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曾炫動全球的星戰武器號稱F22剋星,致命缺陷卻如二戰零式戰機

當今世界,任何一個具備相當實力的軍事強國都會在適當場合展現自己的王牌武器。說起今天的五代機,世人都會將目光傾注在中美兩國的幾種典型戰機身上,常年來心高氣傲的俄羅斯自然不甘寂寞,2019年莫斯科航展開幕之際,一架黑色塗裝外觀十分科幻的戰機,這架戰機正是本世紀初曾震撼世界的蘇47金雕試驗機。

歷經近20年的滄桑曲折,蘇47試驗機最終只能以地面展品形式出現

說起蘇47戰機,就要追溯到1996年一次偶然事件。這一年三月俄軍事期刊《空軍艦隊通報》公布了一張特殊的照片,照片上展示了一架結構特殊的前掠翼神秘飛機。有人猜測,這是俄羅斯以不經意泄密方式,變相震懾美國和北約。幾年後,人們才知道這是蘇聯在冷戰後期專門針對美軍F22戰機而設計的蘇47金雕戰鬥機。非但如此,蘇聯空軍還曾打算和本國海軍聯手在該機基礎上改進一款艦載版蘇47,專門用於蘇聯首艘航母烏里揚諾夫斯克號。然而天不遂人願,隨著蘇聯解體後的動蕩時代到來,烏里揚諾夫斯克號航母胎死腹中,蘇47艦載化之路也永遠終結了,但這款戰機的開發卻並未終結。特別值得一提的是,當時的中國大量軍事愛好者看到蘇47這種外觀猶如星戰科幻影片中的戰機時立刻展開遐想,認為該機可以利用特殊布局帶來的高性能成為F22的剋星,甚至一些人開始論證中國引進該機的可能性。

納粹德軍的JU287是世界第一種前掠翼結構軍用機

蘇47最大的特點就在於前掠翼結構,縱觀世界軍用機發展史,採用該布局的類型可謂鳳毛麟角。1934年蘇聯設計師維克多設計了PB2滑翔機,並以此為基礎研發了DBLC前掠翼轟炸機,1947年,蘇聯設計師塞賓甚至還開發了前掠翼火箭驗證機,但蘇聯的試驗機從未獲得過嚴格測試。真正將前掠翼設計用于軍用機的還要是納粹德國二戰後期研發的JU287噴氣轟炸機,然而在1944年秋的一次俯衝試飛中,其原型機因機翼強度接近臨界點而宣告試飛失敗,最終戰後該機被蘇軍繳獲,使蘇聯進一步積累了前掠翼布局的技術經驗。此外,美國在此領域也有相當的積累,上世紀80年代初,美國研發了X29型前掠翼驗證機,並在此後進行了為期8年的測試飛行,但最終被證明無實用價值且無法用於戰鬥飛行。

美國曾耗時8年最終驗證X29這樣的前掠翼試驗機實用價值有限

蘇47設計之初,其母公司蘇霍伊一度被米格設計局的米格1.44壓制,最終蘇霍伊只得另闢蹊徑,採用中央空氣流體力學研究院提出的前掠翼設計。理論上,這種設計具有在大仰角時可以讓機翼尖的氣流流向翼根,在翼根失速時機翼尖的副翼依舊能保持控制,而前掠翼氣動發散問題則可以利用複合材料結構機翼解決。根據計算,蘇47的轉彎角速度可以提高14%,作戰半徑可以提高35%,起飛著陸距離可以縮短50%!不難看出,如果該機實現其紙面性能,那麼至少作為一種高性能艦載戰鬥機,其前掠翼布局會徹底吻合要求。此外,該機和米格1.44一樣,採用等離子隱身技術,而非美國五代機和中國殲20那樣通過氣動外形角度優化和隱形塗料實現雷達隱身。

當年日本零式戰機為機動性劍走偏鋒,和蘇47的設計十分類似

衡量一個國家軍用航空技術水平,絕不能只看其某種戰機紙面或某些方面的實際性能。二戰中日本零式戰鬥機雖憑藉性能優勢逞凶一時,但當時日本和歐美髮達航空國家的差距不容忽視,所以配備大功率發動機的美軍新型戰機服役後,零式的技術缺陷開始暴露無遺,最終被徹底擊敗。蘇47同樣存在嚴重的技術隱患,其根源就在於其前掠翼設計,這種設計最大問題就是結構發散,在氣動載荷作用下,高速大機動時翼尖相對翼根產生的扭轉變形,使翼尖的局部迎角增大,迎角增大又引起氣動載荷的進一步增加。這種惡性循環的發展將使機翼產生結構破壞,最後解體。用加強結構、增加剛度的辦法來解決氣動彈性問題,在重量上付出的代價是難以接受的。雖然蘇霍伊要求其具備高強度且輕質的複合材料,但蘇聯的材料開發技術遠比美國遜色,這就導致蘇霍伊的設計要求出現嚴重矛盾之處。

