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中国歼-20重型隐形战机

时间:2012-03-17 17:03:24编辑:中国红故事

歼-20是成都飞机工业集团为中国人民解放军空军研制的中国第四代(欧美标准,俄标准为第五代)双发重型隐形战机。其采用了单座、双发、全动双垂尾、DSI鼓包式进气道、上反鸭翼带尖拱边条的鸭式气动布局。歼-20的机头、机身呈菱形,垂直尾翼向外倾斜,起落架舱门采用锯齿边设计,机身深墨绿色涂装,远观近似于黑色。2009年11月,中国人民解放军空军副司令何为荣将军曾预期歼-20将在2017到2019年间投入使用。该机于2010年10月14日完成组装,2010年11月4日进行首次滑跑试验。2011年1月11日12时50分,歼20在成都实现首飞,历时18分钟。


基本简介

歼20是由中国成都飞机设计研究所设计、中国成都飞机工业公司制造的用于接替歼10、歼11等第三代空中优势/多用途歼击机的未来重型歼击机型号,该机将担负我军未来对空,对海的主权维护。按中国和北约标准,该机为“第四代歼击机/战斗机”(注:俄罗斯和西方国家对战机代数划分标准不统一,以为例,西方国家称之为四代机,俄罗斯则称之为五代机),其目的是适合中国空军2020年以后的作战环境需要。



 

由于美国已经在2005年将战斗机划代标准由原先的四代划分法改为五代划分法、即与俄罗斯现行标准相似(俄罗斯将可变后掠翼单独划为一代,所以美俄标准仍不相同,但是按照新美标和俄标,F22都是五代战机),加之中国在2009年之后的对外宣传中将“歼10B”定位为新的“第四代歼击机”,所以歼-20在未来的正式报道中亦有很大可能被称为“第五代歼击机”(国军标并未修改,在中国J10和J11家族仍是三代机,F22是四代机,J20自然也属于四代机)。该飞机开始时(可能)使用俄制“AL-31FN”发动机,后在2011年1月6日又改用“涡扇10B”,即WS-10B,也就是国产新一代大推力“太行”发动机的最新改进型,将来预装备“涡扇”(拥有矢量喷口,是国产第四代航空发动机,届时可实现“不开加力超音速巡航”和“机动性”,以完全实现“4S”指标的全状态加入人民解放军空军和海军航空兵部队服役)。


先进设计

融合全球多种优秀战机的精彩设计于一体

从目前已经曝光的照片分析,歼-20作为中国第四代重型战斗机,融合全球多种优秀战机的精彩设计于一体。这些技术包括:

美国F-22的菱形机头和整体式黄金镀膜舱盖(歼-20在此基础上进一步优化了升力体设计);

美国F-35的DSI进气道改进型(歼-20采用独创的可调式DSI进气道);

中国歼10的鸭翼的改型(中国四代采用了上反鸭翼,与下反主翼等翼面配合,共生涡升效应);

多种三代机(如美国F/A-18)采用的大边条及翼身一体设计的改型;

俄罗斯T-50的全动垂尾(歼20为全动差动垂尾)、三维推力矢量(实为殊途同归);

俄罗斯米格1.44的后机身设计(窄间距双发动机喷口,宽间距外倾双垂尾及腹鳍等——都属于超音速减阻措施)的改型。

歼20的机动性——独步全球

歼-20的基本布局继承于歼10,而歼10就是一种机动性、敏捷性和大仰角能力非常突出的战机。可以预计,歼-20继承了歼-10的高速瞬盘角速度,并进一步放宽了静稳定度,同时采用了独一无二的“鸭翼+边条+前后襟翼+全动尾翼”的综合气动布局来提高飞控能力。

歼-20的鸭翼差动和全动小垂尾同步偏转更是独门绝技。再加上将来具备更大推重比和三维

矢量推力控制能力的新型发动机,将获得比歼10更高的灵活性和大仰角能力。

歼-20大舵效的全动垂尾可提供足够的航向操纵力矩,进而提供较大的滚转速率。

而F-22毕竟是1990年试飞的机型,采用的是80年代(实际更早)的气动理念,连全动尾翼都没有,靠的是二维矢量喷管与襟翼的共同作用,仅能有限控制俯仰和转向而已。

T-50也采用全动垂尾和三维矢量推力,但只有“可动边条”(或者可称“一体化鸭翼”)和常规平尾,在大迎角、过失速机动等极限情况下的控制能力低于中国歼-20。

歼-20的气动设计极其重视超音速性能

美国人仰持强大的发动机和长期领先他人的技术优势,一贯对气动设计不够上心、较为保守,傻大笨粗是美国空军主战战机自二战以来给人的一贯印象。短粗的F-22和为了兼顾垂直起降更为肥硕的F-35就是典型。俄罗斯T-50的机身设计扁平而宽大,这种构型的亚跨音速升阻比较好,但是超音速下会有巨大的阻力。

