所谓前掠翼战斗机到底是怎么一回事??

所谓前掠翼战斗机到底是怎么一回事??

前掠翼战斗机的发展始终像一团迷，前掠翼结构是一种高度不稳定空气动力学外形，目前只有俄罗斯和美国进行过深入研究。对前掠翼战斗机人们始终处于期待心情，因为世界上正式面世的只有一架处于研究状态的前掠翼战斗机样机，俄罗斯的Su-47( 先前称 S-37 为 Berkut 或金雕) 战斗机。 美国和前苏联在第二次世界大战时期，非常重视对纳粹德国的军工技术和科技研究人员的抢占工作，德国的许多科学家纷纷去美国，而前苏联搜集运回国内大量的德国武器资料和样品。从某种程度来看，其后美国和前苏联在一些科技发展领域是借鉴和继续进行这些已有的成果。第二次世界大战末期，前掠翼飞机在当时纳粹德国科学家的理论和实践研发中获得初步发展，制造了采用15°前掠角的“容克－２８７”喷气式轰炸机，该机于1944年2月进行了首次飞行，最大速度达到815公里／小时。前苏联缴获了两架样机运回国内研究。７０年代中期以后，美、苏两国开始进一步研究前掠翼结构飞机。据有关资料，前掠翼根本性的难题是气动发散：迎角和升力增大，造成机翼扭转变形，前缘提高而后缘降低，迎角增大，机翼升力和扭转变形进一步增大。在机体结构设计上，前掠角越大，气动弹性发散现象越严重；当时只有加强机翼结构刚度来解决，同时造成飞机重量增加，抵消了前掠翼的优越性。 一、美国Ｘ－２９Ａ小型验证机（Grumman X－29 A FSW），虽然试飞成功，但技术难题未能完全解决。 美国在１９８２年由国防部高级项目管理处（ＤＡＲＰＡ）、美国空军、美国国家宇航局（ＮＡＳＡ）共同投入资金研制小型前掠翼验证机Ｘ－２９Ａ。１９８４年１２月２４日在美国加利佛尼亚爱德华空军基地完成首次飞行，在１９８５年１２月１３日成功完成了前掠翼飞机的世界上首次超音速飞行。但这只是一种小型验证机（只有普通战斗机的一半尺寸），由格鲁曼公司设计制造，为降低造价，该机在结构上采用了不少生产型飞机的现成设备和组件，F—5A飞机的机头和前起落架，F—16飞机上的主起落架等。机翼前掠角35度，为了改善前掠翼结构固有的高度不稳定空气动力学外形特性，采用鸭翼设计，在前端增加两个能控制滑动和扭转的短翼（鸭翼），使整体具有良好的气动性能，具有敏捷的操作性能，没有水平尾翼。由于当时的世界综合技术水平的局限，还是未能成功解决气动发散难题，美国第四代战斗机的设计方案没有采用前掠翼结构 美国前掠翼验证机Ｘ－２９Ａ相关数据：驾驶员人数一名；机长１４。６３米；机高４。２７米；翼展８。３２米；机翼面积１７。４平方米；最大速度１。６马赫；最高升限１５。３００米；使用美国普惠公司General Electric F404-GE-400涡扇发动机，最大推力71,17 kN，功率７１２０kp；空重６２６０kg，最大重量８０７４kg；有效负载１８１８kg。 美国目前只有两架样机。在１９８４－１９９２年期间，2架X-29A前掠翼试验飞机进行了约442次试验飞行，１９９４年退役后送到博物馆展示。 美国在研制开发Ｘ－２９Ａ小型验证机时采取了许多技术尝试工作，采用复合材料的机翼和机体；数字电传飞行控制系统；高推重比发动机；改进型机体设计，在设计上采用一对前置鸭翼来改进气动性、改善操纵性能，而且这一设计被后来的俄罗斯Ｓ－３７歼击机引用；美国Ｘ－２９Ａ小型验证机使前掠翼战斗机方面研究又前进一步。 二、凝聚５０年不懈努力，世界上首架全尺寸前掠翼验证机研制成功，何时正式服役，仍然未定。 1997年9月25日，一架白机头黑机身的新型飞机呼啸着从茹可夫斯基试飞中心的跑道上腾空而起，转眼间消失在莫斯科郊外上空。这架被命名为S—37“金鹰”的战斗机比美国的F—22“猛禽”首飞时间晚18天，它的首飞成功，意味着俄罗斯新一代战斗机研制工作取得了重大进展。 