横看成岭侧成峰——也谈战机的抗过载之一.战机篇

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/28 07:58:23
横看成岭侧成峰

——也谈战机的抗过载之一.战机篇


2015年1月17日,空军之翼网站转载了侯知健的博客《从歼-10的经验教训推测歼-20的抗过载设计》(以下简称“《侯文》”)一文,随后各大网站和微信客户端转载和转发了此文,引发了很多网友的关注和讨论。兵器迷一边看,一变手痒。周末两天就爬格子,从《侯文》的一些观点出发,补充介绍一些战斗机过载方面的知识,同时提出一些个人的浅见。希望有助于大家对同一个课题,从不同的角度去了解事实、学习知识和分析研究,用更加专业的态度进行讨论。

所谓飞机的过载(英文overload),是指飞机引擎推力与气动力(战机外形、舵面、翼面)二者的合力,除以重力得到的比值。从这个定义,我们知道,过载的产生,主要来自于发动机或者气动两方面。

在飞行过程中,比如左右大坡度盘旋、左右横滚、半滚倒转、斤斗、半斤斗翻转这些动作会产生大于1的正过载,而俯冲、倒飞,或者快速爬升后改平时,则会产生小于1甚至小于0的负过载。负过载的程度有限,不利影响相对较小,主要矛盾集中在正过载上。

可是,产生的过载再高,战斗机和飞行员对于过载的承受能力也是有限的,一般只能达到-3G到+9G。那么,如何提高载人战机的过载承受能力呢?

抗过载的方法主要有三种:提高飞机本身的抗过载能力,提高飞行员的抗过载能力,提高飞行控制系统对过载状态的控制能力。由于《侯文》并未谈到飞控,本文就分别谈谈前两个方面的问题。

说是两个问题,看情形应该有三篇。嗯,争取春节前能都发出来。

第一篇 浅谈飞机的抗过载

《侯文》认为:
“由于我国长期匮乏高过载飞行经验,设计方意图和用户意见常常冲突;在歼-10相关部分的论证设计过程中,就因此出现了明显的不协调和自相矛盾”。
“现在的歼-10…和最新一代战斗机的要求却仍然有着很大的差距”
“西方国家现在已经实现了超过10G过载持续45秒的成绩”

兵器迷认为:

一、战斗机的高过载飞行经验和抗过载能力,是一个不断在理论研究和飞行实践中逐步增长的过程。

比如:美军二代机F4的最大使用过载是4-6G
三代机F15A/B/C/D的最大使用过载只是7.33G
三代机F-16和F/A-18的最大使用过载也就是7-8G,
四代机F-22已经达到了10G,瞬时使用过载12G。

相比之下,白手起家的中国空军的进步更是一个徐图阶进的过程:
1962年定型的初教6,螺旋桨机,仅仅为2-3G
1948年列装的米格15是4-4.5G。(当年的飞行员在米格飞米格15的筋斗时,进入速度700公里/小时,顶点速度350公里/小时,载荷是4—4.5G,持续时间42秒)
1960年批产的歼6达到5-5.5G
1966年列装的歼7达到5-7G
1980年列装的歼-8达到6-7G
2004年的歼10达到7-8G

从上述数据看,中国空军战机无论是二代机还是三代机,与美国同代飞机相比,最大使用过载基本相同。土共的空军从建国后的地方业余队水平起步,40年时间能追到国家队中的三甲之列,不易了。

肯定进步的同时,兵器迷仍然同意《侯文》的意见,即中国空军高G机动飞行的经验曾经长期匮乏。这是因为,现代意义上的战斗机高G机动,广义上是指超过1G的过载,但狭义上一般是指7-9G的正加速度过载(专业术语+Gz)。这需要三代以上的战机才能达到,而中国三代机的装备时间,比美国要晚许多年。

以双发三代机为例:美军的首批F15于1974年11月交付使用。对比之下,1992年6月27日,8架SU-27SK单座型和4架SU-27UBK双座教练型,才由俄罗斯后贝加尔军区的吉达机场起飞,经蒙古领空,于当日上午10时15分飞抵中国安徽芜湖空军基地,列装空3师9团。晚了将近18年。

以单发三代机为例:F-16于1978年底开始交付美国空军部队使用。对比之下,2004年1月,歼-10列装空44师132团,晚了25年之多。

这是问题的一面。而另一面是,从列装SU-27开始,中国空军已经有了22年的双发三代机飞行史,从列装歼10开始,又有了11年的单发三代机飞行史。如今三代机的生成和装备数量,也仅次于美俄。因此,说中国空军“长期匮乏高过载飞行经验”, 这是一个事实,也是一个在上述过程中正不断消亡的事实。

更重要的是,在这个漫长而艰苦的过程中,中国空军对战机高过载飞行的经验逐步积累,有关飞机载荷与机体强度和刚度的关系理论研究逐步深入,相关产品和材料的标准规范逐步完善。

在1985年版的国军标当中,中国军用飞机的强度和载荷标准开始形成成套的体系:
GJB 67.1军用飞机强度和刚度规范总则
GJB 67.2军用飞机强度和刚度规范飞行载荷
GJB 67.3军用飞机强度和刚度规范其他载荷
GJB 67.4军用飞机强度和刚度规范地面载荷
GJB 67.5军用飞机强度和刚度规范水上飞机的水载荷和操作载荷
GJB 67.6军用飞机强度和刚度规范可靠性要求和疲劳载荷
GJB 67.7军用飞机强度和刚度规范气动弹性不稳定性
GJB 67.8军用飞机强度和刚度规范振动
GJB 67.9军用飞机强度和刚度规范地面试验
GJB 67.10军用飞机强度和刚度规范飞行试验
GJB 67.11军用飞机强度和刚度规范核武器效应
GJB 67.12军用飞机强度和刚度规范文件和报告
GJB 67.13军用飞机强度和刚度规范声疲劳

