不忘中囯之463: 歼20雷达、航电、武器性能全推测(图)

歼二十本身作为一型集隐身、超音速巡航和超机动性的新一代先进作战平台，只有在综合航空电子系统和新一代机载武器助力下才能形成完整的作战能力。由于航空电子系统和机载武器系统很难通过飞机的外观进行直接的分析，笔者采用通过世界各国尤其是中国在相关领域的研究情况来间接推测歼二十机载雷达、航空电子系统和机载武器性能水平。

　　从仰视到平视：歼二十机载雷达分析

　　网络图片中的歼二十机头部分采用了统一的墨绿色整体涂装，为分析歼二十机载雷达安装位置和大概面积造成了麻烦。但是看过歼二十照片的读者朋友们可能会发现歼二十座舱与机头的距离相对较近，歼二十座舱前缘已经延伸到了机头的收缩段。这说明歼二十机载雷达的体积比较小。再细心观察围绕歼二十机头布置的各类气动传感器布置，隐隐地已经可以发现这些机载设备已经为雷达天线让出一个略有些下倾的安装平面。综合判断，歼二十应该是采用了第四代战斗机标志性的传感器 ——机载有源相控阵雷达。而且根据雷达所占用的体积来看，歼二十机载雷达本身很可能只剩下完成射频发射/接收的有源相控阵天线，而雷达的信号和数据处理交给了飞机的通用综合处理器，这也是新一代战斗机通常采用的传感器网络架构。

　　人类航空史舞台上出现过四代战斗机，也流传着四代机载雷达的传奇。第一代雷达主要功能是测距，也被称为测距器；第二代机载雷达采用了微波功率管，具备了目标距离和角度参数的测量能力；第三代机载雷达采用了脉冲多普勒技术，实现了机载雷达的下视能力；而第四代是有源相控阵雷达，其采用控制接在每个天线单元下的电控移相器的相位，实现天线波束扫描。歼二十采用的新一代有源相控阵机载火控雷达可以赋予飞机更加优秀的传感器性能。有源相控阵雷达波束灵活，多用途能力好，探测距离远并且可靠性高，是新一代隐身飞机的首选传感器。隐身机机头看似是经过外形隐身处理的表面结构，为了能够可以透过自己机载雷达的雷达波也会造成敌方雷达波入射，从而造成雷达舱内的复杂反射和谐振，对于隐身机性能影响很大，雷达舱也和座舱和进气道一起被称为飞机“三大谐振区”。而相控阵雷达采用固定天线，并且可以倾斜放置，这就可以把雷达舱内入射的雷达波反射到无关方向。而且相控阵雷达天线上存在上千个阵元，这些阵元组成的“粗糙”表面更加剧了入射雷达波的漫反射，因而采用相控阵雷达也是隐身飞机隐身性能的需要。

　　战斗机雷达反射特征图，可以看到一架战斗机各个部分对于本机RCS的贡献。

　　【知识链接】：有源相控阵雷达通过控制接在每个天线单元下的电控移相器的相位，实现天线波束扫描，传统机械扫描雷达发射机需要通过馈线网络输送到天线阵面上才能辐射出去，而有源相控阵雷达的波源就位于天线阵列上的主动收发单元上，无须采用馈线网络可以直接辐射，也就避免了馈线网络的损耗。这个损耗一般可达5dB。相控阵天线采用相扫而不是机扫，具备灵活的波束控制能力，使雷达可以以时分的方式几乎于同时实现对空对地甚至通信和电子对抗等多种功能；也可以根据目标情况实时分配雷达在空间的功率资源，有利于集中能量提高发现距离和稳定跟踪重要目标。有源相控阵雷达采用多个阵元组成的天线阵列，去掉了易于发生故障的机械扫描机构，总体可靠性极高。

　　由于有源相控阵雷达具有优秀的先天性能优势，世界各国很早就开始了研制。美国早在60年代中期就进行了MERA(微电子用于雷达)计划，研制出有 604个天线单元的X波段有源阵列，验证了机载有源相控阵雷达的可行性。然后美国进行了RASSR(可靠机载固态雷达)计划，研制了有1048个模块的有源天线，解决了有源阵列的发热冷却问题，验证了有源相控阵雷达的可靠性。1983年SSPA（固态相控阵）计划开始，研制了具有2000个阵元的有源阵列，应用了砷化镓场效应器件，直接对X波段电磁信号进行放大。经过三个阶段的预研工作，美国于上世纪90年代研制成功了AN/APG-77有源相控阵机载火控雷达用于第四代F/A-22“猛禽”战斗机，拉开了新一代战斗机装备新一代雷达的大幕。AN/APG-77雷达天线直径约为1米，天线包含大概 2200个有源收发模块，每个模块的发射功率为10瓦，据称其对于典型战斗机目标发现距离大于230公里而且具备主动干扰模式。