到1998年1月，S—37已进行了10次试飞，第一阶段的试飞工作计划延续到1998年7月，再进行改进。S—37最初称S—32，是用于验证苏霍伊设计局未来战斗机可能采用的先进技术验证机，是苏霍伊设计局按照俄空军第五代喷气式战斗机的要求设计的多用途战斗机。虽然目前只是一种技术验证机，但它应用了俄罗斯航空工业近年来的研究成果和最新技术，使该机具有鲜明的特点与独到之处，它的主要特点如下： ·超机动性：该机最大特点是成功地采用了三翼面布局和前掠翼设计，这种“纵向一体化三翼面布局”使得飞机的前翼、主翼和平尾完全处在一个平面上，前翼的平面形状为梯形，前缘后掠角超过45度；主翼由内外两段组成，靠近翼根的内翼段为后掠翼，前缘后掠角约75度，外翼段为前掠翼，占整个机翼的绝大部分，翼面形状为梯形，前缘前掠角约20度，后缘前掠角稍大一些，后掠内侧一半以上为裸翼，外侧为升降副翼，水平尾翼的平面形状为切尖三角形，前缘后掠角约75度，后缘平直。整个翼面通过从前到后的边条与机身相连，使机翼与机身融合在一起，构成一个统一的升力体。S—37这种非传统气动布局已属少见，而应用前掠翼技术更是飞机设计中的一大突破，它使飞机具有亚音速飞行超机动性，改善大迎角飞行操纵性，获得更好的起飞与降落性能，随着升力品质的提高和起降性能的改善而增加航程以及降低前半球雷达信号特征等优点。此外，为保证S—37的高机动性，苏霍伊设计局所采取的另一条技术措施是使用推力矢量控制技术。目前验证机上将安装两台D—30F6双路涡喷发动机，生产型飞机上将安装两台俄留里卡——土星联合股份公司研制的AL—41F涡扇发动机和推力矢量控制系统，AL—41F单台起飞推力196千牛，而推力矢量技术已在苏一37飞机上成功地运用，在S—37机上使用应该没有问题。这两项先进技术的结合，使得S—37近距空战机动性能达到最隹。 ·具有一定的隐身性：S—37广泛采用先进材料，尤其是它的前掠翼几乎全部采用复合材料制成，机体外涂刷雷达吸波涂料，设计上采用与F—22类似的整体曲面防弹玻璃座舱，管道弯曲的半圆形进气道，外倾式双立尾，机内有保形武器舱等等。据有关专家分析，采用这些隐身措施后，S—37前半球雷达特征值比较小，隐身性能较好，相比之下，后半球相对差些。再者，为了加强飞机的火力和增加航程，机体外部或多或少总会设计一些外挂架，以携带导弹武器或副油箱，相比美国F—22战斗机，隐身性能稍逊一筹。 ·具有超音速巡航能力：在超音速巡航方面，如果S—37加装AL—41F新型发动机应该说是可以实现的，因为与F—22比较，S—37起飞重量更小，而其机上的发动机推力更大，前者能实现超音速巡航，后者应该是没有问题的。 由于目前试飞的S—37只是技术验证机，没有挂装任何武器与航空电子设备，如果将来发展成原型机或生产型战斗机，S—37肯定会使用更加先进的机载电子设备，比如苏一37飞机上使用的 NO11M多功能无源相控阵火控雷达或改进型，数字式多通道自动控制设备，一体化自动指挥和导航系统等；而武器配备方面可根据任务需要选择安装以适应多用途需要，从苏—35和苏—37使用的武器判断，S—37空战时可能使用AAM—L高超音速大型远程空空导弹，R—77中程空空导弹，R—73E/R—37近程空空导弹；执行对地攻击任务时可装备各种高精度导弹和集束炸弹，以摧毁地面（或海上）敌雷达站、交通枢纽、武器阵地等目标 Su-47, 先前即是 S-37 Berkut(金雕) 战斗机 1997年9月25日，由俄空军试飞员伊戈尔·瓦金采夫驾驶S-37完成了首次试飞。这也是俄罗斯正式试飞成功的第一架第五代具有隐形能力的战斗机。随后不久，这架苏—37歼击机于1996年9月在英国范堡罗国际航空航天博览会上进行了首次飞行表演并引起了轰动。 俄罗斯第五代战斗机的概念研究始于1981年。其设想类似美国也采用高低搭配，分为重型的多功能战术战斗机（MFI）和轻型战术战斗机（LFI）。