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百家讲坛: 现代战斗机的发展 -陈 光
主讲人简介 陈光：北京航空航天大学教授。1955年毕业于北京航空学院。目前担任中国航空学会理事、中国航空学会科普工作委员会委员；北京航空航天学会常务理事兼秘书长。 内容简介 1. 四代战斗机（歼击机）典型的机型、时代与主要特征。 2. 第3代战斗机要求有高的机动性能，成为“具有空中优势”的战斗机，为此，要求飞机的推重比（发动机推力/飞机重量）大于1.0，这是采用了当时最先进的技术而得到的。介绍了几种典型战斗机推重比的数值。 由于飞机的推重比大于1.0，所以第3代战斗机才能作到垂直上飞的动作。而苏-27的“眼镜蛇”机动动作是世界上最难的机动动作之一，美国人至今飞不出这一机动动作。 3. 1997年9月7日美国的“先进战术战斗机”F-22“首飞”标志着第4代战斗机已经进入工程制造发展阶段，随后，俄罗斯的S-37、1.44与美国的联合攻击机F-35也相继进行了首飞，这三型飞机也是第4代战斗机。 4. 第4代战斗机的主要特点与要求: ⑴ 高的敏捷性；⑵ 好的隐身性；⑶ 短距起飞着陆能力；⑷ 超声速巡航能力；⑸ 内埋式武器舱与多目标攻击能力等。为满足上述要求应采用当代最先进的技术措施，例如必须采用推重比大于10.0、具有“矢量喷管”的加力式涡轮风扇发动机；各种能减少雷达反射面积的措施；先进的控制技术；先进的金属、非金属材料及先进的加工工艺方法等。 5. 第3.5代战斗机即欧卅四国与法国分别研制的EF2000、“阵风”的主要特点。 6. 为了延长战斗机、轰炸机的航程或留空时间，需采用“空中加油机” 对飞行中的飞机进行加油，加油机是如何对受油机进行加油的。国庆50周年阅兵中，有我国自行研制的加油机。 7. 现代战斗机是高科技的产物，是积各个科技领域最新成果的综合体。发展先进的、新型战斗机是极为艰巨的任务。 全文 各位来宾你们好！ 我们今天要讲的是《现代战斗机的发展》。现在对战斗机的分代是以喷气式发动机为动力的战斗机出现以后，由一九四几年以后到现在，按照时代，按照战斗技术水平分一代、二代、三代、四代。 第一代战斗机很有名，当时抗美援朝的时候，美国是出动的F-86，然后我们中国人民志愿军，而且在早期的时候，前苏联的空军也参加了，就是米格-15。米格-15对美国的F-86，当时是第一次双方的飞机都是以喷气式发动机为动力的进行空战。在“二战”期间，曾经德国的喷气式战斗机飞过，但是当时它以活塞式发动机为动力的轰炸机，所以真正同时都是以喷气式发动机为动力的空战，是在抗美援朝里面。但是这个飞机最大的速度，是低于声音传播的速度，我们叫做低声速的亚声速的飞机，这个飞机的性能是第一代，比较原始一点，现在已经退役了、不工作了。第二代战斗机，是超音速。就是飞机的最大速度是超音速，巡航速度是亚音速，零点八几，所以性能就比较好。以美国为代表的F-104是比较早的，后来20世纪60年代初期，F-4就是“鬼怪”式，说F-4很多人不知道，但是一说“鬼怪”式，很多人都知道“鬼怪”式。然后前苏联米格-21、米格-23，20世纪50年代后期到70年代初期，现在还在服役。 我们现在国内的歼-7战斗机，是在米格-21的基础上，因为我们原来是全套引进米格-21的生产资料生产的，然后再不断改进，所以我们现在歼-7是第二代战斗机。 第三代战斗机就是由20世纪70年代中期到现在，美国为首的以F-15，是1974年开始装备美国空军，小一点的F-16，是1978年装备美国空军的，前苏联包括俄罗斯现在也是这样的。它有一个原则，特别是像武器方面，你西方国家有的，我一定得有，西方国家没有的，我也得想要有。