隱藏在飛機(jī)空重?cái)?shù)據(jù)后的秘密
最近看到有人煞有介事的論述“殲-20空重不可能低于20噸”的消息,理由是“F-22的官方空重已經(jīng)達(dá)到了19.3噸,比F-22大的殲-20必然比F-22要重得多”。且不說(shuō)F-22“官方空重”從最早起的16.3噸先是提升到了18.4噸,而后又增加到19.3噸,就連F-22為什么發(fā)生了增重,以及比殲-20還大一號(hào)但沒有彈倉(cāng)的YF-23卻只有13噸的重量的原因,恐怕他們也不會(huì)去認(rèn)真搞懂。那么,今天我們就來(lái)講講飛機(jī)空重背后的東西吧。
戰(zhàn)斗機(jī)保持高度靈活性的本質(zhì)是需要良好的剩余能量水平,根據(jù)剩余能量公式,任何空中飛行時(shí)剩余功率SEP由飛機(jī)此時(shí)的推力減去阻力再比上此時(shí)重量決定,也就是說(shuō),推力越大,飛機(jī)氣動(dòng)阻力越低,機(jī)身更輕的飛機(jī)越能夠?qū)崿F(xiàn)較低的空重。因而,所有的飛機(jī)設(shè)計(jì)師都在力爭(zhēng)壓縮機(jī)身空重,來(lái)確保飛機(jī)良好的靈活性。
一般人到此便有一個(gè)印象——既然飛機(jī)有“輕型”“中型”和“重型”,是不是重型飛機(jī)空重一定最大呢?還真不是。

典型案例就是“不把一克重量用于對(duì)地”的F-15A戰(zhàn)斗機(jī),它雖然是世界上第一架重型四代機(jī)(按原蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)F-14,米格23屬于三代機(jī),F(xiàn)-15和蘇27屬于四代機(jī)),但是由于良好的機(jī)身重量控制,重量只有12.9噸。對(duì)比之下,被認(rèn)為是中型飛機(jī)的翹楚的F-18E戰(zhàn)斗機(jī)則空重達(dá)到了14.52噸,比起F-15A/C足足多出了1.5噸之多。同時(shí),F(xiàn)-18E戰(zhàn)斗機(jī)使用的F414增推發(fā)動(dòng)機(jī)在使用增推模式時(shí),最大推力達(dá)到了120KN,超越了F-15C的F100發(fā)動(dòng)機(jī)的100KN推力,在最大起飛重量也達(dá)到了29937千克,和F-15C的30845千克最大起飛重量?jī)H差1噸不到。

可是,雖然F-15C比起F-18E要輕一些,但是以F-15發(fā)展出的F-15E攻擊鷹多用途飛機(jī)就不一樣了。F-15E空載達(dá)到了14.879噸,滿載重量達(dá)到了36.7噸,無(wú)論是空載還是滿載相比于F-15C都有巨大的提高。

