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澎湃防务

时隔12年苏-47亮相航展,前掠翼战机或将重新披挂上阵

张强/科技日报

2019-09-10 08:28 

苏-47“金雕”前掠翼试验机左A右B
如A图所示,面对超音速阻力,前掠翼飞机的两个翼尖很难躲在机头的激波锥后面,会产生巨大阻力。
如B图所示,面对超音速阻力,后掠翼飞机的后掠角比较大,机翼可以躲在机头推出的激波锥后面以减小阻力。

在近日举办的莫斯科航展上,外形科幻的苏-47“金雕”前掠翼试验机以静态展示方式亮相,让广大军迷惊喜万分。苏-47上一次公开现身还是在2007年莫斯科航展上。
作为21世纪第一款前掠翼飞机,苏-47采用了独特的“前掠翼+鸭翼”三翼面布局,1997年9月首飞。公开数据显示,其最大平飞速度1.65马赫,最大航程3300千米。
军事科普作家陈光文表示:“雪藏12年之后,俄罗斯展示苏-47的这一举动令外界大吃一惊,更没想到一架已经下马的战机竟保养得如此好。从这些细节看,俄罗斯应该没有最终放弃对苏-47进行技术试验,也可能正将各种最新技术植入该机,以解决以往遇到的问题。”
前掠翼战机机动性能更好
二战时期的德国爆发出了强大的创新能力,前掠翼飞机就是德国的杰作。1944年12月, 德国HE-162前掠翼战斗机试飞,1945年1月开始正式生产。有猜测称,苏-47就是苏联和俄罗斯在研究吸收了从德国获取的原型机和资料基础后开始研制的。
陈光文介绍:“当美国的F-22首飞成功后,一般都习惯与美国保持着战斗机同代的俄罗斯,自然感到时不我待,于是也开始研发自己的第五代战机。当时,据说给俄罗斯军工部门下达的研究指标是:性能不能低于美国F-22,多功能性(空战、对地打击)、超级机动性、隐身性、短距起降技术等都要与F-22差不多。”亮相后的苏-47几乎惊艳了整个世界,因为其不但在外形上十分科幻前卫,而且还采用了自己独特的前略翼设计,基本实现了这些研究指标,更重要的是没有模仿F-22。
那么,苏-47为何采用前掠翼?前掠翼和后掠翼各有什么优缺点?
“如今几乎所有的民机或军机,都是后掠翼机型,因为这一机型可在飞机速度不断提高的状态下,有效解决阻力的发散现象,还能解决飞机本身潜在的失速问题,特别是有能力突破音速飞行的战机更是必须采用后掠翼机型。”陈光文科普道,“而前略翼机型现在来看基本都是试验机型,如美国的X-29和俄罗斯的苏-47,现实中根本没有任何一款机型服役。不过,美俄却都在积极研究前略翼机型。这是因为该机型与后掠翼相比最大的气动优势在于跨音速低阻和高机动性能”。
具体来说,前掠翼飞机所产生的升力更大,在仰角状态下的机动性比同类型的后掠翼飞机要强。具有相同机动性能的前掠翼飞机和后掠翼飞机相比,机翼可以设计的更小,减小产生的阻力和机体本身重量,降低失速速度和产生尾部螺旋的概率,进而带来飞机低速操纵性能的提升,缩短起飞与着陆滑跑距离。据美专家估算,若F-16战斗机使用前掠翼结构,其转弯角速度可提高14%,作战半径可增大34%,起降距离可缩短35%。也就是说,采用前掠翼的苏-47将更容易实现五代机“4S”能力中的“超机动性”和“超音速巡航”。
存在难以克服的技术障碍
有媒体表示,苏-47事实上已经初步具备了五代机的“4S”能力,即“超机动性”“超音速巡航”“隐身能力”和“高级战役意识和效能”。如机动性方面,借助前掠翼的优势,苏-47在亚音速时有着极高的灵敏度,并且在超音速时仍旧保持机动性。同时,其隐身性能以及航电系统也比较出色。而且,随着俄罗斯发动机技术的提升,将来升级发动机后也可取得超音速巡航能力。
苏-47最主要的特点有两项,一是试验了俄罗斯第一款电传操纵系统。二是使用了十分前卫的前掠翼技术,同时使用了吸波涂层和20%—25%的复合材料。独特的气动布局,使苏-47具备了在亚音速时有极高的灵敏度,在亚音速和大攻角时有出色的气动性能,能够快速地改变仰角和飞行路径,并且可以在所有的仰角下发射武器。即使在超音速时仍然可以保持良好的机动性。
那么,为何俄罗斯将其放弃,转而研发苏-57作为五代机?
“苏-47最终没有投产,主要是因为该机无法满足俄军的要求,使得其在俄罗斯第五代战斗机的竞争中败给了苏-57,最终苏-47停止研发,未能实现量产。究其原因,还是当时的技术条件无法解决前掠翼设计的老问题。”陈光文表示,一是气动弹性发散问题,这是一直困扰前掠翼技术得到广泛工程应用的最大障得;二是气动效率较低,主要原因在于根部气流分离问题难以解决。但近期有俄罗斯专家指出,苏-47之所以没有进入量产,主要是一直没有解决该机进入螺旋失速状态的改出问题,并且当时俄罗斯也没有成熟的发动机推力矢量技术,所以才最终放弃了苏-47的进一步研发。
“从技术上来看,苏-47的确令人耳目一新,但在当时的复合材料技术条件下,前掠翼存在难以克服的技术障碍,这使得俄选择了类似F-22风格的苏-57。”陈光文说。
苏-47或将重新披挂上阵
前掠翼所存在的技术难题,在20年前的确是巨大的拦路虎,不单俄罗斯,就是美国也无法解决。
时隔12年,俄罗斯再度曝光苏-47,而且还是以保养良好的状态出现,是否意味着俄罗斯并没有真正放弃苏-47?当前,苏-47的价值又在哪里呢?
对此,陈光文认为:“俄罗斯在航展上再次展示苏-47,也许意味着两个问题:一是俄罗斯要复活这一项目,二是该机已基本解决此前存在的技术性问题。或者,俄罗斯正在继续使用最新技术改进苏-47,特别是可有效解决进入螺旋失速状态的改出问题,成为该机一直在进行试验的主要方面。比如,复合材料的气动弹性剪裁技术可以在一定程度上缓解气动弹性发散问题。若如此,可以设想,在解决了前略翼战机的技术性问题并改装AL-41F推力矢量发动机之后,同时大量应用在苏-57上已经成熟的一些航电技术,有理由认为设计相当前卫的苏-47可以成为苏-57的好搭档,就像F-35与F-22。”
能够保养得这么好还在航展上公开展出,足以说明俄罗斯从来就没有放弃对这一前卫机型的技术验证飞行。“苏-47原来存在的问题如果得到有效解决的话,就为其重新披挂上阵扫清了障碍。”陈光文说。
(原题为《反向翅膀一展英姿 前掠翼战机浴火重生并非奢望》)
责任编辑:张珺
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