|
|
2 a, n5 J# @! ~0 S( B0 B4 t2 {
网传的空警600图片9 H4 H6 d, Z/ e8 d
7 B: Z4 O m: z最近网上开始流传空警600试飞的图片，据说这是与中国航母配套的舰载预警机。如果属实，这是美国E-2系列，之后的世界上第二种舰载预警机，如果不算早期的半试验性、半实用的预警机和苏联时代的夭折的设计的话。E-2A在1964年首飞，但E-2A和E-2B很短命，1971年首飞的E-2C才成为真正定型的舰载预警机，E-2D在2010年开始交付使用。除了E-2A到E-2B的外垂尾面积略有增加外，E-2系列的改进集中在电子设备和发动机，气动外形和尺寸基本不变。, E- X+ U+ ~9 l8 ?6 G7 T
" Z1 R- y% i9 q( f* Y% m2 d4 J
舰载预警机的重要性不言而喻，但舰载预警机在设计上充满挑战，在某种程度上，比舰载战斗机还要难设计。舰载预警机的起飞重量未必超过舰载战斗机。同样采用弹射起飞，E-2D的最大起飞重量为26吨，F-18E则达29.9吨。舰载预警机的航程也未必超过舰载战斗机，E-2D的航渡航程为2700公里，F-18E则达3300公里。不过舰载预警机的留空时间倒是更长，E-2D可达6小时，F-18E只有3-4小时。长航时决定了舰载预警机的设计特征。
, Z) f5 Z% D) h$ z
2 V8 O6 D# K, V! \* f3 l
4 B' O' w3 _$ d1 n
E-2D的气动设计已成经典，并不是说这气动设计有多先进，而是因为围绕上舰要求，这已经最优化了
1 i. n P$ F2 Y# R) F% e0 |) k: \
$ R2 g, \/ A! E. r$ @' R. H
* z! O6 L3 ?3 C: `
雅克-44随“乌里扬诺夫斯克”号的夭折而下马了，这比E-2D大一圈5 X: ^# n: A- g% O, h: y% ^
% H( L" b8 ^) |3 C
. Z- L* i7 P* l1 o安-71的设计很是科幻，但最终还是因为不适合上舰需要而落选了. t$ K5 I. P2 ^/ G
/ V( S) q' m! y1 m3 J: z
+ P9 G. A1 N9 F同比例比较之下，E-2系列（这里是E-2C）显然小巧得多，小巧对于上舰很是重要3 b* y7 B& j b- v- m! f
! M: Y* M2 n: x, W: P* _ _
o7 a( S/ Q, c( F S( | {
模型航母平台上的模型舰载预警机显然与E-2系列很相似: S1 y4 q7 k: x2 C- a# L
3 p5 f6 I5 v9 p1 z( ?& o长航时需要大展弦比的机翼，也就是像滑翔机那样的细长机翼。但太大的翼展对于航母使用很不友好，即使在停机时可以折叠，起飞、着舰的时候还是要展开的。E-2D的翼展为24.56米，雅克-44为25.7米，不是偶然的。翼展31米的U-2有过上舰记录，但那是清空甲板后才做到的。安-71的翼展达到31.9米，落选与此不无关系。
- R, |" q0 o- [! k; v; c$ ^ C$ ~! Q
同时，舰载预警机的长度也不宜太大，长度决定舰上的占地，影响甲板上和机库里的停机数量。高度也受到限制，机库高度是一定的。E-2D的长度为17.6米，雅克-44为20.4米，安-71为31.9米。高度方面更离谱，E-2D为5.6米，雅克-44为7米，安-71竟然高达9.2米。作为参照，“尼米兹”级航母的机库高度为8米，俄罗斯夭折的“乌里扬诺夫斯克”号的机库不比“尼米兹”级更高。这样看来，安-71实在太大了，早早落选就不奇怪了。一直有说法，中国第一代舰载预警机将从运-7改装，运-7的翼展为38米，长度为34米，高度为11.2米，直接上舰显然是不行的，修改到E-2D的尺度的话，那就是彻底重新设计了。所以用运-7做陆基测试是可以的，从运-7改装上舰是不现实的。
p/ J% u( h8 O9 p! f5 I+ ]6 N. f+ E/ b: x X+ ~1 v
