歼20威龙 VS F-22猛禽,隐身战斗机哪家强?

2019/11/27165 浏览综合
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鹰击长空,群英竞逐!《讲武堂》与《红警OL》联合推出隐身战机系列军事科普文章,为您解读未来空战的战争密码。
隐身战机系列军事科普
歼20威龙VS F-22猛禽,隐身战斗机哪家强?
在刚刚过去的建国70周年阅兵式上,中国空军歼20战斗机以五机编队从***上空飞过,这表明歼20战机在进入空军服役后,已接近成建制形成战斗力。而近期,韩国空军从美国引进的F-35战斗机也开始进行空中加油等战斗科目训练;日本航空自卫队的F-35也处于高强度的战斗力养成时期;美军也在日韩基地部署多架F-35战斗机,F-22战斗机不时部署到这些基地。
F-22、F-35这两款机型对中国国防安全提出了严峻挑战,经过10多年的艰苦努力,歼20也及时成军迎战。所以现在很多军迷都有一个问题,同为隐身战斗机,中国的歼-20究竟能不能抗衡美国F-22和F-35隐身战斗机?这三种世界顶尖隐身战斗机,哪种最强?
从研发时间来看,美国F-22战斗机出现最早,F-35次之,中国歼-20战斗机是后来者。
从时间节点来看,美国F-22战斗机最早,启动时间在1990年,那时候是美国空军的ATF战术战斗机计划,设计目的是为美国空军提供新一代空中优势战斗机,保持高度机动性的同时,核心能力强调隐身优势。竞标结果是洛克希德公司的YF-22依靠低风险,更高机动性击败诺斯洛普公司YF-23赢得胜利,最终成为美国空军新世纪的制空战斗机主力型号,美国空军编号为F-22战斗机,绰号猛禽,并在2005年进入美国空军服役。
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图:F-22战斗机是现阶段隐身能力和机动性能力最强的隐身战斗机
第二种隐身战斗机是美国的F-35战斗机,这款战斗机的来由是1996年美国海军空军海军陆战队三军联合研发的JSF联合攻击战斗机项目。最终竞标结果是洛马公司X-35击败波音公司的X-32技术验证机获得胜利,最终成为F-35战斗机,绰号闪电。这个项目是为了弥补F-22战斗机价格过于昂贵的不足,空军海军和海军陆战队三家联合起来,共同研制一种用途广泛、性能先进而价格可承受的低档隐身战斗机,主要目的是节约军费,以应对日渐上涨的单机研发费用和有限的军费预算之间的冲突。F-35强调攻击性能,使用单发战斗机设计,飞机加强了航电设备,攻击效率很高,但飞机不能进行超音速巡航,最大速度仅为1.6马赫,仅为一代机水平。2016年8月2日美国空军空战司令部司令赫伯特·卡莱尔上将宣布,美国空军首支具备12-24架F-35A的作战中队具备初始作战能力。
而中国歼-20战斗机,则是为了应对美国F-22战斗机威胁研制的一款大型双发隐身战斗机,飞机主要指标直接对标美国F-22,其中包括隐身,航电,武器系统和发动机等。两者最大不同是美国F-22战斗机采用了常规布局,而中国歼-20战斗机采用了鸭式布局混合升力体设计。歼-20战斗机在与三翼面雪鸮战斗机方案的竞争中获胜,获得国家正式立项,2011年1月11日首飞,2018年空军宣布歼-20正式服役,时间比美国F-22晚了13年,比F-35战斗机晚了仅仅2年时间。中国军迷对歼20寄予了厚望,并为其取号为威龙战机!
