2001畅想“黑丝带”
- 来源:瞭望东方周刊
- 关键字:2001,畅想,黑丝带
- 发布时间:2011-02-16 13:02
1月11日晚，中国国防部外事办公室副主任关友飞在回答有关“歼20”战斗机试飞问题时表示，中国发展武器装备不针对任何国家和特定目标。从时间上看，没有任何针对性，是正常的工作安排。
这位54岁的少将表示，中国根据国防和军队建设总体规划，发展了一些武器装备，这是维护国家主权、安全和领土完整的需要，也是顺应世界新军事变革、新型武器装备不断出现的需要，不针对任何国家和任何特定目标。应该正确评价和看待中国的军力发展。
关于试飞活动也是这一原则，不针对任何国家，也不针对美国国防部长盖茨访华，是一次正常的工作安排，关友飞说。
此前，国防部长梁光烈在与美防长盖茨共同举行记者会时也强调，中国武器装备的发展，与发达国家相比还有很大差距。中国发展武器装备绝对不针对任何国家，也不会对任何国家构成威胁，完全是为了维护主权和安全的需要。
2010年12月下旬“歼20”图片在网络上一出现，就激起了国人的巨大热情。“黑丝带”---黑色的第四代战机，成为人们给予它的昵称。
震惊、喜悦，还有一些怀疑，这些情绪并不妨碍公众热烈参与到讨论之中。有人提起同样处于“传说”中的航空母舰，还有人讲起朝鲜战争中的“米格走廊”，总之，种种元素再次勾起了中国人对于国家实力的热情想象。
一位网友这样评价说：“黑丝带”的问世，是2011年新年最好的礼物，它让中国人看到了中国在经过几十年的技术沉淀后井喷期带来的巨大希望。
“中国先进战斗机之父”十年前勾画轮廓
在世界军事航空领域，对喷气式战斗机的发展有“四代说”、“五代说”两种划分方法。其中，俄罗斯将美欧的第二、第三代战机分为三个阶段。事实上，俄罗斯所谓的第五代战机即T50、1.44等，相当于美国的第四代战机如F22、F35。
中国航空博物馆飞行技术顾问程昭武告诉《瞭望东方周刊》记者，这一代战机因为其四大特性而被称为4S战机：超音速巡航，超机动性，超视距打击，超隐身性能。
有趣的是，2007年，美国空军和研发F22、F35的洛克希德.马丁公司突然开始将这两款战机称为“第五代战斗机”，即“新五代说”。但在国际上，通常还是将与F22、F35、T50相当的战机称为第四代战机。而根据俄罗斯的划分方法和“新五代说”，备受关注的“黑丝带”也可以称为“黑五代”。
早在2001年8月，由中国工程院主办的《中国工程科学》公开发表了成都飞机设计研究所四位科研人员所著的《一种小展弦比高升力飞机的气动布局研究》一文。第一作者宋文骢院士被称为“中国先进战斗机之父”，曾领衔“歼10”的设计研发；第二作者谢品为国产“枭龙”总设计师。
文章描述了当时科研人员在经过大量实验后对中国新一代战机的设想，并就如何解决主要设计矛盾提供了具体解决方案，最后提出了一种“未来战斗机”的设计方案。
10年后，当一些资深军迷看到“歼20”的外形后才恍然大悟：至少在2001年，中国人就已经开始勾勒自己的第四代战机。
从“歼20”图片上可以看到，它采用了单座、双发动机、双垂尾、带边条翼的鸭式气动布局。
气动性，是指飞机、导弹在飞行状态下，由所受到的升力、阻力、力的方向、大小与其本身的截面、长度、推力、稳定性等影响飞行物飞行的客观因素所组成的一个函数值，由这个函数值来决定飞行物的外形。
通俗地说，鸭式布局是指在扁平状的机头旁侧设置一对机翼---前鸭翼。除了“歼10”，俄罗斯的下一代战机1.44也计划使用这一设计。“黑丝带”的鸭翼略有上反，这种情况被称为“上反鸭翼”。
边条翼是上世纪50年代中期出现的一种新型机翼，一些第三代战机采用了这种设计。具体而言，在主机翼根部前方处，加装一后掠角很大的细长翼所形成的复合机翼，称为边条翼。所谓后掠角，即向后倾斜的角度。
