宏亮瞻局丨完整版苏-57首飞,“猛禽”制空霸权将终结②

澎湃新闻特约撰稿 王宏亮

2017-12-24 15:03 来源:澎湃新闻

字号
隐身性能完败
外界对苏-57最大的质疑就是隐身。从外形上看,该机采用了连续曲率表面的多面体设计,并将机翼、舱盖的前后缘统一到有限几个角度,从而将雷达回波集中到次要方向上。该型机还涂有俄罗斯最新研制的隐身吸波涂层。然而,尽管遵循了一些常见隐身原则,苏-57却没有采用堪称现代隐身战机标配的S形进气道。此外,该机的座舱盖也没有采用F-22那样的隐身无边框结构,两台发动机之间的宽大机腹进一步增加了该机对上视雷达的反射特征。
发动机的风扇、压气机叶片一般是金属的,具有很强的雷达反射信号。由于工作条件严酷,还无法涂覆雷达吸波涂层。高速转动的叶片形成有规律的回波,使敌方雷达很容易捕捉,甚至可以通过对叶片转速的辨识判断战斗机型号。因此,对于隐身战斗机来说,进气道隐身是头等要务,没有了进气道隐身,就根本算不上隐身飞机。S形进气道加剧进气道的弯曲程度,使发动机正面不至于直接暴露在雷达波面前。入射的雷达波在多次反射之后到达发动机正面,在反射回程中还要经过多次反射,才能回到大气中。如果在进气道壁面涂覆雷达吸波涂料,雷达波每在壁面上反射一次都会被吸收掉一点,最终的有效雷达回波就将被大幅削弱,从而达到隐身目的。
苏霍伊设计师们不可能不了解这一点,要做到这样的设计,也完全在苏霍伊能力范围之内,如20年前的苏-47“金雕”就采用了S形进气道。苏-57最终放弃S形进气道,恐怕有多方面原因。首先,其在设计时放在第一位的是机动性,因此该机选择了宽间距双发布局,边条和机翼相对靠后,并均有较大的后掠角,从而压缩了进气道可用长度,设计师很难在如此短的空间内再布置S形进气道;其次,S形进气道不利于复杂飞行条件下进气道流场畸变的控制,一旦在过失速飞行时推力矢量失效,就很难再恢复稳定。也正是因为这个原因,F-22不得不安装了一对异常巨大的垂尾,以补偿大迎角飞行时的偏航稳定性。
美军F-22战机的进气道,通过对比可见其对于机体空间的占用。
苏霍伊显然不愿意为隐身性能做上述牺牲。不过不用S形进气道不等于放弃了进气道隐身。作为补偿,苏霍伊在苏-57的进气道内安装了雷达格栅,以起到屏蔽雷达波照射发动机叶片的作用。美国之前也曾在F-117、F/A-18E/F,以及JSF竞标中落选的X-32等机型上采用过类似的方法。雷达格栅的问题在于,其隐身效果与进气道的进气效率相矛盾。在极端情况下,致密的雷达屏障甚至可以完全阻挡入射雷达波,然而这无疑会破坏进气道内的空气流场。进气不足或者进气紊乱将严重影响发动机性能,严重时甚至导致发动机停车。
飞行器隐身包括雷达隐身和红外隐身两方面。喷气式飞机的最大红外信号源无疑是发动机尾喷口,F-22采用的矩形尾喷口将喷流压扁、展开,强化了喷流和环境冷空气的融合,这是降低红外特征的最好办法。苏-57采用的是传统圆形截面喷口,这就注定其红外特征很难得到抑制。在这一点上,苏霍伊设计师再一次让隐身为超机动性做出了牺牲——矩形尾喷口无法做到全向推力矢量控制,而圆形尾喷口则无法隐身。
总的来看,如果不考虑俄方一直宣传已达到装机条件,但始终没有明确装机证据的等离子隐身技术的话,苏-57的雷达隐身能力最多只能达到F-35的水平,红外隐身能力几乎为零。其正向雷达反射截面积(RCS)约为0.5平方米,侧向、后向和机腹的RCS就差的更远了。
隐身能力的差距理论上将导致苏-57在与F-22的超视距空战中处于被动,双方的发现距离不对等可能让苏-57无法获得与“猛禽”平等的开火机会。而在双方超声速巡航能力相当的情况下,俄罗斯人要想弥补上述劣势就只能用雷达来做文章了。