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图:中国设计师和工人技术人员浴血奋战,不断加班加点努力,打造的歼-20战斗机最终快速赶上了世界潮流。
当然,F-35战斗机对中国歼-20影响也是巨大的,主要在航电系统层面,这也是F-35相对于F-22最先进的地方,实际上,从某种角度来说,这个可以比较简单地解释歼-20战斗机和美国两款战斗机的关系——歼-20战斗机的性能指标=F-22的平台机动性+F-35的航电系统+更大的弹仓和燃油携带量。
三种隐身飞机大比拼
对于隐身战斗机而言,最关键的指标是几个方面:隐身性能,机动性能,航电水平,航程和载弹量,以下我们就按照这几个标准挨个比较三款战斗机。
隐身性能
美国F-22战斗机是世界第一种隐身战斗机,按照美国人的说法,第一代隐身飞机F-117牺牲了飞机的机动性,不顾一切代价追求完美隐身效能,F-22战斗机算是第二代隐身飞机,飞机最大的特点是除了保证F-117战斗机一样完美的隐身性能外,极大增强了飞机机动性,而且弥补了F-117不能使用主动雷达的弊端,飞机安装了复杂而先进的有源相控阵雷达,可以在打开雷达探测目标的同时,而不被敌方电子战系统发现。
从美国F-117战斗机面世以来,最大的价值就是,奠定了飞机隐身设计的基本原则,主要设计原则是,容易被敌人发现的三个方面都要加以认真处理,包含了三方面:雷达隐身,红外隐身,以及视频隐身。
对于雷达隐身设计:飞机外形采用特殊设计,将敌方雷达波转向,避开机头正面威胁最大的30度锥角范围,为此采取了飞机边缘后掠而且多个边缘对齐的设计,将雷达波反射方向集中到某些严重无害方向,避免敌方雷达接受到信号;而对于飞机机体表面而言,则尽量采取倾斜表面设计,避免敌方雷达波垂直照射,形成反射信号超强的镜面反射,所以隐身飞机外表和线条几乎都是倾斜的。这种要求甚至严格到飞机的维修口盖,而且包含飞机进气道,必须采用S型进气道,避免雷达波直接照射发动机端面等等。
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图:F-117战斗机奠定了世界隐身飞机设计的基本原则:主要包括雷达和红外隐身,射频隐身在F-22时代得到圆满解决。
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图:飞机外形经过特殊处理之后,雷达反射方向特性就有巨大改观,传统飞机是四处放射,隐身飞机是极少方位放射,这就是雷达隐身的基本原理。
红外隐身,对于战斗机隐身来说,也是一个重要方面,传统红外传感器对发动机尾喷管喷流的发现距离远远大于飞机机身蒙皮发射红外信号的距离,对于红外导弹导引头来说,一款典型的三代机不开加力,正面很难截获甚至攻击,但是尾部方向则很容易攻击,开加力后,尾部截获距离轻松达到40-50公里,为此发动机喷流必须采用特殊措施降低喷流温度,包括锯齿形喷口,红外隐身涂层等等。
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图:F-22战斗机是迄今为止战斗机隐身设计最完美的一种,红外和雷达隐身都是如此。
射频隐身,简单来说就是控制飞机航电系统发射的电磁波,使之不能被敌人轻松远距离识别出来,难度最大的就是机头大型火控雷达,而火控雷达是战斗机发现目标的主要传感器,必须发射高功率电磁波,但是这和隐身要求相违背。为了解决这个矛盾,正常使用雷达而不被敌方发现,美国和中国的隐身飞机雷达都使用了低截获概率有源相控阵雷达,这种雷达的最大特点是,极大扩展了雷达波的频段,每个常见频段的强度都很低,接近于自然背景噪音,所以被敌人电子战系统自动忽略。
对于F-22,F-35,歼-20战斗机来说,它们的设计基本严格遵循了这些要求。从雷达隐身设计来说,F-22战斗机做的更经典一些,飞机曲面比较少,而到了F-35时代,随着隐身设计测试技术的发展,飞机增加了更加复杂的曲面造型,而保持了相似的高隐身性能。歼-20战斗机除了尾部装备不匹配的落后发动机,尾部雷达反射截面较大外,在作战时候稍微注意问题也不大。
飞行性能大比拼