当时由航天器来讲，前苏联绝对是遥遥领先于美国，但是飞机至少在这点它差一点。所以当美国的F-15出现以后，前苏联说我们也得有，我们也得有第三代战斗机，高性能战斗机，所以它投入了大量资金。但是第三代战斗机确实是比较难，前苏联当时大概搞了十几年，光试飞员牺牲，就牺牲了好几个。最后，它比美国晚10年，在1984开始装备前苏联空军，原来一直是苏-27，是在前苏联境内不卖的。后来一直到1989年苏联解体以后，独联体国家经济非常困难的时候，不得已才开始把苏-27卖给国外，现在我们有，印度有。然后它又搞了米格-29，第三代战斗机。现在就是F-15大一点，F-16小一点，苏-27大一些，米格-29小一点，现在是在役机种里面，在世界上最好的机种就是这个。 第四代战斗机就是下一代的，现在正在研制、正在试飞。如果说美国的经济情况比较好，另外也需要，有可能到2005年，美国的F-22，就开始装备空军。美国有了F-22，俄罗斯也不能例外，所以它也搞了两个，一个叫S-37，一个叫1.44，米格集团的1.44很有意思，我们来看看第二代、第三代战斗机情况。 第一代战斗机，现在只能在美国的航空博物馆、中国的航空博物馆，可能俄罗斯的航空博物馆里面能看得见。米格-15，大家一看机头这边是个平头的话，绝对超不了音速，所以它是个亚音速的。 第二代战斗机，就是米格-21。F-4“鬼怪”式， 20世纪60年代非常有名，因为它是第一个用空空导弹，就是飞机上带着一个导弹，空中发射，而且是用电子计算机，第一次在飞机上来遥控空中导弹，来攻击敌机。 第三代战斗机，就是现在在役的，F-15是最好的，但是F-15出口非常少，F-16是大量出口，在海湾战争也好，在好几个战争里面它都出现过。米格-29也是非常好的。大家看到它刚刚爬升在这高度的时候，突然一个鸟一下把一个发动机打坏了，按道理讲米格-29是双发动机的，一个发动机坏了以后没有问题，照样可以把飞机安全着陆，但是它由于飞行高度太低，太低以后就不行了，无法恢复了，如果飞得高一点，一千米、两千米的时候问题不大，可以把飞机像滑翔机一样慢慢弄回来。但是他一看，底下那么多观众在看，摔下来正好要摔到观众席旁边，他一想这不行，一个发动机坏了以后，它只有一个发动机，飞机是有倾斜的，他一个劲地压住压杆，把它压着往那面走，离开群众，战斗机的飞行员都有个弹射座椅，这个弹射座椅有一个安全高度，也就是说在有一定高度下弹射的话，能保证飞行员的安全，过了这安全高度，特别是越飞越低弹射的话，死亡率就非常高，但是他这时候已经早早的低于了飞行跳伞的安全高度，但是他还是把飞机压住，离开了群众以后，最后距飞机离地面两秒钟以前他跳伞了，跳伞以后正好落在这个飞机旁边，受了轻伤。所以当时米格-29有这样一个故事，就是在第一次向世人展示的时候，就出了这个大问题，但是声誉非常好，这个就讲的第三代战斗机。 第三代战斗机到底有什么特点呢？第三代战斗机最大的特点，是它有高机动性能，我们称之为要有空中格斗的战斗机，或者叫空中优势战斗机。要有这个性能的话，非常重要的一点就是飞机上面的发动机的推力，推着飞机前进的推力，要大于飞机的重量，就是我们讲的飞机的推重比要大于1.00，在以往的第一代、第二代战斗机，所有的飞机，包括现在民航飞机、轰炸机，所有飞机都是飞机的重量，远远大于发动机的推力。所以以前的飞机不能竖着走，因为它推力比飞机的重量小，所以飞机不能这么飞，只能斜着飞，因为斜着飞，有了速度以后，在机翼上面产生升力，升力有垂直方向的一个分力的话，就可以使飞机向上。而第三代战斗机最大特点，就是飞机的推力，发动机推力大于飞机重量，所以这时候你看就像起重机一样，把飞机吊着走，这么走的话，当然性能就非常好了。