解读未来空战与航空装备的发展( 1)

解读未来空战与航空装备的发展( 1)


2023年12月30日发(作者:华为nova 2s配置参数)

解读未来空战与航空装备的发展(一)

徐邦年

要来谈未来空战,就要研究过去的作战,我们可以以马岛战争和海湾战争为例。马岛战争是1982年英国为了争夺马维纳斯群岛而向阿根廷发动的一次战争。在马岛战争中,经过统计发现用中远距离空空导弹(攻击距离超过15至20公里的空中发射打击空中目标的导弹)打下来的飞机占10%,用近距离空空导弹(攻击距离小于15公里的空空导弹)打下的飞机占80%,用航炮打下来的飞机占10%,我们从中可以得出一个结论:未来空战中打击空中目标所使用的武器很可能主要是空空导弹。到了1991年的海湾战争,当时在空中打下的飞机有38架,其中有26架飞机是由中远距离空空导弹打下来的,这样可以算出,超视距空战(空战距离超过15公里的空战)所占比例是68.4%,有10架飞机由近距离空空导弹(亦称为空中格斗弹)打下来的,这说明使用空空导弹进行的近距离格斗占到了26.6%,还有两架飞机是用航炮打下来的,占到5%。统计表明这次战争中,超视距空战占的比例上升了,已经成为空战的主要形式。由此可以判断,未来空战将出现哪些新的变化呢?

我认为未来空战可能会有三个阶段。未来的空战很可能在飞行员用肉眼还没有发现目标就开始了,这个时候用雷达可以发现空中目标,双方进入到空战第一个阶段,即以中远距离空空导弹为主要攻击武器的超视距空战。如果在第一阶段中,中远距离空空导弹打光了,可能要进入第二个阶段,以近距离空空导弹为主要攻击武器的近距离空中格斗。若是近距离空空导弹也打光了,就可能进入第三个阶段,以航炮为主要攻击武器的近距离空中格斗。具体到某一次空战不一定三个阶段都具备,但是从整个战争的过程来看,三个阶段都会存在,

而且是以超视距空战为空战的主要形式。

那么超视距空战怎么打呢?目前看,主要是比较谁的武器先进性和发挥情况,武器先进和武器性能发挥得好的一方可以先发现目标、先发射导弹进行攻击。现在导弹技术性能已经大大提高,有些空空导弹的机动过载可以达到50个,一旦瞄准了目标飞机并且发射了导弹后,对方除了使用干扰以外,极少能够用自身的机动动作来摆脱。因此超视距空战的主要战法就是“先敌发现、先敌攻击”,哪一方能够先发现敌人,先发射导弹,就可能取得空战胜利。这就需要比雷达和导弹技术的先进以及飞行员主观能动性的发挥。

近距离空中格斗的战法比较多。除了传统的机动动作外,现在各国都在研究新空战战法。比如,俄罗斯的飞行员首先在1989年巴黎航空展览会上驾驶苏-27飞机完成了眼镜蛇机动:飞行员一拉杆,机头翘起来,翘起来以后,飞机平飘最后又恢复到平飞状态,从而完成整个动作。有的人说这个动作没有什么战术价值,因为飞机拉起来2秒钟,平飘4秒钟,放下去2秒钟,导弹攻击操作很麻烦须要时间很长,面飞机动作时间很短来不及发射导弹,敌人已经跑掉了。也有的说这个动作非常有战术价值,因为假如敌机在上方,我机在下方,我就可以把飞机拉起来用机头对准目标,发射导弹把敌人打下来。那么倒底眼镜蛇机动有没有战术价值呢?这要全面分析和研究。俄罗斯方面后来进行了一次空战表演。为了做好这次空战表演俄罗斯在苏-27飞机的基础上又研制了新的飞机即苏-35,它比苏-27多了一对小翼,这样它就一共有了3对机翼,所以这种外形叫做三翼面外形,这个小翼叫做鸭式小翼。有了这个鸭式小翼,就使得主机翼的升力大大提高,飞机转弯就转得快、机动性能就比较好。苏-35战斗机更加有意思的地方是挂点多达14个,能带14枚导弹或者是14枚炸弹,可