传统战斗机机动性占据了极高的地位,从一代机到二代机三代机不断强化机动性,几乎达到飞行员生理极限,这种趋势到了隐身飞机时代则出现了两条岔路,F-22继续强化机动性,突出超音速机动性和超音速巡航能力,而F-35战斗机则选择性的放弃了追求机动性,不具备超音速巡航能力。
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图:和苗条的F16战斗机相比,肥胖的F35在目视格斗时占不到多少便宜,这是最大的弱点,也是多个国家对F35最大的抱怨。
虽然隐身时代,战斗机设计主要以隐身和信息为主,但是机动性也没有完全取消,在美国F-22战斗机的设计上,还是极大突出了机动性要求,美国空军的想法是,未来假如敌人开发同样先进的隐身战斗机,或者F-22战斗机隐身失败,那时候机动性就变成最后一根稻草,避免轻松被敌人击败。
这三款战斗机的最大特点是,F-22战斗机凭借2台超强的F-119发动机和推力矢量技术,推重比比F-35战斗机和歼-20都大,在这三款战斗机中,爬升,加速,盘旋滚转都处于第一位置,包括亚音速和超音速性能。
中国歼-20战斗机现阶段装备落后发动机,飞行性能不如美国F-22战斗机,但是比F-35强一些,未来装备强劲的涡扇-15发动机后,超音速性能可以超过F-22,亚音速性能和F-22持平。
而F-35战斗机由于追求三军通用,特别是垂直起降型采用了短距起飞垂直降落设计为核心,为了便于控制,所以飞机格外短粗,为此带来了巨大的阻力,从0.8马赫之后开始飞机阻力急剧上升,所以飞机加速性很差,不具备超音速巡航能力,格斗性能很差,多次空中格斗都输给美国F-15和F-16战斗机。
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图:F-35战斗机依靠隐身和先进传感器作战,飞行性能做了巨大牺牲,遭到了很多外国客户的不慢,为此开始研发机动性增强版本的F-35,日本韩国和土耳其都是如此
现阶段F-22战斗机超音速和亚音速机动性都比歼-20战斗机强悍,未来歼-20战斗机将在超音速飞行性能超越F-22,而F-35战斗机则保持垫底的态势,当然,这架飞机的设计哲学也是依靠超强的隐身和信息能力作战,不和敌人硬拼。
超音速巡航能力
隐身战斗机作为一种重要的空战武器,飞行性能重点相比三代机还是有较大不同,主要特点是飞机追求更长时间的作战可用速度,传统战斗机挂载武器出击,超音速飞机需要开加力,不开加力飞机最大速度大多就限制在亚音速范围,超音速开加力油耗暴增,而且发动机太热,持续时间极短,所以一般飞机超音速持续飞行时间限定很死,大多5-10分钟。
而先进隐身战斗机,则可以通过各种优化设计降低飞机超音速飞行阻力,最终达到不开加力就可以长时间保持超音速飞行的目的,最终保持更大的作战优势,投射导弹射程更远,躲避敌方攻击能力更强,而且高速赶路时间更长久,所以,这是一项重要的能力。
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图:借助超音速巡航能力,美国F-22战斗机的导弹射程能提高很大一个比例,这是一个巨大的回报
美国F-22战斗机不开加力,飞机可以保持1.6马赫的速度飞行,而且加力之后,可以在2.0马赫以下包线做5G稳定盘旋而不掉速度,这是前所未有的超强机动性,传统三代机大多强调0.8-1.2马赫的跨音速盘旋格斗,新型隐身战斗机将最佳作战速度极大向上移动,也带来了巨大的作战效能提升。
美国F-35战斗机为了节省费用,取消了超音速巡航能力,依据就是,有强悍的隐身和信息能力,缺失超音速巡航能力并不特别重要,这适用于和非隐身战斗机作战,和同样水平的隐身飞机作战,那就有不少问题,被敌方发现后,容易出现速度加不起来,跑不掉的尴尬局面。
中国歼-20战斗机现阶段装备三代发动机,可能是俄罗斯的AL-31FM1发动机或者国产太行改,存在的问题是重量大,推力小。但歼-20采用的是更适合超音速飞行的鸭式布局,在装备推力16吨的涡扇15发动机后,将可以达到超音速巡航1.5-1.6马赫甚至更高;而且由于歼-20战斗机更大内油容量使得飞机超音速巡航时间更久,对美国战斗机具备更高的优势!