到1996年版,中国军用舰载飞机的强度和载荷标准也已经形成了成套的体系:
GJB 2750舰载飞机强度和刚度规范总则
GJB 2751舰载飞机强度和刚度规范飞行载荷
GJB 275 声纳导流罩声性能测量方法
GJB 2752舰载飞机强度和刚度规范其它载荷
GJB 2753舰载飞机强度和刚度规范地面载荷
GJB 2754舰载飞机强度和刚度规范可靠性要求、重复载荷、疲劳和损伤容限
GJB 2755舰载飞机强度和刚度规范振动、颤振和发散
GJB 2756舰载飞机强度和刚度规范核武器效应
GJB 2757舰载飞机强度和刚度规范机体系留
GJB 2758舰载飞机强度和刚度规范地面试验
GJB 2759舰载飞机强度和刚度规范飞行试验
GJB 2760舰载飞机强度和刚度规范数据和报告

到2008年版,大幅优化和完善的上述标准的新版本得以颁布。

也正是在这样数十年不断的积累和完善,为中国三代机和四代机抗过载能力的提升,打下了必要的理论基础。

二、歼10的抗过载水平,在设计、制造和改进过程中,逐步得到了检验和提高,达到了国外三代机的主流水平。

歼10在设计中,根据断裂力学原理,利用计算机进行有限元分析;在主承力梁、机体隔断框、机翼翼梁等主承力结构中广泛应用钛合金材料;在舵面、翼面等次乘力结构上广泛应用T300碳纤维复合材料(相关详情请见:兵器迷的天空的新浪博文——丝丝入扣凭谁取,片片出云任我翔),决定性的提高了战机的强度,从而改善了整机的抗过载能力。其最大使用过载达到了7-8G。在瞬时最大过载上,达到了9G过载持续15秒,6G过载持续45秒的水平,与F16是相同的。所以从横向对比来看,歼10作为中国空军的第一款批产三代机,已经基本达到了国际主流三代机的抗过载水平。从公开信息来看,歼10的设计寿命5000小时,起降架次7500次,服役寿命20年。歼10飞行团的可执行任务率之高,训练强度之大,也都反映出这是一款先进成熟的战机,

因此,“现在的歼-10…和最新一代战斗机的要求却仍然有着很大的差距”一论,似乎有些过苛。从三代机的数据比较看与,歼10的抗过载能力并不逊色。而所谓“西方国家现在已经实现了超过10G过载持续45秒的成绩”,其实并没有在西方三代机上实现,而是在四代机基础上的试验数据。就是比较,也理应拿歼20去比。即便歼20的数据尚未公开,就拿西方四代机的数据与国产三代机歼10去比较抗过载的差距,未免略失公允。

三、中国四代机的抗过载标准,可以期待具有更高的水平。
这是《侯文》当中的观点,兵器迷认同。下面仅做侧面的补充。

首先,从公开信息看,中国高推发动机和矢量喷管的研究,与四代机歼20的研究基本同步,因此可以期望歼20的B状态使用矢量高推。而J20特有的升力体边条翼鸭式布局,显著完善了飞行器的整体升力特性。气动与动力两方面的进步,为中国四代机超机动飞行的高过载需求,提供有力的支撑。(详情参见兵器迷的天空的新浪博文——依理而渡,择道以明)

再有,四代战机为了能够承受这样的超机动飞行过载,结构强度必须比三代机得到相应的增强。而近年来中国钛合金激光3D打印技术的突破,使得四代机主承力结构件大幅度减少焊接工艺,转而使用性能与锻件相同的整体增材成型工艺,而为新型战机提供了更好的结构强度(详情参见兵器迷的天空的新浪博文——坚钢百炼寒霜剑,力钛千熔烈火魂)

最后,让我们看看中国某型(抱歉,材料如此,我也只好马赛克,好在你懂得)先进战机的载荷谱,更合理的预期中国新一代战机的抗过载水平:

表1 某战斗机机动载荷系数谱任务段每1000飞行小时积累出现次数(正载荷)
  


表2 某战斗机机动载荷系数谱任务段每1000飞行小时积累出现次数(负载荷)
  


从上述表1可以看出。中国新型战斗机的抗过载标准已经将10G纳入了最大使用过载的范畴。其中各任务段的7G为1115次,8G为236次,9G为61次,10G为15次。(可以比较的是,在同样1000小时飞行中,教练机的6G过载只有76次, 7.5G仅有1次)。

因此,如果要比较“最新一代战斗机的要求”,兵器迷觉得应该用歼20遵守的上述国军标与美方F22进行同级战机的比较,就更靠谱些。

四、对战机抗过载需求的进一步讨论

兵器迷话多,评完了《侯文》还不收手,希望结合上述表1,再对战机的抗过载提出一点自己的看法,请网友们拍砖:

列位看官,上述表1中所列的过载次数中,有一些非常有趣的数字,颇有值得玩味之处。

首先,7-9G的过载次数,在整体1000小时正过载次数中的比例只有0.14%,即1427次。也就是在整体飞行中,每2000次正过载,只有大约3次真正的高G机动。

插一句,有些网友看到,公开报道中赞扬空军金头盔飞行员一次训练飞出几个7-8G的机动,拍案而起,指责军方训练不严,“为什么不多拉出9G过载?”。呵呵,且不说飞行员能否承受(第二篇详谈这个话题),仅仅是飞机本身,按照上述GJB计算,1000小时飞行能够允许的9G过载也只有61次。也就是平均16个小时左右一次。