说得很简单，飞机的推重比大于1.00，但是非常难。因为要求飞机上对各种设备，包括它机体都要用比较轻的材料、轻的重量，然后发动机要有很好的心脏，发动机能够很轻，发出很大的推力，所以要采用各种各样的先进技术才行。 我们看看飞机的推重力，以前的歼-6也好、歼-7也好、歼-8都是零点八几、零点九几。“幻影” 2000是零点八几，“鬼怪”式是0.86。 第三代战斗机，F-15是1.163，F-16是1.18,大于1.00,米格-29,也大于1.00,苏-27也是大于1.00。第四代战斗机更高是1.2。所以第三代战斗机，由于飞机上面的发动机推力大于飞机重量，所以能够做这种动作。 苏-27可以垂直上天，那次在北京表演的时候，我就坐在底下看，那真是非常漂亮,但是因为随着高度的增加，空气密度越来越稀，推力就越来越小,所以到了一定高度以后，发动机推力小到了正好和飞机的重量一定时，所以再往上走走不了，你看那个飞机一个尾冲, 快到接近地面的时候，离开了，走了。 另外，一个战斗机能够由莫斯科直飞巴黎，那么长距离，当然要空中加油，空中加了两次油,到了巴黎机场以后，巴黎天气不好，地面指挥他转场，到别的地方去停，飞行员他不干，就是在这种恶劣气候的条件下飞下去，结果他们闯关闯过去了，第三个做了“眼镜蛇”机动动作，我们先不看它的动作，我们飞机在这儿，这个发动机产生推力是向前的，所以在这个位置的话，飞机是肯定向前飞，这是自然规律，这个苏-27就违反了自然规律，所以它引起注意。这个“眼镜蛇”是这样子的，它始终保持这个飞行高度，平飞状态，飞机是平飞的，但是它姿态变了，它在进来的时候，大概是每小时400多公里的速度，比较低，然后抬头， 90度到120度还是平的，然后过了120度再回来,这个改成的速度是每小时100多公里。这个动作美国飞行员去飞，飞不出来。这个飞机能够做一个违反自然规律的这么一个动作能够做出来，说明这个飞机在设计方面，在气动性能方面，在操纵性能方面确实比较好，能够做出这种动作，能够有这么好的操纵性能，这么好的气动性能，然后再加上驾驶员这么好的高超的技术，那作起战来随心所欲，所以实战性能特别好。但是，美国人做不了，后来美国人一看这个动作，一抬头，一收，很像眼镜蛇，眼镜蛇一遇到情况以后，它头一抬，舌头就伸出来对着你，是不是像个眼镜蛇，所以把这个动作命名为“眼镜蛇”机动动作，到现在这个机动动作每次航空表演都要表演，在我们珠海航展上面几次都表演了，非常好看。 第三代战斗机有个特点，大小搭配，轻重搭配，远近搭配，就是不能全搞大的，所以大的就是俄罗斯的苏-27，美国就是F-15，这个航程比较远，航程可以5000公里，作战半径1500到2000公里这么远，但是这个飞机重，飞机起飞重量二十几吨，。但是全搞这个又贵，所以有一个重的，另外再有一个轻一点的、近一点的，前沿这个地方，航程1000公里左右，作战半径300公里、400公里，那就轻。第三代战斗机有轻、重、远、近、大、小搭配，第四代战斗机同样也有这种特点。第一代、第二代战斗机没有这个观点，美国大的、远的、重的就是F-15，轻的、小的、近的就是F-16，俄罗斯大的就是苏-27，小的就是米格-29，这是为了与第四代战斗机呼应，所以就提出了这个。 我们下面讲第四代战斗机，第四代战斗机现在正在试飞阶段，也是正在进行研制阶段。美国F-22是1997年9月7号首飞，到现在还在试飞，要试飞到2005年，才能进行。