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歼-31
发布时间: 2013-05-22 作者: 访问次数: 57

歼-31是沈阳飞机工业集团研制的最新一代(欧美旧标准为第四代,新标准以及俄罗斯标准为第五代)双发中型隐形战斗机,代号“鹘鹰”,其采用双发、单座、固定双斜垂尾、无鸭翼、蚌式进气道。目前猜测主要用途有三种:一是与我重型隐形战斗机歼-20形成高低搭配;二是拟推出的隐形战机出口型号;三是发展为替代歼15战斗机的新一代隐形舰载战斗机。2012年10月31日上午10时32分,歼-31成功首飞。中国成为世界第二个同时试飞两种五代机原型机的国家。

一、 简介

歼-31是沈阳飞机工业集团研制的最新一代(欧美旧标准为第四代,新标准以及俄罗斯标准为第五代)双发中型隐形战斗机,代号“鹘鹰”,其采用双发、单座、固定双斜垂尾、无鸭翼、蚌式进气道。目前猜测主要用途有三种:一是与我重型隐形战斗机歼-20形成高低搭配;二是拟推出的隐形战机出口型号;三是发展为替代歼15战斗机的新一代隐形舰载战斗机。2012年10月31日上午10时32分,歼-31成功首飞。中国成为世界第二个同时试飞两种五代机原型机的国家。

二、 气动布局

从当前已知的图片资料看,该型机是一种单座、双发、双垂尾的常规布局飞机,通过人体、车辆,该型机长度在16~17米左右,翼展在10米上下,属于典型的双发中型战斗机,机体整体体积介于F-15和MIG-29之间,机翼面积约40平方米。机头、机身呈菱形,双垂直尾翼向外倾斜,垂尾、主翼、平尾后缘前倾,使用带锯齿的起落架舱,属于基于隐身设计的战斗机。

1.主翼

由前所述,该机为常规布局,该型机主翼后掠角中等,展弦比较小,安装方式是四代机标准的进气道上缘位置,以提高机身和进气道升力体效应的使用效果。主翼的厚度较薄,属于针对超音速优化的小展弦比中等后掠角薄翼型方案。

其相对面积较小,与F-22超过78平方米的巨大机翼相比,其较小的机翼对盘旋性能有较大的影响,同时巡航状态的升阻比较差,影响航程,当然其超音速阻力会有一定优势。

机翼后缘安装有全翼展单块襟翼而没有使用襟翼-副翼分离的设计,襟翼打开角度较大,这主要是针对短距离起降和舰艇使用,全翼展大幅襟翼可以使得着舰-起飞速度降低约10节。

但是这个设计的奇特之处在于,全翼展襟翼设计主要是针对上舰,但是因为舰载机需要折叠机翼的缘故一般都是采取两段式的襟翼方案,每侧机翼使用两台作动器分别驱动两个翼面动作,而四代中型战斗机则采用了完整的单个全翼展襟翼,在上舰改造后还必须再在外侧增加。

一对作动器以驱动折叠翼段的后缘襟翼/副翼,增加了改装的复杂性。为何不采用两段式全翼展襟翼,是需要待后续资料进行分析的。或许该型机可能采用类似F-35C的方式,极大的加大翼展,在增加的外翼宽度上布置新的襟翼-副翼,但是这样凭空增加新的控制面必然带来控制律的不通用性,增加研制的复杂程度。

2.平尾

平尾采用了和主翼类似的设计,平尾前缘和主翼前缘,平尾后缘和主翼后缘相互平行,这主要是为了减少雷达波散射的强波束方向。平尾安装位置较为靠后,平尾后缘在发动机喷管之后,可以提高配平力矩。

但是其向后伸出的距离比F-15、F-22和F-35来说较短,设计相对保守。同时该机虽然采用了靠后的平尾,却没有和类似设计的F-15和F-22一样采用两侧尾撑设计,舵机安装在发动机舱两侧,转轴本身相对于尾翼靠前,需要较大的操作力矩,而且有卡轴的风险,这是其设计中比较奇特的一点。

3.垂尾

向外侧倾斜的垂尾,可以有效降低雷达散射,同时也可以使得垂尾部分避开前机身拉出的涡流,提高在大迎角状态的可控性。其面积较大,应该是为了提高高速下的方向稳定性的目的,这一点在F-22上表现较为明显。从这一点看该型机将主要针对超音速性能进行优化。

4.边条

涡升力是60年代以来,飞机气动领域的革命性变化,在主翼之前,利用各种涡流发生装置产生涡流,其流过主翼可以产生强大的升力以提高飞机的升力系数和抬头力矩,配合静不安定设计可以极大的提高飞机升力。常用的涡流发生装置包括了幻影2000上的小型固定副翼、J-10的鸭翼和F-16的边条。