6 Z6 i. `! H) c: N3 W- N8 s$ N
运-7改装的JZY-01用作技术验证机是可以的，但直接上舰是不行的，太大了
3 }+ b( e! z" o; }0 n. \. w3 F6 ^5 ~
4 Z; Z' X8 |- \& {( D3 K- p
难说这是不是精确测绘，但从这里也可以看到，JZY-01比空警600大一号' N+ {! W+ c* d! J
) R6 x2 M4 ~3 ]# R% K
舰载预警机的尺度限制严重影响了气动设计。由于长度受限，而雷达罩对垂尾的干扰太大，只能用四片垂尾增加方向稳定性，否则就要采用特殊手段，重建方向稳定性。当然，四垂尾相对于单垂尾和双垂尾来说，阻力和重量增加了，但其他特殊手段同样有代价，只是途径不同而已。垂尾不是用来转弯的。垂尾的作用与风向标相仿，用于在偏离风向（对飞机来说就是航向）的时候，由于不对称风压而自动重新对准风向。垂尾面积加上重心之后的机身侧面积要大于重心之前的机身侧面积，才能起到风向标的作用，战斗机有时用腹鳍，也是同样的道理。# \' h/ L6 {" K; I0 L! e" o
7 s9 s' K# M8 L6 C0 v
" t! D& Z' C. _; @ \7 Q) Y: v' Z: M$ {% @) F% }( \
" I( b5 z1 j5 ?: R/ ^ P+ d ~9 O* M
垂尾和风向标尾羽一样，是用来稳定航向（在风中指向风向）的，不是用来转弯的) @) g# C5 Q: X7 t
, s0 Z4 c4 B; ~2 m
3 ?9 @0 ^2 y+ m! R/ y如果尾翼不能足够高大，也不能足够远离雷达罩的气动干扰，那就只有增加垂尾片数，才能达到足够的“尾羽”面积0 d* k/ F% a/ C) J- v4 R
' I: S: z3 R; r' V& D1 t7 |7 t由于机身较短，还要尽可能使得雷达罩避开垂尾，雷达罩的支架只有靠近机身中点。但这使得机翼无法向上折叠，只能向后折叠。这也对发动机的位置有所限制，现在流行的做法是发动机“悬吊”在机翼前方，位置越高越好，便于气流吹佛机翼（尤其是上表面），增加升力。但沉重的雷达本身已经接近重心位置了，发动机过于前置就要造成重心问题，所以发动机的位置也不能太“前悬”。
9 k2 ^. |# L: g: e3 h, o$ n
9 W9 p& A3 a. c
. f; t w* t! t. B- e
E-2系列机翼是以这样的奇怪方式折叠的，向上折叠要与雷达罩冲突，只能向后折叠，结构上没有向上折叠那样坚固- @( u8 b1 {4 m8 s8 }3 l
. s d+ f0 r0 H; I& L, f0 J2 Y
所以E-2系列的气动外形和尺度是高度优化的结果，空警-600高度相似并不是照抄。两点之间最近的距离是直线，再优化、再原创也是同一个结果。一切“21世纪中国舰载预警机还在照抄60年前的美国设计”的说法只能说是无知。
; O% v# U7 J. `; m9 y2 _$ Q7 I! y! o! h2 w X
, k- p5 K, K2 ^0 {/ i" ^雅克-44的设计与E-2系列貌似近似，但实际上是不同的设计思路% ^: a8 K! f3 X k7 J
B6 J4 y# l7 q& b8 p
对比之下，雅克-44与E-2系列貌合神离，实际上是不同的设计思路。由于苏联的“库兹涅佐夫”级航母是滑跃起飞，雅克-44需要能像苏-33一样，靠自己的动力就能滑跃起飞，因此采用两台“进步”D-27桨扇发动机，功率比E-2系列的艾利逊T-56要大1.5倍。# r3 r2 a$ R; P% T) @
- W0 m- q( q1 c m N# |1 Y7 g
