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  • 歼-10b战斗机
  • 品牌:战斗机
  • 原产国:中国
  • 研发/生产单位:中国航空工业集团公司
  • 首飞时间:2014年
技术数据
气动布局 发动机 乘员(人) 机长(米) 翼展(米) 机高(米) 空重(千克)
鸭式 AL-31F发动机 1 16.43 9.75 5.43 8,840
性能数据
最大起飞重量(千克) 最大航程(千米) 最大飞行速度(时/千米)
19,277 3,500 2,450

中国航空工业集团公司(AVIC)的成都飞机公司(CAC)大约在2004年05月左右开始继续发展它的J-10战斗机改型。其与J-10战机的显着区别在于加装了可降低战机雷达信号的新型天线罩。除天线罩之外,重新设计的进气口除提高了气流量之外,也提高了战机的隐身性能。

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改进综述

歼-10B在于歼-10的基础上改进提升,改进的关键区别包括:机头下方的进气道进行了重新设计;雷达罩改成较长的扁圆形,据称里面为一台有源相控阵(AESA)雷达;风挡前加装了光电瞄准传感器(红外搜索与跟踪设备和激光测距仪);还有,垂直尾翼上新增了一个电子警告或对抗系统整流罩。

歼-10B将携带与歼-10相同的一系列空对空和空对地攻击武器,包括一个新型双导弹复合挂架,能够携带霹雳-12空空导弹。更强大的AESA雷达也许还能使歼-10B使用一种更大型的新型空对空导弹以及新型CM-400AKG超音速对地攻击/反舰导弹。

歼-10B还采用了多项世界先进水准的机载设备,比如美军在F-35上才使用的头盔式显示系统(HMDS),以及红外搜索和跟踪系统(IRST)等。新生产的歼-10B仍与歼-10一样使用俄罗斯的AL-31FN涡轮风扇发动机。 

机体优化

歼-10B垂尾、腹鳍进行了切尖处理,这有利于提高高速性能,表明了其对高空高速的依然追求。歼-10B改进了机翼结构(翼型不变),增加一对挂点(用于电战设备),增加了机翼的储油量。改用复合材料机翼蒙皮,减轻机翼结构重量的同时也加强了机翼强度。

歼-10是第一款国产全权限数字电传鸭式布局战机,由于鸭式布局配平复杂,因担心横截面为卵形的前机身与鸭翼耦合诱发大迎角时的纵向发散,所以采用了横截面为圆形的前机身。又由于有歼-8II的3波系进气道的技术储备,所以采用腹部3波系进气道。2000年后由于国内对DSI进气道深入展开,后来又有FC-1的DSI进气道来练手,对DSI进气道有了更深入地研究。由于歼-10的研制成功及装备部队,国内对全权限数字电传鸭式布局的气动特性的研究进入更深层次,已经攻克了卵形的前机身与鸭翼耦合的气动问题。在此基础上发展出机身下部修平的半卵形前机身与鸭翼耦合的更为优秀的前机身气动布局,提高了升力和可用迎角。

增超音性

歼-10B的总体气动外形对跨音速面积率和超音速面积率进行了深度优化(提高超音速性能的关键),重新设计了前机身、垂直尾翼、腹鳍,更换了新的主翼(翼型基本不变,采用了更多的复合材料),新一代的DSI进气道高速设计点为2.0MH,在2倍音速时可提供的总压恢复好于3波系进气道,在2.2MH时总压恢复仍保持在较高水平;低空设计点为1.2MH。优化后的气动外形在亚、跨、超音速的包线内的减阻效果明显,亚/跨/超音速升阻比提升,加速性能得到改善。鸭式布局在4代电传操纵系统下极好的兼顾了高/低速性能。实际试飞结果表明,歼-10B高空高速比歼-10A还好,机动品质更好,其在全飞行包线内(0~2.3MH)各阶段均具有更好的加速性能,实用最大速度、实用升限和爬升率均优于歼10A。高空带弹情况下(模拟弹)的极速和最大静升限均有所提高,并且稳定盘旋性能提高喜人,数字飞控最大迎角限制达30°左右。