先进航电较量
航电,简单来说就是飞机上电子设备的总称,航电主要起显示,通讯导航控制管理等作用。航空电子设备经过百年的发展,已经从极其简单,造价可以忽略不计,已经暴涨到变成战斗机成本的重头,甚至高达一半,而且这个趋势还在不断上涨,早期分离的航空仪表,无线电,雷达,燃油系统,发动机控制以及无线电导航,火力控制等等最终全部集中在一起,通过高速数据总线连接,使得传统飞行员看外面时间大幅度缩短,而变成长时间盯住仪表。可以说,航空电子设备先进程度几乎决定了战斗机的大部分作战能力,同样一种战斗机,经过航电升级之后,作战效能可以达到大幅度超越。
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图:F-35战斗机座舱创造了一个前所未有的标准,超一流信息系统使得飞机拥有巨大的网络作战优势,这是F-22不具备的
航空电子设备百年发展历程中,经历了几次大的变革,每一次变革都使飞机的性能获得提高,并且进一步推动航空电子技术的发展,在航空电子系统发展中系统结构不断演变,因此航空电子系统的“结构”成为划时代的主要依据之一。
航电结构大体可以分为分立式结构,混合式结构,联合式结构,宝石柱,宝石台综合航电这五代,这也是西方所说的五代机五代航电,三代机采用1553B数据总线连接的联合式结构,F-22采用宝石柱结构,主要特色是高速多路传输数据总线,比三代机1553B总线速度快得多,而且开始采用多传感器融合技术。
F-35战斗机采用了宝石台结构,最大特色是采用了传输效率更高的光纤数据总线,系统实现了各系统处理功能的综合(通用处理模块、动态重构)并进而实现传感器功能及信号处理功能的综合化;另一方面,综合化的范围也在扩展。包括了以前相对独立的飞行控制、发动机控制、通用设备控制,形成了飞机管理系统的概念。
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图:F-35航电系统很先进,但是所有关键元素都被中国歼-20跟踪学习,配合更强的飞行性能和同样出色的隐身性能,发挥出更大的威慑力。
这三款隐身飞机的航电水平和飞行性能几乎成反比,由于研制时间晚了近10年,所以美国F-35战斗机航电系统比F-22战斗机领先了一代,包括先进的光纤数据总线,开放式架构,更先进的有源相控阵雷达,还包括遍布机头和机身的光电系统:前视EOTS和周视EODAS。不仅如此,F-35飞机全身布满了电子战设备,除了机头大型雷达可以当通讯和干扰器之外,飞机全身到处可见各种先进电子战设备,用美国人的说法,F-35战斗机就是一个浓缩的电子战飞机,可以进行电子电子侦察和电子干扰。
而中国歼-20战斗机主要以F-35战斗机的航电系统为蓝本,打造自己的系统,飞机航电主要参数接近于F-35,部分有超越,比如机头大型火控雷达,其余的光电系统,电子战系统,性能高度近似,航电架构突出开放式架构,容易升级,而且可自动重构,而且对多传感器数据融合做了巨大努力,这也是歼-20战斗机能力的主要源泉。
而F-22战斗机则由于研发时间过早,经过10多年的使用之后显得比较落后,总线速度和传感器技术都是如此,而且升级代价过大,机队升级费用高达数百亿美元,所以放弃了用F-35战斗机的航电技术升级,实际上航电系统最落后。
火控雷达
对于战斗机来说,最重要的航电设备就是雷达,这也是发现目标最快最远的设备,所以受到了极大的重视,全世界大国对雷达技术投入了海量资金,隐身飞机也是如此。
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图:谁都想不到,F-22战斗机的雷达仅仅在15年后就显得有些老旧,当然,还是属于世界一流范畴。
隐身战斗机为了隐身,就必须采取措施防止敌人及早发现雷达开机从而暴露本机位置,导致隐身失败,所以采用了低截获概率有源相控阵雷达,这种雷达的特点是,雷达天线由上千个微小的发射接收单元组成,由计算机控制发射和接收信号,以电扫描的方式对整个空域或者某些重点空域加快扫描,同时对多目标跟踪能力比传统雷达增强许多倍,可以同时实现对空和对地以及监视,波束非常灵活,难于干扰,所以得到了广泛的应用,并开始淘汰了三代机广泛装备的脉冲多普勒雷达。