反隐身雷达
本来按照最初的“两步走”设想,第一阶段生产型苏-57将采用与苏-35相同的“雪豹”-E无源相控阵雷达。第二阶段的完整版机型再配备N036有源相控阵雷达,但由于N036雷达早已成功装机并投入飞行测试,且苏-57的服役节点一拖再拖,因此当苏-57正式装备部队时应该不会再采用“雪豹”-E过渡。
由提赫米洛夫仪器制造研究所(NIIP)研制的N036有源相控阵雷达是SH121“多用途集成式无线电系统”(MIRES)的一部分,该系统包含雷达、电子战以及通信等子系统,研制工作于2003年启动, 其中最核心的部分就是N036雷达。它包含为苏-57研制的3款有源相控阵雷达,分别是N036-1-01型X波段主火控雷达、N036B-1-01型X波段侧视雷达,以及N036L-1-01型双波段襟翼雷达,共5部雷达天线,这在全世界也是绝无仅有的。整套雷达系统通过N036UVS计算机统一进行信息处理。  
由图可见苏-57装备的各型雷达及传感器
N036-1-01主火控雷达在2009年莫斯科航展上首次露面。其阵面呈椭圆状,长0.9米、宽0.7米,整面天线拥有1500余个收发单元。该雷达的最大探测距离与“雪豹”-E相同,均为400公里,但峰值功率只有“雪豹”-E的一半。这主要是因为有源相控阵雷达波束的可控性更强。N036-1-01和“雪豹”-E的超远探测距离都是在雷达波束聚焦的情况下实现的,此模式下的探测视角十分有限。在普通模式下,N036-1-01和“雪豹”-E对非隐身战斗机目标的探测距离相仿,都是200公里左右。
N036-1-01的相关飞行测试从2012年7月就开始了。前2部雷达留在研究所做地面试验,后4部雷达分别安装在苏-57的3、4、5、6号原型机上,目前该雷达的所有常用工作模式(高/中/低脉冲重复频率、远程探测、对空以及对面探测等),以及电子战、通信,甚至定向能杀伤等“特殊模式”测试都已经得到了验证。按照NIIP的说法,N036-1-01的测试出奇的顺利,雷达及相关子系统运行非常稳定。NIIP曾在苏-57的3、4号原型机完成雷达试飞任务时将天线取下进行检测,结果是所有指标均与出厂时无异,体现出极佳的可靠性。
N036B-1-01侧视雷达于2013年莫斯科航展首次亮相,其天线长、宽分别为0.5米和0.3米,每面天线有358个收发单元,呈36列布置。该雷达安装在苏-57座舱下方两侧内倾15度的位置。从这种布置方式上看,其应该更加重视对地探测,这从天线形态也可得到证明:N036B-1-01天线是垂直的,其水平极化波会更适于对地对海探测;而N036-1-01的天线是水平的,其垂直极化波更适于对空探测。
N036L-1-01襟翼雷达早在2007年莫斯科航展时就出现了。该雷达对战斗机大小的目标探测距离达200公里,可同时跟踪8个目标。N036L-1-01的探测距离主要由工作波段决定,当工作在L波段时波长较长,探测距离较远,但精度较差;在X波段工作时则正好相反。厂家的官方宣传中,N036L-1-01的主要作用是敌我识别,实际情况恐怕并非如此。从该雷达具有L波段模式来看,其最主要的功能很可能是用于探测隐身战机。虽然L波段的探测数据尚不足以支持空空导弹的火控,却至少可以为本机提供早期预警,从而避免被F-22这样的“静默杀手”偷袭。
“熊”的智慧
空战中,苏-57可以在机腹的前后两个武器舱内挂载至少6枚超视距拦射弹和2枚近距格斗弹。两个武器舱有一定分工,更深的前武器舱除挂载各型空空导弹外,还可以挂载大型反舰或对地攻击导弹,后武器舱深度较浅,只能挂载空空导弹。当执行制空任务时,苏-57的攻击火力与将导弹分散于4个主副弹舱的F-22基本一致。