F22絕非只是超視距戰力強悍,超音速機動性也無入可比

非但如此,前掠翼設計還導致隱形能力嚴重降低,其前掠翼結構就帶來了一個角度反射器,必然會產生十分強烈的雷達回波。同時,前掠翼結構帶來的問題就是十分不利於戰機的最大速度和超音速巡航,在測試中該機的最大速度僅為1.6馬赫,距離要求的2馬赫相差甚遠,而且即使是試飛速度也只是短期瞬間衝刺速度,和F22那樣至少以1.7馬赫速度巡航半小時以上的水平相差巨大。更主要的是,該機一旦超過音速,其持續機動就開始嚴重受制於前掠翼帶來的負作用,當年日軍為彌補發動機性能差距不惜強令零式戰機進行徹底減重,導致零式不但沒有防彈能力且一旦進入俯衝時很容易解體。所以從高速機動時容易誘發解體這一點來看,蘇47倒是和零式殊途同歸。而等離子隱身則早已經研究被證明是一把弊大於利的雙刃劍,因為這同樣會對己方機載雷達帶來巨大幹擾,而考慮美軍機電火控的全方位技術優勢,結合F22在敘利亞經常故意在雷達關機狀態下突破俄軍戰區防空系統的情況看,俄式等離子隱身只怕會陷入殺敵80,自損100的尷尬境地。

5G過載時,F22和F15C的飛行包線對比

不難相見,蘇47和F22的機電智能設備以及隱形能力差距使雙方的超視距戰力差距到了十分懸殊的地步。那麼如果雙方真的爆發近距離格鬥對決呢?德軍颱風戰機飛行員和F22進行模擬空戰後表示如果超音速格鬥中自己幾乎毫無機會。F22的機動性是在傳統布局基礎上實現的,其機翼三角和矩形結合設計可以讓整體設計得到均衡的發展。多邊形結構具有更好的空氣直線性導流特質,矩形主翼和尾翼能更好的控制空氣的直線流動,從而使飛機達到更好的超機動性能。這種三角翼為主題,以矩形為設計主題的黃金切割法,讓主翼無論從結構強度隱形設計和大平行多邊矩形尾翼的契合程度達到更完美的境界。F22的矩形後掠主三角結構兼顧了氣流垂直導流的特性,在高機動性時有更穩定的氣流導流控制性能外,還有更好的超音速穩定性。加上三角翼的大後掠特性,有更低的超音速阻力,矩形三角翼幾乎最大的翼體連接,提供最高強度的機體抗疲勞能力,能更好的完成超機動。此外,F22頂級機動性還來源於翼體融合化還帶來若干好處,例如形成穩定氣流有助其超音速機動,矩形後掠主三角結構也加速了這一點。

由於擔心高強度機動時解體,所以蘇47的機動性受到很大制約

由於高強度輕質複合材料的開發失敗,最終蘇47的重量出現了嚴重超標,其標準空重超過了24噸,不少部件幾乎還是以類似不鏽鋼的材料製成。其使用的發動機是兩台D30F6,這也是被米格31改型使用的型號,推重比6左右,自重達到2噸。反觀大量使用鈦合金結構的F22,其空重僅為19.7噸,如果優化處理並以俄式標準計算則可能還要輕得多,該機配備的兩台F119-PW-100發動機具備11.7的強悍推重比和156KN的推力,而且自重僅1.3噸,再加上TVC矢量噴管的作用,所以同樣迴旋180度時蘇47需要半分鐘時F22僅需15秒左右!所以即使雙方進入近距離格鬥,那麼蘇47也將完全陷入徹底的被動挨打局面。二戰後期零式戰鬥機在美軍F6F,P51等新銳戰鬥機面前幾乎淪為被獵殺的火雞,以至於日軍開發新型戰鬥機時也不得不摒棄了零式那種投機取巧的設計,轉而注重發動機功率。而蘇47之後,俄羅斯在開發蘇57時在設計上也再度回到正軌,放棄了蘇47那種不實用的布局。

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