当然,战斗机的结构强度上确实也有过载的余量;大概是40-50%的水平。比如最大允许9G过载的战斗机,结构可以保证很短时间内14.5G不解体;首架歼7在沈飞下线时,试飞院葛文墉在试飞中短时进入9.2G状态,超载30%以上,事后检查未发现飞机结构有可见变形或破坏。但是不按标准频繁进行高G机动,或者拉出比规定最大使用过载更高的超载机动,一方面会影响飞行的安全性,另一方面就会吃掉飞机结构寿命的储备。现在一架三代机都是几个亿人民币,四代接近十个亿,20-30年的机体寿命,和平时期,除非特殊情况,很难能承受储备寿命的急剧降低。因此,蒋佳冀一次训练拉出几个7-8G过载,还是很不错的。
       
进一步的,在这1427次高G机动,全部集中在空-地作战、特殊军械和空-空作战任务段中。其中又以空-空作战为主,占了全部高G机动的81%为1195次。

再插一句,有的网上评论说,日本在东海拦截中方军机次数大幅度增加,将严重消耗其F15-J老旧机体的寿命,这话有点一厢情愿了。目前新闻报道中披露的日方拦截机的飞行动作,只是贴近中方飞行,并未出现空-地作战、特殊军械和空-空作战的任务段的7-9G高过载机动,而是4G以下的机动,这样的过载次数可以有数十万次。一年增加几百架次的起降,对每架战机数千次起降的总寿命,也影响不大。指望这样的飞行来消耗F15-J……是不是有点想多了。

再进一步的,在1427次高G机动中,7G机动的空空作战任务段占比是80.72%,8G机动的空空作战占比是93.22%, 9G的空空作战占比是98.40%,10G机动的空空作战占比是100%。
因此,可以这样理解,战机高G机动主要需求来自于空空作战。

战机空空作战之所以需要高G机动,主要来自两个方面:

1 近距离格斗时的摆脱不利位置并进行有利攻击占位;

战机攻击占位,原是因为空射武器和传感器的诸多限制。比如离轴发射能力、上视上射/下视下射能力、发射高度的限制、迎头攻击限制,等等。或者机载雷达对目标的跟踪范围有限。但是,随着传感器技术、数据链技术和动力技术的进步,这些限制正在被逐步打破。

比如离轴发射限制:“响尾蛇”的早期型号AIM-9A只能在正负20°角的范围内寻找目标;AIM-9L就达到了正负60°;到了AIM-9X达到正负90°角。实际上,作为应急使用,AIM-9X实际上具有360°角的的攻击范围。依靠先进矢量推力控制系统和后视雷达/数据链等技术,该弹能够实现“越肩发射”,既发射后在数秒内大机动转向180°,从而攻击后方的目标。根据2013年10月的公开报道,中国为歼20研制的第四代格斗弹PL10,也具备这样的越肩发射能力。

同时,考虑到未来超视距远程空战的比例,将会达到空战比例的70%——这是空空院的评估。实战中这个比例很低,是因为近年来交战的弱势一方不但没有超视距空战能力,而且格斗空战能力一样低下。导致强势在大多数情况下有恃无恐的近身搏杀),也会进一步降低战机近战格斗高机动过载的需求。

综合上述,未来新一代战机攻击占位的需求实际上会大幅度降低。

2 紧急情况下对射向自己的导弹做出规避。

战机的抗过载能力在提升。然而也正如我们所看到的,空空导弹本身的过载也稳步提高到一个新水平。

国外:以色列的怪蛇-5最大过载大于40g,AIM132阿斯拉姆空空导弹的最大过载是50g,美国AIM9X导弹的最大过载50g, 德国主导的IRIS-T导弹甚至达到变态的50-70g。

国内:PL-8机动过载为35g, P-73 35g,PL-5E2导弹最大过载达到了40g,,PL-9C达到了40G, PL-12达到了38G,新一代空空格斗导弹的最大过载也超过了50g。

限于本文的专题,我们暂不考虑战机的主被动干扰能力和导弹导引头的抗干扰能力,或者隐形与反隐形能力。如果射程足够,仅仅从过载的角度讲:在这样高过载空空弹的瞄准下,战机能够通过高G机动规避的可能性有多大呢?

根据公开信息:中国空空导弹研究院2004年针对这一问题,建立数学模型,以F15为目标战机,以某型导弹为目标导弹,仿真空空导弹的典型弹道和全面弹道,进行过载分析。最终确定了对于近距格斗弹机动加速度的估算,

保证空空导弹攻击目标脱靶距离低于15米的最大加速度过载需求为:

空空导弹的机动过载=目标的机动过载*3+10

根据以上公式,当战机最大过载为10的时候,空空导弹只要过载为40G即可保证有效着靶。当战机最大过载为12的时候,空空导弹只要过载为46G即可保证有效着靶。

那么,四代机即使能够做到10G甚至瞬时12G的机动,也难逃脱阿斯拉姆们的追魂一击。

至此,兵器迷的疑问,来了——

既然未来战机攻击占位和规避导弹的高G机动需求都显出鸡肋之态;
既然载人平台再怎样高过载,也要受限于人的承受能力;
既然导弹性能提升与战机平台提升带来的效能之比是4次方的关系(也就是导弹性能提升1倍,相当于战机性能提升16倍),改善导弹的高机动性要远比改善战机的高机动性来得经济和有效,
那么,我们是否还有必要,孜孜不倦的追求战机的抗高过载能力?