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DSI进气

进气道变为DSI(“蚌”式)进气道。歼-10为了高空高速性能,使用了复杂的二元三波系可调进气道,重量增加。DSI是最新出现的技术,它应用在美国最新的F-35上。与常规进气道相比,DSI取消了附面隔层,大大减轻了重量。美国在F-16上的测试结果显示,DSI比复杂进气道降低了182KG。总压恢复系数是进气道的重要指标,总压恢复系数下降1%,发动机推力下降1.1%~1.6%。DSI有利于提高进气道的总压恢复系数,提高发动机实际推力。这两个优点使J-10B的推比得到了有效的提升。DSI的另一大优点是取消了附面层隔道这个大的雷达反射源,明显降低了RCS。此外,DSI能够减低成本,提高可靠性。

以前有说法说DSI高速性能比较差。美国在F-16上的测试表明,DSI在0.6-1.2MH时,总压恢复系数高达0.98,但在2.0MH时,仅为0.74。因为有人担心DSI的使用会明显降低J-10的高空高速性能。这个担心是不必要的,技术总是在发展的。我国某型进气道的测试结果是,在1.8MH总压恢复系数为0.91,在2.0MH时为0.87,好于一般的三波系进气道。从发展的角度来看,在超音速性能方面,即使2013年的DSI不尽如人意,但并不足以严重影响DSI的发展应用。这主要是因为在未来第四代战斗机服役期间,高超音速作战不是强调的重点。而发动机推力的增大,可以在相当程度上弥补DSI进气道的不足。

另一个缺点是作为一种新技术,DSI对气动设计、制造工艺都有很高要求 。在设计上通过计算机流体动力学(CFD)数值计算,对于DSI进气道、前机身流场、进口段和管道内流场进行了精确模拟,并通过对计算得到的流场图谱的观察,估算设计方案的性能。为了弥补超音速性能上的劣势,整个设计又进一步的复杂化。在工艺上要求极高的加工精度,金属类的利用超塑成型尚不能符合要求,必须使用复合材料。设计中需要大量精确的气动数据计算,而且对部件加工工艺精度要求很高,难度很大。这显然增大了整个项目的研制难度,抬高了飞机的成本。

机头变扁

机头由原来的圆锥型变为了扁圆形,以起到对空气进入进气道前的预压缩作用。机头略向下,改善了视野。其雷达罩与机头结合处为向后倾斜的斜线,据悉这表明其装备了AESA(有源相控阵雷达)。

雷达发展过程为:机械雷达→PESA(无源相控阵雷达)→AESA(有源相控阵雷达)。AESA是和三代机同期发展的技术,2013年除装备4代机外,还用于装备和升级3.5代甚至3代机。与机械雷达相比,AESA探测距离更远,精度更高,反映速度更快,多目标攻击能力更强,功能更多,抗干扰能力更强,可靠性更高。采用一些技术后,隐身能力更强。

与机械雷达相比,AESA探测距离大幅度增加,美国甚至宣称能增加100%。21世纪已逐渐进入隐形时代,常规雷达对隐形飞机、隐形巡航导弹这类RCS反射很小的目标发现距离很短,比如J-10对RCS为0.03(比如F-22)的发现距离锐减为30公里左右,在电磁干扰环境下距离更短。AESA更大的探测距离,更高的探测精度,使他对探测这类小目标享有很大的优势。多目标攻击能力是3代机就开始宣称的,一般为同时跟踪8-10个目标,同时打击其中2-4个。但实际这个能力对2代机并不实用。由于战斗机具有很高的机动性,常规雷达在锁定一个目标时,很难继续锁定另一个目标,因此2代机一般一次只攻击一个目标,除非面对的是低机动目标。AESA使战斗机真正具有了这个能力。2代机在空战中开始要采用静默飞行,是因为其一旦打开雷达搜索,就像黑夜中的手电筒,很容易被对方预警系统发现。这个问题对隐形飞机来说更为重要。现代战争都伴随着强烈的电磁干扰,这使雷达的探测距离大大缩短。F-22的AESA雷达有效的解决了这两个问题,通过采用射频管理等技术,对方较难发现其雷达辐射的电磁波,较难对其进行干扰。AESA为实现此项功能奠定了基础。AESA还使战斗机具有电子战等更多的功能,具有更到的可靠性。