美国AN/APG-77机载有源相控阵雷达天线阵面以及其使用的主动收发模块

　　我国机载雷达研制曾经长期落后于世界先进水平。歼八2飞机曾经因为机载雷达没有突破而历经二十年多年才实现曾经设想的下视下射和中距拦射性能。但是随着我国改革开发进程推进和电子信息产业的发展，我国机载雷达近年来发展极快，在突破第三代机载雷达总体技术之后又在短时间内实现了第四代机载雷达的跃进。引用中国航空集团公司雷电院院长张坤辉的话说：“如果说，以前对国际的先进水平咱们是仰视的话，那么现在可以说是平视。如果现在参加国际招标，我们中国的机载雷达完全可以和英国、法国在同一个水平上竞争”。根据创新超越促发展--记中航工业雷电院长张昆辉这篇 报道：2008年，中航雷电院研制的具有完全自主知识产权的相控阵火控雷达，在圆满完成了某飞机的验证试飞后，雷电院向部队机关和集团公司做了汇报，在军方引起了强烈反响，并受到军方各级领导的高度关注。空军景文春副司令专程到无锡了解情况、听完汇报后说：“当初×代机立项时，我有两点担忧，一是发动机问题，二是相控阵雷达问题。今天看来，雷达问题已经解决了，我们已经有了自己的相控阵雷达”。空军首长和空装首长的关注，给了雷电院极大鼓舞和鞭策。该项目在完成它机验证试飞后，原国防科工委在北京组织召开了成果鉴定会，与会专家在认真了解试飞情况后给与了高度评价：“相控阵雷达研制，开创了国内机载火控雷达的新纪元，填补了国内X波段相控阵火控雷达的空白，为我国×代机的研制打下了坚实基础，标志着我国第×代战斗机提升战斗力的时机已经到来”。此项目还荣获该年度国家国防科技成果一等奖。由此可见，歼二十采用中国自研的第四代机载有源相控阵火控雷达已经没有技术瓶颈。

　　我国为飞豹A战斗轰炸机研制的多模式脉冲多普勒机载火控雷达已经达到世界先进水平。

　　智能之龙：歼二十火控系统架构分析

　　战斗机所采用的航空火控系统架构经历了三个时代。第一代是由机电式瞄准具、单脉冲火控雷达、红外传感器、气压传感器与陀螺组件构成的分立航空火控系统；分立式航电架构中的各类分系统互相隔离、没有通信，在座舱内也是独立显示。第二代是以综合导航及瞄准功能的数字式平视显示器为主体,与大气数据计算机、惯性导航系统、脉冲多普勒雷达等组成了数字化分布式的交联式航空火控系统；交联式航电架构中的分系统分别处理自己的信号和数据并且将数据共享给武器任务计算机，由武器任务计算机综合显示到平显和座舱内的多功能显示器上。第三代是以数据总线为信息交换通道,将各功能子系统信号以及数据处理集中于通用综合处理器统一处理和显示的航空综合火控系统；综合火控系统架构就是目前新一代战斗机所采用的火控系统架构，其关键在于构建一个以通用综合处理器为核心的火控体系。F/A-22战斗机上的航电系统在总成本中的比例达到了50％，综合航空电子系统也是新一代战斗机4S标准中的一个，可见其对于构建隐身战斗机整体作战能力的重要性。从歼二十留个雷达的空间较小的情况来看，歼二十的机载有源相控阵雷达很可能使用通用综合处理器取代了雷达的信号处理器和数据处理器。此时，机载火控雷达本身仅仅相当于一个天线，雷达后端处理工作以及其他传感器、通信和电子对抗信号和数据全部由全机共享的通用综合处理器承担。