成飞设计的歼-20机身令人容易想起米格-31、1.44甚至歼-8、苏-15这种追求速度的截击机造型,或者从某种意义来说,这就是成飞70年代所设计的2.6倍音速的歼9的重生。

它采取了略显激进的、重视超音速性能的设计。这是对发动机暂不如人的一种弥补(有乐观的估计认为,甚至只使用中国现有的“太行”发动机或者其改型,歼-20也能实现超巡),也体现了中国空军一以贯之的追求速度的决心(实际上,歼-10的高速性能就相当突出,具有截击机的特点)。

歼-20采用了独创的“可调DSI进气道”

歼-20独创的“可调DSI进气道”,做出了新的创新,解决了DSI高速性能不佳的难题。歼-20进气口鼓包固定

但是进气道侧面有可调挡板,可有效随速度变化改变进气量,从而达到从低到高各个主要速度段的优秀的进气控制能力,令发动机更为澎湃地工作,也将意味着更好的加速性、爬升率和超巡能力。同时可调挡板重量轻于传统的进气口边界层分离板,也不影响隐身性能。

歼20弹仓的创新点

歼20的侧弹仓门,和起落架仓门是衔接的,共用一条锯齿缝,两个仓之间应该是有隔断的,但是表面盖板却是相邻的。这样的设计减少了一条散射缝,对隐身有利。

歼20的自主格斗功能

歼20采用了飞发一体化控制技术,也就是说发动机加入了飞行自动控制系统中。歼20是依靠一系列先进的气动布局来实现机动能力。

歼20在信息化能力上领先F22的,歼20全身布满相控阵天线(主翼、尾翼、机头及机身多侧),具备全息感知能力,在全息感知系统的支持下,依靠飞发一体化控制技术,歼20可实现多机自动组网、任务自动分配和自主格斗功能。这种技术从多机组网,任务加入与分配,到自主格斗,依靠的是系统的信息化能力和战斗战术解决方案。

发动机新颖设计

中国于1984年初开始推重比10:1级发动机预研的技术论证,1988年4月召开了预研选题论证会,1990年正式立项开题。1994年完成了6个总体方案的顶层设计,完成了项目指南和综合论证,1993~1996年开展对俄合作。1995年已基本确定了推重比10发动机总体方案。有些课题,如平均级压比达1.62的三级压气机研究已经取得了良好进展。2005年4月14日17时38分,在中国燃气涡轮研究院地面试车台上,中国自行研制的首台高推重比涡扇发动机核心机,检查性点火试验一次成功,并顺利推到慢车状态!2007年7月,按照国防工业发展的需要,国家为尽快推进第四代(俄标第五代)战机的研制,正式启动了涡扇15项目研制工作。涡扇15是我国第一个先于飞机立项的发动机项目。按照目前为止还算一切顺利的情况估计,涡扇15/WS-15将于2012年底实现定型,并交付使用。中国和美国的发动机技术差距也必将进一步缩小。


成功首飞

中国歼20隐形战斗机已于2011年1月11日中午12时50分左右在四川成都进行首次升空飞行测试,起飞时发动机未开加力,滑行约900米左右升空,在13时08分成功着地。整个首飞过程是在歼10S战斗教练机陪伴下完成的,历时大约18分钟,取得成功。在歼-20成功完成首飞落地后,试飞现场内外欢呼声一片,机场外的围观群众也接连放起鞭炮。首飞成功后进行了718工程庆功大会,李刚,歼10首飞员雷强、总设计杨伟等人出席。出席庆功大会的解放军代表包括总装备部副部长李安东上将。李安东主管装备科技事务,时任中共第十六届中央委员。





 