展望未来,会否出现这样的情景:载人平台以低过载/高通信/高决策为特点,而高过载/高机动/高传感则更多的是交给导弹和无人机等无人设备。

曾几何时,战斗机追求双二指标(2马赫,2万米),米格25甚至追求双三(3马赫,3万米)。现如今,F22又是双二(2.25马赫,2万米),F35甚至双一(1.6马赫,1.8万米)。那又怎样,照样是名符其实的四代机不是?

无论我们的讨论有什么样的结论,有一点是不能忘记的:

兵器性能指标必须以作战需求为牵引,作战体系的整体优化才是兵器改善的终极目标。

有关飞机抗过载的问题,兵器迷就唠到这里。欲知后事如何,且听下回——《抗荷服篇》分解。

注:所有资料来自于互联网公开报道和公开出版物,如:
《中国军用标准》
《结构载荷谱下的疲劳寿命可靠性分析》
《飞行员抗荷服的性能改善》
《抗荷服的研究现状和发展趋势》
《美国空军战术生保系统的加压呼吸抗荷性能》
《空战优势抗荷系统》
《谈抗荷服保障大过载飞行安全-铁血kjlzywz》
本文同时引用了侯知健先生的多篇博文,在此一并致谢
更多文章,请见个人博客
http://blog.sina.com.cn/s/articlelist_1455885643_0_1.html
横看成岭侧成峰
——也谈战机的抗过载之一.战机篇

2015年1月17日,空军之翼网站转载了侯知健的博客《从歼-10的经验教训推测歼-20的抗过载设计》(以下简称“《侯文》”)一文,随后各大网站和微信客户端转载和转发了此文,引发了很多网友的关注和讨论。兵器迷一边看,一变手痒。周末两天就爬格子,从《侯文》的一些观点出发,补充介绍一些战斗机过载方面的知识,同时提出一些个人的浅见。希望有助于大家对同一个课题,从不同的角度去了解事实、学习知识和分析研究,用更加专业的态度进行讨论。

所谓飞机的过载(英文overload),是指飞机引擎推力与气动力(战机外形、舵面、翼面)二者的合力,除以重力得到的比值。从这个定义,我们知道,过载的产生,主要来自于发动机或者气动两方面。

在飞行过程中,比如左右大坡度盘旋、左右横滚、半滚倒转、斤斗、半斤斗翻转这些动作会产生大于1的正过载,而俯冲、倒飞,或者快速爬升后改平时,则会产生小于1甚至小于0的负过载。负过载的程度有限,不利影响相对较小,主要矛盾集中在正过载上。

可是,产生的过载再高,战斗机和飞行员对于过载的承受能力也是有限的,一般只能达到-3G到+9G。那么,如何提高载人战机的过载承受能力呢?

抗过载的方法主要有三种:提高飞机本身的抗过载能力,提高飞行员的抗过载能力,提高飞行控制系统对过载状态的控制能力。由于《侯文》并未谈到飞控,本文就分别谈谈前两个方面的问题。

说是两个问题,看情形应该有三篇。嗯,争取春节前能都发出来。

第一篇 浅谈飞机的抗过载

《侯文》认为:
“由于我国长期匮乏高过载飞行经验,设计方意图和用户意见常常冲突;在歼-10相关部分的论证设计过程中,就因此出现了明显的不协调和自相矛盾”。
“现在的歼-10…和最新一代战斗机的要求却仍然有着很大的差距”
“西方国家现在已经实现了超过10G过载持续45秒的成绩”

兵器迷认为:

一、战斗机的高过载飞行经验和抗过载能力,是一个不断在理论研究和飞行实践中逐步增长的过程。

比如:美军二代机F4的最大使用过载是4-6G
三代机F15A/B/C/D的最大使用过载只是7.33G
三代机F-16和F/A-18的最大使用过载也就是7-8G,
四代机F-22已经达到了10G,瞬时使用过载12G。

相比之下,白手起家的中国空军的进步更是一个徐图阶进的过程:
1962年定型的初教6,螺旋桨机,仅仅为2-3G
1948年列装的米格15是4-4.5G。(当年的飞行员在米格飞米格15的筋斗时,进入速度700公里/小时,顶点速度350公里/小时,载荷是4—4.5G,持续时间42秒)
1960年批产的歼6达到5-5.5G
1966年列装的歼7达到5-7G
1980年列装的歼-8达到6-7G
2004年的歼10达到7-8G

从上述数据看,中国空军战机无论是二代机还是三代机,与美国同代飞机相比,最大使用过载基本相同。土共的空军从建国后的地方业余队水平起步,40年时间能追到国家队中的三甲之列,不易了。

肯定进步的同时,兵器迷仍然同意《侯文》的意见,即中国空军高G机动飞行的经验曾经长期匮乏。这是因为,现代意义上的战斗机高G机动,广义上是指超过1G的过载,但狭义上一般是指7-9G的正加速度过载(专业术语+Gz)。这需要三代以上的战机才能达到,而中国三代机的装备时间,比美国要晚许多年。

以双发三代机为例:美军的首批F15于1974年11月交付使用。对比之下,1992年6月27日,8架SU-27SK单座型和4架SU-27UBK双座教练型,才由俄罗斯后贝加尔军区的吉达机场起飞,经蒙古领空,于当日上午10时15分飞抵中国安徽芜湖空军基地,列装空3师9团。晚了将近18年。