　　正在组装的F22地面模拟器的座舱，可以看出与最新趋势相比F22的座舱已经略显落后。

　　美国的航空综合火控系统源于其在上世纪八十年代开始的“宝石柱”计划。 “宝石柱”计划的实质是以超高速集成电路和通用模块为基础，采用高速数据总线和计算机联网等技术手段，实现航空电子综合系统的高度综合。雷达、通信和电子对抗等射频设备首先要进行的是信号处理再将信号处理中识别出的数据进行数据处理。第三代战斗机采用的交联式航电架构，在总线上进行共享的是各个分系统经过信号处理和数据处理之后的数据，再由武器任务计算机进行汇总和再处理。而综合航电系统直接从信号阶段就进行整机统一处理，这样整机全部系统都能实现数据共享，比如雷达告警器获取的信号直接可以和电子对抗系统共享，当本机被敌方雷达照射时，可以更加迅速和精确地针对对方雷达信号进行电子反制措施。F/A- 22的航电架构以共用综合处理器为核心，（每架飞机有3个CIP，每个CIP有66个插槽，使用12种不同的模块分别用于信号、数据、图像/视频及总线控制等功能），的将航空电子系统分为一个核心处理区和几个相应的综合区。为一个核心处理区和几个相应的综合区。其中核心处理区完成雷达、电子战、光电等传感器的信号处理和数据处理，并完成数据融合、导航计算、火控计算、显示控制管理等任务处理功能。更晚研制的F-35多用途隐身机采用了更先进的“宝石台”航电架构，将F/A-22未彻底完成的航电综合进行得更加彻底。F-35多用途隐身机采用分层而不是分系统的设计理念，雷达、通信和电子对抗等分系统被统一为射频天线，其雷达属于宽频带有源相控阵雷达不仅仅能完成F/A-22已经具备的传感器和有源干扰功能，还可以完成定向通信、导航和更全面的电子对抗功能。

F22的宝石柱航电结构

　　F35的宝石台航电架构

　　在美国综合航电系统研制过程中，我国在四代机背景下开始了综合航电系统的研制工作。在航空报报道中提到“中航工业计算所对一季度工作进行了全面梳理，各部门针对工作计划认真做好任务分解，努力迎来虎年开门红。某课题组全体成员努力攻关，成功突破了某航电系统关键技术，完成了综合核心处理机软硬件平台调试工作，该样机的成功研制为加快新型号研制打下了坚实基础。其中提到的综合核心处理机即为类似美国F/A-22所采用的通用综合处理器。珠海航展上，我国也曾经展出过新一代航空电子系统的通用综合处理器。结合2010年珠海航展展出的大液晶显示器先进座舱系统，相信歼二十在拥有科幻梦幻般外形的同时，歼二十的“内在”也会给大家一个惊喜。

　　潜龙利爪：歼二十机载武器分析

　　起初从歼二十照片上看不到任何弹舱的接缝，笔者还暗自着急了一番。后来随着歼二十更清晰照片的出现，歼二十进气道侧面和机腹可以看到疑似弹舱盖的锯齿接缝。如果笔者看到的接缝确实为弹舱结构的话，那么歼二十也采用了类似F/A-22的侧面+机腹弹舱布局，采用两个侧面弹舱各挂载一枚近距离格斗弹和两个或者一个机腹弹舱挂载4-6枚中距雷达弹。

　　在雷达、航电和飞机平台本身实现跨代的同时，机载武器也进入到了新一代。就红外制导近距离空空导弹而言，纵观红外技术在以往红外空空导弹中的应用发展，非成像制导空空导弹未能实现真正的全自主攻击。无论采取什么体制处理误差信号，非成像跟踪与制导系统实质上仅仅是一架方位仪，目标或大或小均表现为一个点光源。不仅不能精确测距，更不能识别敌我，特别是跟踪大机动目标及受强地物、云层干扰时，容易丢失目标，更不具备识别多个目标的能力。以探测器阵列工艺及信号处理和图像处理为主要内容的红外成像技术，采用优质、多元探测器，实现成像制导已成为红外空空导弹发展的趋势。由西德和英国联合研制的先进近距空空导弹ASAAM采用波长为8-12微米的多元HeCdTe凝视焦平面阵列，美国AIM-9X采用128*128元混合式InSb或8-12微米的多元 HgCdTe凝视焦平面阵列，使空空导弹具有真正的全向攻击能力. HgCdTe的焦平面阵列已达256*256元，InSb已达翻640*480元。它们的探测温度达到住0.01K或更低，帧频达数百至1000。采用红外成像制导是第四代近距空空导弹的基本特征。

　　