气动布局

鸭式布局对于超巡十分有利,对于超机动也同样有利。无尾三角翼有利于实现面积律,这是人们早已熟知的。另一方面,由于隐身的需要,机翼后缘不应该是平直的,机翼后缘都带有前掠可以在相同翼展情况下增加翼面积,降低翼载,并增加翼根长度,改善翼根受力情况,但这使得翼根后缘十分靠后,常规平尾的位置很难安排,F-22和T-50都只得在机翼后缘斜切一角,才能挤进平尾。由于平尾和重心的距离很近,力臂较短,只有用较大的平尾面积才能管用。T-50的平尾面积缩小,但如果力臂可以拉长的话,本来可以进一步缩小的。但采用鸭式布局的话,鸭翼在机翼前方,不和后延的翼根冲突,比较好解决。歼20的鸭翼相对主翼的位置比歼-10进一步靠前,增大了力臂,增强了效用,所以较小的鸭翼就可以达到很大的作用。

歼20这样的远距耦合鸭翼的优点早已为人们所熟知,但为什么在战斗机上只有欧洲“台风”才使用呢?因为鸭翼可以有两个作用:配平和涡升力。远距耦合鸭翼有利于配平,但不利于产生涡升力。配平力矩强有利于加速改变机头指向,涡升力强有利于稳定盘旋,两者各有各的用处,但通过鸭翼的位置很难兼顾两者要求。另一方面就是飞行员的视界,远距耦合鸭翼常常遮挡了飞行员侧下方的视界,十分不利于空战格斗,欧洲“台风”就有这个问题。但歼20的长度很长,鸭翼在飞行员肩膀后的进气口上唇,对空战视界的影响很小,因为鸭翼下的视野早已被机翼挡住了,即使不安装鸭翼,那片视野也同样看不到。



 

根据测算,歼20的机身长度达到 21.30 米,比 F-22 的 18.92 米和 T-50 的 20.40 米都要长,和米格 1.44 的 21.60 米差不多。歼20的进气口在机身两侧,机体本身较宽大,而机尾喷口是紧密并排的,所以可以肯定歼20的进气道有相当程度的弯曲。加上 DSI 的有限遮挡,发动机正面不暴露在直射雷达之下是可以肯定的。歼20机身为什么那么长现在还不清楚,有几个猜想:

1、 机内武器舱布置的需要

2、 进气道设计需要

3、 翼面积和远距耦合鸭翼的需要

现在还不清楚歼20的机内武器舱的大小和分布,但有了那么长大的机体,机内武器舱的空间应该比较充裕。F-22 也是弯曲进气道,但 F-22 的总长要短很多,这可能是因为美国的进气道设计水平和发动机长度的关系,也可能是 F-22 采用固定进气道,而歼20采用可调进气道。

歼20采用了 DSI(无附面层隔板超音速进气 ),用三维复杂曲面的凸曲面(鼓包状,用于压缩气流)把进气中的附面层迎面剖开,然后用压力梯度顶到进气口的两角泄放。不过歼20的 DSI 有三个特别的地方,一是不对称,凸曲面的位置偏上,而不像常规 DSI 的对称设计,这可能是照片不清晰造成的错觉;二是进气口侧唇口带有后掠,这是世界上已知 DSI 中绝无仅有的;三是歼20的进气口是可调的,这也是第五代战斗机中唯一采用可调进气口的。

成飞一定是世界上 DSI 经验最丰富的飞机公司了,一口气设计了三架 DSI 战斗机:枭龙04、歼-10B、歼20。相比之下,洛克希德-马丁只有 F-35,研究机不能算。成飞在歼20上采用这样特别的 DSI,是有道理的。

进气口设计需要做3 件事情:

1、 分离附面层,保证干净气流进入进气道

2、 在大迎角下也保证正常进气

3、 在超音速飞行时把进气气流减速到亚音速,并增加压力,也就是所谓的总压恢复


歼20的“ DSI ”恰好在这三个方面都用最小的折衷做到了。DSI 本来就是用来分离附面层的,DSI 的附面层分离效果好,阻力小,总压恢复好,但 DSI 只能对一个有限的速度范围优化,很难做到对很大的速度范围都高度有效。另外,DSI 的凸曲面设计本来就相当复杂,需要考虑三维流场和压力分布。为了隐身,四代的机头是菱形截面,进气口是像 V 形一样向两侧倾斜,在大迎角下流场更加复杂。为了改善大迎角下进气口对空气的“捕捉”效果,进气口像 F-15一样带一点后掠。为了不给 DSI 设计带来太大的困扰,后掠没有 F-15 那么大。但 V 形机头下半部的前机身预压缩能力补足了进气口后掠不足的缺憾。另外,正因为进气口后掠,下唇位置靠后,所以凸曲面位置偏上,和凸曲面剖开造成两撇“胡须”的下一半的位置正好对上。

