|
|
# @! M4 u5 F1 y# {; i9 d/ b网传的空警600图片7 g9 I6 n- d( H# K
- l0 p2 D4 A) Z) E5 j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。5 ]/ R% T0 M( w; G# _
( D' q3 b z& Z2 \+ m5 E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。
1 ~/ h* C8 A; D; k. B" I) M! f7 {. g& D8 @1 y e1 Z7 L# {
2 j1 R6 L4 `8 P4 ?' A3 [% k- PE-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7 A9 N# Y8 i8 G
9 m; A& s4 ^ u
$ x. W( ]3 o* l7 t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/ i+ v4 u( x- a1 \4 ?
1 Z3 w5 K$ [9 T. y7 D& a5 ]* Y! a0 R$ S
4 ?2 q( E. k, z( V& y" @* L2 q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
1 Z+ A4 c5 \( K9 e% l4 z+ p* S" P, y! x7 W J4 B5 K
# t8 y# I$ X; i) j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8 [5 R, L+ |2 V0 V
% ]. t, O; b& e. {9 D8 E- E
- ]) ~* Z) Y9 s- d+ @$ B; t7 [& 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
$ P2 f3 c0 m) Q6 N) W- ` }: z" _3 C* E5 J# I
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。
/ K y( W; X( ^9 l
* z5 o8 b( `1 o3 O0 E* A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。$ Q9 \$ c' M: e8 j9 ]9 F
% i- d- N5 @2 F _* e9 V
! o q6 R! Z; ~3 Q4 x% v
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
6 @# M/ g5 v8 @! Q) }$ w S# G! ^( O1 H. n
9 h3 z/ k) z/ ]1 z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
/ Y- j+ p, }/ ~ ?3 a4 w! o" } y! m7 K$ r/ {* q8 r- |
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。$ k2 V3 r8 i! f2 t$ e m
p& B" x. ^# N- H4 H, L) K
7 T. o! J6 \+ m$ o
& \/ H% i: c. ^' @ v7 L. d, @9 Q
& w, L! B5 _2 n3 P9 K+ O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) ^7 L3 p' I: D% V) [4 ]
; d, w y: K, A
: j( E0 H7 y; i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
: G0 D1 s# c) ~: ~. q3 G
; w2 {( B) j, ?5 o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”。) a! P7 k% |- ~6 A
$ h0 q; f) y+ a6 D' T5 ]4 l
2 A% v, f2 N, B) y
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! x2 `& U& G* V$ s& Y- c& T; ]1 r
3 A2 {. u1 K0 {1 r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。
) c" x, d/ N! T% \$ v0 X5 `$ k# V: ^& J+ X4 o3 s V1 D
) y" b, w+ t5 A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' A6 _- ]7 L% H
! s; e. C9 e/ U
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。
p4 r( l; ]! k9 ?% s1 A
" v' }8 x/ l/ M6 I2 Z0 u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。
" }3 b; z6 Q3 l( _9 g% w# ^7 n! r' P8 Y1 p# w
: C/ H5 c R2 E3 K- [2 h% z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. R) T( a$ ]- y* H- E
& W; o8 V7 u3 k4 r+ `1 w
" }$ k/ S- ?3 `, a0 C6 h
桨扇也有推进式和拉进式之分. x$ `5 a+ J$ b9 U2 |1 C! W% ~
2 \2 F$ _8 F; ~) T
; G/ z8 u6 q6 G9 |' L
安-70是唯一达到量产（但最后还是没有投产）的桨扇飞机" d% e6 }; Y0 L e$ [- ^4 f9 [
! \2 y# b8 R/ \6 d7 Y, X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。
7 j, C6 j7 ~8 t! i
2 V; j5 L5 k6 r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。8 z" C4 V1 n& {2 S( M( t
8 i- _9 |0 b8 I
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。
6 B5 N* f0 m) V* G
, d4 b9 Z- W) Y- I5 X: J9 b
; Q. ^' \, r9 v* t4 I k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
% \# b+ V- Y- f+ e- q7 Q- C0 s
9 p" p N3 j q/ h2 w- n% O! J1 |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。# a% |8 U+ r) d7 }% s; r/ `9 R. k) ^
2 f' {4 r" n2 c6 w# {4 V3 Y
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。; O( y4 X+ s9 `4 j4 I
3 f6 b0 D# }- }# Y8 N/ t L
6 w9 p7 Z6 ~% h" Z, j' h& q
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7 S; Y2 N% o9 |3 t$ I; U
" @5 N% [9 q: F" W" Z- ~$ G/ Z
+ r4 T' y" Y) ~
还要换成更大更重的NK-12就根本不可能上舰了- c4 Z# E/ C k/ D7 N. |
3 q# I% n' e# u- m8 L
1 A# {- v q& d5 w' n7 w3 ]
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4 A& D7 C% ?# f1 I
# r# Y0 O* Y7 X& i) C1 g" A! O
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 N* w0 S' F' P, c
, d: ]8 n) y e, Z, q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。
$ Q2 T5 N, c" X9 s# ~% M# C/ ^& R4 J' u5 i% h
! ]* U" Q' o$ }% K( ?( M
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0 l% d( ~* n( y7 S: y& M
( \; Q. r, j5 o! u8 _( i0 H0 U
# T0 L/ F) ]( ~1 ^. |1 _2 S
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( U1 @7 G# j% M+ i: Z
- m. i1 b8 o% a# X7 g
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。5 @0 S% D7 p! m. I2 y. S- W# M U7 T5 b
$ H2 K9 c8 }& }( z2 u6 |2 H G
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。
& @- X- ~& U$ O& H. q* K2 ^5 G8 n/ Q1 w2 K! P3 U+ f
9 ?( ]2 }4 @. ?5 Y4 _3 V" {
; Z8 ~" p/ w2 A* P0 t: {
# B Y) P) \5 w) m
1 D0 A7 M6 B' x: _- m! m" l6 a! r
+ {0 @3 V( X- k/ u+ u' ?7 F中国已有空警-2000、空警-200、空警-500三种空军预警机0 g% Q; }# m( d H5 G$ K
U7 |5 N- d+ s* T0 V6 L
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。
. r! v& e% t! D
$ W3 i4 @) \* o- _! E3 A; C6 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。3 m K9 E! P$ U" ?
+ h! Q6 X5 K5 \% V/ d( z$ U0 P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。' p) g$ Y( y" H! E0 k* d! Q& G
* u8 [$ ^% z3 k3 \, L
2 N- X. U2 a- t, S; u( H5 l* p“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% s0 c- Q/ b, T7 c- n) R7 ]
' w% @; ?) u5 g1 o7 V
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。
7 V- Y e+ V9 b! z5 {) `( q1 X7 i; B1 M
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。
; u; m7 ~5 q$ G
9 W7 D4 @) J! Y" a8 s$ v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。
5 `3 L3 i; M% O3 y% E0 Q% L1 H' e2 x. ?) W- h1 l1 w% j
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。' i' N1 l! o/ m5 |% H
|
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