涡桨在低速的时候扭力更大，推进效率更高，适合短距起飞，油耗较低，所以低速飞机大多采用涡桨，舰载预警机也不例外。但涡桨说到底是通过桨叶产生推力的，而桨叶的转速和直径是受到限制的。涡桨的桨叶叶尖线速度不能超过音速，否则激发的激波会像无形的钢刀一样，在反复扫过中对机体结构造成损坏。传统上要增加发动机的出力，只有增大螺旋桨直径，降低转速，但这需要更大的减速器，不光重量大，减速器的机械损耗也增加。对于舰载预警机来说，还有螺旋桨直径很难大幅度增加的大难题。增加桨叶数是另一个办法，但桨叶数增加到一定程度后，阻力急剧增加。这不难理解，桨叶数增加到一定程度后，就相当于一个实心的盘子了，阻力肯定大。桨叶数增加后，桨叶之间的机械平衡也越来越难，平衡不好的螺旋桨震动严重，这是不行的。双发变四发也是办法，但翼展更大，对上舰更不友好。
, b$ [( w2 [ I# P
8 M+ J. S/ v, U, \( D( E: H. S0 Q
2 e* \+ `4 d$ e! n7 J8 I
桨扇发动机大多具有大弯度、后掠叶尖的桨叶，很多还是同轴反转，但为了降低噪声，前后桨叶数不同，避免噪声特征互相加强。这是D-27，前桨7叶，后桨叶
8 D3 S5 V, _( T. ?: S& I
& M y, ]2 a. m6 r; A
6 S& \" Z. N; J$ w) i, K
桨扇也有推进式和拉进式之分7 z' v( _# s9 m6 W; l3 w. d& r/ _/ s
0 e' @ ^, I# P# c9 | n
) R$ [" Z3 s7 Z/ ~6 x9 B+ Z
安-70是唯一达到量产（但最后还是没有投产）的桨扇飞机
* G9 N4 e& n% H H8 \+ c- S7 g0 e( x6 J* ]+ {+ W) E- U! Y
桨扇是70年代才发展起来的新型涡轮发动机，在构型上与涡桨相似，但采用大弯度、带后掠的桨叶，以便提高转速，提高出力。螺旋桨的另一个问题是靠近圆心的地方几乎不产生推力，但阻力还是少不了，螺旋桨越大，浪费也越大。采用大弯度桨叶可以有所补偿，降低推力损失。后掠的叶尖则推迟激波的产生，容许螺旋桨有更高的转速。有的桨扇不仅叶尖带后掠，整个桨叶也采用更加复杂的弯刀形，可以进一步推迟激波的产生，但桨叶的设计和制造更加复杂。前后的同轴反转双桨可以“拧直”推进气流，降低涡流损失，进一步提高出力。
) m+ t, V2 l/ h/ M; x G" C1 ~! R$ W8 P& ^4 J
采用全新的桨叶设计后，桨扇容许核心发动机的功率大大提高，桨叶转速增加，但核心发动机的冷却问题出来了。涡桨和桨扇都是靠桨叶做功的，只有最大限度地把喷流能量转化为机械驱动功率，才能提现桨扇的效率。但这样一来，核心发动机的出力大大提高，可流量小，温度高，冷却不足，故障率高。在某种程度上，桨扇可以看作无穷高涵道比的涡扇，但涡扇的外涵道与内涵道的整合紧密，外涵道的气流对内涵道壁是有效的冷却，桨扇的桨叶气流绕发动机壳体外流过，实际上对内涵道没有多少冷却作用。9 ^: I# T n4 B6 a2 B5 u* K0 B
( f; F4 w# C4 c, K1 E2 P2 _. |' M
D-27就是这样的同轴反转双桨。安-70是首先采用D-27的，发动机可靠性一直是个问题，在2001年1月最后定型试飞的时候，四台发动机有两台在起飞中停车，飞机硬着陆，机上33人中4人受重伤。此后安-70计划再也没有恢复元气，俄乌交恶后，更是回生无望。; q/ ~% ~0 i$ F9 U" {7 i- l
3 l) }4 I) q7 Y$ Z
5 Z2 C6 ^/ E" U4 c
安-70功亏一篑，本来就在拼最后一口气，抢在设计局资金和俄乌下马令的倒计时到点前投产，但在最后关头在试飞中失事，再也没有恢复元气+ X- I+ K/ {8 H2 n! k
6 ^: A, o# J+ e1 ]+ e+ L4 f雅克-44要用D-27，可靠性这一关就难过。即使发动机可靠性最后解决了，大大超出巡航推力要求的发动机意味着重量和耗油率很不友好，影响留空时间。但不用D-27，则根本没有能提供那么大功率的涡桨发动机。图-95的NK-12涡桨功率更大一点，但太重了，几乎比D-27重一倍，没法用，螺旋桨的尺寸也太大，根本没法上舰。, i/ E" ?% k( r$ `