通过之前的分析可以得出结论,苏-57的视距内格斗能力理论上要强于F-22。而在超视距空战中,苏-57虽然隐身能力一般,但其N036雷达系统的远程探测和反隐身能力却超过F-22的AN/APG-77,且由于安装了多达5部天线,赋予了该机超强的战场态势感知能力。
根据公开数据,装备AN/APG-77雷达的F-22可以探测到260公里外RCS为3平方米的目标,苏-57的正向RCS只有约0.5平方米,参考“雪豹”-E雷达对RCS为0.1平方米目标发现距离从400公里缩水到90公里的情况,F-22对苏-57的发现距离应不会超过150公里。反观苏-57,其在X波段和L波段工作的相控阵雷达都比其他频率雷达具有更强的反隐身能力,“雪豹”-E对隐身目标的发现距离为90公里,可以推断N036雷达对F-22的发现距离至少应该在120公里左右。双方仍有差距,但已经非常小了。这时不要忘了苏-57还有一款N036L-1-01雷达,其在L波段的“预警”距离达到200公里,且基本不受F-22隐身性能的影响。
由此我们可以推断,在F-22与苏-57的最简化“对头”空战模型中,先发现对手的将是只能“半隐身”的苏-57,而非“全隐身”的F-22。有趣的是,该模型与大家早已熟悉的“先敌发现,先敌开火”空战概念不同,苏-57只能做到先敌发现,却无法先敌开火。不过这已足够,拥有充足预警时间的苏-57很容易凭借超声速巡航和超机动性规避150至120公里接近距离内“猛禽”发射的导弹,由于双方都以超声速巡航状态迅速接近,“猛禽”的单向攻击窗口实际上只有不到30秒时间,只够进行一轮仓促的导弹攻击。当双方距离缩短到120公里内,苏-57即可发射自己的第一波导弹,当然,这样的攻击同样很难命中目标。而一旦双方距离进一步缩短到视距内,苏-57的格斗优势就可以发挥了。
至此,苏霍伊的设计思想已大致显现:在未来空战中,五代机之间的超视距空战其实很难分出胜负,最终的输赢很可能还是要在视距内解决因此,苏-57必须拥有超越对手的超机动性和近距格斗能力。为了实现这一点,哪怕牺牲一部分隐身性能也在所不惜。同时,这一领域本身就是己方之长,在技术上也更容易实现。此外,苏-57在超视距空战中并不需要追求绝对优势,只要保证自己不在视距外被击落就可以了。但面对F-22,想做到这一点同样很难,为此,苏霍伊根据俄罗斯自身的技术优劣,在要求超声速巡航的同时,决定重点加强苏-57的雷达探测和反隐身能力,而不是在自己并不擅长的隐身指标上盲目追赶F-22。
苏霍伊公布的苏-57家族发展路线图,其设计思路仍遵循“扬长避短”式的智慧。
这就是苏/俄式的“智慧”。整个冷战年代,苏联军工能在总体技术落后的情况下与美国抗衡,就是在充分研究对手的基础上,集中力量在针对性极强的领域通过重点突破来实现的。苏-57继承了这一点,而作为一种模式,其他后发国家也有必要对此进行研究并选择借鉴。
( “宏亮瞻局”系上海交通大学国家战略研究中心特约副研究员王宏亮为澎湃防务开设的个人专栏,力求在兼顾分析的深度和厚度的同时,在前瞻性、敏锐度上更上一层楼,每周一期,不见不散。)
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 >> 俄罗斯空天军,苏-57

相关推荐

评论(87)

热新闻

澎湃新闻APP下载

客户端下载

热话题

热门推荐

关于澎湃 在澎湃工作 联系我们 版权声明 澎湃广告 友情链接 澎湃新闻举报受理和处置办法