以单发三代机为例:F-16于1978年底开始交付美国空军部队使用。对比之下,2004年1月,歼-10列装空44师132团,晚了25年之多。

这是问题的一面。而另一面是,从列装SU-27开始,中国空军已经有了22年的双发三代机飞行史,从列装歼10开始,又有了11年的单发三代机飞行史。如今三代机的生成和装备数量,也仅次于美俄。因此,说中国空军“长期匮乏高过载飞行经验”, 这是一个事实,也是一个在上述过程中正不断消亡的事实。

更重要的是,在这个漫长而艰苦的过程中,中国空军对战机高过载飞行的经验逐步积累,有关飞机载荷与机体强度和刚度的关系理论研究逐步深入,相关产品和材料的标准规范逐步完善。

在1985年版的国军标当中,中国军用飞机的强度和载荷标准开始形成成套的体系:
GJB 67.1军用飞机强度和刚度规范总则
GJB 67.2军用飞机强度和刚度规范飞行载荷
GJB 67.3军用飞机强度和刚度规范其他载荷
GJB 67.4军用飞机强度和刚度规范地面载荷
GJB 67.5军用飞机强度和刚度规范水上飞机的水载荷和操作载荷
GJB 67.6军用飞机强度和刚度规范可靠性要求和疲劳载荷
GJB 67.7军用飞机强度和刚度规范气动弹性不稳定性
GJB 67.8军用飞机强度和刚度规范振动
GJB 67.9军用飞机强度和刚度规范地面试验
GJB 67.10军用飞机强度和刚度规范飞行试验
GJB 67.11军用飞机强度和刚度规范核武器效应
GJB 67.12军用飞机强度和刚度规范文件和报告
GJB 67.13军用飞机强度和刚度规范声疲劳

到1996年版,中国军用舰载飞机的强度和载荷标准也已经形成了成套的体系:
GJB 2750舰载飞机强度和刚度规范总则
GJB 2751舰载飞机强度和刚度规范飞行载荷
GJB 275 声纳导流罩声性能测量方法
GJB 2752舰载飞机强度和刚度规范其它载荷
GJB 2753舰载飞机强度和刚度规范地面载荷
GJB 2754舰载飞机强度和刚度规范可靠性要求、重复载荷、疲劳和损伤容限
GJB 2755舰载飞机强度和刚度规范振动、颤振和发散
GJB 2756舰载飞机强度和刚度规范核武器效应
GJB 2757舰载飞机强度和刚度规范机体系留
GJB 2758舰载飞机强度和刚度规范地面试验
GJB 2759舰载飞机强度和刚度规范飞行试验
GJB 2760舰载飞机强度和刚度规范数据和报告

到2008年版,大幅优化和完善的上述标准的新版本得以颁布。

也正是在这样数十年不断的积累和完善,为中国三代机和四代机抗过载能力的提升,打下了必要的理论基础。

二、歼10的抗过载水平,在设计、制造和改进过程中,逐步得到了检验和提高,达到了国外三代机的主流水平。

歼10在设计中,根据断裂力学原理,利用计算机进行有限元分析;在主承力梁、机体隔断框、机翼翼梁等主承力结构中广泛应用钛合金材料;在舵面、翼面等次乘力结构上广泛应用T300碳纤维复合材料(相关详情请见:兵器迷的天空的新浪博文——丝丝入扣凭谁取,片片出云任我翔),决定性的提高了战机的强度,从而改善了整机的抗过载能力。其最大使用过载达到了7-8G。在瞬时最大过载上,达到了9G过载持续15秒,6G过载持续45秒的水平,与F16是相同的。所以从横向对比来看,歼10作为中国空军的第一款批产三代机,已经基本达到了国际主流三代机的抗过载水平。从公开信息来看,歼10的设计寿命5000小时,起降架次7500次,服役寿命20年。歼10飞行团的可执行任务率之高,训练强度之大,也都反映出这是一款先进成熟的战机,

因此,“现在的歼-10…和最新一代战斗机的要求却仍然有着很大的差距”一论,似乎有些过苛。从三代机的数据比较看与,歼10的抗过载能力并不逊色。而所谓“西方国家现在已经实现了超过10G过载持续45秒的成绩”,其实并没有在西方三代机上实现,而是在四代机基础上的试验数据。就是比较,也理应拿歼20去比。即便歼20的数据尚未公开,就拿西方四代机的数据与国产三代机歼10去比较抗过载的差距,未免略失公允。

三、中国四代机的抗过载标准,可以期待具有更高的水平。
这是《侯文》当中的观点,兵器迷认同。下面仅做侧面的补充。

首先,从公开信息看,中国高推发动机和矢量喷管的研究,与四代机歼20的研究基本同步,因此可以期望歼20的B状态使用矢量高推。而J20特有的升力体边条翼鸭式布局,显著完善了飞行器的整体升力特性。气动与动力两方面的进步,为中国四代机超机动飞行的高过载需求,提供有力的支撑。(详情参见兵器迷的天空的新浪博文——依理而渡,择道以明)

再有,四代战机为了能够承受这样的超机动飞行过载,结构强度必须比三代机得到相应的增强。而近年来中国钛合金激光3D打印技术的突破,使得四代机主承力结构件大幅度减少焊接工艺,转而使用性能与锻件相同的整体增材成型工艺,而为新型战机提供了更好的结构强度(详情参见兵器迷的天空的新浪博文——坚钢百炼寒霜剑,力钛千熔烈火魂)

