艰难发展几十年,刚刚到达性能巅峰就面临淘汰的新式歼10战斗机

前言:歼10战斗机一度是中国80-90年代最神秘的新式战斗机,从1984年研制开始,就是对标性能极其优异的F-16战斗机,在沈阳飞机研究所和成都飞机研究所进行方案竞争对,沈阳飞机研究所方案就是直接仿制F-16战斗机,成都飞机研究所的方案虽然来自早期的歼9计划,但很多技术准备使用西方技术,西方和苏联也一度认定中国的新式战斗机就是F-16战斗机,只是80年代未美国对中国进行军事技术出口管制后才被迫重新设计。

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一:歼-10战斗机对中国空军的好处

2006年12月29日,长期笼罩在迷雾中的歼-10A战斗机正式在电视上现身,2008年11月的第7届中国珠海航展上,2架歼-10A战斗机参加了静态和动态飞行,成为了航展的焦点,早在2002年歼-10A战斗机就开始了试产,首批10架在2003年交付沧州的第13试飞团,2004年正式批量生产,年产量24架,首先装备空44师第131团,之后是空3师,空2师,基本上以每年服役一个团,本来主要任务是配合重型战斗机夺取制空权,但第13试飞团和第131团的歼-10A战斗机在2004和和2005的多次对抗演习,每次都打败空33师和空19师的歼-11重型战斗机,让中国空军对自家战斗机信心大增,全面停止再进口苏-30MKK战斗机的计划,有了歼-10A战斗机,中国空军也放弃了发展强一5型攻击机后继型号的打算。

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中国空军早期装备3000架歼-6战斗机,700架歼-7和300架歼-8战斗机,90年代中后期,中国空军长期装备的歼-6战斗机开始大批退役,中国空军战斗机下降到1500架,其中第三代战斗机只有1/5,这时中国空军装备的苏式重型战斗机已经超过300架,预计到2020年达到500架,但对中国广阔的作战区域来说远远不够,采购使用成本更低,适应中、低强度作战的轻型战斗机填补歼-7战斗机和歼-8战斗机退役后的空白,也做为重型战斗机的补充,在歼-10战斗机服役前,中国空军有全天候作战及超视距攻击能力的国产战斗机只有100多架歼-8IH/F战斗机,无论性能还是数量都不足以与第三代战斗机抗衡,因此大批量采购歼-10战斗机是十分必要的,只需要400架歼-10A战斗机就能替换所有老旧战斗机,从中国空军担负的作战使命计算,采购不应低于500架,800架是最理想的数量

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歼-10A战斗机有9个挂点,在携带6枚500公斤的炸弹,两枚近程空空导弹和机腹的副油箱时重量大约3.5吨,可以提供700公里攻击半径,或者在400公里外留空40分钟等待呼唤,比幻影2000战斗机和F-16战斗机的近距支援的能力还强,歼-10A战斗机起落架舱的侧面有一个不引人注目的小挂架,机身另一侧是机炮舱,这个小挂架能承重250公斤,可以挂一个和F-16战斗机常用的LARTIRN攻击吊舱的“蓝天”导航攻击吊舱,和LARTIRN攻击吊舱不同的是带有一个小型对地探测雷达,这个吊舱在1998年时没有武器控制和制导能力,不过很快有了合成孔径雷达,二代16元高清晰度热成像仪,拥有了地形跟踪、激光测距和激光照射功能,这是苏-30多用途战斗机进入中国之前中国空军梦寐以求的夜间及恶劣气象下的精确对地攻击能力,

二:歼-10战斗机的战场效益

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歼-10战斗机最明显的特点就是有作战半径,作为一种单发战斗机,最大起飞重量比双发的歼-8战斗机还要大4%,早期苏式战斗受设计、材料、动力、技术限制作战半径一直较小,有“机场保卫者”的美称,歼-7战斗机作战半径只有350千米,歼-7E/G战斗机提高到500千米已经是极限了,歼-8II战斗机虽然装载了6-7吨燃油,作战半径也只有700公里左右,比歼-7E/G战斗机增加了不到200千米,由于战斗机航程“腿太短”,中国空军作战范围长期被超不过500千米范围,而台湾海峡和南沙群岛作战半径都超过1000公里,中国还需要远程战斗机覆盖韩国,日本,对东亚地区的政治和军事施加影响,引进苏-27远程战斗机虽然可以达到要求,但数量太少,自制的歼-10战斗机就不存在数量这个问题

