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苏-33KUB“海侧卫”Su-33“Flanker-D”舰载战斗机

2007-1-24 06:13| 发布者: 长空| 查看: 1534| 评论: 0|原作者: 佚名|来自: 中国空军网

摘要: 苏-33KUB战斗机是苏霍伊设计局在苏-27IB原型机的基础上研制的,也是苏-33“侧卫”D舰载战斗机的并列双座型。这种战斗机将成为俄罗斯航空母舰“库兹涅佐夫”号上的决胜力量。 苏-33KUB是一款多用途战
飞机参数

动力装置:发动机: 2× Lyulka  AL-31FU 涡轮喷射引擎, 145,000 千牛顿 (32,000 英磅)/ 每个
机载设备:
尺寸数据:长度:21.94米,翼展:14.7 米,高度:5.93 米,翼面积:62.0 米2
重量载荷:空重:18,400 公斤 (40,600 英磅),载重:29,940 公斤 (66,010 英磅),最大起飞重量: 33,000 公斤 (72,750 英磅)
性能数据:最高速度: 2,300 公里/小时(高空) (1,430 英里/小时) ,航程: 3,000 公里 (1,860 英里) ,实用升限: 18,000 米 (59,100 英尺) ,爬升率: 230米/秒 (45,275 英尺/分),翼负荷: 483公斤/平方米 (98.9英磅/平方英尺) ,推重比: 0.83
武器系统:1具30毫米GSh-30-1机炮,14个武器挂点,最大武器荷载6,500公斤(14,300 英磅) ,R-27/R-73空对空导弹 所有苏联炸弹,ECM舱

苏-33KUB战斗机是苏霍伊设计局在苏-27IB原型机的基础上研制的,也是苏-33“侧卫”D舰载战斗机的并列双座型。这种战斗机将成为俄罗斯航空母舰“库兹涅佐夫”号上的决胜力量。

苏-33KUB是一款多用途战斗机,具有强大的空中截击能力、对海面目标攻击能力和电子战能力。

1999 年莫斯科航空展期间某日,一架造型怪异的苏恺二十七以未涂装姿态来到会场,落地后不久随即离去,这是苏霍伊设计局又一力作Su-33UB 这架飞机一方面作为舰载战斗教练机,一方面也是一架具有第五代战机特性的苏式飞机。设计局再这架飞机上实验了多项新技术,例如材料、航电等,作为下一代飞机的技术储备及试验。

Su-33UB 主要需求就是用作俄国海军航舰教练机,此外,必须有长程拦截、长程攻击、长时间滞空、对付高难度空 / 面目标之能力。
 俄罗斯的主力舰载机是 Su-33 单座型战机,由于苏联解体时,相对应的教练机未研发完成,且俄国军方当时连采购、维护现有装备都有困难,因此取消舰载教练机计划。舰上起降训练因而都是靠 Su-25UBT 或是仿真器来完成,缺乏性能接近 Su-33 的实机来演练,使得训练上有不小的困难。另一方面,俄军发现单座型的 Su-33 在执行任务时飞行员负担太大,再加上一些对未来空战的考虑,他们需要一种双座舰载机,做为训练之用,并且还要有很好的作战能力,能长时间滞空并攻击高难度空中目标。 Su-33UB 在这样的背景下发展起来。
其实早在  Su-27 刚问世且还没有量产时,苏联的舰载机计划就开始了,舰载战机就是今天的 Su-33 ,而训练 Su-33 飞行员的教练机与 Su-33 同步展开,经过测试,认为采用并列双座较好,因此当时选定的教练机构型就是今日 Su-34 的前身  Su-27IB 。既然如此,为何 Su-33UB 不是 Su-27IB 的改型呢?一方面, Su-27IB 约在 1990 年首飞,约两年后苏联便解体,苏联解体冲击到舰载机计划,例如 Su-33 也只有约 30 架服役,而训练任务则交由 Su-25 双座型。 Su-27IB 之后的发展与舰载教练机完全是两回事了,他发展成为长程战斗轰炸机 Su-34/32FN 。 1990 年代初就取消的计划,加上构型看似不适合空战,应该是不已 Su-27IB 修改城 Su-33UB 的原因。 