刚才讲了，俄罗斯以前的苏联，美国有的，它也有，所以美国赶快搞F-22，俄罗斯也赶快搞第四代战斗机，所以它搞了个小的叫S-37，比F-22晚几天，9月25号首飞，它希望能压过美国，但是没压过，它首飞前出了些问题，所以时间往后拖了，这个飞机很特殊，你看我们这个飞机翅膀是向后的，我们称为后掠，你看这个飞机翅膀向前，是前掠的，由于它向前掠以后控制性能不好，所以前面加了两个小翅膀，这个小翅膀这么小，就像“小鸭”，所以我们称之为有个小“鸭翼”，俄罗斯的现在两个新的战斗机，都是前掠的“鸭翼”，它气动性能非常好，操纵性能比较好。另外这是小的，所以俄罗斯还搞了个大的，大的就是1.44，是在2000年2月29号首飞，但是现在俄罗斯由于经费比较困难，到现在还没公布，它到底哪一天能够飞完。美国F-22是个大的，它还搞个小的，叫联合攻击机（JSF），这个攻击机大家一看，更不像一个飞机，什么叫联合攻击机，联合这个意义很多，它这一个飞机可有三种不同的形式，它一个叫常规起降型，跟普通飞机一样的起降，一个叫短距起飞，垂直降落，很短的距离起飞，垂直降落型，第三个在航空母舰上起飞，叫舰载型。所以一个飞机能够有三种性能，三种不同派生的小飞机，而且是能够在一条生产线上面，就把这三个飞机都做出来。 这个飞机的动力装置比较特殊，因为要考虑飞机能够短距起飞，垂直降落，所以垂直降落怎么降落呢？它要产生一个向上的升力，把飞机托着慢慢向下，所以要产生一个向上的升力。短距起飞，是很短的距离起飞，起飞的时候要产生一个向上的升力托住它，所以这个地方要有一个产生升力的装置，除了能够产生向前推进飞机前进的推力以外，还有一个升力，这个飞机它的动力装置现在命名为F-135，你看它起飞前，把前面的罩子打开，把升力风扇的进口打开，排气管打开，尾喷口向下，一直转到90度，这时候前面有一个升力风扇，产生升力向上，后面一个尾喷口向下喷着气，推力向上，这是翼下的两个升力，就使飞机向上。 第四代战斗机，美国有F-22，JSF 联合攻击机，俄罗斯有1.44是大的，有S-37是小的。第四代战斗机第一个特点，要高的敏捷性。原来是讲第三代战斗机，高的机动性，就是拐弯半径比较小，能够为了空中格斗，其中敏捷性很简单，就是在很短时间内，完成机动动作。这个要求只能在飞机上的动力装置上面，要采取就是叫改变推力方向，本来推力是向前的，现在把推力方向改向左、向右、向上、向下，怎么改变呢？改变喷气流动的方向，喷气向后流，推力向前，喷气向下流，推力向上，喷气向上流，推力向下，所以就要一个改变推力方向，实际上就是改变喷气流动方向的一种装置，我们称之为矢量喷管。这个喷口，左右方向可以摇头摆尾，推力按照气流的方向来改变，有了矢量喷口以后，能够改变发动机的推力。 第四代战斗机的主要特点就是短距起飞和着陆能力，就是要短距离，这个也是要矢量喷口，把推力方向改变，本来向前的，我现在向下走，我们现在就看一看有一个很有名的垂直起落的飞机叫“鹞”式飞机，它起飞的时候把尾喷口向下，推力向上，然后就把喷口向后推，喷气向后，推力向前飞了，所以也是改变喷口。但是现在第四代战斗机，就需要有这个机型了，这个是非常有实战意义的，而第四代战斗机第三个特点就要隐身。所以一个作战飞机就是要我这个飞机飞上天，就要把敌方打掉，自己保存，你怎么保存自己，对方发现不了我，你没有目标，导弹往哪里发，所以我一定要有很好的隐身性能，对方发现不了我，我就能生存，能生存就能作战，所以隐身就是生存的一个表现，隐身飞机能够被对方发现的有两个手段，主要的是雷达。另外还有一个就是我们这个尾喷口喷出来的气很热，有个红外辐射热量，然后用红外辐射能量的接收器就能感受这里红外的能量比较大，这里肯定是有个飞机。所以隐身就要从这两方面，主要是从雷达反射，第二是红外。 我举两个例子，像米格-21，这个飞机这么小，由于米格-21这么小的飞机，它没有采取任何隐身措施，所以它在雷达屏幕上反射的面积是四平方米。