美研发新型隐身靶机模拟歼-20 全机由碳纤维制成

2018年10月17日 10:10 凤凰网

近日,美国的Sierra技术服务公司公布了“第五代靶机”(5GAT)原型机的制造过程,全机几乎由碳纤维打造,采用了S形进气道与锯齿状舱门,充分运用了隐身设计原理,一般相信这是针对已宣称服役的歼-20与即将服役的苏-57。

但除了模拟五代机之外,其气动设计是由美国空军大学团队完成的,这让他们以最少成本走完一次五代机的设计过程,具有额外的教育价值。那么,这个要模仿歼-20的五代靶机是怎么来的呢?今天,北国防务就来说说这事儿。

△“第五代靶机”(5GAT)原型机效果图

美国国防部是于2007年开始五代靶机的研究,虽然当时已开始将封存的F-16转换成遥控靶机,但仍有2个理由来发展全新的靶机:

四代机不可能改装成五代机,这使得QF-16无法模拟歼-20与苏-57的威胁;封存的QF-16跟前一代QF-4一样,总有被打完的一天。

因此,新靶机除了5代机的隐身设计外,还必须具有4代机的机动性,以取代QF-16的大部分测试任务。但为了降低成本,其极速可限定在0.95马赫,以免太高档的发动机吃掉了大多数成本。然而,这也代表飞机要以相当于超轻型喷气机的体型达到四代机的亚音速机动性,成为极具挑战性的目标。

△美国统计导弹试射的历史发现,90%的试射中的靶机都不超过8000米的高度与0.97马赫以上的速度,也不会超过4.2G的持续转弯率,因此第五代靶机以此为目标可以降低成本

美国空军选择了威廉姆斯国际公司的FJ44涡扇发动机作为第一阶段设计的基础,这家发动机厂可能很少人听过,但它可是世上第一个开发出小型涡扇发动机的公司,也是现代战略巡航导弹的基础,而FJ44就是该公司进军民用市场的产品。接着,空军召集了3个单位进行靶机的设计:

空军实验室(AFRL):空军官方研究单位自己设计了两个版本,第一个版本采用了钻石形主翼与V形尾翼来降低回波,并用2具FJ44发动机满足95%的试射需求。另一个版本则以取代QF-16为目标,因此采用了单具F404军用加力发动机,并改为钻石前翼以提升跨/超音速机动性Sierra技术服务公司:他们的A008设计与空军实验室的版本一类似,但改用“四尾翼”架构并有较大的主翼。为了降低成本,他们又设计了只满足80%需求的缩小版L005。空军学院:他们根据Sierra公司的设计修改成D300无尾钻石翼,由于具有较大的后掠角与较小的展弦比,其高速性能相当突出,甚至可在高空超过音速,满足更多试射需求。

△五代靶机计划第一阶段设计与现有飞机的比较,多数与T-38教练机相当

第二阶段则要利用空军大学与华盛顿气动实验室的缩尺风洞来验证设计的成果,由于军方不想花钱开发太复杂的飞控系统,高攻角的稳定度成为最重要的需求。另外,机动性要求也缩减为满足80%的试射历史即可。Sierra公司的A008设计送进风洞后发现在15度攻角就会因为涡流不对称现象引发严重的纵向与横向不稳定问题,于是又从头研究多种不同的翼形。最后发现类似F-22的Trap101构型与类似FB-22的D106构型的稳定性最好,前者有较佳的低速/高攻角机动性,后者有最佳的稳定性,因此双双进入下一阶段。

△在Sierra制造中的原型机,明显可见其S形进气道

第三阶段则预期到空军将采购新一代教练机来取代T-38,届时将有大量的J85发动机退役,拿这些寿命所剩不多的“古老”发动机取代FJ44会是更经济的选择;另一方面,J85是具有加力的涡喷发动机,因此高空高速的推力表现更好,有助于靶机模拟现代战机的机动性。

然而,J85发动机的长度较大,耗油率较高,但进气量反而更少,因此第二阶段的两个方案又进行了大幅修改。最后结果显示有水平尾翼版本的中低速机动性较好(持续6G),但无水平尾翼版本的高速性能较佳(可超过音速),而更具决定性的可能是后者的重量较轻,使其成本更低,最后就由无水平尾翼版本胜出。

△歼-20等的快速成熟让美国不得不做出应对举措

由于后续设计工作大多由空军大学进行,因此五代靶机设计图属于美国政府所有,Sierra公司只得到原型机的制造合约,还不确定是否会大量采购。目前的原型机没有使用吸波材料,未来会加入多少吸波材料使雷达截面积达到歼-20与苏-57的程度,成为最令人好奇的问题?如果会,那有哪些导弹可以击中它?这些就会成为对抗歼-20与苏-57的杀手锏;如果不会,则这些靶机就失去模拟五代机的基本需求。这些问题可能要观察美国未来的采购与使用动作才能得到解答。

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