和F22、F35、T50等相比，“黑丝带”的主机翼更粗、更短，在航空学上称为“小展弦比”。同时机翼向后斜，称为后掠翼。
“黑丝带”的两个尾翼垂直于机体，较F22、F35、T50等更小，可以操纵偏转，称为“全动尾翼”。
“黑丝带”的进气口在机身两侧，而且从起落架舱设在机身侧面来判断，“黑丝带”的进气道设计采用了S形弯曲。
根据经典航空理论，强大的气动性能设计可以更好地弥补发动机的不足。同时，修长的机身等设计会使其具有更快的速度，增强超音速巡航能力。高速一直是俄制战机的典型特色，比如曾被中国广泛引进的米格系列战机。人们对于“歼10”外形的印象就是“修长”。
也有网友对“歼20”的鸭翼等设计提出质疑，认为这些有助于“飞行能力”的附加装置会大大影响隐形性能。
如何更快、更机动
事实上，上述设计大多出现在《一种小展弦比高升力飞机的气动布局研究》一文中。从这篇文章可见，中国的顶级飞机设计师们在10年前已希望通过创新设计解决新一代战机的主要设计矛盾。
这篇论文首先提出：“未来战斗机”除了具备近代先进战斗机的中低空机动性外，还要具备超声速巡航能力，以及过失速等非常规机动能力。同时，隐身特性也是一个需要重点考虑的因素。
隐身要求带来了新的气动力设计困难。机身前端的隐身，对机翼以及进气道有更高要求；侧向隐身则要求机身剖面形状和尾翼布局形式与之相适应。“这些约束和要求必须从布局的初始阶段融入设计。”
同时，现有气动力设计措施不足以解决超音速阻力以及低速情况下最大升力特征之间的矛盾。
它可以简单地解释为，高速飞行与低速机动之间的冲突。即如何飞得更快，又能创造更大的利用阻力和升力比值，使飞机获得更大的升力，最终实施完美的空中动作。“现有的气动力措施不足以解决这些矛盾，必须寻求新的解决途径。”
过失速机动问题则是10年前先进战机设计的第三个主要挑战。
战机在机头仰起一定角度、即大迎角后会出现失速情况。但这种动作可以使战机超常规地调整自身位置和姿态角度，在空战中从被追逐、锁定的被动位置快速转到敌机后等主动位置。俄罗斯“苏27”战机赖以成名的“眼镜蛇”动作就是一种过失速机动：战机竖起就好像眼镜蛇立起身体。
研究者们在文中特别强调，应发展新的设计概念解决这些问题。特别是各种非常规的气动力控制装置。
根本措施之一就是升力体边条翼鸭式布局。传统意义上的升力体是指用三维设计的翼身融合体来产生升力，消除机身等所产生的阻力。
作者认为传统的鸭式布局或边条翼设计并不能提供更大的升力，但当时还没有一种鸭式布局的战斗机采用升力体布局，因为鸭式布局要求鸭翼必须高于机翼。
作者在论述此问题时引用了多项相关风洞试验结果。在这篇6页的论文中，有6处基于风洞试验的图表，以及另外两处相关计算表格。
根据新华社、《解放军报》等消息，最迟2005年，四川西北的群山深处已建有一个总体规模居世界第三、亚洲第一的风洞群。中国自行研制的各种航空航天飞行器，都要在这里进行空气动力试验。
风洞试验证明，创新性的融合设计会使鸭翼的效果有所减弱，但其总升力大大提高。
作者最后提出了一种“未来战斗机”方案：采用升力体边条翼鸭式布局。有小展弦比中等后掠角机翼、较大面积的上反鸭翼和比常规战斗机垂尾面积小一个量级的全动垂尾，腹部进气法和S弯进气道。“经过评估，该方案具有优秀的超音速阻力特征、大迎角升力特征、大迎角稳定性和控制性，并具有良好的隐身特征。”
除腹部进气口外，以上设计的其他特征与“黑丝带”基本相符。虽然上述设计在“歼10”也有所体现，但“黑丝带”真正全面贯彻了升力体边条翼鸭式布局的创新性设计。
专业人士多次宣示信心