但你看B-2轰炸机，这么大一个翅膀，上面大概可以有三架米格-21这么大，这么大一个飞机，B-2由于它采用了最先进的隐身技术，在雷达屏幕上只反映有零点一几的平方米，所以这里可以看出来，采取隐身以后，对方发现不了，在现在隐身飞机已经有两、三次作战的经验了。 F-117是最先的一个隐身战斗机， B-2轰炸机像个蝙蝠，这两个隐型轰炸机都起了很大作用。另外B-2轰炸机采用了一种，叫电空气动力学，这个比较难，它在飞机上面相当于一个电容器，它在机头前部分产生一个正电荷，然后尾喷口排出的气里面产生一个负电荷，正负电荷之间有一千五百万伏电压，所以整个飞机相当于一个大电容器，然后在正负之间涂上一层吸磁性的材料。所以B-2轰炸机和F-117不一样，它是很薄的一个东西。俄罗斯根据现在资料，但是没有确定到底是怎么弄的，它是一个等离子发射器，在飞机上装了一个等离子发射器，等离子发射器在飞机周围，用等离子把它包围，这个等离子就能够把雷达波吸收了反射回去能量小。 另外还有一个特点，就是第四代战斗机，不管是F-22也好，还有JSF联合攻击机也好，它是内埋式武器舱，外面不挂武器，它的武器全部是在舱里面，用的时候打开，不像有的飞机外面挂了那么多，当然发射起来比较方便，但是阻力大，飞机阻力大，影响飞机性能，装在一个舱里面，要发射，先把舱门打开，就能够发射出去了。第二个是具有多目标攻击能力。以前发射导弹，碰到敌机以后，那边也有一架飞机，三架飞机，然后选中一架，发射一颗导弹打这个飞机。现在如果有三架飞机的话，我一发射，可以同时打三架飞机。另外，现在不管是第四代战斗还是第三代战斗机，因为飞机终究它的起飞重量有限，有一个距离的问题，它油量就不够，所以现在一定要空中加油，空中加油机用于对飞行中的轰炸机、战斗机来进行空中补油，这样就可以延长飞机的航线或者是停空时间。就是前面有一个加油机，加油机一般都是用运输机改的，里面不装东西就装油，然后，后面是受油机，接收油的，加油机后面伸出一个加油管，后面的加油员可以控制它，上下动、左右动，这个受油机上面有一个接收油的接收管，然后飞机一碰，碰上去以后，“哗”一下子，大量的油通过一个功率非常大的油泵把油送过去，一下就解决了。 第四代战斗机还有一个特点，就是超声速巡航，我们说巡航就是要省油多飞，但是超声速的以前都要开加力燃烧室，很费油。现在第四代战斗机有一个超声速巡航， F-22以超音速1.5倍的速度来巡航，这时要求发动机推力特别大，飞机阻力要特别小，就这个超声速巡航能力，才能算是第四代战斗机。欧洲搞的这两个飞机，由于别的性能都可以，就是不具备超声速巡航能力，因此，我们称它是第三代半，所以你不是第三代，但是够不到第四代，现在正在飞，而且也开始装备部队了。 现在我回过来谈谈我们在不保密的情况下，讲一讲我们航空的现在。我们建国50周年来，航空工业跟别的工业一样在突飞猛进的发展，到1998年也就是国庆50周年前一年底统计，我们一共生产了军机，各种军机主要是战斗机，一万三千多架，民机一千五百多架，民机包括运输机、旅客机等，发动机五万多台，是为我们空军、海军、陆军提供了战斗机、轰炸机、攻击机、直升机等，为民航也提供了大量的飞机。当然现在的战斗机是非常难的，是高科技的一个集中的产物，因为现在的战斗机，要集中到现在最先进的、最前沿的各方面的科技方面的、工业生产方面的先进的技术，包括气动，包括材料，包括结构，包括控制，包括计算机等等。因此，航空工业，是要各个方面、各行业支持的。所以，让我们共同携起手来，为把我们伟大祖国，不仅是航空，建设一个繁荣富强的社会主义强国而努力。 |
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