在四代战斗机上则出现了新式的“棱线”式涡流发生装置,其利用升力体原理,利用机身本身来产生升力,尤其是菱形机头、船型进气道的边线,其效果与传统的边条相当甚至更为强烈,而且可以有效减少边条增加的机身湿面积和阻力。同时菱形机身和船型进气道本身也是减少散射的重要隐身措施,一举多得的“棱线”是四代战斗机性能优势的重要来源。

该型机上没有采用传统意义的独立边条,而是采用四代机特有的三段式“棱线”边条,采用了菱形的机头和船型(两侧壁向外倾斜)进气道,配合精心设计的折现,同时兼顾了隐身和增升,从各国经验看是较为先进的设计。

5.评价

中国第四代中型战斗机机身设计与F-22颇多相似之处,属于典型的常规布局中型战斗机,主要设计方向是针对超音速机动性方向,主翼较薄,后掠角在40度左右,是比较适合高速机动的后掠角。但是其长细比相对于F-22较小,可能会是影响其高速性能的难点,可能基于此而采用了较小的翼面积和展弦比,以较高的翼载荷换取较小的超音速阻力,当然会牺牲一些盘旋能力和航程特性。

在气动设计上,完全基于隐形需求而设计外形轮廓的,基本上沿用了比较成熟的隐形飞机设计思路来的,如果能保证设计的精细和加工的细致,可以实现较好的隐身特性,其隐身效果可能与F-35类似,满足大部分作战需求。

三、 机身设计

1.起落架

该型机的起落架设计和中国第四代重型战斗机歼-20设计类似,都采用安装在机翼根部,向前折叠到进气道侧面,这个安装方式是连接强度最强、抗冲击力最好的方式,美国的F-14重型舰载机和需要舰载的F-35都采用了这个安装方式,当然都是装入翼根而不是装入起落架侧面。F-14翼根是可变翼的固定翼段,空间充足,而F-35不需要考虑超音速能力,因此直接用最简单方式装入翼根,其起落架舱的突起使得其高速性能受到很大影响。

而第四代战斗机中需要追求超音速能力的F-22,则采用了进气道下侧安装起落架,收入进气道侧壁方案,结构简单、重量轻,同时不影响机翼外形,但是其抗冲击能力较弱。歼-20和第四代中型战斗机采用这个独特的方案,主要是要求同时兼顾起落架坚固性和超音速能力,当然也提高了设计的复杂性和重量。

从起落架设计可以了解到,中型四代战斗机是要求有较好的短距起降能力和超音速能力,从这些需求可知,该型机带有很浓厚的舰载战斗机色彩,设计上为舰载设计做了相当的优化。

2.进气道

中国第四代中型战斗机机身正面看,没有附面层吸除隔板,从这一点判断其采用的不是加莱特进气道,很可能是DSI进气道,当然也可能是90年代601所针对SU-27改进提出的可调式鼓包进气道。

DSI进气道是利用一个基于计算流体力学设计的鼓包达到消除空气附面层和对空气进行预压缩的作用,可以有效降低进气道重量、减少进气道缝隙数量以降低雷达反截面积,最早于F-35战斗机开始应用,而中国为巴基斯坦研制的FC-1“枭龙”战斗机则是最早使用该型进气道的服役机型,歼-10B战斗机和第四代重型战斗机歼-20也采用了该技术。

因为起落架舱设计在进气道侧壁,所以该机进气道不是采用的直筒进气道,而是S型进气道,可以利用进气道遮蔽发动机叶片,减少雷达波反射。

3.弹舱

第四代战斗机需要追求隐身性能,所以必须尽可能减少飞机外表面各种突出,而外挂的武器弹药和副油箱就是外表面最强烈的反射源。所以第四代战斗机设计上,都将常用的武器都放入机身弹舱内,弹舱也成为了整个机体设计上最难点,其增大了机身内部体积造成空重的大幅度上升,同时还使得机身变宽变厚加大阻力。

第四代中型战斗机的机身,相对F-22和歼-20来说较为瘦削和单薄,在发动机直径相差不大的情况下其弹仓高度和宽度都必然较小;同时由于起落架收入机身侧面,其也无法像F-35一样利用进气道侧面空间布置大型弹舱只能和F-22和歼-20一样在机身下部布置弹舱。

从其机身厚度分析,如果采用类似F-22和歼-20的同时具有乱序发射-高G机动发射-大迎角发射-高速发射能力的大型弹射挂架,其较薄的机身只能安装如MICA类似大小的较小体型空对空导弹,如果采用类似F-35的较为简单的挂架设计,则可以携带如PL-12这样的标准尺寸空对空导弹。

当然这主要是针对雷达制导中距离空对空导弹,小巧的红外制导近距离格斗导弹需要在发射前就锁定目标,因此在F-22和歼-20上设计了复杂笨重的侧弹舱,可以再高速机动状态下将导弹伸出机体外,用红外导引头捕捉目标然后发射,由于该机机身侧面被起落架舱占据,同时机身长度也不如歼-20那样可以在安装起落架舱后仍然有空间布置格斗弹舱,因此该机应该没有携带格斗弹舱的能力。