美国装备AESA较早,其最早于2000年便开始为F-15C改装AESA,只是当时雷达发射单元大、重而耗电厉害。采用新式的体积更小的发射单元的各型AESA雷达装备/改装开始于2004年的F-22、F-16block60(外销型),2005年的F-18E/F和2010年的F-15C。2013年,美国正考虑为自己的F-16C换装AESA。欧洲的3.5代中,阵风于2013年换装AESA,台风计划2015年,JAS-39NG在2013年只是验证机。俄罗斯于2014年服役的苏-35(苏-27SM2)装备是PESA;米格-35倒是拥有了自己的AESA,但“600mm直径、680收发单元、130公里探测距离”的配置却比较悲剧。日本于2000年服役的F-2也装备了AESA,只是此雷达性能十分悲剧,对空探测距离只有40公里,还经常丢失目标。据说现已解决问题,恢复正常。

歼-10B雷达采用1000-1200个收发单元,对3平方米目标有效发现距离能到160-180公里,已经赶上了世界发展的潮流。

座舱升级

换装了衍射平显,机头加装IRST(红外搜索跟踪系统)。衍射平显,也就是通常所说的广角全息平显。与折射平显相比,它的视场更大(有利于武器瞄准和夜间飞行),外景透视率、字符反射率更高。衍射平显技术在3.5代战斗机中应用较普遍,中国最先应用于歼11B。AESA雷达虽然有效解决了辐射和抗干扰问题,但还不能完全避免。IRST采用被动探测,不仅难以被发现,在探测隐形飞机方面还具有不错的效果。且正在具有更多的功能。F-22是通过无源接收机系统实现的这个功能。椐称,歼-10B的IRST可以在60KM处跟踪隐形飞机,30KM至50KM距离上就具备识别敌机、显示敌机队形、统计敌机数量、对导弹提供制导的能力。

电战能力

加装垂尾电子舱和翼下电子吊舱。电子战能力是战机十分重要且关键的能力。这方面重型机一般对轻型机享有一定的优势。歼-10B在机翼下增加了一对挂点,加挂了一对电子吊舱(据称此吊舱可拆卸下来),配合垂尾电子舱,大大强化了电子战能力。

歼-10B外部有四组黑色的天线阵列附加到机身,较大的在驾驶员座舱两侧,较小的在后机身两侧靠近发动机喷嘴。这些天线的详细用途暂时未知,但是分析认为是用于电子对抗。

歼-10B已经增加使用一套光电瞄准系统(EOTS),普遍在如苏-27和米格-29的整个第三代俄罗斯战斗机上,安放在驾驶员座舱罩右前方,系统包括一套红外搜寻和跟踪(IRST)感应器和激光测距仪,能无需打开火控雷达被动式发现敌人的目标,因而减少飞机被发现的机会。歼-10B的EOTS或许以俄罗斯设计为基础。

电子吊舱

歼-10B在垂尾顶端和翼下增加了电子吊舱,以满足在复杂电磁条件下作战的要求。尤其是翼下的一对电子吊舱,尺寸较大而且应当是固定或者是半固定设计,并且占用了翼下最“黄金”的挂载位置,翼下吊舱和垂尾电子舱前段呈灰色与雷达舱颜色一致,而吊舱体其他部分与机身的防锈黄色底漆颜色一致,因而基本可以认为吊舱前段灰色部分存在天线。如此布置,天线工作在被动模式下,可以与垂尾顶端的天线一起构成三点无源探测,能够比传统雷达告警器更精确的测定敌方雷达的坐标、频率和波形,大幅度提高飞机的电磁频谱感知能力;工作在主动模式下,可以通过垂尾、左翼和右翼吊舱配合的方式实现闪烁式有源欺骗干扰,能够有效的导致敌方雷达测角能力下降和雷达制导空空导弹脱锁。 