根据新华社、中央电视台等媒体引述资料，美国在1991年12月确定了F22的外形，并制造了风洞试验和测定雷达反射截面使用的模型；开始准备内部设计和飞机制造用的工具。俄罗斯的T50在90年代中后期完成了类似规划。
在上述论文发表5年后，即2006年11月的珠海航展上，中航工业首次公布了新一代有人战斗机自主设计概念方案。
不过根据当时公开展出的模型，新一代战机虽然使用鸭嘴布局，但为前掠翼方案。
前略翼则是指主机翼向前倾斜。而且模型显示，它只装配了一台发动机。这是轻型战斗机的常用模式。
此后，不仅类似模型多次出现在各类国内外航展上，军方及科研人员也在公开场合对此发表谈话。
其中最著名的一次是2009年11月，空军副司令员何为荣在接受中央电视台采访时表示，中国的第四代战机在紧锣密鼓地研制之中，很快要进行首飞、试飞，之后会很快装备部队，“可能还有八到十年吧。”
不久，空军有关部门负责人在接受中央电视台《防务新观察》采访时表示，媒体所称的“四代机”，是指“歼10”改进型系列飞机。
此间，工程技术人员则不断表达了对新一代战机的信心。
2007年3月，中航工业网站刊登了对中国工程院院士李明的采访。曾任沈阳飞机研究所总设计师的李明在谈及第四代战机时说，“如果项目及时立项，我们的研发周期也将显著缩短，距离美国的差距应在15年至20年，当然，我们还面临着一些困难，飞机研制的产业链很长，我们需要后续的技术储备。”
他特别提到：“我们的发动机性能还相对滞后一些，从长远来看，我们的研发部门应在应用基础研究上下些功夫，当然，我们经过歼8、歼10系列的研制，已建设了一支队伍，积累了较丰富的经验，所以搞第四代机我们还是充满信心的。”
对于中国空军装备，他分析说：“我们长期以歼击机为重点，作战支援飞机还不是很配套，我们已意识到这个问题，也正在给予重视。”
2009年秋，中新社的一则消息说，“歼10”副总设计师张继高也对中国新一代战机表达了信心：“我们一直在追踪研究国外最先进的飞机与技术，包括美国的F-22、F-35，还有俄罗斯米格1.44。我们有信心有能力研制出更好的战机。”
他认为，从中国的经济实力到科研实力，可以讲中国的第四代战机能够达到、超越F22的水平。“但何时能够达到、超越还不好说，个人估计要以10年为单位。”
而在2006年12月29日下午，新华社播发了一条400多字的消息，向全世界宣布了中国第三代战斗机---“歼10”已经形成战斗力。
特别值得注意的是，2009年4月，中央军委委员、海军司令员吴胜利上将接受新华网采访时也透露，中国海军将研制新一代舰艇飞机。在他列举的新一代装备中，“超音速巡航作战飞机”名列研制大型水面战斗舰艇、水下自持力和隐身性能好的新型潜艇之后，居第三位。
“黑丝带”全面亮相再等10年？
其实从2006年至今，在新华社、中央电视台等有关中国航空成就的公开报道中，至少出现过五种以上外观不同的“新一代战机”模型。
从另一个侧面，还可以看到中国新一代战机面临的严峻挑战。
1月6日，当“黑丝带”已经引起人们巨大的关注时，《解放军报》曾发布消息，中央军委表彰飞机发动机专家，甘晓华记一等功。
《解放军报》说，甘晓华是空军装备研究院总工程师，从事飞机发动机研究工作26年来，组织、参与了多项重大课题攻关，在核心技术、关键技术领域取得重大突破，先后获得国家科技进步二等奖3项、军队科技进步奖一等奖4项、发明专利5项，被评为“全国杰出专业技术人才”。
此前，甘晓华在接受中国科学院机关报《科学时报》采访时曾表示，长期以来，我国对航空发动机研发的技术难度认识不到位，对技术的投入不足，型号研制率也远远不够。
这则报道说，美国和欧洲为了不断保持航空发动机的世界领先地位，实现战略垄断，每隔几年就出台一个航空发动机发展计划，在相关技术研发上投入几百亿到几千亿美元。中国最近几年经过上下共同努力，也出台了几个发动机发展计划，经费在几千万到几亿元人民币。
