翼、垂尾和平尾的侧缘也都保持平行等。

  进气道和气动侧板


   "心神" 验证机并没有采用新一代的无边界层隔道的鼓包式进气口设计,还是采用了带边界层隔道的进气道,很显然是为了确保超声速飞行性能的考虑。

  "心神"在气动外形上的最大特点是在机身两侧的大面积气动侧板,它从进气道上表面一直延伸到平尾,既起到了"翼身融合"的作用,增大了机翼的有效面积,又起到了机身前边条和后边条的作用,提高了飞机的控制效率,同时也有助于提高飞机的跨声速/超声速性能。

  闭合锯齿


   "心神" 验证机另一个设计细节是在机翼前缘襟翼内侧有一个在平视时很难看到的"闭合锯齿"。它的作用与常规的机翼前缘锯齿相同,可以产生涡流,类似于翼刀一样控制失速气流的展向扩展,提高飞机的可控迎角范围。

  但是常规的机翼前缘锯齿的断裂界面,会增加飞机迎风面的雷达反射面积,这对于现代战斗机的隐身来说是非常致命的,而"心神" 验证机的设计人员却巧妙地将锯齿的前端向内收拢与机身侧板相接在一起,形成一个前缘闭合的锯齿,挡住了前向雷达波直接进入锯齿内,这样既可获得更大的可控迎角范围,又不会影响飞机的隐身性能。

  折流板矢量喷管

  三菱重工除了要进行低可探测性机体形状设计的研究外,还要进行一体化飞行/推进控制系统(IFPC)的开发,主要目的是在气动操纵面无法控制飞机姿态的失速范围内,通过推力来控制飞机的操纵。

  作为"心神"验证机IFPC的一个重要组成环节就是采用推力矢量喷管。但是它并没有采用类似苏-37的圆截面三维推力矢量喷管,也没有采用F-22的矩形截面的二维推力矢量喷管,而是采用了美德合作的X-31三片折流板矢量操纵方式,但比较特别的是"心神"的矢量折流板带有锯齿,可能是为了降低雷达探测性。

  相比其他两种方式,折流板式矢量喷管有许多缺点,首先它不能包覆住喷流,因而在大多数情况下最大只能将气流方向改变15度,而在某些低能量状态以及发动机尾喷口面积较小的情况下使气流改变还达不到15度。

  第二是折流板在同时偏转到一定角度以上时可能发生相互碰撞,因而必须在控制软件中加以控制,从而导致推力矢量的控制律和与飞行控制系统的结合相当复杂。

  第三是导流叶片本身的使用能力问题,X-31的折流板内偏5度,仅仅10秒后就必须外转10度,冷却15秒才能再次使用。

  最后是推力损失问题,X-31A导流叶片的偏转角度在超过10度时推力开始明显损失,偏转至25度时推力将损失700千克力左右。

  不过尽管推力矢量控制方式有种种缺点,但是"心神" 设计人仍旧决定采用这种矢量控制技术,一方面是结构简单,而且经过X-31项目的反复试验,技术相对较成熟,既不像俄式三维矢量喷口那样复杂,又不像F-22的二维矢量喷口那样不能对偏航方向进行控制,而且在结构设计以及控制软件上,日本都可以直接从美国获取。

  智能蒙皮

  除此之外,三菱重工还在试制一种重量轻且强度高的嵌有天线的新型复合材料--"智能蒙皮"复合材料,预计试验计划将于2011年完成。

   "心神"先进技术验证机起飞重量约为8吨,装备有两台日本国产XF5-1涡轮风扇发动机,总推力能够达到46千牛,飞机起飞推重比为1.25,如果能采用了新型 "智能蒙皮"复合材料,重量还将进一步降低。如果研制计划一切顺利,全状态的"心神"将于2014年进行首飞。日本希望借助低可探测性外形和IFPC等先进技术,使"心神"跻身于世界第四代战斗机的行列。  





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