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采用了优化气动设计和大量复合材料的歼-10战斗机阻力和重量都下降明显,歼-10战斗机外形尺寸比F-16战斗机、幻影2000战斗机都大,F-16战斗机和幻影2000战斗机的机内载油量是3100公斤,燃油系数分别为27%和24%,歼-10战斗机机内载油为3600公斤,燃油系数为29%,与F/A-18战斗机也较为接近,苏-27战斗机重量是歼-10战斗机的2倍,内部带9000公斤燃油可以飞行3800公里,歼-10战斗机挂载1700+900+1700升大约3400公斤燃油的三个副油箱,总燃油量达到7000公斤,航程可超过3200千米,携带三个副油箱加2枚导弹的作战半径可达1270公里,正常情况下可挂4枚中距空空导弹和2枚近距空空导弹,在外挂3个副油箱执行制空或高速拦截作战时,基本上可以达到苏-27战斗机的挂载水平,

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在外挂3个副油箱执行对地打击时可以携带4枚500千克精确制导弹药,挂载2枚中距空空导弹加2枚近距空空导弹高-高-高飞行剖面时作战半径是1200千米,低-低-低或低-低-高是600千米,已经可以满足基本的作战需求,歼-10战斗机还具有空中加油能力,必要时可以只携带一个副油箱,空出重型挂点来携带对空、对地武器,这对于中国空军来说这是一个非常好的消息,这意味着中国空军拥有比使用高耗油的涡喷发动机的歼8战斗机多2倍的战场留空时间,而且歼-8H/F等改型只能挂载2枚中距空空导弹,可以以少量的战斗机就能大大扩大制空的区域,而且省油也大大减小了后勤供给的压力,

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以往只支持一个歼-8战斗机中队作战3天的机场现在可以支持一个歼-10战斗机中队作战5天,以一架战斗机一年飞行100-200小时可以节约不少油钱,低燃油消耗也大大减少日常使用费用,降低空军的使用成本,虽然每架歼-10A战斗机造价是2500万美金,相当于3-4架歼-7E战斗机,从作战半径、留空的时间、出动率以及使用寿命看相当于5-10架歼-7E战斗机,可以以1:10到1:15的比例取代歼一6战斗机机群,以1:5到1:7的比例换替换歼-7战斗机机群,以1:4到1:5的比例换装替换歼-8战斗机机群,这样的置换虽然大大缩小战斗机的规模,但也节约了大量人力和地面设施,但是受外购的AL-31FN发动机数量限制,歼-10战斗机装备很缓慢,直到国产发动机入役才进入全速生产。

三:从歼-10A战斗机到歼-10C战斗机

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歼-10A战斗机虽然比西方第三代战斗机晚了近20多年,但正好遇上中国一系列引进的先进航空技术逐步成熟的东风,所以歼-10A战斗机的技术起点非常高。虽然早在80年代就已启动研制工作,但采用了近距耦合的鸭式布局和全数字化的电传操纵系统,高空、高速及中低空机动性,水平加减速、垂直机动、敏捷性都达到F-16战斗机的水准,如果挂两枚格斗导弹加机内半油的流行空战重量,从机场最大加力起飞以最快的速度赶到战斗区域,起飞重10600公斤,推重比为1.18,翼载荷为260公斤/平米,高于F-16A战斗机,远超幻影2000战斗机,歼-10A战斗机升力系数和推重比高于幻影2000战斗机,瞬时盘旋角速度不低于幻影2000战斗机,空中格斗水平在单发战斗机里是异常优异的,

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受困于薄弱的电子工业能力,中国空军长期缺乏优越的战斗机机载雷达,80年代末,中国就想通和平典范计划进口美国F-16战斗机上的APG-66雷达来突破长期无法突破的多普勒雷达的技术难点,引进的苏-27战斗机雷达水平依然老旧,无法满足超视距拦截要求,歼-10A战斗机的1473型雷达曾是最保密的项目之一,原型是以色列“狮”式战斗机配套的EL/M-2035脉冲多普勒雷达,天线直径和美国的APG-65雷达差不多,过南京电子研究所改进后平均功率是1500-2500瓦,计算机处理能力超过每秒1亿次,可在160公里外探测到苏-27战斗机,接近美国AN/APG-68(V),采用了通过1553B数据总线相连的国产导航、通信、电子战系统、大容量高速计算机和机载雷达后,完全超越歼-8II战斗机,远优于同期的苏-27战斗机,接近或达到了F-16战斗机90年代中后期水平,