首架飞机以第二批 Su-33 为基础进行修改,在共青城制造组件并在莫斯科装配完成, 1999 年 4 月 29 日 原型机首飞,年底莫斯科航展首次对外公开。

其重要改进特点包括:并列双座、增大翼面积、新材料的应用、使用更多复合材料、装备具有第五代战机特性的航电系统,详情见下文。

机体部分的修改:外型、材料、气动力布局等

在座舱上,考虑到并列双座在起降时有较广的视野,而长时间作战时飞行员间也较易沟通并形成默契,因此 Su-33UB 采用并列双座设计。这是 Su-27IB 家族之后又一种使用并列双座布局的 Su-27 改型飞机。与 Su-32FN 类似,飞行员是经由前起落架舱进入座舱的,可见其座舱空间也不小 ( 因为至少要留个通道 ) 这能提升长时间作战的舒适程度,例如飞行员可以不必全程坐在椅子上,偶尔可以起来休息。内装光电探测系统的球状物就放在座舱正前方,因为是并列双座设计,因此这时光电球不会影响视野。为了保护飞行员,座舱附近也装设金属与陶瓷复合装甲,可见该机颇重视对面攻击。

气动力布局方面, Su-33 的气动力效率、飞行质量是 Su-27 家族中最好的,而 Su-33UB 又青出于蓝更胜于蓝。与 Su-33 相比,翼面积由 67.84 平方米增为 71.38 平方米 (extended area ,就是把机翼前后缘延伸交会后所得的大三角形的面积,通常飞机性能诸元提到的翼面积指的就是这个 ) ;展弦比由 3.44 增为 3.54 ;平尾、前翼也增大。保留了 Su-33 的可偏转 45 度的双缝式后缘襟翼。在前缘襟翼与主翼之间以柔性材料相连,如此一来前翼与主翼间再任何时候都不会有缝隙,减少诱导阻力,使得气动力效率提高;此外,机身部分可能也有自适应材料以提升各种飞行状态之效率,这方面后面再连同材料讨论。这样的改动下, Su-33UB 的气动力特性将比 Su-33 高出不少,其最大升力系数将高于 Su-33 的 2.4(Su-27 是 1.83) ,其升阻比 (lift-drag-ratio) 超过 13 ,是相当高的水平 (Su-27 是 11.8 ,同时代飞机大都在 12 以下 ) 。气动力效率的提升使得与 Su-33 相比,在使用相同燃油的情况下,航程增加 15% 到 20% 。 Su-33UB 仅靠内燃油的航程达 3200km ,与陆基型双座 Su-27( 如 Su-27UB 、  Su-30MKK) 相当。而 Su-33 是 3000km ,这样看似乎很奇怪,按照上面的说法, Su-33UB 的航程应该在 3450km 到 3600km 之间,莫非哪个数据出错了?

其实没有错,因为 Su-33UB 使用两次折迭机翼,其折迭关节一个在翼根,一个大约在机翼中线,折迭后整片主翼几乎完全被收在机背上,这将使得 Su-33UB 折迭后宽度比 Su-33 的 7.4m 还要窄,停放面积当然也更小 (Su-33 折迭后的停放面积比 F-14 、 F/A-18E/F 、 Rafale-M 都小 ) 。其两次折迭机翼除了有更适合航舰的好处外,在地面上,他可以停放在俄国大量的 MiG-21 的机堡中,而不必为了他新建机堡。因为两段机翼的使用,使内燃油少了些,这是上述〝数字游戏〞的解答。他的设计师仍在为他设计新的结构油箱,目标是使其最大航程 ( 只靠内燃油 ) 达 4000km 。此外,落地速度也由 Su-33 的 240km /hr 降至 220km /hr ,失速速度势必小于 Su-27 的 200km /hr ,最大外挂量由 Su-33 的 6500kg 提升到 7000kg 。

机体材料上,更动量非常大。其翼前缘用了柔性复合材料,前面提到,在主翼与前缘襟翼间连着一块柔性材料,使得不论前襟翼如何动,都不会有缝隙,减少诱导阻力发生 ( 后缘襟翼的缝隙是为了增升需要,而前缘缝隙则是需要避免的 ) 。