這就是飛機(jī)空重背后的秘密了。實(shí)際上,飛機(jī)機(jī)身的空重并不完全由外觀的尺寸所決定,而是由很多內(nèi)部無(wú)法直接觀察到的內(nèi)容決定。
飛機(jī)空載時(shí)最大的重量來(lái)自于框架的結(jié)構(gòu)重量。而飛機(jī)的結(jié)構(gòu)又和飛機(jī)執(zhí)行的任務(wù)和飛機(jī)的氣動(dòng)性能高度相關(guān)。舉例來(lái)說(shuō),一架飛機(jī)結(jié)構(gòu)受力最大的情況往往在于飛機(jī)進(jìn)行高G值飛行和起落階段,以及在平飛時(shí)的各個(gè)掛點(diǎn)的負(fù)載有關(guān)系。那么,同樣尺寸,專門為對(duì)空格斗和對(duì)地重載轟炸的飛機(jī)的機(jī)身強(qiáng)度自然是對(duì)地打擊要大一些,機(jī)身框架也更加堅(jiān)固。
飛機(jī)的氣動(dòng)性能對(duì)飛機(jī)大梁結(jié)構(gòu)也有明顯的影響。以SU-27和F-15為例,F(xiàn)-15機(jī)翼切尖,不攜帶翼尖掛點(diǎn),而蘇27機(jī)翼末端平直,可以在最外側(cè)掛載電子吊艙或格斗導(dǎo)彈。表面上蘇27利用率更高,但是實(shí)際上由于翼尖渦流影響,不切尖的飛機(jī)末端有明顯的翼尖渦流造成的阻力增加和對(duì)于機(jī)翼的扭轉(zhuǎn)力矩,使得蘇27必須要在翼尖掛點(diǎn)安裝配重塊來(lái)阻擋翼尖渦流對(duì)于機(jī)翼的扭轉(zhuǎn)力矩,使得蘇27的機(jī)翼增重了數(shù)百千克。
最后就是大家習(xí)以為常的“機(jī)載設(shè)備重量”。但是實(shí)際上機(jī)載設(shè)備重量各國(guó)統(tǒng)計(jì)也是有差別的,比如說(shuō)俄羅斯統(tǒng)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)空重是排空滑油情況下的重量,而美國(guó)統(tǒng)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)空重會(huì)包括這個(gè)重量,這使得AL-31發(fā)動(dòng)機(jī)在美俄統(tǒng)計(jì)口徑下空重有較大差別:俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)下空重為1530kg,而按照美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)為1700千克左右,這使得單獨(dú)對(duì)比數(shù)據(jù)可能有較大誤差。同時(shí)美國(guó)F-22發(fā)動(dòng)機(jī)普惠F-119雖然被認(rèn)為是矢量發(fā)動(dòng)機(jī),但是實(shí)際上F-119沒有矢量噴管,噴管運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)完全在飛機(jī)框架上,這導(dǎo)致F-119空重不計(jì)入噴管重量只有1360千克,但按照計(jì)入矢量噴管的合計(jì)重量來(lái)算,則高達(dá)1769千克。某些人不加換算,得出了F-22僅發(fā)動(dòng)機(jī)就比殲20節(jié)約800千克的數(shù)據(jù),就是這樣使用錯(cuò)誤的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算出來(lái)的。

電子系統(tǒng)的重量也是軍迷們津津樂道的事情之一,很多人都認(rèn)為飛機(jī)的電子戰(zhàn)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)盡可能的輕便。但是,現(xiàn)實(shí)中F-22戰(zhàn)斗機(jī)重量提升2噸以上的核心原因之一就是不斷增多的電子戰(zhàn)系統(tǒng)的重量。有人會(huì)說(shuō),F(xiàn)-22不是世界上最早使用AESA雷達(dá)和寶石臺(tái)航電的戰(zhàn)斗機(jī)嗎?怎么會(huì)出現(xiàn)電子系統(tǒng)不斷增重的問題呢?那是因?yàn)?,飛機(jī)的電子系統(tǒng)是非常龐雜的。



早在2003年的我國(guó)相關(guān)期刊介紹中,就包括了F-22的可擴(kuò)展通用綜合處理器系統(tǒng)。在文中著重提到,由于F-22飛機(jī)兩部計(jì)算機(jī)都有20個(gè)左右插槽的擴(kuò)展空間,而且還預(yù)留了第三套CIP3的安裝空間和供電系統(tǒng),理論上F-22的電子設(shè)備還能擴(kuò)充2-3倍之多,但由于近十年來(lái)技術(shù)迭代很快,電子戰(zhàn)需求不斷增加,2021年中旬完成增量3.2b和第六代計(jì)算機(jī)軟件的升級(jí),F(xiàn)-22原有的預(yù)留擴(kuò)展系統(tǒng)目前基本已經(jīng)耗盡,這也導(dǎo)致F-22戰(zhàn)斗機(jī)終于在2021年末終于獲得了全新的升級(jí)投資——109億升級(jí)不少于140架F-22飛機(jī),這一次就需要對(duì)機(jī)身進(jìn)行較大修改了。
因此,在完成了如此之多的升級(jí)改造后,F(xiàn)-22的電子系統(tǒng)自然遠(yuǎn)比服役之初大很多,總重量大幅提高也不足為怪了。
所以說(shuō),分析飛機(jī)的結(jié)構(gòu)重量,不能僅僅從外觀、子系統(tǒng)公開的重量直觀對(duì)比,一定要根據(jù)飛機(jī)的用途,各個(gè)國(guó)家統(tǒng)計(jì)口徑的區(qū)別下手,才能得出最重要的結(jié)論。