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但随着F-22、F-35、F/A-18E/F战斗机的问世,歼-10A战斗机的航电系统开始落后,2005年,中国开始研制歼10B战斗机,歼10B战斗机和歼-10A战斗机外型有大幅改动,机头由A型的圆形截面改为B型的扁圆形,下倾角度类似于F-16战斗机,座舱下视界更大,前机身横截面由近圆型改为椭圆型,垂直尾翼作后掠切角设计,增加面积和高度,提高纵向飞行稳定性,尾部双腹鳍也作切角设计和增加面积,降低了飞行阻力,最重要的改进是将方形的二元可调式进气道改为圆形的“无附面层隔道”进气道,不但简化了结构,减轻了60%以上的重量,DSI进气道的凸起的鼓包还够遮挡住发动机的叶片,加上座舱进行了镀膜处理,整体雷达反射面积大幅降低了60%,加上增加了自卫式全向无源电子战吊舱,机载雷达也改为可同时跟踪15个目标的无源相控阵雷达,

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不过中国航空技术在2008年后呈现大爆发的现象,无源相控阵雷达才装备就落后了,歼10B战斗机只生产了50架就迅速停产,改为生产装备探测距离是歼10A三倍,频带宽是10-12倍有源相控阵雷达的歼10C战斗机,还应用了信息化航电、信息化座舱,光传操纵系统、头盔瞄准具、战场信息管理系统、通用数据链、新一代电子战系统,中距空空导弹也从意大利阿斯派德中距空空导弹发展而来PL-11半主动雷达制导中距空空导弹换成了中国自行研制的PL-12主动雷达制导中距空空导弹,PL-12中距空空导弹弹翼翼展和重量比PL-11中距空空导弹小不少,性能大致相当于美国AIM-120A中距空空导弹,但雷达导引头天线直径是140-150毫米,比AIM-120的114毫米要大,探测距离也略远,

四:歼-10战斗机飞行性能进步

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在歼-10战斗机的35年发展历程中,最受困扰的就是发动机,中国航空工业直到80年代才建立系统的发动机研发机构,就连米格21战斗机的R-13发动机也仿制了十几年才仿制成功,90年代末还花巨资购买了英国60年代的斯贝发动机,歼-9战斗机的研制也因为涡扇-6型发动机的屡次延误而下马,最初歼-10战斗机的设计对手是苏联空军,沈阳航空发动机研究所为歼-10战斗机准备了设计推力120千牛的涡扇-10涡轮发动机,涡扇-10涡轮发动机的技术来自80年代初期引进的波音737飞机所用的CFM563发动机,其核心机和美国战斗机的F110发动机几乎是一一致的,沈阳航空发动机研究所计划利用这种发动机的成熟技术研制自己的发动机,

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尽管看上去是捷径,但工业差距使涡扇-10发动机技术问题层出不穷,无法达到使用状态,还需要花费十几年的时间和精力,这根本赶不上歼-10战斗机的进度。苏联的解体使中国戏剧性的大量苏联军事技术,也包括留里卡一萨图恩联合体的AL31FN发动机,这种发动机工作稳定性异常优异,能适应各种恶劣工作条件,能在超过90度大迎角和360度旋转等进气条件恶劣到极点的情况下正常工作,对于歼-10A战斗机的研制成功意义非凡,直到涡扇-10A发动机在2000年前后成型,歼-10B战斗机才开始换装,经过持续了二三十年的研究,中国航发集团已经把涡扇-10系列发动机发展成熟,2017年,一架1034号歼-10B原型机装上了最大推力为144千牛的涡扇-10B发动机,同时使用锯齿状矢量尾喷口,这是人类航空史上第一次由单发鸭翼布局的矢量战机,