S－37属于重型多功能战术战斗机。后称为Ｓu－４７（S-37 Berkut）验证机，在２００２年５月，经过和米高扬设计局的米格１。４４验证机激烈竞争，苏霍伊Sukhoi被选择为下一代俄国PAK FA战斗机计划主要的承包商。下一代战斗机（PAK FA）将会是Ｓu－４７的一个发展但是没有前掠翼。令人可惜的是，俄罗斯的航电设备和美国不是一个水准的；在隐身材料等其他隐身措施方面，也存在差距；猜测在武器系统方面还存在技术改进工作；更先进的发动机和雷达需要资金来研究开发等；这恐怕是俄罗斯没有把下一代战斗机定位前掠翼结构的原因之一。其他原因估计一个是鉴于美国F35抢占国际市场，俄罗斯认为按Su27系列的传统结构路线进度更快些，毕竟Su27系列的综合特性已经非常卓越了；另一个是，战斗机的技术在一些具体方面是通用的。俄罗斯因为缺少资金下一代战斗机是和国外共同发展，苏47(S-37)前掠翼战斗机方面的研究俄罗斯已经远远将其他国家抛在后面，可能这也是技术独占和保密的需要。俄罗斯可能待技术成熟后或在发展下一代战斗机同时继续研究前掠翼结构的苏47(S-37)。 回顾研究发展历程，Su-47非常高的机动能力原型的设计是基于航空电子学和空气动力学技术的发展产生于Su-27 升级计划，是苏霍伊设计局为测试下一代战斗机新的结构的一个努力成就，用于强调超强机动能力在近距离内格斗的情形。前掠翼结构显然是以TsAGI 学会数年的研究为基础，引起研究原因大概在美国80年代早期已经建造他们的 Grumman X-29 A 前掠翼实验机之后。 也采用现有的一些系统和构成设计，主要来自 Su-27 系列战斗机。举例来说已经被用于Su-47，座舱盖的设计，起落装置，一些航电系统和近- 垂直（near-vertical）的尾部。 为了成功解决前掠翼战斗机固有的“发散”问题，苏联航空专家经过近５０年的研究，通过理论和实践，从而解决前掠翼承受大过载的技术难题。 １、在材料方面。在机体结构大量采用最先进的复合材料，通过合理的纤维铺层，前掠翼具有极高的强度来产生强大的升力和气动弹性，允许机翼弯曲，但不会出现引起结构负载过度的机翼扭曲。Su-47 机身是椭圆形的横断面并且机身主要地构造由铝和钛合金和13%重量的复合材料制成。机翼嵌板结构由将近90%复合材料制成，总之仅此一项就可使飞机提高有效载荷20-25%，寿命延长0．5--2倍，而材料本身的利用率可达85％，人工制造零部件的劳动强度也降低不少 掠翼具有极高的强度来产生强大的升力 ２、在飞行操控航电方面。整个飞机的气动控制面多达14个。苏霍伊公司专门为之设计了多字符串遥控自动飞行计算机与软件技术，因此飞机的低速运动性能相当惊人。数字式多通道自动控制设备，一体化自动指挥和导航系统。在导航系统中，又有由卫星导航和“数字地图”组成的激光陀螺仪惯性导航系统。雷达使用在X波段工作的相控阵天线。 ３、创新有效的机体结构设计，解决前掠翼结构固有的“发散”问题。苏霍伊设计局表明C—37“金雕”采用的是“纵向一体化三翼面布局”。据相关资料数据，从飞机前翼、主翼和平尾完全在一个平面上，前翼的平面形状为梯形，前缘后掠角超过45度。主翼翼展16．7米，由内外两段组成，靠近翼根的内翼段为后掠翼，前缘后掠角约75度；外翼段为前掠翼，占整个机翼的绝大部分，平面形状为梯形，前缘前掠角约20度，后缘前擦角稍大一些，后缘内侧一半以上为襟翼，外侧为升降副翼。水平尾翼的平面形状为切尖三角形，前缘后掠角很大，约为75度，后缘平直。整个翼面通过从前到后的边条与机身相连，使机翼与机身融合在一起，构成一个统一的升力体。从机身高度和进气口设计来看，扁平较低的机身能强化隐身性能，而美国F/A-22（机高仅为5米）的机体设计思想也是这样的，还便于快速可靠的维修和故障检测方面