接上文:
走出阴影……成都“J-36”战机(下)
超音速巡航能力?
J-36具备适度的翼载与矢量推力,理论上应拥有良好的机动性能,但其设计重心并不在狗斗。从翼型后掠角与进气道布局来看,该机具备超音速飞行能力;但是否具备超音速巡航(supercruise)——即在整个或大部分任务过程中无需加力即可超音速飞行——则需视多项因素而定。
具备超巡能力的战斗机,首先必须避免围绕马赫数0.9/过载7G的典型机动点进行气动优化,同时避免外挂大型武器或油箱造成外形干扰。这就要求内部武器舱或保式武器挂载设计,以及足够的机内燃油容量——J-36在这两方面均符合要求。第二个关键要素是发动机与平台匹配良好,尽量减少对加力燃烧的依赖,这便引出了其“三发”配置的意义。
通过优化气动外形、内部载弹布局与燃油设计,可显著提升不加力状态下的超音速巡航能力。J-36一个明确的设计信号便是其发动机喷口采用“沟槽式”(trench-type)安装方式。诺斯罗普/麦克唐纳·道格拉斯公司研制的YF-23(F-22的竞标对手)便采用了此类沟槽喷口,并在内衬中使用了由艾利森公司(现为罗罗北美)研发的“层合合金”(lamilloy)材料——这是一种层压镍基合金结构,具备如涡轮叶片般的内部冷却通道。
笔者曾作为顾问参与后续诉讼案,案件争议点即为:是艾利森公司夸大了lamilloy性能,还是诺斯罗普低估了发动机排气在沟槽内部产生的热和声学效应影响?无论如何,从那以后,尚未有设计采用加力燃烧器与沟槽式喷口的战斗机再次问世。
发动机技术将直接决定J-36的超巡飞行能力。具备高推重比的战斗用发动机通常拥有较高压气比(以缩小并减轻发动机核心),而在超音速飞行中,由于进气道冲压效应导致的加热会被压缩机进一步放大,最终使压缩机出口温度达到极限。通常当飞行速度超过马赫1.2时,多数战斗机发动机会开始调低推力输出,更多的推力转由加力燃烧器(加力器)提供。而在此过程中,比油耗(SFC)和推力会同时上升,使得燃油流量呈指数级增长。
成都飞机工业集团与其发动机供应商沈阳发动机研究所,近年来持续向超巡能力迈进,已在高温材料与耐热叶片设计方面取得进展。J-20所采用的涡扇-15(WS-15)发动机即为J-36动力系统的出发点。其某一型号可能会专为跨音速加速设计,采用有限加力方式,其尺寸与J-36的需求较为契合。
类似F-22的“caret”型进气口,具有后掠且倾斜的进气唇,位于机翼前缘下方,为左右两台发动机供气,而中间发动机则由机身上方的无附面层隔道超音速进气道(DSI)供气。
三发是否优于两发?
对J-36采取“三发”布局的最简单解释,是其所需推力超出两台WS-15的供给能力——但由此带来的结构复杂性与重量增加,也抵消了推力提升的优势。即便配备稍加强化的双发动力系统,或许也能达到类似性能。对于一些观点认为第三台发动机专门用于供电与冷却——例如支持非动能武器——这种说法同样存在疑问:毕竟尚无哪种机载激光或高功率微波装置需要超过20兆瓦的持续功率。
一种更激进的猜测认为,J-36的中部发动机是某种极高速动力装置,使其飞行速度远超马赫2。但问题在于,无论是固定几何结构的caret进气道还是无附面层隔道超音速进气道(DSI),目前均未被证明可适用于此类速度区间;更关键的是,从现有影像中也看不出这三台发动机有任何不同。
两种更具说服力的可能性如下:如前所述,左右两台发动机可用于三轴控制。但若其操纵效能不足,中间那台发动机则可专用于俯仰控制,左右两台分别承担滚转(差动矢量)与偏航(差动推力)任务。
另一种可能是,这三台发动机根据飞行阶段匹配推力输出,并尽量避免使用加力燃烧器。一款具备干推力即可进行超音速飞行的飞机,在亚音速巡航时的部分推力状态效率会降低——这也是F-22一项固有缺陷,其在该速度范围下的油耗偏高。J-36的中部发动机可能在亚音速飞行时关闭或保持怠速运行——这也正是当年XB-51采用三发动机配置的原因,其机尾安装的第三台发动机甚至配有可伸缩进气道盖。
从理论上讲,三台发动机可通过差异化运行实现相对均衡的使用寿命,例如中部发动机在更高温与更高压条件下运行时间较短,而两侧发动机则承担更大时间负荷。
当然,仅凭照片仍有大量无法确认的内容。如果J-36延续J-20的发展路径,那么现阶段所曝光的应是一架原型机——并非验证机,也并非量产首架机。J-20的原型机首次曝光后,低速率初始量产(LRIP)型号在四年后才现身,具备初始作战能力(IOC)又过了三年。
目前我们对J-36的武器系统与传感器仍知之甚少。但已有迹象显示其可能配备侧视雷达阵列(F-22曾考虑但最终未装配的技术),机身边条处还嵌有一对窗口,极有可能为红外传感器系统提供近乎球形视场,仅机体结构遮挡后向小范围区域。
任务决定意义
任何新型军用飞机,若并非是对现有机型的直接替代,往往是因为它能为部队带来全新的作战选项。从整体特征来看,J-36更可能是执行“制空/反空战”任务的专用机型,而非传统意义上的制空战斗机,目标是对抗空中和地面的防空资产,作为多系统组合体系中的一环。
J-36的关键设计特征指向其任务属性:高速与高空不仅提升生存能力,同时可有效压缩敌方导弹拦截窗口,特别是在具备机动能力的前提下——导弹最大发射距离通常是针对中空非机动目标设定的。结合航程能力,即使在马赫1.8的超音速巡航状态下,也能将出动时间减半、出动频率翻倍,相较于亚音速平台形成明显的战场节奏优势。
速度本身就是一项非对称优势——若J-36能对“第二岛链”内的基地构成威胁,迫使B-21战略轰炸机向后部署,将直接削弱后者的出动效率,进而严重影响整体打击力量的效能。
其主弹舱尺寸足以容纳远程PL-17空空导弹(AAM),亦可挂载对地打击武器。两个侧舱则可部署空空导弹或反辐射导弹(ARM)——鉴于中国新型武器投产速度之快,目前所见的J-36武器配置恐怕远非全貌。总体来看,其大载弹量支持一种“高密度精确打击”作战理念,依赖更精确、更高自主性的武器系统——或在无人化/智能化技术进一步成熟后,携带巡飞弹和干扰器。
J-36还很可能兼具侦察能力,可为其他火力平台(如轰-6投射的导弹)提供目标指示,扩大协同火力覆盖面,并在有人/无人平台混编体系中担任空中指挥与控制节点。
J-36仍有诸多未知,但有一点已经可以确认:那些仍将中国航空工业视为“仿制工厂”的人,已被现实彻底击败。
图片注释:J-36当时正被一架J-20S双座战机追踪,为分析其机体尺寸提供了宝贵参照。
其尾缘最外侧一对控制面较小,并采用水平分割设计,兼作空气制动器与方向舵,同时具备滚转与俯仰控制功能。