　　采用鸭翼结构的响尾蛇导弹是典型的第三代格斗导弹，这样的气动布局已经被第四代格斗弹所淘汰。

　　三代近距空空导弹一般采用鸭翼布局。鸭翼布局就是将控制舵面放在弹头位置，通常是在导引头之后。这种控制方式简单易行，完全能满足攻击中低空机动目标的要求。鸭式布局导弹没能充分利用弹体产生的升力。现代空空导弹可用攻角已使用到30°-40°，弹体产生的升力可占全弹升力的60%甚至到70%。而鸭翼布局在导弹迎角20°以上就由于导弹和鸭翼迎角叠加，使得鸭翼本身超过可用迎角，控制能力下降，导致导弹本身只有大概20°的可用最大迎角。正是由于鸭式导弹不能充分利用弹体产生的升力，因而在中高空它的过载难以提高。如果一定要提高中高空过载，上面提到的所付出的代价还要增加。目前具有大机动能力的鸭式布局的格斗导弹，在超低空过载可达25G以上，但在高度15千米时，可用过载却只有7G左右，是很难满足攻击第四代战斗机的要求的。因而，新一代红外成像制导导弹普遍采用了常规气动布局。格斗弹的常规布局与飞机的常规布局类似都是把控制翼面放在升力翼面之后，或者只采用尾舵式的控制翼面，把升力产生完全交给弹体。由于正常式布局导弹的舵面冀面尺寸小，所以零升阻力就小。正常式布局的导弹，如果使可用攻角达到30°-40°，并且弹体升力能占全弹的60% 至70%的话，就不仅能保证低空有50G以上的大过载，而且在高度为15千米，M2.0时，导弹圆过载有望达到15G。这不仅对攻击低空大机动目标有利，而且也能满足攻击中高空大机动目标的要求，这样，就可有效地攻击第四代战斗机。ASRAAM和AIM-9X都只有一个尾舵，但它既起操纵作用，也有改善静稳定性的作用；没有弹翼，这是边条翼不断缩小展长的极限情况。这种外形挂机性能肯定是很好的。导弹自主飞行时的机动能力，主要靠弹体提供升力。IRIS- T导弹是典型的正常式外形，除了有尾舵和推力矢量控制外，还有较宽的边翼。为了减小被动段静稳定性，在前部还装了反安定面，目的在于提高被动段的平衡攻角，进而提高导弹的最大可用过载。同前二种外形相比，这种外形在产生同样过载时，攻角应当比前二种外形小且弹体自身阻尼特性要好一些。同时这种外形对自动驾驶仪的设也较为方便。根据第四代近距离空空导弹的共性推测，我国的第四代格斗弹也将会是采用红外成像制导、推力矢量和常规布局设计，能够实现前半球无忧虑攻击的“夺命霹雳”。
　　

　　第四代的响尾蛇X导弹已经将控制舵面从头部转移到尾部，从鸭翼布局改为常规布局。

　　在第四代主动雷达制导中距空空导弹方面，我国已经取得突破数年已久，而且相应已经开始大规模装备。根据中航集团网站的介绍：闪电10A 空空导弹是中国一航研制的第四代先进中距拦射空空导弹，采用主动雷达制导，无线电近炸引信，具有超视距发射能力、多目标攻击能力、发射后不管能力以及全天候作战能力，能够先敌发现、先敌发射、先敌摧毁、先敌解脱。可选择复合制导模式、发射后不管模式和被动跟踪模式等多种制导模式，具有多种抗干扰能力，适用于全天候、全高度、全方位的作战环境。能够在复杂多变的作战环境中精确有效地攻击各种有人驾驶飞机、无人驾驶飞机。2010年珠海航展上展出的闪电10A 空空导弹上用英文详细标明了其各项参数：闪电-10A空空导弹采用捷联惯性制导+数据链连接+主动雷达末制导的复合制导方式，长3934毫米，直径203 毫米，重199公斤，翼展670毫米，使用高度0-21千米，使用射程大于70公里。总体而言，闪电10A系列空空导弹达到了美国AIM-120系列导弹的技术水平。而目前美国F/A-22战斗机使用的主要机载武器系统正是AIM-120的改型。相信闪电10A经过弹舱挂载的适应性改进之后，也可以伴随歼二十“执剑长空”。另外国内目前对于固体冲压火箭发动机空空导弹研究成果较多，歼二十也有可能装备新一代主动雷达固冲远距离空空导弹。

　　我国自主研制的霹雳12第四代主动雷达末制导中距空空导弹进行弹舱适应性改进之后即可为歼二十所用。

　　用不长的篇幅想要概括以歼二十为代表的中国航空工业整体实力进步实在是太困难了。笔者在歼二十分析这一系列文章中在总体、气动和隐身、动力和航电武器这四个方面对于歼二十进行了一定程度的勾画。我国以歼二十为代表的一系列航空重大成果，都在宣告世界一条秉承“航空强国”精神的东方巨龙正在升腾。