歼20之前,所有隐身战斗机都采用固定进气口。固定进气口结构简单,没有可动部件,雷达反射特征小。从 F-22 开始,固定进气口几乎成为隐身战斗机的固有特征,F-35、T-50 都是固定进气口。但固定进气口只能对较小的马赫数范围优化,F-16 采用固定进气口之后,尽管推重比 F-104 增加了 40%,但最大速度相当,部分原因就是因为 F-16 的固定进气口是为跨音速格斗而不是最高速度而优化的,而 F-104 的进气口是可以通过半锥可调,所以在更大速度范围内保持最优。在超音速飞行时,进气口的唇口也造成激波,激波的锋面好比气帘,气流通过激波锋面的时候得到减速。可调进气口可以在不同速度下有效地控制激波的形状和位置,使气流达到发动机正面的时候为最优速度、最高压力。不可调进气口只能在设计速度做到这一点,在其他速度下,要么气流速度依然过高,发动机前面几级压缩机非但起不到压缩机的作用,反而变成风车,使气流减速到亚音速;或者速度过低,大大增加压缩机的负担。

F-22 采用加莱特进气口,也称双斜切双压缩面进气口,或者斜切菱形进气口,不同的说法,都是一个意思。这个设计比 DSI 超音速性能好,适应的速度范围更大,但毕竟还是固定进气口,最终逃不过固定进气口的限制。好在 F-22 有两台变态的发动机,超音速巡航没有问题。T-50 的超音速巡航性能现在不清楚,T-50 的进气口和 F-22 有所不同,但原理大致相似。F-35 采用 DSI,只有一台发动机,尽管推力变态,还是力不从心,最高速度只有 M1.6,超巡就免提了。歼20要做到超巡,但中国没有 F-22 这样变态的发动机,只有用可调进气口来帮忙,达到足够的超巡性能。四代的进气口上唇可以下垂,像 F-15 一样,这就是可调进气口。和 F-15 不同的是,F-15 的可调进气口是暴露在外的,而四代的可调进气口是包拢在进气口结构内的。四代这样做当然是出于隐身的考虑,但可能造成进气口唇口较厚、阻力增加的问题。工程设计本来就是得失权衡的过程,只要最终结果得大于失,这就是值得的。不过四代的进气口上唇下垂如何避免和 DSI 的鼓包打架,这还是一个有趣的问题,有待更多的细节图片才能解惑。活动上唇和固定外壳之间不可避免的间隙里,如何避免杂物和尘土嵌进去,造成可调上唇动作受阻,这也是一个具体的工程问题。四代的进气口可算是 DSI、加莱特和 F-15 那样的可调锲形的结合体,这也给了四代正面大青蛙一样的特征。

有的示意图上,歼20的鸭翼是箭形的,但从正面照片来看,鸭翼是梯形的。按照尽量减少边缘角度的 edge alighnment 原则,机翼形状应该和鸭翼一致,机翼、鸭翼前后缘对齐。如果最后证明鸭翼不是梯形而是箭形的,那也无妨,鸭翼和机翼的前后缘不一定需要左面对左面,左面对右面也是可以的。机翼采用 M 形或 W 形虽然也符合 edge alighnment 原则,但增加了内角和凸角,增加后向雷达反射特征,能避免最好避免,只有在前掠后缘导致翼根长于机体长度的时候才不得已而为之。双垂尾的形状估计了鸭翼一致,有利于边缘对齐。垂尾翼尖斜切一刀,估计机翼、鸭翼也有同样角度的斜切一刀。米格战斗机的垂尾经常有这么一刀,F-15 的翼尖也是这个样子,这是为了躲开翼尖涡流造成的额外阻力。

