2006-03-31 23:41:39馬德拉提斯的小狐貍

SU-47(前S-37) Berkut















By 竹中軍研校友/成大軍研LUZE

S-37金鷹式(也有人翻譯成金鵰)前掠翼戰機,喔不,應該說是技術驗證機較為貼切。是著名的SU-27系列的設計單位,俄羅斯蘇霍設計局自籌經費研發的,捨棄全面換裝新設備而重點式測試新科技,是這架飛機的特色,沒錯!她正是一種技術驗證機。此外,考慮到出口因此機載設備有許多選擇也是這架飛機的特色之一。以下就先簡單介紹S-37再談她的近況。

 

S-37用前掠式主翼,同水平面三翼面積翼配置、有匿蹤考量的機體、兩側進氣、雙發動機、雙尾杆,可能為了裝後式電戰系統,可能為了測試某些項目而設計成一長一短、為了省經費沿用SU-33的座艙及起落架、內置武器艙、性能上具備超音速巡航能力等等。

S-37雖在航展上有公佈過性能諸元,但除了外型數據外幾乎都跟SU-37相同,因此可能是張冠李戴,故筆者在此不討論性能數據僅討論設計特色。

 

俄國前掠翼發展簡史

 

俄國研究前掠翼不比美國晚多久,前掠翼是二次大戰時德國人想到的,理論上具有不易失速、穿音速阻力小、與機身較易結合等優點。不過因前掠翼的結構發散效應使得飛機在轉彎時幾乎都會折斷機翼,因此當時德國有理論基礎卻無戰機服役(只有轟炸機有使用),二戰結束後美蘇各接收一些德國科學家,為這方面的研究奠定一定的基礎。美國曾做出著名的X-29前掠翼實驗機,用複合材料的高強度結構克服機翼被折斷的問題,不過後來因結構發散引來的氣動力缺陷依然無法解決,因而放棄。約再同時期,前蘇聯也有相關研究,蘇聯有兩個機構在研究這種氣動佈局,一個單位用MiG-23一個用SU-27進行改裝研究。蘇霍設計局還以這些實驗數據為基礎搞了個S-32計畫,用於與米格的1.42計畫(後來改稱1.44)進行蘇聯MFI的競標案,後來1.42得標,S-32變得較顯為人知。後來蘇聯解體,蘇霍設計局從向中共外銷SU-27系列賺了許多錢,有了充裕的資金、加上早年的研究、及近年科技的進步,使蘇霍設計局有信心讓前掠翼飛機付諸實用,因此他們自籌資金,從新設計一種前掠翼飛機,就是S-37。於1997年9月25日首飛,幾年下來雖然試飛次數不多,但證實了S-37的氣動力特型的確如當時的預測,在高速上證實解決了結構發散引起的機動力驟降,有些性能甚至優於預期,只有一些小缺點有待改正,如垂尾需再增大以維持更好的偏航控制力等。

前掠翼至今一直無法實用化的原因,在於它的結構發散問題不易解決,結構發散效應簡單的說就是將機翼扭曲的效應,對於前掠翼而言再超音速時影響相當顯著,這也是會折斷機翼的元兇,儘管像X-29那樣用複合材料克服斷翼問題(其實金屬機翼也可以克服,不過結構重量將高達3000kg,而複合材料只要幾百公斤就可以克服),但機翼依然會被扭曲,機翼被扭曲,就會影響流過機翼的氣流,最終導致該氣流亂掉而失去作用,因而機翼升力驟降。這方面,S-37用最新的智慧型柔性材料製作的機翼解決。機翼可以根據飛行狀態改變彎曲度或是曲面等,當離散效應發生時,S-37的機翼會自己彎曲,以達到彎曲而不扭曲的狀態,使得機翼的攻角不會增加,縱而解決了結構發散帶來的負面影響。而當年美國望之卻步的前掠翼量產問題也在新工藝衝擊下解決了。

 

所以說S-37算是能充分〝享受〞前掠翼的好處了。而她的大面積前翼也可以帶來更高的機動性並負擔一部份阻力,前翼搭配水平尾翼也讓S-37能輕易的從高攻角狀態恢復到0攻角狀態。搭配AL-41F帶來的高推重比,S-37也可以達到無攻角限制之要求。



雖然前掠翼對匿蹤有不利的影響,但S-37外型上有諸多匿蹤上的考慮,其匿蹤外型是至今俄國戰機中(包括米格1.44)最好的 。一般估計單單靠外型達到的匿蹤能力約同等於Rafale的等級。S-37機體細長而扁平、接近上單翼的翼身融合、兩側進氣、進氣道上有導流板,導流板邊即為前翼、武器艙內置、緊靠式雙發動機、發動機外側各有一尾杆,為了測試氣動力等性能而在原型機上作成一長一短以供測試。細長的機身對減低高速阻力頗有幫助。扁平的機身及翼身融合對於正面與側面的匿蹤頗有幫助,特別是肉眼辨識上。進氣口在兩側,呈四分之一圓形,上方有導流板,接近四分之一圓形,原型機之進氣口為固定式,進氣道呈S型。在翼面配置上,主翼後緣與平尾前緣夾角大於90度、垂尾外傾,都有助於減少RCS。除了外型,還有匿蹤材料,這方面公佈資料較少且近年來各國在這方面進步甚快,故在此不平假期材料帶來的效果,不過可以確定的是,S-37用了大量的複合材料,因此匿蹤能力會有加強,重量也更輕,空重將小於14頓。此外,尚不確定S-37是否使用電漿匿蹤設備。