最后,让我们看看中国某型(抱歉,材料如此,我也只好马赛克,好在你懂得)先进战机的载荷谱,更合理的预期中国新一代战机的抗过载水平:

表1 某战斗机机动载荷系数谱任务段每1000飞行小时积累出现次数(正载荷)
  


表2 某战斗机机动载荷系数谱任务段每1000飞行小时积累出现次数(负载荷)
  


从上述表1可以看出。中国新型战斗机的抗过载标准已经将10G纳入了最大使用过载的范畴。其中各任务段的7G为1115次,8G为236次,9G为61次,10G为15次。(可以比较的是,在同样1000小时飞行中,教练机的6G过载只有76次, 7.5G仅有1次)。

因此,如果要比较“最新一代战斗机的要求”,兵器迷觉得应该用歼20遵守的上述国军标与美方F22进行同级战机的比较,就更靠谱些。

四、对战机抗过载需求的进一步讨论

兵器迷话多,评完了《侯文》还不收手,希望结合上述表1,再对战机的抗过载提出一点自己的看法,请网友们拍砖:

列位看官,上述表1中所列的过载次数中,有一些非常有趣的数字,颇有值得玩味之处。

首先,7-9G的过载次数,在整体1000小时正过载次数中的比例只有0.14%,即1427次。也就是在整体飞行中,每2000次正过载,只有大约3次真正的高G机动。

插一句,有些网友看到,公开报道中赞扬空军金头盔飞行员一次训练飞出几个7-8G的机动,拍案而起,指责军方训练不严,“为什么不多拉出9G过载?”。呵呵,且不说飞行员能否承受(第二篇详谈这个话题),仅仅是飞机本身,按照上述GJB计算,1000小时飞行能够允许的9G过载也只有61次。也就是平均16个小时左右一次。

当然,战斗机的结构强度上确实也有过载的余量;大概是40-50%的水平。比如最大允许9G过载的战斗机,结构可以保证很短时间内14.5G不解体;首架歼7在沈飞下线时,试飞院葛文墉在试飞中短时进入9.2G状态,超载30%以上,事后检查未发现飞机结构有可见变形或破坏。但是不按标准频繁进行高G机动,或者拉出比规定最大使用过载更高的超载机动,一方面会影响飞行的安全性,另一方面就会吃掉飞机结构寿命的储备。现在一架三代机都是几个亿人民币,四代接近十个亿,20-30年的机体寿命,和平时期,除非特殊情况,很难能承受储备寿命的急剧降低。因此,蒋佳冀一次训练拉出几个7-8G过载,还是很不错的。
       
进一步的,在这1427次高G机动,全部集中在空-地作战、特殊军械和空-空作战任务段中。其中又以空-空作战为主,占了全部高G机动的81%为1195次。

再插一句,有的网上评论说,日本在东海拦截中方军机次数大幅度增加,将严重消耗其F15-J老旧机体的寿命,这话有点一厢情愿了。目前新闻报道中披露的日方拦截机的飞行动作,只是贴近中方飞行,并未出现空-地作战、特殊军械和空-空作战的任务段的7-9G高过载机动,而是4G以下的机动,这样的过载次数可以有数十万次。一年增加几百架次的起降,对每架战机数千次起降的总寿命,也影响不大。指望这样的飞行来消耗F15-J……是不是有点想多了。

再进一步的,在1427次高G机动中,7G机动的空空作战任务段占比是80.72%,8G机动的空空作战占比是93.22%, 9G的空空作战占比是98.40%,10G机动的空空作战占比是100%。
因此,可以这样理解,战机高G机动主要需求来自于空空作战。

战机空空作战之所以需要高G机动,主要来自两个方面:

1 近距离格斗时的摆脱不利位置并进行有利攻击占位;

战机攻击占位,原是因为空射武器和传感器的诸多限制。比如离轴发射能力、上视上射/下视下射能力、发射高度的限制、迎头攻击限制,等等。或者机载雷达对目标的跟踪范围有限。但是,随着传感器技术、数据链技术和动力技术的进步,这些限制正在被逐步打破。

比如离轴发射限制:“响尾蛇”的早期型号AIM-9A只能在正负20°角的范围内寻找目标;AIM-9L就达到了正负60°;到了AIM-9X达到正负90°角。实际上,作为应急使用,AIM-9X实际上具有360°角的的攻击范围。依靠先进矢量推力控制系统和后视雷达/数据链等技术,该弹能够实现“越肩发射”,既发射后在数秒内大机动转向180°,从而攻击后方的目标。根据2013年10月的公开报道,中国为歼20研制的第四代格斗弹PL10,也具备这样的越肩发射能力。

同时,考虑到未来超视距远程空战的比例,将会达到空战比例的70%——这是空空院的评估。实战中这个比例很低,是因为近年来交战的弱势一方不但没有超视距空战能力,而且格斗空战能力一样低下。导致强势在大多数情况下有恃无恐的近身搏杀),也会进一步降低战机近战格斗高机动过载的需求。

综合上述,未来新一代战机攻击占位的需求实际上会大幅度降低。

2 紧急情况下对射向自己的导弹做出规避。

战机的抗过载能力在提升。然而也正如我们所看到的,空空导弹本身的过载也稳步提高到一个新水平。

国外:以色列的怪蛇-5最大过载大于40g,AIM132阿斯拉姆空空导弹的最大过载是50g,美国AIM9X导弹的最大过载50g, 德国主导的IRIS-T导弹甚至达到变态的50-70g。

国内:PL-8机动过载为35g, P-73 35g,PL-5E2导弹最大过载达到了40g,,PL-9C达到了40G, PL-12达到了38G,新一代空空格斗导弹的最大过载也超过了50g。

限于本文的专题,我们暂不考虑战机的主被动干扰能力和导弹导引头的抗干扰能力,或者隐形与反隐形能力。如果射程足够,仅仅从过载的角度讲:在这样高过载空空弹的瞄准下,战机能够通过高G机动规避的可能性有多大呢?