歼20的鸭翼是全动的,歼20的双垂尾也是全动的。已知战斗机中,只有 T-50 是全动垂尾,F-22 和 F-35 都是常规的固定垂尾加可动舵面。全动垂尾和全动平尾一样,都是飞控要求和水平提高的结果。传统的横向稳定的飞机设计中,后机身的水平方向投影面积应该大于前机身,这样飞机就像风向标一样,在横向是自然稳定的。后机身是指整机重心以后的部分。现代战斗机的发动机占了飞机重量的不小的一部分,飞机重心越来越靠后,所以机翼也靠后,造成 F-18这样机头像仙鹤一样长长地伸在前面的样子。但这样,后机身的投影面积就越来越依靠垂尾,一个垂尾不够,有时还需两个垂尾。双垂尾还有额外的好处,可以把舵面差动动作(也就是同时向外,或者同时向里),充当减速板使用。像 F-18 那样的外倾双垂尾的舵面差动动作的话,还可以产生额外的压尾力矩,帮助飞机及早抬头,缩短起飞距离。外倾的双垂尾还有降低侧面雷达反射面积的的好处。对于远处照射过来的雷达,入射角基本上可以等同于水平入射,直立的垂尾像镜子一样反射,外倾的垂尾就明显降低了雷达反射特征。不过外倾的双垂尾在飞控上比较别扭,不光产生偏航力矩,还产生滚转力矩,要达到飞行员的无忧虑操作,需要较高的飞控水平。歼20比这还进了一步,采用了全动垂尾。全动垂尾变被动的自然稳定为用主动控制达到方向稳定,好处是可以用较小的垂尾,重量和阻力都较小,雷达反射面积也小,坏处是对飞控要求进一步提高。歼20采用这样极端的技术,说明了成飞对先进飞控的信心。



 

但歼20飞控之变态不在于此,而在于可动边条。在众多侧视图中,不大为人注意的是鸭翼和机翼之间的边条,有一条清晰可见的缝线,这只能是可动边条。四代的远距耦合鸭翼注重配平作用,有助于敏捷的机头指向,但对于稳定盘旋所需要的涡升力没有太大的帮助。欧洲“台风”在鸭翼和机翼之间增设了一对小小的扰流片,用于产生涡升力。四代大大地进了一步,鸭翼和机翼之间的边条是可动的。由于和机翼在同一水平面上的缘故,四代的鸭翼略带上反。一般说上反翼增强横滚的稳定性,用于自然稳定性不足的下单翼。四代鸭翼相当于上单翼,上单翼用上反十分罕见,对敏捷性是负面影响,但鸭翼面积太小,这点影响可以忽略不计。但鸭翼略带上反,减少对边条的遮挡,可以增强边条的作用。歼20的边条是小小的,比较狭窄,毕竟在鸭翼后面,太宽大了没用。但这不等于边条就无所作为,尤其是边条可以可控下垂。可动边条可以强化涡升力,并且可以控制涡流走向。米格-29K也采用了类似的技术,不完全一样,但思路相近。米格-29K 的大边条下有一对可以在起飞着陆时放下的扰流片,这一对扰流片大大增强了涡升力,所以不需要苏-33 那样的鸭翼就可以实现航母上的滑跃起飞。不同的是,米格-29K 的扰流片只在起飞、着陆时使用,对机动飞行没有助益,歼20的可动边条在所有时候都可以发挥作用,这就是全新设计和改进设计的差别,也是飞控的差别。

歼20比较引人注意的“倒退”是那一对腹鳍。在传统设计中,腹鳍是后机身投影面积的一部分,是为了降低过高的垂尾用的,在大迎角垂尾受到机体遮挡时,腹鳍的方向稳定作用也比垂尾更显著。但四代采用全动垂尾的目的就是用主动控制代替被动的自然稳定性,再用腹鳍在道理上说不通。即使在大迎角垂尾作用受到削弱时,也可以通过副翼和襟翼的差动动作造成不对称阻力,达成偏航控制。B-2 和 YF-23 就是这样控制的。事实上,所有第五代战斗机中,歼20是唯一采用腹鳍的,F-22、F-35、T-50 都没有采用腹鳍。T-50 或许可以用推力转向补充大迎角方向稳定性的主动控制,F-22、F-35 可没有这样的能力,F-22 的推力转向只能上下动,不能左右动。事实上,在西方的第四代和四代半战斗机中,只有 F-14和 F-16采用腹鳍,F-15、F-18、“鹰狮”、“台风”、“阵风”都没有腹鳍。苏联第四代的苏-27有腹鳍,米格-29也没有。那为什么四代回到已经“过时”而且和主动控制思路相悖的腹鳍呢?有可能这是米格 1.44 的影响,这是可动腹鳍,用于大迎角时的主动控制,或者这只是四代技术验证机阶段的过渡措施,作为减小面积垂尾的保险。