中国歼-20和美国F-22战斗机,F-35战斗机类似,都采用了机头大型有源相控阵雷达,为了降低迎头反射截面,阵面向上倾斜了15度左右。由于中国雷达发展稍晚,所以采用了更先进的技术,阵元数量和F-22战斗机类似,总数都是2000左右,但是性能指标更高,发现距离更远,对空中目标探测可以达到400公里左右,是三代机的3倍以上。
而F-35战斗机虽然阵元技术不错,但是阵元数量较少,所以性能指标不如中国歼-20战斗机,这在空战中是一个不利因素。
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图:歼-20战斗机在航电系统和隐身设计上有优良表现,外加载弹量和航程的优势,作战效能超过美国F-22和F-35。
航程和载荷
战斗机研发百年历史,一条主线就是重量,重量从几百公斤升级到几十吨,而且还在不断上涨中,这其中最大的驱动原因就是:战斗机追求更大的载荷,更远的航程,而且为了将这些载荷准确及时投射到敌方目标上,就必须装备更多更复杂更先进的航空电子设备,为此需要增加飞机尺寸和重量。
评价一种战斗机的作战能力强弱,武器挂载数量多少和质量高低是一个重要方面,而且还包括战斗机的作战半径,所以越强悍的战斗机尺寸往往显得更大,这是可观物理规律所决定的。
对于隐身战斗机来说,正常作战的燃油和武器都必须内置,燃油在机身内部,武器则安置在弹仓内,所以弹仓尺寸基本可以决定飞机的隐身出动挂载能力,美国F-22战斗机开发最早,采用了机身中央腹部两个并列主弹仓和侧面2个辅助弹仓,主弹仓尺寸为4X2X0.5米,分别可以挂载500公斤激光制导炸弹,AIM-120中距空空导弹和AIM-9X红外格斗导弹,常见空优构型下,可以挂载6发AIM-120中距空空导弹和2发AIM-9X红外格斗导弹。
F-22战斗机由于追求机动性,弹仓做的太浅,限制了挂载大型弹药,所以美国F-35联合攻击战斗机就加深了弹仓深度,可以挂载2000磅炸弹,弹仓长度相同,最近几年慢慢转变为挂载重量100公斤左右的小直径炸弹。
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图:F-22战斗机为对空过度优化,造成弹仓过小,无法容纳大型空地武器,最终由F-35弥补。
中国歼-20战斗机弹仓宽度和F-22战斗机差不多,但是长度和深度则远远超过,长度达到了4.5米,深度则大40%-50%,可以挂载比美国战斗机更粗更长的武器,射程更远威力更大,这也是中国战斗机的特殊优势!
在三种隐身战斗机中,航程最大的就是中国歼-20战斗机,在设计之初,客户给的目标是作战半径1500公里以上,总体长度比F-22战斗机长2米,意味着空间更大,可以容纳更多的油量。
相比之下美国F-35战斗机作战半径1100公里,而F-22更小一些,挂载2个大型副油箱,转场航程才3000公里,并不算突出,原因是,飞机设备较多,燃油量较少,而且发动机追求超音速巡航,涵道比太小比较费油。
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图:歼-20战斗机具备世界最强的航程载荷性能,可以外挂4个2200升副油箱做超远程飞行,换成重型导弹,将发挥无与伦比的威力。
结论
三款隐身战斗机比较,三款飞机隐身性能差距不大;信息能力则F-35总体领先,歼-20指标高度接近;机动性则F-22最佳,F-35最差,航程载荷总体则是歼-20领先。综合看起来,中国歼-20战斗机综合作战性能最高,未来换装涡扇-15发动机之后,将彻底超越F-22和F-35。
至于俄罗斯人的苏-57,从隐身的观点来说,则是一个彻头彻尾的失败。直通的发动机吊舱,敌人雷达可以直视发动机叶片,而且机身到处可见方形的口盖,以及各种外露的设备,丝毫没有进行任何隐身处理。所以,苏57根本不是一款隐身战斗机,实在无法在本文里与歼20等相提并论。
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