讲武谈兵丨中国造新高:世界首款风冷二维有源相控阵火控雷达

澎湃新闻特约撰稿 黄国志

2017-05-22 17:19 来源:澎湃新闻

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据中国国际电视台(CGTN)5月22日报道,中国航空工业集团公司(AVIC)本周一宣布已为战斗机制造出一种新型雷达。中航工业集团工作人员称,该雷达的特色之一在于具有最新的冷却系统。消息指出,中国已投入使用的近千架战机,包括歼-10在内,将于近期装备新雷达,这将使它们的战斗力大幅提升。
此前,中航工业雷达研究所在其官方微信里已经发布了成功研制世界上第一种机载风冷二维有源相控阵火控雷达的消息,并且简要介绍了这种雷达的几个技术特点。其中,最为重要的就是高效风冷散热技术。
机载雷达冷却装置越发重要
对于现代战机所装备的高性能火控雷达来说,冷却装置是至关重要的子系统之一。如果冷却装置出现故障,轻则会导致机载火控雷达性能降低——温度每升高10度,雷达的可靠性就会下降60%,重则会使电子元器件损坏,使机载火控雷达彻底失效。
早期第三代战斗机所使用的多功能多普勒火控雷达的发热量基本上依靠强制风冷装置就可以满足要求。但是,随着峰值功率和平均功率的增加,一些后期改进型机载火控雷达也逐渐开始使用液冷装置。比如,美国F-16A/B战斗机所装备的AN/APG-66机载多普勒火控雷达的峰值功率和平均功率分别为20千瓦和250瓦,采用的是风量5.13公斤/分、27摄氏度的强制风冷装置。而到了F-16C/D研制时期,由于该机采用了AN/APG-66的改进型AN/APG-68,其峰值功率和平均功率分别提升到21.5千瓦和320瓦,除了采用风量9.9公斤/分、27摄氏度的强制风冷装置外,还特别为当时最先进的双模发射机配备了液冷装置。
随着先进机载火控雷达由多普勒平面缝隙阵列天线向有源相控阵天线的发展演变,冷却装置的地位相比之前大大提升了。对于机载有源相控阵火控雷达来说,虽然其峰值功率有时并不比机载多普勒火控雷达更高(比如美国F-22A“猛禽”战斗机所装备的AN/APG-77机载有源相控阵火控雷达的峰值功率为20千瓦,与AN/APG-66机载多普勒火控雷达相当),但是机载有源相控阵火控雷达的平均功率大大增加了,这就对冷却装置提出了更高的要求。
因此,从世界上第一种实用化的机载有源相控阵火控雷达AN/APG-77开始,之后出现的每一种同类型雷达都采用液冷装置。不过,这也不代表没有科研人员对机载有源相控阵火控雷达的风冷装置进行过研究。从技术角度来看,无论是液冷装置还是风冷装置,最终的目的都是通过冷却媒质带走机载有源相控阵火控雷达工作时所散发出来的热量,使得每个T/R组件的温度都控制在设计所允许的范围内。不过,由于所采用的冷却媒质和工作原理不同,液冷装置和风冷装置也有着各自的优势和不足。
液冷与风冷装置各有优劣
液冷装置由于采用液体冷却媒质,吸热量大,冷却效率要比风冷装置更高,这是其最大的技术优势。但是,随着而来的不足和缺陷也很明显。首先,液冷装置要在冷却板上设置非常复杂的冷却液流动回路,使得整个机载有源相控阵火控雷达的体积和重量大大增加。如果战机雷达罩内部空间不足,则采用机载液冷有源相控阵火控雷达会存在很多限制,比如不得不减少T/R组件,最终的结果就是降低整个雷达的性能水平。
其次,原来装备机载多普勒火控雷达的战机如果要换装机载液冷有源相控阵火控雷达,则必须要对前机身内部进行相当程度的改造,以便安装专门的冷却液二次散热装置。而且,整个冷却液的流动还要作为一个完整的回路,这对于机身内部的改造程度可想而知。比如,我国歼-10战斗机从A型改进为B/C型时,可以明显看到机首部分截面从近乎正圆形改为椭圆形,两侧向外拓展的部分主要就是为设置冷却液回路而增加的空间。
此外,液冷装置所使用的冷却液——乙二醇或丙二醇水溶液本身具有一定的低毒性和腐蚀性。因此,在设计液冷装置时,一方面要做好冷却液的防腐蚀防护,另一方面要严防冷却液泄漏。毕竟机载有源相控阵火控雷达的工作环境和回路设计要比汽车等民用机械更恶劣、更复杂和更精密,如果出现一点点的泄漏而没有防护措施,也会导致整个雷达系统失效损坏。