根据公开信息:中国空空导弹研究院2004年针对这一问题,建立数学模型,以F15为目标战机,以某型导弹为目标导弹,仿真空空导弹的典型弹道和全面弹道,进行过载分析。最终确定了对于近距格斗弹机动加速度的估算,

保证空空导弹攻击目标脱靶距离低于15米的最大加速度过载需求为:

空空导弹的机动过载=目标的机动过载*3+10

根据以上公式,当战机最大过载为10的时候,空空导弹只要过载为40G即可保证有效着靶。当战机最大过载为12的时候,空空导弹只要过载为46G即可保证有效着靶。

那么,四代机即使能够做到10G甚至瞬时12G的机动,也难逃脱阿斯拉姆们的追魂一击。

至此,兵器迷的疑问,来了——

既然未来战机攻击占位和规避导弹的高G机动需求都显出鸡肋之态;
既然载人平台再怎样高过载,也要受限于人的承受能力;
既然导弹性能提升与战机平台提升带来的效能之比是4次方的关系(也就是导弹性能提升1倍,相当于战机性能提升16倍),改善导弹的高机动性要远比改善战机的高机动性来得经济和有效,
那么,我们是否还有必要,孜孜不倦的追求战机的抗高过载能力?

展望未来,会否出现这样的情景:载人平台以低过载/高通信/高决策为特点,而高过载/高机动/高传感则更多的是交给导弹和无人机等无人设备。

曾几何时,战斗机追求双二指标(2马赫,2万米),米格25甚至追求双三(3马赫,3万米)。现如今,F22又是双二(2.25马赫,2万米),F35甚至双一(1.6马赫,1.8万米)。那又怎样,照样是名符其实的四代机不是?

无论我们的讨论有什么样的结论,有一点是不能忘记的:

兵器性能指标必须以作战需求为牵引,作战体系的整体优化才是兵器改善的终极目标。

有关飞机抗过载的问题,兵器迷就唠到这里。欲知后事如何,且听下回——《抗荷服篇》分解。

注:所有资料来自于互联网公开报道和公开出版物,如:
《中国军用标准》
《结构载荷谱下的疲劳寿命可靠性分析》
《飞行员抗荷服的性能改善》
《抗荷服的研究现状和发展趋势》
《美国空军战术生保系统的加压呼吸抗荷性能》
《空战优势抗荷系统》
《谈抗荷服保障大过载飞行安全-铁血kjlzywz》
本文同时引用了侯知健先生的多篇博文,在此一并致谢
更多文章,请见个人博客
http://blog.sina.com.cn/s/articlelist_1455885643_0_1.html
很好的科普帖子
感谢楼主,好多数据。。。
PL9比PL8更强?那怎么大量装备的是PL8啊?另外,PL5是只有二代机在用吧
很好的科普文章。
好文!学习了。。。{:soso_e179:}
意思是高过载没必要了呗?
不错,看了这个明白多了。
数据都错的,后面都不用看了
意思就是因为我们的飞机高g机动不行,所以高g机动就是没用的呗。
楼主好文章{:soso_e179:}
和平鸽当惯了

现在正在扭转
文章不错,未来座舱水平更多的决定战斗胜负
在机动性越来越强的时代,飞行员如何适应好战机也是一门大科学
文章有问题,
1.远程导弹推力射程只有三分之一,这3分之一射程的G值大于末端的惯性射程。 一个导弹号称40G,但是后三分之一射程也就是不到30 ,这个时候很容易被机动甩掉。  
2 空战时, 规避导弹都是多种方法一起用, 干扰, 诱饵, 美国还有拖曳式诱饵,  还有激光干扰,主动射频干扰。  这些干扰作用的时候,飞机还是要机动, 提高成功率。
好文,期待后续大作。
好贴,进来学习一下,只是太长了,。。。。。
尼玛,现在信息这么多,真假不知,文科僧压力很大啊
进来看看怎么样

AMPA1650 发表于 2015-1-26 09:56
PL9比PL8更强?那怎么大量装备的是PL8啊?另外,PL5是只有二代机在用吧


PL-9C上百万人民币一枚,PL-8最大优点就是便宜。但PL-8的120公斤,是史上最重的格斗弹,当时歼7为装这个费老劲了。

PL-5比PL-8也贵。

PL-9C的总师说:PL-9C和PL5E是高低搭配。


AMPA1650 发表于 2015-1-26 09:56
PL9比PL8更强?那怎么大量装备的是PL8啊?另外,PL5是只有二代机在用吧


PL-9C上百万人民币一枚,PL-8最大优点就是便宜。但PL-8的120公斤,是史上最重的格斗弹,当时歼7为装这个费老劲了。

PL-5比PL-8也贵。

PL-9C的总师说:PL-9C和PL5E是高低搭配。

君威2T 发表于 2015-1-26 12:40
文章有问题,
1.远程导弹推力射程只有三分之一,这3分之一射程的G值大于末端的惯性射程。 一个导弹号称40G ...
洛院的公式是格斗弹,不是远程弹。我举例中,PL-10,PL-9,PL-5E2,都是格斗弹
jackloo 发表于 2015-1-26 12:49
好文,期待后续大作。
谢谢了,白天要工作,晚上加油吧。
兵器迷的天空 发表于 2015-1-26 17:35
PL-9C上百万美元一枚,PL-8最大优点就是便宜。但PL-8的120公斤,是史上最重的格斗弹,当时歼7为装这个费 ...
那TG自己的机队装备PL9吗? 我孤陋寡闻,但是真心没见过