以同时发射6枚导弹,开展多目标攻击,可以同时攻击六个空中目标。另外这架飞机在尾部装了一个后视雷达,可以看后方60公里,同时跟踪8个目标,这是传统飞机没有的。

苏-35飞机

为了要证明眼镜蛇机动的空战意义,俄罗斯于1993年在迪拜的航空展览会上进行了一次空战表演,开始的态势是前面的飞机是苏-35,后面是苏-30。空战开始后不久,苏-35战斗机突然做动作,结果苏-30战斗机从主动状态变成了被动状态,跑到了苏-35的前面,苏-35飞机进行反击,苏-30也不甘示弱想迅速绕到苏-35飞机的后方,这样两架飞机在空中你追我赶地在空中转了两圈,正当苏-30战斗机想加速前进,绕到苏-35飞机的后方的时候,苏-35战斗机又做了一个动作,经过两次机动动作就把苏-30战斗机“打”下来了。这两次机动动作是不一样的,第一次机动动作是传统的眼镜蛇机动;第二次机动动作是

在大坡度盘旋的情况下,快速将机头拉起对准了目标,这个动作是飞机盘旋状态下做眼镜蛇机动,这个动作被称作为“钩子”。

钩子

后来俄罗斯继续开展研究,他们用苏-37飞机在1994年做了一个“360度圆周运动”,只花了8秒钟时间就在垂直平面内完成了360度的旋转运动。有点像传统的筋斗,但是传统的筋斗上升到几千米的高度才转下来,时间在1分多钟以上,可苏-37飞机做360度圆周运动只花了8秒钟,上升只有100多米,飞机的旋转角速度更大,这样飞机的机动性就大大地提高了,可以使敌方飞机迅速处于被动状态。这个所谓的360度圆周运动震动了航空界。这个苏-37飞机的外形与苏-35的一样,但为了做好这个动作,苏-37飞机的发动机却是矢量推力发动机(即发动机的尾喷口是可以转动的因而推力方向也是可以改变的)

“360度圆周运动”

美国的飞机也在不断研究改进,如F16战斗机,是上世纪70年代装备部队的第三代战斗机,它加了一个边条,使得主翼的升力大大提高,它的作用和苏-35战斗机的鸭式小翼类似,可以增大主机翼的升力,但它的效率比鸭式小翼差一些,因而提高的机动性也要少一些。为了运用F-16飞机验证研究眼镜蛇机动,还在飞机上装了一个安全伞,以便飞机进入意外状态时可以顺利改出;为了做好动作又改进了发动机,在发动机上安装了可旋转的尾喷口,可以自由地改变发动机推力的方向,使发动机成为了矢量推力发动机。用这个改装后的F-16飞机完成了对眼镜蛇机动的研究。这也说明未来空战可能会运用到前面所说的“眼镜蛇机动”、“钩子”、“360度圆周运动”等等这一类机动动作,当然还需要什么条件、如何运用、何时何地何种状态下运用还是值得进一步研究的。

另外,美国与德国还联合研制了一架X-31飞机,这个飞机上有一个鸭式小翼,还有一个特殊的尾喷口。是一个安装了三个舵面的特殊喷口,这三个舵面叫做燃气舵,可以上下左右转动,这样发动机的喷气流方向也可以改变,因此它的发动机既可以改变推力的大小,又可以改变推力的方向。这也是一种矢量推力发动机。美国和德国为什么要联合研制这样的飞机呢?因为德国一名叫做赫布斯特的飞行员在上个世纪80年代就提出:未来的空战要运用所谓的超机动动作。我们曾经说过传统的飞机在大迎角飞行时有可能失去控制而进入螺旋

(或叫尾旋),而这个飞行员却提出在大迎角飞行时,利用一些技术也可以控制飞机让它做机动动作,能以很大的角速度转弯,这时转弯的角速度可达每秒钟70度,大大超过了传统飞机的机动。到了1994年,美国和德国就用X-31验证了赫布斯特的作战思想:完成了这个机动动作,证明飞机可以以很大的角度上升,上升到顶点时突然转弯,机头迅速对准目标并发射导弹,角速度达到每秒钟70度。这种机动后来被称为“赫布斯特机动”。将来的近距离空战很可能就要用到“眼镜蛇机动”、“钩子”、“赫布斯特机动”、“360度圆周运动”等等这样的机动动作。