! {& f! H; G! Q9 V* J7 k. h0 T; s雅克-44也为这样超大推力的发动机付出了代价。最大起飞重量40吨，比E-2系列高50%。作为参考，采用4台D-27的安-70的最大起飞重量高达145吨，雅克-44的“过度推力”可想而知。另一个代价是沉重的发动机使得重心靠前，雷达罩必须靠后一点，才能平衡。但这使得垂尾进一步推后，要增加机身长度。好处是机翼可以直接向上折叠，比E-2系列那样向后折叠更加简单、可靠。
& k* J! |2 Y I4 c+ o& J( Z2 [$ q5 h7 w; p5 R
3 ?" `4 ^- d' w; B9 [( f, G雅克-44的发动机不成比例地大。这是雷达罩降低的位置，对比前面图中雷达升高的位置
% p* w7 k9 s$ q' m: z* S3 o- Q/ m" m# ~& a* B9 @
; J3 I) s8 _* `! `' Y还要换成更大更重的NK-12就根本不可能上舰了& v( x' ]; @! D
% ?$ D* {# b1 L, v3 m2 \% u
* s o6 a& U8 G: e5 X0 K& C由于起飞重量大，翼展又受到限制，只能用翼尖小翼增加等效翼展，而小翼又使得机翼的折叠比较别扭，要互相避让，这里能看到机身上方机翼折叠的情况
7 R7 Z3 z& g2 K+ E' P& {% l R2 V
雅克-44的办法是用雷达罩的高大的单片支撑结构本身兼作大型垂尾，补尝距离较近的双垂尾。雷达罩也大大高于垂尾顶端，否则雷达罩对气流的遮蔽作用使得垂尾效用进一步降低。这在气动上是很巧妙的设计，雷达罩的位置较高也改善视界。不过这样使得雷达罩太高，进出机库不便，所以雷达罩的单片支撑结构是可升降的，带来重量和可靠性问题。6 z4 g3 a6 b$ @5 d4 A: h" M$ U
/ _$ V- @) R! x7 e
安-71则是完全不同的思路。与雅克-44是全新设计的不同，安-71是从安-72运输机改装而来的，发动机喷流吹拂机翼上表面，产生引射增升作用，有助于降低起飞、降落距离。雷达罩也别出心裁地安装在前倾的高大垂尾顶端，垂尾和雷达支撑结构共用，降低重量和阻力代价。不过这原来是作为前线航空兵的预警和指挥机设计的，上舰的话，短距起飞能力不足，翼展、长度和高度都太大，而最大起飞重量实际上只有32.1吨，比雅克-44还小1/3，意味着航程和留空时间大大弱于雅克-44。这对于前线航空兵不是太大的问题，但对于舰载预警机就要命了。8 ]+ M2 Z/ `' g6 j) J
, [0 w$ y: R0 {, t/ R4 D, M
( [/ a W( Q" e3 s; z8 n
安-72是很有特色的设计，但发动机喷流对机翼上表面的烧蚀也厉害，需要特殊处理，歼喷口后涂黑的区域，那是防热涂层
+ E2 q2 M8 C6 p! a8 Z6 G0 T n- s) a, ~2 G) A
- u& Z* P+ R1 U" |
苏联解体后，安-72重新设计，发动机改到更加常规的翼下，成为安-148( E9 \" I3 u! v1 G; M j8 C
1 x" }% d) j! B7 m& `+ E2 u, n要上舰的话，安-71需要完全重新设计，全面缩小，但保持大号的涡扇，以满足短距起飞的要求。事实上，这正是安东诺夫提出的安-75方案，而且把发动机改到翼下，像C-17一样采用喷气襟翼。苏联解体后，安东诺夫把安-72改进为安-148，最主要的气动变化就是发动机改到翼下。这是比上表面喷气增升更加直接可靠的增升方法。但设计变动太大，需要投资太大，考虑到雅克-44的方案成熟度更高，安-75下马了。
4 G# q! T4 f# P( C Y0 E
3 E# \- x0 P+ y1 H; e }中国实际上是现在世界上量产预警机型号最多的国家，已有空警2000、空警200、空警500，现在加上空警600。这不是叠床架屋、重复建设。
) u" Z$ f' j. x
, K$ c0 z" E# X; }4 K. R' c
. C; x% J1 y0 R x8 |# d0 I