座舱系统

在2010珠海航展上,中航工业展出了国产第四代座舱模拟器,这也是歼20首次的官方曝光,座舱内部装有两个连在一起的多功能大屏幕显示器,这种布局国外是从F-35才开始应用,而中国新一代座舱与之类似,从中可以看出中国航电技术突飞猛进的进步。从图中判断,单个屏幕大小应该在12寸左右,两个显示器之间无连接框,可以用来合并显示较大的图像。多功能显示器周围的按钮基本消失不见,而传统的多功能显示器必须依靠外围的按钮操作,由此可知,这个显示器系统应该使用了和F-35一样的触摸感应技术。不过这两个屏幕的大小比起F-35的显示器还略小,且两侧和下方还带有显示飞行参数等的小型辅助显示器,这一方面说明对于新技术的自信还略有不足,不像F-35那样大胆。另外此方案还保留了平视显示器,也不如F-35这样大胆的跃进。F-35已经将所有信息集中在两个大型显示器上呈现,连平视显示器也一并省略。不过中国新一代座舱环境已经优于大部分战斗机,如欧洲战斗机EF-2000的座舱还使用三台分离的多功能显示器,也没有采用触摸屏等技术。当代最先进的F-22战斗机,因航电系统设计较早,所以也采用了多功能显示器加按钮的设计,不过在未来的改进中应该也会采用触摸感应设计。





 

操纵系统

光传操纵系统

光传操纵系统是以光代替电作为传输载体,以光导纤维作为物理传输媒质,在计算机之间或计算机与远距离终端(如舵机等)之间传递指令和反馈信息的飞行控制系统。光传操纵系统是在电传操纵系统上发展起来的,也是后者的发展趋势。电传操纵系统的致命弱点是易受雷电和电磁干扰及核辐射的影响。现代飞机性能不断提高,电子设备日趋复杂,这必然导致电缆用量的增加以及线路布局的复杂化,从而加大了线路之间的干扰,使电传操纵系统不能正常工作。解决这一问题的根本办法就是采用光传操纵系统。

采用光纤作为传输介质,以光信号的形式传输,使得光传操纵系统具有很多优点。首先,它具有抗电磁干扰、抗电磁脉冲辐射和防雷电等特点,且光纤本身不辐射能量,这就提高了可靠性和安全性。其次,光缆可减轻控制系统的重量、缩小体积,从而大大改进飞机的稳定性和可操纵性。再次,光纤的故障隔离性好,当一个通道发生故障时不会影响其他通道。光传操纵系统的研究始于上个世纪70年代。1975年,美国空军试验中心在A-7D飞机上利用光纤作为传输线。1979年,洛克希德公司在一架喷气滑翔机上试验了光传操纵系统,取得成功。目前光传操纵系统的研究重点是开发各类光传感器、光处理器等。


光传操作系统的优点

1. 在强电磁干扰下飞行。电磁干扰通常可分为外部干扰(来自飞机外部的不期望的各种导航、通讯设施和所有人为或天然的电磁干扰源)和内部干扰(由机身内部的通讯、导航、传感器变送系统和能源系统等引起的辐射或传导噪声)。由于现代数字电子技术、多电(more electric)飞机作动系统和现代空战中电子干扰战术的应用,以及全球范围内高强辐射源的剧增,使得飞机安全飞行环境的电磁干扰和核辐射的问题更为突出。同时越来越多地采用复合材料将导致系统中的电子元器件失去传统飞机金属蒙皮的屏蔽保护,即使是具有良好屏蔽的复合材料蒙皮,其对外部环境的干扰亦仅可提供不超过70dB的衰减。目前解决这一问题的根本途径就是采用纤维光学系统,由于依赖于光进行工作,因此具有固有的抗电磁干扰能力,可使对飞机的电磁干扰衰减若干个数量级。此外,由于光纤内传播的光能几乎不向外辐射,因此不会造成同一光缆中各光纤之间的串扰及故障扩散。

2. 减轻机载设备重量。飞机的重量与飞机的机动性和整体性能紧密相关,进一步减轻机载设备的重量是十分有益的。以光纤一对一地替换FBW系统中的电导线,所需光纤的总重仅为原电导线总重的1/20,在运输机(如MD-12)上,仅此一项即可减重500kg左右,如果再将除操纵系统之外的其它系统的信号传输线(电缆)以光缆代替,并考虑到由于光纤的使用大大减少了FBW系统所必需的屏蔽设施,飞机的整体重量还可大大减轻。即使在战斗机上,借助光纤的多路传输(如频分复用、波分复用或光载波复用/解复用)技术,在1根光纤中可传输多路不同的信号,因此可以大大减少所需光纤的总量,例如F/A-18的每一个作动筒平均有15路分立的信号线,改用FBL技术后只需1根光纤即可实现15路电导线所完成的信号传输功能。

