超巡那些事儿|那年那兔那些事儿超话

　　超音速巡航这个词汇，相信读者不会陌生。随着新一代重型隐身战斗机的研制和装备，超音速巡航伴随着F-22、歼-20、T-50等四代机频繁出现在各种媒体报道和军刊文章中。本文就从超音速巡航这个角度入手，谈谈在强调超巡能力的背景下，战斗机、航空发动机的设计和发展。
　　超音速巡航≠不开加力超音速
　　超音速巡航有很多版本的定义，例如“不开加力就能超音速飞行”、“不开加力保持M1.5飞行的能力”、“经济航速出现在超音速飞行状态下”等等。其实，巡航一词最早来源于水面舰只，意思是以最经济的速度航行。飞机出现后，没有创造自己的专有名词，而是沿用了舰船的很多名词。虽然飞机的飞行时间和速度、飞行状态变化已经不是舰船所能比拟的，但是巡航的概念依然与舰船比较相似。以F-22为代表的四代机问世后，引入了一个新的概念——“supercruise”。其实supercruise如果直译的话，意思就是“超级巡航”，并没有特别强调与音速的关系，而是体现出与常规巡航相比更强的作战能力。由于“超级巡航”最具有战术价值的意义，在于能够以超过音速的一定速度进行较长时间的飞行，所以人们越来越多的将其翻译为“超音速巡航”。
　　如果超巡的概念是“不开加力就能超音速飞行”，那世界上第一种实现超巡能力的飞机大概就是英国的“闪电”战斗机了，而且此后的F-15、苏-27甚至我国的“猎鹰”高级教练机都拥有在某些状态下不开加力超音速飞行的能力。因此，这个概念不能反映超巡的本质意义。笔者看来，超巡的最低门槛应该是：飞机能够在不开加力的情况下，以超过M1.3（跨音速段一般为M0.8-M1.3，飞机外部气流部分超过音速）的速度进行较长时间飞行。
　　超巡的战术价值
　　一般常规使用单纯涡喷或者涡扇发动机的战斗机，必须要开加力才能达到超音速，而且持续时间不能太久，一般不超过30分钟，否则会导致发动机过热、烧坏发动机或者机内燃料耗尽。不过也有一个例外，那就是米格-25/31系列战斗机，米格-25内油高达15.3吨，能够单纯依赖内油开加力以超音速飞行1635公里，超过了米格-29的亚音速最大内油航程（1300公里）。如果挂载副油箱，米格-25的超音速航程达到了惊人的2130公里。单从超音速飞行时间和航程来看，米格-25/31比F-22其实还要更胜一筹。不过F-22的超巡是建立在发动机的最大军用推力的基础上，因而耗油率比米格-25这种单纯“堆油量”的飞机低得多，而且飞机需要设计过大的空间去容纳燃油。新一代战机由超巡带来的战术价值如下：
　　首先，可以用更快的速度飞抵战区或者接敌。常规三代机只能以M0.6-M0.8的速度抵达战区，这个速度在发生应急事件的情况下很可能会失去最佳时机，甚至延误战机。而具有超音速巡航能力的飞机，可以将去航或者接敌时间降低1/3甚至更多，这无疑大大增加了整个作战体系的反应能力。这一点对于国土防空截击作战以及争夺制空权格外重要，尤其是对于国土、领海广袤的国家，不可能密集地部署军事基地，这就对军用飞机的快速到达能力提出了很高要求，因此超音速巡航的意义更大。
　　其次，可以扩大本机机载武器杀伤包线，缩小敌机对本机杀伤包线。对于三代机来说，除非在接敌之前开加力加速，否则基本处于亚音速状态下。而具有超音速巡航能力的四代机，则可以长时间保持在超音速巡航状态下发射武器，此时武器的初速度更大，能在更短的时间内和更大的范围内攻击目标。而且在目标保持高速，尤其是超音速飞行态势下，空空导弹需要更多的能量和更大的过载才能命中目标，超巡无疑降低了敌方导弹的命中概率和有效射程。
　　再次，压缩敌方反应时间。超巡与隐身能力相结合，对于敌方防空武器系统具有极大的突防效果。一方面，飞机RCS雷达反射面积的大幅度下降导致敌方防空传感器出现大量探测“漏洞”，大大降低了敌方雷达的有效探测距离。另一方面，超巡飞机在通过敌方雷达有效探测距离时，所需时间大大缩短，导致敌方即便发现了目标也没有足够的时间组织防空导弹发射或者召唤战斗机进行拦截。
　　最后，有利于红外隐身。超巡的这个战术价值是比较容易被人忽视的一点。一般三代机在进行中距拦射之前，都需要开加力进行加速，也需要保持加力状态进入近距格斗，以增加和补充高过载条件下的飞机动能。而航空发动机的加力状态红外特征比军推状态下明显大很多，例如F-14机头下的红外传感器能140公里外发现开加力的目标，而不加力目标的探测距离则只有40-50公里。在作战中开加力也更容易被红外格斗弹在更远的距离上锁定和跟踪。对于三代格斗弹来讲，对于开加力的目标较为容易实现迎头锁定，而对于非加力状态目标，大部分三代格斗导弹就只能在侧向或者尾追态势下才能锁定目标。
　　如何实现超巡
　　第四代隐身战斗机作为一种适应未来战场环境的先进战术战斗机，要求它能有效地执行争夺空优、防空截击、突防压制等任务，不仅要求它有长时间的超音速巡航能力，也要求它具有良好的超视距拦截和近距格斗能力。这就要求四代隐身机是相当数量先进技术综合工程应用的结果，为了达到这一目标，需要解决数个核心技术问题，采用大量新技术。
　　首先，适于超音速巡航的先进气动布局。长时间不开加力的超音速巡航和超音速机动，首要的问题是如何降低飞机的超音速阻力，提高飞机的升阻比，因此需要针对超音速飞行状态进行气动设计和优化。早在1980年代初期，美国就着手对超音速巡航战斗机进行具体研究，各公司都根据预定的作战任务提出了他们自己的方案。理论分析和风洞实验表明，四代隐身机可以采用诸多措施使飞机阻力下降，M=2.0时的升阻比可达6-6.5，基本上比三代机超音速升阻比增加了1/3甚至一半。这意味着，对于同样起飞重量的战斗机而言，针对超巡进行过气动优化的四代机，超音速飞行所需要的发动机推力仅仅是一般三代机的2/3甚至是一半。
　　具有超音速巡航能力的先进战术战斗机要求在亚跨音速和超音速都有高效率的巡航能力和机动能力。在机翼设计中要满足这每一项要求，通常是自相矛盾的。超音速飞行要求采用小展弦比、薄翼型、大后掠角和小弯度机翼，而亚跨音速巡航和转弯机动则要求有中等后掠、展弦比比较大和在大升力系数机动时增加弯度的机翼。F-22选择升力中心前移较多的蝶形三角翼，中等后掠角，利用进气道上唇口和小边条拉涡以增加升力系数。歼-20选择了鸭式布局，主翼采用无尾大后掠三角翼设计，利用进气道唇口、鸭翼和边条拉涡增升，并且改善俯仰力矩。俄罗斯的T-50的主翼采用大后掠角三角翼设计，利用涡襟翼来减小超巡阻力，另外提高升力体构型升阻比、遏制主翼失速。