9 P" h. _5 r" i6 c! s: a% \4 a
2 I/ @6 h) ?1 v0 s! _
0 H# M2 J, h' a& }
^, d! M/ R+ v0 `中国已有空警-2000、空警-200、空警-500三种空军预警机$ u# P ?, O- N7 _. ]
5 m: t9 o; ]% P0 f0 \2 z( w& d
空警2000是中国第一种 量产的预警机，在伊尔-76的基础上加装机背碟形雷达罩。三面固定的主动电扫雷达具有很高的数据率、抗干扰性能和可靠性，这是很大的成就，但也因为成本高、伊尔-76平台数量太少而产量受到限制。# l* `* h) m. T9 K! `0 G( R4 d) }
) }; K& f8 w0 \8 r
空警200采用运-8作为平台，雷达天线则为平衡木构型。这比空警2000的成本降低很多，条形的雷达罩对垂尾的影响也较小，只需要在平尾翼尖增加端板，就恢复了方向稳定性。但条形的天线阵只有两侧视界，需要另外的前向和后向雷达在至关重要的前后方向上补盲，这是令人遗憾的。
8 H3 k! Z' Y7 g) z; Y0 V6 \' t8 F3 x) ~; h
空警500采用运-9作为平台，雷达天线恢复到空警2000的碟形，恢复了全向预警和指挥能力。运-9是运-8的深度发展型，主动电扫雷达和数据处理能力也更进步了，使得空警500具有接近空警2000的性能，同时具有接近空警200的成本。但对上舰来说，这依然太大太重，短距起飞能力不足。所以还需要有空警600。考虑到中国电子技术的飞速进步和从空警2000、空警200到空警500的使用经验，空警600的电子设备能力可能有更进一步的惊喜。
! V3 m) b4 j% U, z+ H3 _+ y. S) Y! s/ m/ C5 ~
L {" u% D% P8 Z+ f7 [$ D9 o“辽宁”和“山东”现在依靠直-18预警机，希望空警600能从长起飞点滑跃起飞 S; T. b6 V# I6 Q8 r" I
, C" B c& J1 r# t
中国缺乏D-27级别的发动机，从正常起飞位置出动，空警600可能难以实现安全的滑跃起飞，但可以从长滑跑位置起飞。这对甲板运作的干扰较大，但预警机不是高出动率机种，偶尔为之是可以接受的。据报道，美国海军试验过在165米滑跑距离（带滑跃甲板）上无弹射起飞E-2C，在25节甲板风的情况下，可以达到2.5米/秒爬升率，满足单发起飞标准，操控无明显负担。实际上，飞机在进入滑跃甲板时已经达到离地速度，12度斜角滑跃加强了飞机的升空趋势。据不同估计，“辽宁”、“山东”的长滑跑点的滑跑距离（带滑跃甲板）为195-210米，本舰航速都可达到30节以上，空警600的滑跃起飞是现实的。+ s. i. C! J9 |0 f6 s0 A$ n
5 r! a$ z) @0 c5 S
更加彻底的解决办法是为“辽宁”号和“山东”号加装电磁弹射。电磁弹射与滑跃甲板并不冲突，这一点与蒸汽弹射不一样。电磁弹射在原理上与磁悬浮相似，磁悬浮列车可以在弯曲轨道上运行，电磁弹射也可以在弯曲甲板上弹射。如果在设计和建造时预留空间，加装是可行的。“辽宁”和“山东”加装电磁弹射后，歼-15都能满载起飞，意义重大。
/ O# {6 y% O9 y$ |* a" c& r$ J' c: a. Q
另一方面，在预警机之后，可以用同一个飞行平台发展反潜机、加油机、运输机等舰载特种飞机，打造完整的舰载空中力量。
4 b. b9 \0 x* V0 h. F
9 H: R0 S2 n$ ]1 l7 F+ U在信息化、网络化的未来战场上，预警机的作用越来越大。歼-15是中国海基空中力量从无到有的标志，空警-600则是中国海基空中力量从有到强的标志。) F- c! N( q, p9 L- {4 ?5 U
|
评分
-
查看全部评分
|
雷达卡
楼主
收藏
分享
淘帖
支持
反对
提升卡
置顶卡
沉默卡
喧嚣卡
变色卡
抢沙发
千斤顶
显身卡
发表于 2020-9-11 18:53:34