3. 数据传输速率高和传输容量大。对于大多数飞控系统来说,1Mbps的导线式应答总线传输速率是足够的,但先进的UMS和VMS系统对于传输速率的要求高达5~20Mbps,只有满足美国标SAE AS-1773A的光纤数据总线才可胜任。由于光传输的高速率,可以采用分时的方法在一根光纤中传递多路信号,同时也为应用频分和波分等复用技术提高数据传输容量提供了很大的潜力。如字长为20位时,一路光纤传输10000路信号的频宽可达100Hz.。

4. 改善系统的动态特性。随着飞机电子系统的日益集成化和复杂化,电传操纵系统已不能满足进一步改善系统性能的要求,而光传系统高速率、大容量的特点为提高系统频宽提供了相当的潜力,同时,FBL系统的减重亦可改善军用机的机动性。此外,光纤与神经网络技术的结合为有效地实施最优控制设计提供了可能。

5. 提高飞机的总体性能及燃油经济性。无论是商用飞机还是军用飞机,其总体性能的改善与飞机整体的减重总是紧密相关的,FBL系统重量轻这一特点将可直接增加飞机的有效荷载和续航能力,或减少燃油消耗。

6. 降低验证费用,改善成本-效益指标。验证航空电子设备和飞行控制系统的复杂程度及所需费用急剧增加,用于MD-11(装备有传统的FBW操纵系统)上的EME整机验证费用约达1200万美元。由于光纤固有的抗电磁干扰特性,对于光纤接口和光缆传输系统则仅需要进行部件级的EME验证实验,而无需再进行昂贵的整机EME验证。此外,由于光纤总线频宽高,因此可以在飞行控制系统验证中提供更迅速的方法辨识飞机的飞行动力学和稳定性参数,大大减少飞机控制律的研制开发周期,进而减少验证费用。研究表明,FBL与FBW的结合使飞机的可靠性、可维护性和易损性均得到10%~14%不同程度的改善,而FBL与神经网络技术的结合可实现控制系统故障的实时辨识,有效地减少维护费用。


试飞进度

首次试飞

歼20隐形战斗机于2011年1月11日中午12时50分左右进行首次升空飞行测试,13时11分成功着陆,历时大约18分钟。整个首飞过程在歼10S战斗教练机陪伴下完成 。试飞不是一次就可以完成的,可以肯定的是任何一种新机型肯定要经过很多次试飞,在试飞中发现问题,并且不断改进,然后才是小批量生产并装备部队。在实践使用中去检验性能,当性能达到军方要求以后才会大批量生产并形成战斗力。

第二次试飞

继2011年初的首飞后不到100天,中国新型的隐形战机歼-20近日完成了第二次试飞。2011年4月17日下午4点25分,歼-20的最新一次试飞在四川成都某机场进行,试飞时间持续90分钟,是首次试飞时间的5倍。

目前世界先进的战机,从首飞到定型批量生产,中间需要上千架次的试飞。歼-20目前所进行的试飞,还是这个过程的初级阶段。

作为新一代的战斗机,无论从外形到内部结构,还是从飞行性能到作战方式,都不一样。因此新一代战机在定型前,需要进行长时间、多架次、多功能的试飞测试。

第五次试飞

2011年5月12日15时30分,歼-20进行了第五次试飞。

此次歼-20试飞在空中进行了许多机动动作,包括S型机动,横滚机动以及大角度转弯等机动动作。起降的过程中,歼-20侧弹仓开启。

据网友目测,歼-20的侧弹仓长度约3米,超过F-22的侧弹仓长度。

第六次试飞

2011年5月16日报道,歼-20战机在5月14日再次进行试飞,此次歼-20试飞在空中进行了许多机动动作,包括S型机动,横滚机动以及大角度转弯等机动动作。

完成十次试飞

2011年6月1日和6月3日,歼-20在成都某机场连续三天进行了两次试飞,这表明歼-20的试飞强度在逐渐增大。

2011年9月1日,网友上传了有史以来最为清晰的试飞视频,视频显示,歼20两次起飞分别用时17秒和13秒,第二次使用了部分加力起飞,并且机动性能出色,同时机尾发动机蓝色火焰明显与歼10等红色火焰有明显对照,起飞时机尾部气浪压缩剧烈似液态波浪(光线折射所致)。