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和装备最大推力132千牛涡扇-10A发动机的歼-10B战斗机相比,由于,锯齿状矢量尾喷口要损失10%的发动机总推力,两者加速性能、爬升、转弯性能基本一样,在珠海航展上,歼-10B推力矢量验证机升空后以小半径低空盘旋通场后迅速以70度大仰角爬升,然后拉出近90度攻角,几秒之内将机头转了180度,这个“落叶飘”动作后再以极小的转弯半径盘旋半圈突然拉出110度迎角,将三四百公里时速降到一百千米又迅速恢复速度,完成这个著名的眼镜蛇机动10秒后就不到5秒就调转航向180度,做出“小J转弯”机动,盘旋半圈后降低到百米高度再以以几十千米速度做出“眼镜蛇机动”,几乎是“瞬间悬停”随即加速向右再次进入盘旋,这些动作展示出了极佳的操控性和敏捷性,

五:如果歼-10C推力矢量战斗机和F-16C/Dblock52战斗机

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“眼镜蛇机动”在实际空战中的作用有限,但“小J转弯’动作在双环绕圈格斗空战中以迅速咬住对手,在完成180度回转后高度不减反升,无论在进攻还是防御都是一种极为有效的战术动作,其实歼-10战斗机鸭式气动布局并不适合做“小J转弯”和“眼镜蛇机动”,但有了推力矢量喷管的强大力矩,,也可以做出这种这样的极限机动,另外歼-10B推力矢量验证机起飞离地距离是345米,比歼-10B战斗机缩小了43%,作战时能够部署到跑道长度比较短的简陋机场,这样可部署的机场增加了3倍,歼-10B推力矢量验证机爬升角速在0千米处增加了58%,在3千米处增加了43%,在5千米处增加了30%,转弯性能显著增加,面对机场面对袭击时可以快速升空转场,留给敌人的攻击窗口非常小。

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如果歼-10C推力矢量战斗机和F-16C/Dblock52战斗机交手时,两种战斗机都是使用单发发动机,最大推力分别是142千牛和144千牛,意味给雷达的供电功率差不多,机头直径也差不多,雷达天线面积也差不多,但F-16C/D用的是脉冲多普勒雷达,歼-10C推力矢量战斗机用的是无源相控阵雷达,在总功率和杂波处理能力上超过F-16C/Dblock52战斗机,在超视距空战中可能会首先发动攻击,F-16战斗机只能以损失战机能量为代价躲避攻击,进入近距格斗后,歼-10C推力矢量战斗机有明显的速度优势,,能迅速转化为角度优势使用格斗导弹多射击几轮,但而矢量机动最大作用是速度较小的过失速机动,也就在两架飞机缠斗到速度降低到一定程度时才有用,也就是一次空战中只有一次使用机会。

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假设两机进入近距缠斗时机动能量一致,F-16战斗机有敏捷性超强的优势,歼-10C推力矢量战斗机有在垂直面从缠斗中能更快更大角度地快速爬升的优势,歼-10C战斗机完成“小J转弯”需要11秒,F-16C战斗机只需要8秒,在水平面的缠斗时,F-16战斗机在最初几次缠斗在配合头盔瞄准具和AIM-9X的巨大射界时会占据很大优势,但缠斗时间过久机动性能就会受到限制,如果歼-10C推力矢量战斗机在刚开始贸然强行转弯,可能会损失更多能量,只要歼-10C推力矢量战斗机拖到过失速机动发挥作用的阶段,利用矢量喷口获得较强的转弯性能迅速获取射击窗口,歼-10C推力矢量战斗机最好的战术是在F-16战斗机速度高度有优势的情况下尽量避免和与其进入缠斗,而是先利用雷达优势消耗对手,在具有能量优势的情况下才进入格斗,

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五:结语

歼10C战斗机自2016年开始批量生产,预计会生产150架,加上200架歼10A战斗机,50架歼10B战斗机,刚好能替换所有老旧战斗机,歼-10推力矢量验证机应该不会生产,其技术会移植到歼-二十,歼-十六战斗机,歼-10战斗机经过37年的发展,到达了巅峰,但随着战斗机朝着超视距隐身空战的方向迈进,设计时没有考虑过隐身性的歼-10战斗机在这方面再怎么改进也不理想,应该到了淘汰的时候了,如果没有意外的话,取代它的新一代战斗机可能是歼-35战斗机了