改型优劣

歼-10B航电的架构和性能指标某种程度上是参考F-22的宝石柱的标准,如独立的飞控、火控等换成了新一代的综合的CIP(通用信息处理机)。 歼10B采用了新一代的航电系统,包括改进的飞控系统,最新的配套机载相控阵雷达、(主动/被动)电战系统,新增的光电雷达,其系统更新比例不低于70%。

歼-10B大幅度增加复合材料使用量,尝试了缩减RCS的工艺,除了DSI进气道、机身修形外,还尽可能减少机体外表的突出物,将航灯改为半埋式,将冷却空气进气口从外凸型改为附体的嵌入式。J-10B在工艺上提升很大,RCS缩小一个数量级,类似于台风、阵风和F-18E/F。歼-10B的RCS 小于1平方米,是我军目前已服役战斗机中RCS最小的机种。

本来611和601共同竞争中国三代机,开始601呼声比较大,611当时为了备份,歼-10本有多种改型。但后面三代机花落611,611开始把主要力量转移到四代上。08年后,J-10的其他方案都中止了,10改全面转向DSI的单发方案,曾经讨论过上舰的可能性,最后以空装为主导,强化空优性能,拓展多用途能力,彻底放弃上舰的方向。当时确定歼10B改作为3.5代量产机、兼4代部份技术的验证,向4代航电进军(当然就包括了上AESA)。

歼-10B的机载设备、雷达、航电虽然与重型4代制空机的不一样,但歼10B上的机载设备、雷达、航电也是按4代标准研制的,可算4代标准的首版实践。没有首版实践的经验,重型4代制空机的机载设备、雷达、航电衡有可能出现相互干涉或不达标情况,这会导致重型4代制空机研制预算超标,研制期加长,定型推迟。所以拿歼10B作为4代制空机的机载设备、雷达、航电、配套武器、结构工艺、新材料工艺、生产工艺的练习对象,积攒经验。歼10的改型会一直存在下去,一是提高(重4服役前)空军空战实力的需要,二是提前解决重型4代制空机的研制可能遇到的障碍,分担部分重4研制的风险。 重4研制是独立拨款的,歼10的改型也是独立拨款的。歼10的改型向4代逼近,分担部分重4科研试验的风险,对重4研制起到事半功倍的效果,其终极改进版会用上标准的4代的与单发机配套的航电。

利弊分析

1、采用DSI进气道引起的结果是,进气口和机身之间不留间隙,歼10B的雷达截面积会比歼10A小,隐形能力得到提高,RCS值大约在0.5㎡左右;歼10B的最大飞行速度可能会比歼10A有所下降,但这并不会影响到战机的战术性能;去除了进气口和机身的间隙部分,歼10B的机体重量下降,有助于提高机动性和航程;鼓包还可以起到压缩作用,得以增加超音速条件下的进气效率。

2、将机翼切尖决不是为了减轻重量,也不是为了外形上的美观,而是出于实际的气动需要。理论和实验都已证明,在超音速飞行时,机翼翼尖处的气流仍会像亚音速时一样,从高压区横向绕过翼尖流向低压区,减小上下翼面的压力差。不过,由于压力扰动只能发生在由翼尖前缘发出的马赫锥之内,马赫锥之外的机翼并不受影响。显然,切掉这块降低效率的翼尖,对改善飞机的高速性能是有益的。

3、机头略往下倾斜是为了更好的给飞行员提供视野。也有一种说法是安装了有源相控阵雷达。

4、增加光电探测仪,可以在不开雷达的情况下依然起到雷达功能,可以给飞机提供很好的隐身能力。