X-31

在X-31上完成的“赫布斯特”机动示意图

总之,未来空战将可能有三个阶段,并且会以超视距空战为主,在超视距空战中的主要战法是先敌发现先敌攻击;在近距离空战中除了传统的空战战术动作外,还可能运用一些特殊的超机动动作如“眼镜蛇机动”、“钩子”、“赫布斯特机动”、“360度圆周运动”等等。

解读未来空战与航空装备的发展(二)

未来的空战要用到“赫布斯特机动”、“眼镜蛇机动”、“钩子”等超机动动作,就要求飞机发动机要有新的改进。如三个舵面的燃气舵,还有F-22用到的二元喷口等。现在的发动机就更先进了,美国在F-16战斗机上加装了圆柱体型的轴对称喷口,可以上下左右自由转动,范围为30度左右,转动的角速度每秒钟30度。在珠海航空展览上展出的俄罗斯飞机、发动机,也是一个轴对称尾喷口,转动非常独特,是目前最先进的矢量推进发动机。美国在F-16飞机上的发动机也改成了具有轴对称尾喷口的矢量推力发动机。

飞机也有新的改进。如美国的F-35战斗机采用了机身融合技术,使机身和机翼融合在一起,过渡得非常平滑,雷达照射时,隐身效果非常好。最有意思的是发动机部分,它前后左右都有一个喷口,采用了矢量推力技术,尾喷口可以向下旋转,使飞机可以垂直起降,起飞、着陆非常稳定。美国海军准备用它作为舰载飞机。它也可以像传统的飞机一样起飞和着陆,而且价格也比较便宜,5千万美元一架,而美国的F-22飞机属于重型战斗机,大概要1.2亿美元一架。这样美国空军也准备购买它,与F-22搭配使用。

导弹方面新的改进。例如美国的中远距离导弹AIM-120,近距离格斗弹AIM-9X,俄罗斯的近距离格斗弹Ρ-73。这三种导弹的共同特点是装了可以转动的尾喷口,使导弹的发射方式发生革命性的变化。这三种导弹发射以后可以控制尾喷口转动,使导弹发射3秒钟后自动转弯攻击后方目标,这种方式叫做越肩式发射。还有一种直接发射方式,飞行时操作导弹转向后方,让导弹直接向后发射攻击后方的目标。现在的导弹可以全方位攻击目标,而传统导弹只能打前面左右90度方向以内的目标。

P-73导弹

隐身技术方面的改进。用于减少目标的各种被探测特征量的技术,叫做隐身技术。目前主要采用雷达隐身技术和红外隐身技术两种。雷达隐身大概有几

种方法:外形隐身、采用非金属材料、涂敷吸波材料、等离子技术和自适应性阻抗加载技术。外形隐身,就是从外形上使得雷达波形成乱反射(散射),使雷达所接收的雷达反射波大大减少,美国的F-117、F-22采用了这种方法。第二种隐身办法是在飞机上用透光率很好非金属材料,雷达波照射时就透过去了,也可以达到隐身效果。现在非金属材料如玻璃钢、复合材料等它们的强度和刚度都已经接近或超过金属材料,目前飞机上用到的非金属材料大概只占10%左右,将来的飞机用非金属材料可能达到70%~80%。第三种隐身方法是在飞机上使用吸波材料,即在飞机表面上涂敷吸波材料可以吸收许多雷达波,减少雷达反射波。第四种方法是用等离子隐身技术,即飞机上装一个等离子发生器,使得飞机表面上产生薄薄的一层可以吸收雷达波或者是改变雷达波的频率等离子体,以此达到隐身目的。还有一种办法是自适应性阻抗加载技术。即利用纯导体表面刻槽留缝并接腔体,改变目标表面的电流分布,使其产生与雷达回波频率,振幅相等但相位相反的附加辐射波,该附加雷达波在雷达接收天线方向上与雷达回波相抵消,从而减小雷达反射波。在阻抗加载技术中,如能自动地根据目标接收到的雷达波的方向、频率来调整自身产生的电磁波,这便是自适应阻抗加载技术,目前后面两种方法还不是很成熟,因为离子发生器本身不能隐身,降低了等离子隐身技术的作用。自适应性阻抗加载技术的主要问题是要知道对方的频率才可以抵消雷达波达到隐身的目的,但是如何知道对方的频率却是一个很大的难题。红外隐身主要是使飞机上面能够发热的一些设备,比如发动机、无线电等设备降低发热量。目前战斗机上的发动机,都有所谓的加力燃烧室,有的也叫二次燃烧室。将来的发动机可以把这种燃烧室取消掉,这样热量就减少了。还有一种可能是把发动机进气道和尾喷口都做成S形,或者在

