破除謠言!國產航母「千里眼」滑躍起飛該怎麼造?自主研發不照搬
艦載固定翼預警飛機能否滑躍起飛?
利刃龍貓
航母以艦載機為主要作戰武器,由於受到外形的限制,戰鬥機的火控雷達天線直徑和發射功率一般較小,探測距離有限;而且為了保持隱蔽性,戰鬥機在攻擊之前還要盡量少開雷達。所以戰鬥機需要例如地面導航站或者艦艇雷達提供遠程搜索和目標指示。但是由於受到地球曲率的影響,地面雷達和艦載雷達對於低空目標探測距離很近,而預警飛機可以從高空俯瞰地面和海面,視野廣闊。而且預警飛機裝備有完善的通信體系統。而戰鬥機的通信系統作用距離一般為400KM,低空在200KM以內。如果航母沒有固定翼預警飛機,則其艦載機的活動範圍不能超過艦載雷達和艦-機通信覆蓋範圍,換句話說,艦載機的高空活動半徑不能超過400KM,低空不能超過200KM。現代戰鬥機的作戰半徑一般為1000-2000KM,如果沒有預警飛機的支援,戰鬥機的遠程潛力就無法得到發揮,而只能充任艦載防空戰鬥機,執行艦隊防空任務。
但是預警飛機的起飛重量都比較大,推重比較低,其起飛性能不能和高性能戰鬥機相比。預警飛機在航母甲板上自主滑行起飛是很很困難的,美國航母的預警飛機均為彈射起飛;俄羅斯航母由於沒有彈射器,而只能裝備卡-31預警直升機,其性能和美製固定翼預警飛機相去甚遠。如:卡-31預警直升機升限為3700米,最大速度255KM,最大航程680KM;美製E-2C的升限為11275米,最大速度626KM,最大航程2800KM。
滑躍起飛方式就是在航母起飛甲板末端安裝一個上翹一定角度的滑躍甲板,飛機起飛通過滑躍甲板,飛行軌跡和水平面有一定的仰角,類似於一個拋物線軌跡。由於此時飛機尚未加速到足以平飛的速度,重力大於升力,飛機會下沉,直到和甲板面齊平,這個過程中飛機會持續加速,如果飛機在下降到安全高度之前加速到足以平飛的水平,則滑躍起飛就成功了。在這一過程中,當飛機離艦後同時受到重力、空氣升力、發動機推力和空氣阻力。其中重力和發動機推力可以視為不變數,而升力和阻力則隨著速度的變化而不斷變化,所以飛機的飛行軌跡並非完整的拋物線運動,在垂直和水平面上也不是勻加速運動,其運動狀況比較複雜,不過我們可以通過拋物線型分析對於該運動進行簡單估算。
我們以蘇制安-24飛機(中國產運-7)為模型進行計算其在航母上滑躍起飛的狀況:
安-24飛機空中為13400千克,載油4060千克,加上飛行員、潤滑油等,總計起飛重量在18000千克左右,安-24起飛是放15度襟翼,滑行時升力係數約1.0,阻力係數約0.006,滑動摩擦係數約為0.02,假設離艦後仰角10度,則升力係數約1.9。安-24飛機機翼約為72.46平方米,滑躍甲板上翹13度。由下表可以得知:
不難看出,當安-24飛機起飛重量為18000千克的時候(其實安-24原裝為阿依-24渦輪螺旋槳發動機,單台起飛功率約2550馬力,最大拉力2800千克),如果飛機滑跑距離達到200米,則飛機可以達到起飛需要速度,而滑跑100米則不可。而如果將拉力增大到5000千克,則完全可以滑躍起飛。如果將安-24改裝為預警飛機,則飛機起飛重量會有所增加,假設飛機起飛重量增大到21000千克,發動機拉力在5000千克時,飛機必須要滑跑200米才能起飛,其他狀態不能起飛。預警機安裝雷達天線後阻力會增大,假設安-24改裝為預警飛機後重量增加到21000千克,阻力增大20%,而發動機拉力增加到6000千克,則滑跑100米即可起飛。
前面的估算只是理論值,初步分析可以得出結論,類似安-24一類的運輸機改裝為預警飛機後,若換裝先進的發動機,則完全可以在航母上滑躍起飛。當然這只是初步結論,決定航母艦載預警飛機的基本性能是:最大速度、續航能力、成員數量和雷達性能。目前全世界唯一成熟的艦載固定翼預警飛機只有美製E-2C系列飛機,另外蘇聯曾經發展的雅克-44艦載預警機其性能足以可E-2C抗衡,只是沒能完成研發過程,蘇聯就不復存在了。
而目前我國研發自己的艦載預警飛機自然不能照搬照抄上述兩種飛機,而是應該兼顧其優勢,並對飛機進行綜合優化。
如果沒有合適和渦槳發動機,還可以考慮類似渦扇發動機,例如:CF-34發動機推力範圍4000-8000千克,可以滿足我國預警飛機要求,而我國ARJ-21飛機使用的就是CF-34發動機,俄羅斯RD-93發動機不加力推力為5000千克。以我國目前的技術水平,在「太行」或者「秦嶺」基礎上研發大涵道比非加力發動機則並不困難。而如果採用渦扇發動機,則預警飛機重量有望擴大到30噸,屆時機內空間將更寬鬆,有利於部署更多機組人員和電子設備,最大速度也有望超過900千米/小時,但是渦扇發動機的油耗比渦槳和槳扇發動機高,飛機的續航力可能會受到影響。
中型艦載預警機的雷達選擇一般只有兩種方式:平衡木式和圓盤式。平衡木式天線的重量較輕,對飛機阻力和升力影響小,但是機頭和機尾各有約60度的雷達盲區。原型天線質量大,飛行阻力和對升力的影響也大,但是沒有雷達盲區。而考慮到艦載預警飛機作戰空間的惡劣程度,肥貓竊以為還是應該採用圓盤形雷達,採用類似KJ-2000的相控陣雷達,即,雷達本身不轉動,以減少活動部件和重量。
結論:以我國目前的能力,如果能夠整合發動機技術,則完全可以研製一款性能比較先進固定翼艦載預警飛機,而且其平台性能也完全優於E-2C,可以在較長時間內滿足我國艦載航空兵的需求。
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