话说歼-20 – [4] 隐身性能 (中)

– 5. 内置弹舱 –

三代战机除了机炮,所有弹药都是外置的。在航展上面对公众时常常挂满弹药,威风凛凛地炫耀武力。但这只是为了宣传或者极端状态测试,实战中很少能在所有挂架上都挂满重型弹药,不但速度、航程、机动性等飞行性能会大幅下降,更极大地增强了雷达反射面积,成为黑暗中的探照灯。

▌F-15、F-18、苏-35和台风的满挂载“秀”

四代机为了实现超音速巡航、超机动和隐身的性能,所有弹药必须内置于机身弹舱内,也不外挂副油箱,以保证干净的气动外形。只有当己方已经夺取制空权,来自空中和地面的威胁降低到一定水平,或者是转场飞行时,才会采用外挂弹药或者副油箱。这就要求四代机拥有大体量,在容纳发动机、燃油和各种机械、电子设备的同时,还要像轰炸机一样开膛破肚配备弹舱。为了避开进气道、起落架舱等各种内部结构,弹舱也只能见缝插针,分散布置。另外四代机主要在超音速范围内作战,超音速机动中要能顺利打开舱门、弹出导弹、点火发射,对弹舱结构、气动控制律乃至挂架都有特殊要求。

▌三个弹舱门全部打开通场的F-22

以F-22为例,它的主弹舱位于机体正下方,分成左右格,各有一扇折叠舱门,对空挂载可分别容纳3枚AIM-120中距空空导弹,对地挂载为1枚1000磅GBU-32联合直接攻击弹药或4枚GBU-39/B SDB小直径炸弹加一枚AIM-120。雷神公司特别开发了“小翼面”的AIM-120C型,缩小了前后弹翼的尺寸,以便在F-22狭小的弹舱中交错挂载3枚。如果是标准型翼面的AIM-120A/B则只能挂载2枚。

▌F-22模型,主弹舱一侧挂载了三枚AIM-120,另一侧则是一枚GBU-32加一枚AIM-120

值得一提的是挂载AIM-120的LAU-142/A垂直弹射挂架,它采用了独特的折叠伸展臂,靠液压动作筒驱动,能够产生40G的峰值加速度,将AIM-120以每秒9米的速度弹出,确保导弹在超音速状态下安全通过附面层脱离飞机。这是世界上第一种采用非火药爆燃方式的弹射挂架,挂弹前不需要地勤安装脉冲气体发生药筒。

▌LAU-142/A挂架结构图及实物,左侧为伸展(地面装弹或弹射)状态,右侧为收缩挂弹状态

▌F-22发射AIM-120实弹

在F-22机身两侧进气口后方还各有一个侧弹舱,仅能容纳一枚AIM-9响尾蛇格斗导弹。它采用LAU-141/A滑轨挂架,在发射前必须打开弹舱门,滑轨前端升起,将响尾蛇导弹的引导头伸出暴露于机外气流中,以便红外引导头锁定目标。

▌LAU-142/A挂架结构图及实物

▌F-22发射AIM-9M实弹

主弹舱中的中距导弹和对地攻角弹药,因为射程长,时间充裕,且发射时飞机状态比较稳定,可以先发射再通过数据链引导导弹捕捉锁定目标。而格斗导弹的发射则存在很大问题,近距格斗时导弹发射窗口转瞬即逝,三代机的格斗导弹就挂在外部滑轨上,一旦火控系统达成射击条件可以马上点火发射;而四代机如果这时格斗导弹还封装在侧弹舱里,经过开舱门、伸出挂架、导弹引导头锁定目标等几个步骤,很可能会错失发射时机,特别是如果对手也是具有超音速机动性的四代机时。如果进入格斗状态就打开舱门伸出导弹,固然可以节省性命攸关的一两秒钟时间,但这期间机体表面的隐身性将遭到破坏,露出自己的软肋,而且打开舱门兜风就像打开一个巨型减速板,将严重影响飞行品质。作为补救,雷神公司开发了AIM-9X Block 2,增加双向数据链,使F-22具备先发射响尾蛇再锁定的能力,但在高G格斗中还是很容易造成仅有的两枚格斗导弹脱靶。即使先进如F-22,隐身性能和武器发射之间还是不能完全兼顾。

再来看看歼-20的弹舱,总体上和F-22比较接近,也是底部主弹舱加两个侧弹舱。主弹舱也是分为左右两格,各有一扇折叠舱门,其尺寸比F-22的主弹舱大,深度也更大,可以挂载重型武器。目前 上流传的歼-20主弹舱开启照片都来自2013年拍摄到的2002号,当时弹舱里只有四个伸缩式挂架,挂载了两枚中距弹。于是 上发出很多感叹,说中国导弹体积过大,或者弹舱设计不合理,等等。实际上F-22早期如果挂载AIM-120A/B,也只能挂四枚。2002号只是0批次的验证机,初期试飞没必要展示完全设计状态。如今歼-20已经发展到第3批次的量产型,而媒体再没拍到过主弹舱空中开启的照片。以歼-20这种模块化弹舱设计,再加上三年时间中国空空导弹的发展,装下六枚导弹绰绰有余。