2011年9月23日,在成都某机场,中国第五代战机歼-20的工程验证机再三次进行了长时间试飞,当日的试飞创造了歼-20自曝光以来一日多次试飞的新纪录,据称歼-20在试飞过程中多次进行了绕八字,低空高速通场后大仰角拉起,开加力小半径转弯等惊险飞行动作,展现出强大的低空机动能力。

据环球网国际军情中心2011年10月13日消息:近日,网上传出一组国产第4代战机歼20的最新试飞照片,据照片上显示,此次试飞歼-20再次收起了起落架,整个过程测试了飞机的整体机动能力。而照片上清晰显示出了歼-20战机升空后发动机喷出的蓝色火焰。

2011年12月15日,网友再次上传歼20试飞精彩图。由此,歼20全年试飞接近尾声。一年试飞62次,超俄T-50。

截至2012年2月26日,歼-20已在成都完成第70次试飞。


分代问题

有人称歼20是“第四代”战斗机,也有人称是“第五代”战斗机。其实,这只是不同体系下的称呼而已。

最早的喷气式战斗机,是二战末期出现的。军事家习惯把此后几十年里出现的各种战斗机划分为若干“代”。然而各国划分这个“代”的标准不尽相同。

按照美国/北约的体系,第一代战机是从二战末到朝鲜战争期间出现的跨音速喷气式战斗机,主要是机械化战斗机。如美国的F-86和前苏联的米格-15。也可以称为“朝鲜战争代”

第二代战斗机从上世纪50年代至60年代研制,可达二倍音速,空对空导弹成为主要武器。如美国的F-4和前苏联的米格-21等。第二代战机在美俄早已退役,但不少发展中国家还在使用。也可以称为“越南战争代”

第三代战斗机从越战后开始研制,,装备了多普勒相控阵雷达,并向对空、对海、对地全方位攻击的“多用途”发展。比如美国的F-15,F-16,苏/俄的苏-27,法国的幻影-2000。也可以称为“海湾战争代”

第四代战斗机更强调隐身(反雷达)、超音速巡航以及超视距打击能力,是当前最尖端的战斗力。代表为F-22。

苏联/俄罗斯对战斗机的代次划分略有不同。大致来说,苏联/把俄军的前两代战机划分成为了三代,这样,F-15、苏-27按俄军的算法就是第四代,而F-22、T-50、歼20则为第五代。后来美国在2005年将战斗机划代标准由原先的四代划分法改为五代划分法、即与俄罗斯现行标准相同,加之中国在2009年之后的对外宣传中将“歼-10改”定位为新的“第四代歼击机”,所以歼-20在未来的正式报道中亦有很大可能被称为“第五代歼击机”。其实四代和五代都是一个意思。



 


基本参数(估算数据)

 

  

空重 17吨
空战重量 25吨
最大内燃油 12吨
最大起飞重量 37吨
武器最大装载能力 11吨(内置弹仓可挂6枚中远程空空导弹,2枚近距格斗导弹)
机长 21.26米(不含空速管)
机宽 3.94米
机高 4.45米
翼展 12.88米
鸭翼展 7.62米
巡航速度 1.83马赫(采用涡扇-15以后)
最大飞行速度 2.5马赫
最大飞行高度 20000米
航程 5500公里(带两个副油箱)
作战半径 2000千米
主要武器 霹雳21组合动力远距空空导弹,霹雳12D(SD-10D)主被动双模式制导中距空空导弹,新型霹雳10近距空空格斗导弹,雷石6精确制导滑翔炸弹,中短程空地导弹,改装为北斗精确制导炸弹的自由落体炸弹等各种先进的精确制导武器,30mm机炮,两具红外曳光箔条干扰弹,四具火箭弹发射器,霹雳8近程空空格斗导弹
飞行员 1人
限制过载 +9G
雷达反射面积 <0.5平方米,优于T50,未来换发修型后可望与F22持平
红外信号强度 目前状态大于F22,小于F35,未来换发修型后可望与F22持平
发动机推力 AF31 12.5吨x2【不能实现超巡,实现“高机动”】目前使用WS-10B太行发动机,推力15.5×2如使用WS15则为18吨x2 实现超巡 超机动