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专家解读四代机的隐身武器舱

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四代机为了追求全面的隐身能力,无论是机腹的弹舱,还是机身两侧的辅助弹舱,都采用内埋式,但由于设计理念的不同,各国四代机隐身弹舱存在一定的差别。最近网上流传出一张歼-20挂弹试飞的图片,从图中可以看见歼-20机身两侧的格斗弹舱同F-22具有一定的差异。那么,四代机的隐身弹舱具有哪些特点呢?本刊记者专门采访了西北工大大学飞行器设计系王正平教授,请他为我们解读四代机的隐身武器舱。

记者(以下简称记):最近网上流传出一张歼-20挂弹试飞的图片,从图片上看,歼-20的侧弹舱结构同F-22相比,有些不同,您能不能为我们分析一下这个区别?

王正平教授(以下简称王):F-22的挂架整套作动机构在侧面看是平行四边形,相当于两个折叠弹簧,导弹要发射的时候,先把导弹挂架顶起来,同时还有一个平动,这样导弹挂架从弹舱里面斜着就出来了,导弹也是斜的,导引头朝外,发射轴和机身成一定的角度。这种结构比较简单直接,实现起来比较容易,也比较快。歼-20的作用原理不一样,它的整个挂架是完全收进弹舱的,发射的时候再向下翻开,这样的结构比较复杂一些。

记:两者的弹舱为什么采用了不同的机构?

王:主要跟导弹的导引头有关系,红外格斗弹导引头的视界必须大,导弹打出去的时候,导引头必须是锁定目标的,导弹头斜的太厉害,目标有可能就跟丢了,这样对导弹导引头的要求就非常高了。歼-20采用的这种结构导引头不会倾斜,有利于发射出去跟踪锁定目标。

记:目前还没有歼-20腹部主弹舱的图片,从F-22的腹部弹仓来看,导弹发射形式同侧弹舱相比似乎有很大区别?

王:以前的战斗机在机翼底下都有外置的挂架,不管是格斗弹,还是中距弹,都挂在挂架上面,发射时也是在架上直接点火发射,这种发射方式叫架上发射。到了四代机,因为要照顾隐身,还要减小超音速飞行的阻力,对武器挂架就有了新的要求,不能是外挂的了,必须要有内置弹舱,所有的导弹都装在内置弹舱里面。F-22机身总共有3个弹舱,机腹下的弹仓是主弹舱,可以装载6枚中程导弹,在进气道两侧还各有一个格斗弹舱,可以各装一枚格斗弹。

虽然中程弹和格斗弹都是内置的,但它们的发射原理和机构都不同。格斗弹采用的是架上发射,弹舱内安装有专门的导弹挂架,平时隐藏在弹舱内,当要发射导弹是,舱盖一打开,通过机构把导弹挂架顶出来,导弹点火后发射。这种发射方式和一般战斗机的架上发射差不多。中程弹就不同了,它采用的是冷发射,什么是冷发射呢?就是发射的时候先把导弹从弹舱弹射出去,到达一定安全范围内导弹发动机再点火发射。

记:同样发射导弹为什么要用两种不同的发射方式?

王:两种发射各有优缺点,对于红外格斗弹来说,架上发射时导弹直接在挂架导轨上点火发射,发射速度快,飞机在进行作机动动作时也能发射,因此格斗导弹一般都采用架上发射,另一方面红外导弹在发射前导引头就必须锁定目标,用弹射发射时害怕它会丢失目标,因此红外导弹采用架上发射是最好的方式。

但是架上发射也有一个问题,就是导弹发射时的尾流尾焰,对飞机的影响比较大,格斗弹比较小,发射时带来的影响还可以忍受,但中程弹体积大,发动机大,发射时影响很大,有时候整个飞机都全部罩在烟里面,飞行员一两秒看不见还可以忍受,时间长了就受不了,尤其是作大迎角机动的时候,导弹的尾流如果进入到发动机的进气道里面就可能会造成发动机熄火,所以就需要采用冷发射。冷发射的优点是尾焰对载机影响小,但由于有弹离后点火的过程,发射反应速度较慢;为了避免撞击载机,发射时载机要处于稳定状态,尤其是高速弹射的时候,飞机还在做机动动作,不是四平八稳的飞,保证姿态的同时要点火,点火以后还要注意两方面,一是弹道不要跟自己的飞机碰撞了,二是点火以后初始的姿态轨迹要在一定范围内,不在一定范围内,超出发射方向范围以内就不知道往哪飞了,这个过程要求的比较高。因此只有雷达制导的中远距导弹才会采用冷发射。

记:四代机的内埋武器舱有哪些特殊的技术要求?

王:首先,战斗机内埋武器舱的空间是有限的,如何配置有限的武器完成飞机的战斗使命,如何对选定的武器合理布局以有效利用武器舱内空间,这是内埋武器舱首先应解决的问题。

其次,新一代战机要求在超音速条件下发射或投放武器,发射或投放武器前,先打开武器舱门,舱门打开后,武器舱内将产生强涡流。强涡流会引起武器舱内压力急剧变化,使悬挂的武器上下抖动或者侧向摆动,还可能导致悬挂的武器之间或者武器与舱壁之间发生碰撞,对武器或武器舱产生破坏作用,这些方面的问题必须考虑周全。

还有就是武器舱门的问题,传统的飞机上的舱盖设计时主要靠增加刚度,增加厚度,舱门相当于口盖很结实,但不会考虑到变形问题,就是扣一个盖子,跟周围结构不配合,也无所谓变不变形,导弹舱的舱门就不同了,它本身就有弹性,怎么解决它的开合,解决可靠性,还不影响隐身,要比传统舱盖困难的多。

记:四代机采用内置弹舱的一个重要原因就是为了减小超音速飞行阻力,那么在武器舱盖打开的一瞬间,会不会对超音速飞行下的飞机造成很大的影响?

王:肯定会有干扰,但不会有很大的影响,即使是格斗弹在架上发射时对飞机超音速飞行也没有太大影响,因为它的弹舱就是压缩式的,弹舱很窄,很紧凑,舱门开关的过程很快,对飞机的干扰很小,唯一影响可能就是弹射的过程当中,导弹和飞机之间气流的影响,但影响也不会很大,导弹弹射是很厉害的,十几个G的加速度弹射出去,保持一个很好的姿态的话,是没有什么大的影响的。

记:那对隐身的影响大吗?

王:刚才说过,舱盖开关的过程是很短暂的,即使发射瞬间,恰好有一个雷达刚好对准你,也只是捕捉到一个点,只能说明哪个方向上有个目标而已,雷达跟踪目标是需要连续的,瞬间的影响不大。舱门对隐身的影响更多还是体现在密封上,密封不好的话,电磁泄漏是很厉害的。

记:非常感谢您接受我们的采访!