 柔性材料也是〝自适应气动结构〞的重要组成成分之一。所谓的自适应气动结构就是能随飞行状态改变气动力特性以尽量提升各种状态下的气动效率的结构设计。其作用方法有许多,例如以机翼内的空腔抽除机翼附面层 ( 空中巴士的某型客机 ) 、或是改变机翼表面弯曲度、甚至未来可能用的微喷流都算。其中改变机翼弯曲度就可以应用柔性蒙皮,其使用方式简单的说就是在骨架上装设与飞控系统连结的机械设施,上面再铺设柔性蒙皮,该机械根据飞控计算机命令运作,达到〝控制〞柔性蒙皮进而改变机翼表面弧度之作用。当把上述机械装置以微机械取代进而与柔性蒙皮结合,就可称做〝智能型材料〞。自适应气动结构是现代飞机的趋势之一,特别是需要具备全空域全速度功能的防空型战机。每一种机翼形状、翼面曲度都会有他最适合的高度、速度,因此以往的飞机只能突出任务需求方面的性能,至于其它的就只能迁就、或是尽量避免,例如早期的三角翼战机,就以拦截为主,尽量避开低速缠斗。而有了智能型结构后,可以调整出适合各种情况的翼面,使得升阻比尽量最高,这些都根据实验证实了可行性。这种智能型柔性蒙皮同样的被用在 S-37 前掠翼战机上,可以解决前掠翼再高速时产生的离散效应等。这项技术在欧洲也有发展,未来 EF-2000 上也会有类似的技术。

 观察照片可以发现, Su-33UB 的复合材料使用率应该很高,从未涂装照片可明显的发现主翼与翼前缘为黄色,而他们中间的带状地带是蓝绿色,通常飞机的金属部分因为加工的因素,多呈黄色,而照片中,除了机翼的带状部份外,机背、进气道、左侧前翼都是别种颜色,其中机背与进气道部分颜色与机翼的带状地带几乎相同,可以推测这些部分可能都是复合材料,这也与苏霍设计局说〝该机也注意到匿踪〞交互印证。但这些地方未必全都是自适应结构,可能只是单纯的复合材料而已。但笔者认为在左侧翼前缘延伸部分的蓝绿色部分可能是自适应结构,因为该处具有控制翼前缘延伸处气流的效果,有这种设备颇为合理。此外,右侧同一地方没有,可能是仍在验证。

航电系统:座舱接口、雷达、环境意识 (SA) 系统等

Su-33UB 的航电系统是很先进的,包括人性且高度自动化的座舱接口、先进的环境意识系统 (SA) 等等,属于第五代战机水平。

Su-33UB 采用并列双座座舱,数据显示主要由一个 21 英吋以及 4 个 15 英吋液晶显示器负责,原型机上在左侧设有抬头显示器 (HUD) ,俄国也正在发展头盔显示器以取代抬头显示器。座舱以〝黑暗座舱〞的原则设计,也就是说除非机上有系统故障,否则系统不会发光或发出声响,只会保持〝缄默〞,这样可以减低飞行员的精神负担,且一旦真的有事,飞行员对于系统发出之警告也较敏感。

 飞机高度自动化尽可能减低飞行员的工作量,使飞行员在一些情况只需做〝决定〞而〝不必操纵飞机〞。举例来说,当 Su-33UB 进行机炮空战时,飞行员只须选定目标,进入一定的空域,并扣板机即可,而不需要不断的校正飞机;又例如低空飞行时,飞行员只需顾着找目标、锁定、发射武器等,而不必担心飞机撞地,因为那些都由计算机处理了。人性化的接口让飞行员往往只需做攻击与否的决定而不必将过多精力放在繁琐的操纵,并将精神聚焦于任务执行、战术运用等等。

