2011暢想“黑絲帶”

1月11日晚,中國國防部外事辦公室副主任關友飛在回答有關“殲20”戰鬥機試飛問題時表示,中國發展武器裝備不針對任何國家和特定目標。從時間上看,沒有任何針對性,是正常的工作安排。

這位54歲的少將表示,中國根據國防和軍隊建設總體規劃,發展了一些武器裝備,這是維護國家主權、安全和領土完整的需要,也是順應世界新軍事變革、新型武器裝備不斷出現的需要,不針對任何國家和任何特定目標。應該正確評價和看待中國的軍力發展。

關於試飛活動也是這一原則,不針對任何國家,也不針對美國國防部長蓋茨訪華,是一次正常的工作安排,關友飛說。

此前,國防部長梁光烈在與美防長蓋茨共同舉行記者會時也強調,中國武器裝備的發展,與發達國家相比還有很大差距。中國發展武器裝備絕對不針對任何國家,也不會對任何國家構成威脅,完全是為了維護主權和安全的需要。

2010年12月下旬“殲20”圖片在網絡上一出現, 就激起了國人的巨大熱情。“黑絲帶”—黑色的第四代戰機,成為人們給予它的昵稱。

震驚、喜悅,還有一些懷疑,這些情緒並不妨礙公眾熱烈參與到討論之中。有人提起同樣處於“傳說”中的航空母艦,還有人講起朝鮮戰爭中的“米格走廊”,總之,種種元素再次勾起了中國人對於國家實力的熱情想像。

一位網友這樣評價說:“黑絲帶”的問世,是2011年新年最好的禮物,它讓中國人看到了中國在經過幾十年的技術沉澱後井噴期帶來的巨大希望。

“中國先進戰鬥機之父”十年前勾畫輪廓

在世界軍事航空領域,對噴氣式戰鬥機的發展有“四代說”、“五代說”兩種劃分方法。其中,俄羅斯將美歐的第二、第三代戰機分為三個階段。事實上,俄羅斯所謂的第五代戰機即T50、1.44等,相當於美國的第四代戰機如F22、F35。

中國航空博物館飛行技術顧問程昭武告訴《望東方週刊》記者,這一代戰機因為其四大特性而被稱為4S戰機:超音速巡航,超機動性,超視距打擊,超隱身性能。

有趣的是,2007年,美國空軍和研發F22、F35的洛克希德.馬丁公司突然開始將這兩款戰機稱為“第五代戰鬥機”,即“新五代說”。但在國際上,通常還是將與F22、F35、T50相當的戰機稱為第四代戰機。而根據俄羅斯的劃分方法和“新五代說”,備受關注的“黑絲帶”也可以稱為“黑五代”。

早在2001年8月,由中國工程院主辦的《中國工程科學》公開發表了成都飛機設計研究所四位科研人員所著的《一種小展弦比高升力飛機的氣動佈局研究》一文。第一作者宋文驄院士被稱為“中國先進戰鬥機之父”,曾領銜“殲10”的設計研發;第二作者謝品為國產“梟龍”總設計師。

文章描述了當時科研人員在經過大量實驗後對中國新一代戰機的設想,並就如何解決主要設計矛盾提供了具體解決方案,最後提出了一種“未來戰鬥機”的設計方案。

10年後,當一些資深軍迷看到“殲20”的外形後才恍然大悟:至少在2001年,中國人就已經開始勾勒自己的第四代戰機。

從“殲20”圖片上可以看到,它採用了單座、雙發動機、雙垂尾、帶邊條翼的鴨式氣動佈局。

氣動性,是指飛機、導彈在飛行狀態下,由所受到的升力、阻力、力的方向、大小與其本身的截面、長度、推力、穩定性等影響飛行物飛行的客觀因素所組成的一個函數值,由這個函數值來決定飛行物的外形。

通俗地說,鴨式佈局是指在扁平狀的機頭旁側設置一對機翼—前鴨翼。除了“殲10”,俄羅斯的下一代戰機1.44也計劃使用這一設計。“黑絲帶”的鴨翼略有上反,這種情況被稱為“上反鴨翼”。

邊條翼是上世紀50年代中期出現的一種新型機翼,一些第三代戰機採用了這種設計。具體而言,在主機翼根部前方處,加裝一後掠角很大的細長翼所形成的複合機翼,稱為邊條翼。所謂後掠角,即向後傾斜的角度。

和F22、F35、T50等相比,“黑絲帶”的主機翼更粗、更短,在航空學上稱為“小展弦比”。同時機翼向後斜,稱為後掠翼。

“黑絲帶”的兩個尾翼垂直於機體,較F22、F35、T50等更小,可以操縱偏轉,稱為“全動尾翼”。

“黑絲帶”的進氣口在機身兩側,而且從起落架艙設在機身側面來判斷,“黑絲帶”的進氣道設計採用了S形彎曲。

根據經典航空理論,強大的氣動性能設計可以更好地彌補發動機的不足。同時,修長的機身等設計會使其具有更快的速度,增強超音速巡航能力。高速一直是俄制戰機的典型特色,比如曾被中國廣泛引進的米格系列戰機。人們對於“殲10”外形的印象就是“修長”。

也有網友對“殲20”的鴨翼等設計提出質疑,認為這些有助於“飛行能力”的附加裝置會大大影響隱形性能。

如何更快、更機動

事實上,上述設計大多出現在《一種小展弦比高升力飛機的氣動佈局研究》一文中。從這篇文章可見,中國的頂級飛機設計師們在10年前已希望通過創新設計解決新一代戰機的主要設計矛盾。