不过，甘晓华形容这仍是杯水车薪。“我国一型航空发动机的研制，最多只能安排30余台发动机进行实验、试飞，而俄罗斯一型同类发动机却能安排到60多台。”
2008年全国“两会”时，这位全国政协委员还提出，目前航空发动机科研人才流失严重，建议提高科研人员待遇。
甘晓华以民用飞机为例，2007年中国自主设计的支线民用飞机ARJ21也是用国外的发动机。一般的民用飞机发动机研发费用至少需要五六十亿，大飞机的发动机研发更需耗资上百亿。而现在因为没有专项研发经费，科研人员只能陆续获得一些研发费用。科研人员的待遇也一直处于较低水平。
正是在这种条件下，中国的航空发动机研究仍不断取得突破。
目前发动机技术的核心是推重比。所谓推重比就是发动机能产生的推力和它本身的重量之比，推重比越大意味着同样重量同样大小的发动机可以产生更大的推力。第三代战机的推重比都在8左右，全球唯一投入装备的第四代战机F22的推重比在10左右。
根据《中国航空报》等消息，2005年4月我国新一代航空发动机核心机点火一次成功。这台我国自行研制的首台高推重比涡扇发动机核心机，检查性点火试验一次成功，并顺利推到慢车状态。核心机是发动机的关键部位，只有核心机成功后，发动机的基础才算完成。
2009年，在“歼10”全面发布后，宋文骢入选当年“感动中国年度人物”。他在接受《中国航空报》等媒体采访时谈及“歼10”有20年研制历程，“就是一个不断优化迭代的过程，困难就是前进的动力”。
从2001年“未来战斗机”的设计方案初现轮廓算起，到今天试飞消息确认、万众瞩目惊鸿一瞥，已经过去了10年。“黑丝带”正式亮相，中国人是不是还需要再等一个10年？■
战机划代标准
根据2009年底空军有关部门负责人在中央电视台的表述，对于作战飞机的划代表述，世界主要军事强国不尽一致。美国将突出中低空、亚跨音速机动性的F15、F16战斗机划分为三代机，将突出隐身、超音速巡航和超机动性能的F22、F35战斗机划分为四代机。而俄罗斯则将米格29、苏27／30战斗机划分为三代机，将苏35等三代机改进型飞机划分为四代机，将具有隐身、超音速巡航和超机动性能的新一代战斗机划分为五代机。这位负责人表示，我国作战飞机主要是在引进、仿制俄制装备的基础上进行的自主创新发展，媒体所说的“四代机”是指歼10改进型系列飞机。
第四代战机一览
F22 美国洛克希德.马丁公司为美国空军研制的21世纪初主力重型制空战斗机，主要用于替换美国空军现役的F-15战斗机，在美国空军武器装备发展中占有最优先的地位。1990年原型机首飞，1997年样机首飞，已经于2005年服役，目前预定建造的180架已经全部交付空军，但美国空军希望能拥有380架，而最早的装备计划更是多达750架。
F35 洛克希德.马丁公司设计的中型战斗机，目前正在试飞，预计2014年开始装备美国空军、海军和陆战队，其总体布局就像缩小版的F22，但与F22相比较为低端，隐身能力无法与F22相媲美。有媒体报道说，为了兼容陆战队型号的垂直起降要求，不但不具备超音速巡航能力，甚至最大时速不过1.6马赫，是最近50年来的战斗机中最慢的，非常不利于空战。其设计目标和执行的任务70%是对地攻击，30%是制空任务。将成为美军以对地攻击为主的多用途战斗机，替代退役的第三代战机。此外还将作为惟---款可购买的高端战机出口到美国的诸多盟国。
T50 俄罗斯苏霍伊设计局刚刚推出的第四代战机，总体基础在大获成功的苏27的基础上改进，2010年1月29日上午首飞。此外，俄罗斯还在研制代号为1.44的新一代战机。
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