多路讯息取得系统,使飞行员能接收 360 度的战场环境,提升飞行员的环境意识 (SA) 。所谓的〝多路讯息取得〞顾名思义,是说用许多渠道取得战场数据,再加以整合,得出有用的信息给飞行员。探测方式可包括雷达、红外线、各种频道无线电、甚至我军船舰、卫星等等皆可,这方面美国  F-22 与 JSF 几乎发挥了当代极致。 Su-33UB 这方面至少包括前、后视相控阵雷达;环场红外线探测;多频道无线电;多机数据链互连;预警机与地面战管资料等。卫星方面,目前俄罗斯军用卫星几乎不具备实用价值,故从卫星取得数据应该不是 Su-33UB 的重点;机对机数据链方面, 1999 年推出的 Su-30MKK 的数据链最多可连结 16 架飞机, Su-33UB 应该约是这个水平。多路讯息系统使 Su-33UB 能发现并锁定 360 度方位角以及一定俯仰角内的战机的热讯号并导引飞弹攻击;在飞机前半球及后半球以雷达发现并锁定敌机;环场飞弹来袭警告;以雷达预警系统提供反辐射数据;自动以数据链连结其它 Su-33UB 或有类似系统的战机,使其它飞机能进行无线电缄默作战系统等。

机上装备每秒运算 100 亿次 (10GHZ) 的计算器,以处理上述复杂的数据。该计算器之运算能力已属于超级计算机级,算是很大的进步。

Su-33UB 装备了机上氧、氮气制造器,能从外界空气中取得氮与氧,经适当混合后提供飞行员使用。与过去的氧气瓶相比,这种系统没有供氧限制,滞空时间可以更长,且重量较轻。这是当前新世代战机使用的供氧设备,在俄国战机中也是首次使用。

雷达是〝隼〞式 (SOKOL) 相位数组雷达,空对空探测距离最大 170 到 180km ,追踪距离 60 到 80km ,追 30 打 6 ,对驱逐舰 300km ,对快艇 180km ,铁路桥梁 150km ,移动坦克 25km , X 波段。还可以同时处理空中及地面海面目标。在飞机〝尾刺〞内则装有〝法兰〞 (FARAON) 项控阵雷达,是隼式的缩小版。
动力系统

原型机使用具有向量推力系统的 AL-31K 改良型,最大推力 13300kgw(130.3knt) 。量产型可能使用 AL-31FP 的海军型 ( 最大推力 14500kg ) 或最新的推重比达到 10 的 AL-31FP 改型。

由于 Su-33UB 是 1999 年新改造的战机,而且改动幅度甚大,不太像是单纯的实验机。从 Su-33UB 的任务需求以及 Su-33 将提升成 Su-33UB 等级的情况来看, Su-33UB 可能与改良的 Su-33 并列为俄罗斯第五代舰载机。若如此,情况与 Su-34/32FN 类似,后者因此考虑装备 AL -41F 发动机以与第五代战机保持后勤共通性极更高性能,所以 Su-33UB 的量产型不无可能使用 AL -41F 。

总结

增大翼面积、减轻设备重量以及智能型材料的使用,使 Su-33UB 成为侧卫家族战机中气动力特性最好的,升阻比大于 13 而基本气动力特性未减的情况下,气动力效率将高过 Su-35 。其落地速度已经减低到 220km /hr ,相当适合航舰使用。优异的气动力外型加上向量推力的使用使其能完成超机动动作、过失速机动等。机动力增加之余,航程也增加 15% 到 20% 。载弹量也由 Su-33 的 6000kg 提升到 7000kg 。此外航电上的大幅精进让他可以同时对付远距离的空中及地面海面目标,减低飞行员负担的驾驶舱以及并列双座配置也使飞行员能长时间执行这些任务。
整体而言,Su-33UB 在气动力效率 ( 关系到机动力、武器筹载、航程等 )SA 系统等方面具有第五代战机水平,也注意部份匿踪性能 ( 例如较多复合材料 ) 。加上之前的讨,可以猜测,她可能是俄国第五代舰载战机,或是类似 Su-30 这种〝指挥机〞。

苏霍设计局指出,这架飞机除了可用于海军,空军也相当适合使用。苏或设计局还以此机参加印度下一代舰载战机的竞标。目前这架飞机还在进行各项测试。

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