根据 上文章披露,中航工业空空导弹研究院已研制成功液压弹射发射架,“空中飞行试验中表现出极高的性能指标和可靠性”。

▌歼-20 2002号机主弹舱内部结构,弹舱底部的前端呈弧形,是进气道向上弯曲的部分,弹舱中后部的深度比F-22更大,可以挂载重型空对面弹药

相对于主弹舱,歼-20的侧弹舱更具独创性,以一种脑洞大开的方式完美地解决了困扰F-22的格斗导弹发射问题。F-22的侧弹舱有两片较窄的舱门上下对开,歼-20的侧舱门只有一整片向上打开。最初细心的 友在各种爬墙照中发现歼-20侧弹舱盖下方有三个颜色不同的块状物,纷纷猜测它们的用途。后来随着更多谍照曝光,显示出这是一种前所未有的旋转式导轨挂架。

▌ 友制作的旋转式挂架结构图和动画效果

只要进入格斗状态,飞行员就可以打开侧弹舱门,旋转机构将导轨挂架外翻推出,然后重新关闭弹舱门。三根支架通过弹舱门下方的三个缺口,支撑住悬挂在机身外的挂架和导弹。这样飞机可以保持隐身性和机动性不受弹舱影响,导弹引导头也拥有宽广的视场可以即时锁定目标,在满足射击条件后立即发射。导弹发射完毕再次打开舱门,将挂架收回,缺口正好被那三块联动的端板简单粗暴地封住。看到这个充满中国式智慧、纯机械式的设计,洛马的工程师肯定得一拍大腿说,哎妈呀,我们怎么就没想到还能这么干呢?

▌歼-20侧弹舱的挂架外置模式,挂载着最新的霹雳-10格斗导弹

再来看看T-50的弹舱,在很长时间内,众多媒体和 友都在质疑T-50是否拥有侧弹仓,因为从俄方公布的照片里看不出机身侧面有什么地方能容得下侧弹舱。T-50的主弹舱位于两个发动机短舱中间的隧道里,因为空间狭长,采取的是两个弹舱前后配置,各挂载两枚弹药的形式。以T-50薄薄的后机身厚度,有很多人质疑这个弹舱能有多少深度,强度是否够。

更大的问题是从来没有任何照片拍到过T-50打开弹舱进行飞行试验。一直有传言苏霍伊在弹舱开启方式、超音速弹药弹射方面遇到很大困难无法解决。

以下两图是苏霍伊官方的宣传资料,可以清楚地看出T-50有侧弹舱,位于进气道外侧那个不起眼的三棱型凸起内。这个空间看上去实在是非常狭小,而且发射方式要么是F-22那样伸出导轨,要么就是垂直向下弹射,在格斗时必定会遇到F-22相同的问题。

▌红圈处即为T-50的侧弹舱

小结:歼-20的内置弹舱布局和F-22相似,主弹舱空间更大,侧弹舱的发射形式极具创意,在格斗中可以占得先机。


– 6. 机体表面保持平顺 –

成败在于细节,当上述5项措施都采用后,飞机的RCS值已经可以降低到普通三代机的百分之一以下。在这种水平上,一些细微之处处理不当也会引起雷达反射面积的大幅度增长。

▌左图为波兰空军F-16C Block-52,右图为歼-10A的尾部特写。这两型都是三代机里比较晚出现的型号,凑近了看机体表面还是布满了突出的铆钉、比较大的缝隙和各种凸起的进气门、电子天线

四代机为了隐身和超巡,机体表面需要尽量光滑平顺:采用复合材料蒙皮,减少或消除台阶、鼓包、天线、进排气开口等附属物。这一点歼-20做得非常出色,甚至比F-22还要好。F-22只有发动机舱段采用了少量金属蒙皮,其余95%的表面为BMI(双马来酰亚胺树脂)复合材料制成的大面积整体成型蒙皮,具有优异的耐热性、电绝缘性、透波性、阻燃性、良好的力学性能和尺寸稳定性。

▌虽然远看机体表面相当平滑,但在未喷漆的裸机状态F-22还是能看到大量铆钉。右图的维护口盖采用平头螺栓紧固

▌最新亮相的歼-20量产型,机体表面非常干净,对比上图的F-22,襟、副翼之间的缝隙非常小

歼-20也采用了大面积碳纤维增强体环氧树脂基体复合材料整体成型蒙皮,加工工艺极为精湛,平滑细腻,弹舱舱门等部位几乎看不到缝隙,也极少看到铆钉。机体表面的平顺整洁程度比F-22和B-2还要有过之而无不及。除了机头底部的光电指示系统(EOTS)整流罩外,所有辅助进/排气口、光电探测窗口、通讯天线都做到了与机体表面共型,不破坏气动和隐身的完整性。

▌第一架2001号验证机,机头下方尚未配备EOTS系统,注意机头、进气道鼓包和侧弹舱门等部位,细腻光滑宛如工艺品

▌爬墙党拍到的一个细节,两个工作人员轻松抬起一片大约两米长一米宽的机腹舱盖,可见材质之轻

锯齿边缘:所有舱门、维修盖板、导电率不同的材料交接处(如雷达罩边缘,尾喷口和机身连接处)敷设了微凸起的吸波结构,边缘进行锯齿化处理,锯齿倾斜角度与主翼相同,以削弱主要威胁方向的行波或爬行波反射。

话说歼-20 – [3] 隐身性能 (上)

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