而且pl5现在也只有飞豹挂翼尖吧,连J7,8都是PL8了
使者龙 发表于 2015-1-26 11:43
意思就是因为我们的飞机高g机动不行,所以高g机动就是没用的呗。
意思是
因为我们的飞机平常飞高G次数少,所以为们的飞机飞高G次数少,所以不许指责我们飞高G次数少
"F-22最大使用过载10G,瞬时使用过载12G"的数据是哪里来的?网上大部分的文章数据都是9G。
谢谢科普,读了两次。
兵器迷的天空 发表于 2015-1-26 17:35
PL-9C上百万美元一枚,PL-8最大优点就是便宜。但PL-8的120公斤,是史上最重的格斗弹,当时歼7为装这个费 ...
PL-9C确实是100万一枚,不过单位是RMB。来源:PL-9C空空导弹副总设计师梁晓庚谈中国空空导弹
AMPA1650 发表于 2015-1-26 17:47
那TG自己的机队装备PL9吗? 我孤陋寡闻,但是真心没见过

而且pl5现在也只有飞豹挂翼尖吧,连J7,8都是P ...
9C在2008年有装备海航的老七老八,后来陆续有零星报道,2013年后没有看到新的消息。

8确实如你所说,装备特别多。最主要就是便宜。第二个,质量,那是极好的。装过2年后,没一起质量故障,后来干脆免检了。所有空空弹,没有第二份。训练打靶最多就是8,东方厂赚翻了。怪蛇3在中国成龙了。
atvbtvyhz 发表于 2015-1-26 19:50
PL-9C确实是100万一枚,不过单位是RMB。来源:PL-9C空空导弹副总设计师梁晓庚谈中国空空导弹 
对,是梁的话。我错了,是人民币。多谢多谢。
兵器迷的天空 发表于 2015-1-26 17:37
洛院的公式是格斗弹,不是远程弹。我举例中,PL-10,PL-9,PL-5E2,都是格斗弹
1 什么蛋,他最大G值都是线性的,不是均值, 而最大G值出现的时间很短, 近距弹比远距弹的G值曲线好点。但是也收这个因素影响。
2 空战大部分是从远距离开始,用近距弹的特性说明不了文章的目的。
3 近距弹还要对付干扰弹,激光干扰机。
johnqh 发表于 2015-1-26 11:21
数据都错的,后面都不用看了
哪些数据错了?这些错误的数据正确的应该是多少?
君威2T 发表于 2015-1-28 07:54
1 什么蛋,他最大G值都是线性的,不是均值, 而最大G值出现的时间很短, 近距弹比远距弹的G值曲线好点。 ...

1 什么蛋,他最大G值都是线性的,不是均值, 而最大G值出现的时间很短, 近距弹比远距弹的G值曲线好点。
您说的是事实。但洛院的计算是,如果在格斗弹有效射程内,达到公式要求,从过载的角度讲,已经足够了,这也是事实

2 空战大部分是从远距离开始,用近距弹的特性说明不了文章的目的。
洛院也有中距弹的计算和论证,结论大体如此,在中距弹不可逃逸区内,从过载角度讲,50G足够了。

3 近距弹还要对付干扰弹,激光干扰机。
本文已经明确说明,不考虑干扰与反干扰的问题。那是另一篇文章了。本文的目的是过载对抗。
无论过载高低,干扰与反干扰的问题都存在
johnqh 发表于 2015-1-26 11:21
数据都错的,后面都不用看了
欢迎您指出数据的错误,欢迎您提供正确的数据。兵器迷扫榻相迎,学习拜读。
嗯,写的真好
欢迎您指出数据的错误,欢迎您提供正确的数据。兵器迷扫榻相迎,学习拜读。
没有什么区分最大过载和最大使用过载。不明白楼主怎么有两个概念。

第一个过载数据就是错的。F-4的最大过载为8.5G。飞行手册。37500磅,0.72马赫以下。
中国新型战斗机的抗过载标准已经将10G纳入了最大使用过载的范畴。其中各任务段的7G为1115次,8G为236次,9G为61次,10G为15次。
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按照兔子的尿性,这个标准也是抄美帝的吧。9G有61次,就算吃裕量也就翻倍120次顶天了。一个月拉一次,也就是10年而已


我就想问那些动不动就鼓吹美帝飞飞如何牛逼,狗斗经常override暴走的,这二三十年下来F15F16机队还剩多少次载荷
再帮顶一下
问楼主一个问题,
7G为1115次,8G为236次,9G为61次,10G为15次
这些按次计算的,时间上有没有限制呢?是不是9G15秒,61次,总时间是15*61=915秒,然后如果每次9G只有几秒的话次数就可以更多?
展望未来,会否出现这样的情景:载人平台以低过载/高通信/高决策为特点,而高过载/高机动/高传感则更多的是交给导弹和无人机等无人设备。

F35、X47B代表这样的未来吗?
学习了,涨知识。
楼主辛苦了。
楼主辛苦了。