這篇論文首先提出:“未來戰鬥機”除了具備近代先進戰鬥機的中低空機動性外,還要具備超聲速巡航能力,以及過失速等非常規機動能力。同時,隱身特性也是一個需要重點考慮的因素。

隱身要求帶來了新的氣動力設計困難。機身前端的隱身,對機翼以及進氣道有更高要求;側向隱身則要求機身剖面形狀和尾翼佈局形式與之相適應。“這些約束和要求必須從佈局的初始階段融入設計。”

同時,現有氣動力設計措施不足以解決超音速阻力以及低速情況下最大升力特徵之間的矛盾。

它可以簡單地解釋為,高速飛行與低速機動之間的衝突。即如何飛得更快,又能創造更大的利用阻力和升力比值,使飛機獲得更大的升力,最終實施完美的空中動作。“現有的氣動力措施不足以解決這些矛盾,必須尋求新的解決途徑。”

過失速機動問題則是10年前先進戰機設計的第三個主要挑戰。

戰機在機頭仰起一定角度、即大迎角後會出現失速情況。但這種動作可以使戰機超常規地調整自身位置和姿態角度,在空戰中從被追逐、鎖定的被動位置快速轉到敵機後等主動位置。俄羅斯“蘇27”戰機賴以成名的“眼鏡蛇”動作就是一種過失速機動:戰機豎起就好像眼鏡蛇立起身體。

研究者們在文中特別強調,應發展新的設計概念解決這些問題。特別是各種非常規的氣動力控制裝置。

根本措施之一就是升力體邊條翼鴨式佈局。傳統意義上的升力體是指用三維設計的翼身融合體來產生升力,消除機身等所產生的阻力。

作者認為傳統的鴨式佈局或邊條翼設計並不能提供更大的升力,但當時還沒有一種鴨式佈局的戰鬥機採用升力體佈局,因為鴨式佈局要求鴨翼必須高於機翼。

作者在論述此問題時引用了多項相關風洞試驗結果。在這篇6頁的論文中,有6處基於風洞試驗的圖表,以及另外兩處相關計算表格。

根據新華社、《解放軍報》等消息,最遲2005年,四川西北的群山深處已建有一個總體規模居世界第三、亞洲第一的風洞群。中國自行研製的各種航空航天飛行器,都要在這裏進行空氣動力試驗。

風洞試驗證明,創新性的融合設計會使鴨翼的效果有所減弱,但其總升力大大提高。

作者最後提出了一種“未來戰鬥機”方案:採用升力體邊條翼鴨式佈局。有小展弦比中等後掠角機翼、較大面積的上反鴨翼和比常規戰鬥機垂尾面積小一個量級的全動垂尾,腹部進氣法和S彎進氣道。“經過評估,該方案具有優秀的超音速阻力特徵、大迎角升力特徵、大迎角穩定性和控制性,並具有良好的隱身特徵。”

除腹部進氣口外,以上設計的其他特徵與“黑絲帶”基本相符。雖然上述設計在“殲10”也有所體現,但“黑絲帶”真正全面貫徹了升力體邊條翼鴨式佈局的創新性設計。

專業人士多次宣示信心

根據新華社、中央電視臺等媒體引述資料,美國在1991年12月確定了F22的外形,並製造了風洞試驗和測定雷達反射截面使用的模型;開始準備內部設計和飛機製造用的工具。俄羅斯的T50在90年代中後期完成了類似規劃。

在上述論文發表5年後,即2006年11月的珠海航展上,中航工業首次公佈了新一代有人戰鬥機自主設計概念方案。

不過根據當時公開展出的模型,新一代戰機雖然使用鴨嘴佈局,但為前掠翼方案。

前略翼則是指主機翼向前傾斜。而且模型顯示,它只裝配了一台發動機。這是輕型戰鬥機的常用模式。

此後,不僅類似模型多次出現在各類國內外航展上,軍方及科研人員也在公開場合對此發表談話。

其中最著名的一次是2009年11月,空軍副司令員何為榮在接受中央電視臺採訪時表示,中國的第四代戰機在緊鑼密鼓地研製之中,很快要進行首飛、試飛,之後會很快裝備部隊,“可能還有八到十年吧。”

不久,空軍有關部門負責人在接受中央電視臺《防務新觀察》採訪時表示,媒體所稱的“四代機”,是指“殲10”改進型系列飛機。

此間,工程技術人員則不斷表達了對新一代戰機的信心。

2007年3月,中航工業網站刊登了對中國工程院院士李明的採訪。曾任瀋陽飛機研究所總設計師的李明在談及第四代戰機時說,“如果項目及時立項,我們的研發週期也將顯著縮短,距離美國的差距應在15年至20年,當然,我們還面臨著一些困難,飛機研製的產業鏈很長,我們需要後續的技術儲備。”

他特別提到:“我們的發動機性能還相對滯後一些,從長遠來看,我們的研發部門應在應用基礎研究上下些功夫,當然,我們經過殲8、殲10系列的研製,已建設了一支隊伍,積累了較豐富的經驗,所以搞第四代機我們還是充滿信心的。”

對於中國空軍裝備,他分析說:“我們長期以殲擊機為重點,作戰支援飛機還不是很配套,我們已意識到這個問題,也正在給予重視。”

2009年秋,中新社的一則消息說,“殲10”副總設計師張繼高也對中國新一代戰機表達了信心:“我們一直在追蹤研究國

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