尾喷口进行隐身设计,有人曾经提出在尾喷口里面装一个空调,让发动机喷出来的气流温度降低,发出来的红外线就可以减少等等。还有就是减少无线电发射机等设备发出的热量。

除了隐身技术,反隐身技术也在发展,最典型的代表是多基地/双基地雷达。飞机各个方向的隐身效果是不一样,如果只用一个雷达,在一个方向可能发现不了,如果在几个方向都装雷达并联结在一起,就更容易发现目标。还有相控阵雷达、超宽带雷达、激光雷达、米波雷达、合成孔径雷达和高频超视距后向散射雷达等等都使反隐身技术获得了极大的发展空间。

精确打击技术的发展,目前可以用雷达引导、红外引导、激光引导使导弹可以非常地攻击目标。如激光就可以发射到很远,其能量都可以非常集中,使导弹攻击效果大大提高达到精确攻击。还有的在导弹上面装载数字地图,导弹飞到目标上空利用拍到的数码照片,与数字地图进行对比,吻合以后,导弹就按照指令飞向目标。这种指令是以经纬度来指挥的,它可以精确到毫秒,所以打击就非常精确了。

未来空战尤其是在超视距空战中主要使用空空导弹,为了能发挥空空导弹的性能,大大增加空空导弹的攻击距离,这就需要战斗机能够长时间的作超音速飞机,因为飞机的速度越大导弹的初始速度便越大,导弹的攻击距离便会越大。为此就要从两个方面去努力:一方面要减小飞机的阻力,另一方面就要加大发动机的推力,使发动机在不开加力的情况下产生足够的推力。这样就可保证飞机能在音速的1.3倍以上的速度情况下也能长时间的飞行。

由此可以看出,未来的战斗机也就是第四代战斗机大概应该具有五大功能:一个是隐身功能;二是能够完成超机动动作,具有作超机动动作的能力;三是

超视距空战能力;四是能够长时间作超音速飞行,具有超音速巡航能力;五是多目标攻击和精确打击能力。我这是从作战使用的角度提出来的。最后一条目前还没有统一的标准,有的从维护使用的角度提出要有高的维修性和长的故障间隔时间等指标。这五大功能互相有矛盾、不可能同时都非常先进达到最高要求,它会根据作战的需求来衡量决定取捨,统一到一架飞机上。最近媒体广泛报导了我国于2011年1月11日在成都进行了新型飞机的首飞,称之为“J-20”。从已经广泛流传的照片上看,这架飞机非常了不起,已经有了隐形的外部特征;它有一对鸭式小翼,估计机动能力也非常大。估计这架飞机已经初步具备了第四代战机的基礎要求即具备了隐身的能力,说它是第四代战机我看不为过。它的首飞说明我们已经能够自己设计和研制第四代战机,我们的技术和手段已经达到相当水平。当然“J-20”其他能力如何,隐身能力的大小如何现在还都很难确定,因为发动机、飞机的结构、各种设备和武器等等现在还不是很清楚,要经过若干年的试飞后才能正式确立。应该要看到我们的差距,我们比最先进的国家还有很大的不足,至少我们“J-20”要能装备部队还需要相当时间,还有许多工作要做,让我们耐心等待吧。

此外,未来空战的形式还将是多种多样的。很可能会出现一架有人驾驶战斗机带领多架无人驾驶战斗机进行空战的局面,而且很可能有人驾驶战斗机打不过无人驾驶战斗机,美国曾经做过无人驾驶战斗机与有人驾驶战斗机进行空战的试验和试飞,由于无人驾驶战斗机可以用比有人驾驶战斗机大得多的过载进行机动,最后都是无人驾驶战斗机获得了空战胜利。

(作者单位:空军指挥学院)

徐邦年 研究员、博士生导师


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