相比液冷装置,如果机载有源相控阵火控雷达想要采用风冷装置,那么首先就要解决冷却效率的问题。在机载有源相控阵火控雷达发热量一定的情况下,想要利用强制风冷带走更多的热量,那么一方面就是进一步加大风量,另一方面就是要设计较为复杂但是更为高效的冷却板。按照中航工业雷达研究所的说法,原先配装机载多普勒火控雷达的战机可以原位直接换装他们研发的机载风冷有源相控阵火控雷达,那么最有可能的技术手段就是采用更为高效的冷却板设计,这可能包括所选用的材料以及板型。
除了在风冷装置的设计上下功夫,中航工业雷达研究所在T/R组件的设计上应该也有所改进。T/R组件是机载有源相控阵火控雷达的核心零部件,同时也是最主要的发热源。要降低机载有源相控阵火控雷达整体的散热量,最为直接的手段无疑就是减少每个T/R组件的散热量,比如降低功耗、限制峰值功率和平均功率,尺寸更薄,或者在满足使用要求的前提下尽量减少T/R组件数量等。
市场前景广阔,但重心并非“枭龙”
其实,将风冷装置成功应用在有源相控阵雷达上在国内早已有先例。比如,空警-2000大型预警机所采用的三面阵L波段有源相控阵雷达,以及052C型区域防空驱逐舰所采用的四面阵S波段有源相控阵雷达,使用的都是风冷装置。因此,既然相关技术已经成熟,将其移植到机载有源相控阵火控雷达上也并不难。之所以除了中航工业雷达研究所,国内外再无第二家这么做,最主要的原因还是在雷达的总体性能和成本及适装性上的取舍不同。
事实上,从中航工业雷达研究所的宣传重点来看,都是在强调以最低的成本和最小的尺寸重量来实现战机从机载多普勒火控雷达向机载有源相控阵火控雷达的跨越,并没有提到任何关于新雷达性能如何强大的信息。相比之下,中国电子科技集团南京电子技术研究所在去年珠海航展上高调宣传KLJ-7A机载有源相控阵火控雷达时,几乎在反复强调这种雷达在某些性能上能够比肩美国AN/APG-77甚至AN/APG-81,而并没有在意采用了哪种冷却装置。
从目前国内和国际军贸两个市场的情况来看,中航工业雷达研究所的机载风冷有源相控阵火控雷达在设计定位上应该刻意避开南京电子技术研究所KLJ-7A机载有源相控阵火控雷达的锋芒,剑走偏锋,主打老式战机改造成本低和适装性更好的这张牌
之前,不少媒体谈到中航工业雷达研究所的新型雷达是为了竞标JF-17 Block3改进项目而推出的,笔者认为这种说法值得商榷。巴基斯坦空军现在装备的所有JF-17战机都配装了南京电子技术研究所的KLJ-7机载多普勒火控雷达,而且该研究所相关人员在去年珠海航展上还特别强调将帮助巴方建立了这型雷达的生产线。那么,在KLJ-7基础上改进而来的KLJ-7A机载有源相控阵火控雷达如果竞标成功,同样可以利用现有生产线进行生产,对于巴方来说可以节省很大一笔成本,何乐而不为呢?因此,在JF-17 Block3机载雷达招标上,KLJ-7A几乎不会遇到强有力的竞争者。
不过,如果中航工业雷达研究所的新型雷达能够盯住国内外二代战机机载雷达的改装,那么前景仍然广阔,因为这恰恰是被其他雷达生产商所忽视的巨大市场。就国内来讲,现役第二代战机除了歼-7系列,最先进的就要数歼-8系列。很多歼-8后期型号的服役时间较晚,剩余飞行寿命较长,还有一定的升级改造价值。如果这些歼-8后期型号换装中航工业雷达研究所的新型雷达,不仅在成本上是更容易承受,在性能上的提升也可以得到丰厚的回报,有可能具备与第三代战机甚至第四代战机抗衡的能力。在国外市场上,中航工业雷达研究所的新型雷达可以配装“山鹰”系列高教机出口,能够在相当程度上提升该机的国际竞争力,成为综合性价比最高的双座轻型战斗/攻击机。
“讲武谈兵”是由知名军刊资深编辑黄国志为澎湃防务开设的个人专栏,以客观严谨的态度,辅以活泼精炼的语言,力图“破除防务迷雾”,为读者更好地认识我国与国外在装备技术上的差距提供参考和借鉴。每周一或二倾情奉献。
责任编辑:杨一帆澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
关键词 >> 机载雷达,中国军工

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