暴力美學--AL-41F

動力來源為留里卡土星公司的AL-41F發動機,該發動機研發多年,因渦輪前溫度相當高,比AL-31多出約攝氏250度,而一直存在瓶頸,近年技術上有所突破,1997年27具此型發動機進行了地面試驗,後來還先後在Tu-16、MiG-25的一側進行飛行試驗,2000年1月裝在MiG-1.44上試飛。最大淨推力略大於12000kg,最大後然推力20000kg(196knt),推重比11.1,不論推力或推重比均高於較早來的F-22使用的F-119,這將是同代戰機動力最大的發動機,一如AL-31系列的地位。但S-37一開始使用的是MiG-31所用的D-30-F6,最大後燃推力150knt,最大靜推力94knt,是當時俄國推力最大的動機,也是體積嘴大的戰機用發動機。目前看到的S-37飛行性能,如1.2馬赫巡航、略大於2馬赫極速應該是用D-30-F6的數據。

AL-41F將有軸對偁向量噴嘴及扁平向量噴嘴供選擇。具備三維轉向能力,其噴嘴可上下偏轉15度,左右偏轉8度。

關於會不會影響向量噴嘴的問題,我們可以自己來觀察一下,她的尾杆作成一長一短,如果將來她的向量噴嘴是像AL-37FU的模式的話,那麼應該會裝在我們現在看到的噴嘴外側,這樣一來,短的尾刺影響就較小了。

 

多樣選擇的航電設備

 

S-37作為技術驗證機且考慮投入外銷市場,因此航電設備選擇性相當多,可以是較便宜的、適合外銷的SU-27系列使用之設備;也可以是MiG-1.44用的俄國第五代戰機的設備;甚至可以是更新的實驗裝備。以下將擇要介紹,本段也將不定期更新,因為這架新飛機隨時會有新消息。

S-37的雷達應該與SU-37的是同一型號,是一種電子/機械複合掃描的雷達,這樣可以使雷達視角更大,該雷達是俄羅斯為第五代戰機研製的,對戰機最大探測距離約180km,對預警機約400km,追蹤暨掃描約20到24個目標攻擊超過8個,可同時處理空中及地面、水面目標。根據這些數據,此雷達應該就是ZHUK-PH雷達,該雷達可能也就是SU-33UB使用的〝隼式〞雷達(又也許兩個是同一個)。

光電系統方面,S-37也裝備光電探測器,不過已不是SU-27使用的那樣單純的紅外線搜尋、瞄準儀,而是進一步具備熱成像等多功能的光電探測器。

電戰上,能產生假目標,而該假目標是難以分辨的,因為S-37所製造的假目標特性與真目標幾乎相同,因此據稱對現有裝備具有極佳的欺騙效果。S-37的假目標主要針對雷達、紅外線、激光等。據公佈的資料顯示,再使用此系統時,會再機身一側產生〝燃燒區〞,當來襲的是追熱飛彈時,就燃燒一些物質(不知道是不是燃油),使被燃燒物質的熱特徵與發動機噴嘴相近。當遇到雷達導引飛彈時,就燃燒一種一經燃燒就易於適放電子的物質,形成等離子團,等離子團因電密度不同而對電磁波有吸收、反射等功能,S-37的電戰系統是讓等離子團反射與機身相近的電磁波,讓飛彈不易辨識。萬一遇到激光導引武器,就燃燒能夠放射干擾光線的物質來干擾激光系統。很明顯的,這些都是有別於傳統的干擾方式。

觀察SU-47的外型,還會發現,其在翼前緣延伸前端以及前翼前端,有一小部分的顏色跟其他部分不同,是白色。如果他想把檔次提高的話,這是很有可能加裝一些電子系統或天線的。在此提供一個訊息:1999年莫斯科航展中,NIIP雷達公司(就是設計NO-01、NO-10M等雷達的公司)展出了一些新發展的雷達,其中有一款適用於裝在SU-27、MiG-29的翼前緣延伸中的雷達天線陣列,可使雷達視野增至180度,而因為天線排得開,解析度也將提高。S-37或許裝備了這個。抑或是其他電子設備。 新增於2001/11/4

 

 

其他

關於氣動佈局、材料等實驗項目外,許多次設備取自現役戰機,如SU-33的起落架、座艙罩等。

俄羅斯下一代戰機的彈射椅應該會用K-36最新改良型,這種最新型的K-36救生效果更好,射出後電腦會自動改變推力向量,更特別的是可變傾斜角度設計,座椅會根據飛行狀態改變角度,讓飛行員楚於最舒適狀態,提升舒適度與抗G能力。



 

飛行性能



目前S-37的測試項目大致另工程師及飛行員滿意,特別是在高速性能上比預期的好。目前S-37最大速率約2馬赫,1.2馬赫超音速巡航速率,但沒有公開表演其機動能力,可能是尚在測試不敢冒險。未來換裝AL-41F之後,飛行性能更會有所改善。

前掠翼飛機具有很好的起降性能,及很低的穿音速阻力,因此S-37也可能會是很好的艦載機種。不外掛,單靠內燃油之航程估計約4000km。

在超機動能力方面,S-37使用大量的複合材料,空重小於14頓,若燃油量比照SU-27、再加上1400kg正常空戰載荷等,重量也大約僅25頓上下,推重比約1.6左右,更甭論空戰時的推重比了,一定更高!S-37將是推重比最高的戰機。最高的推重比,加上前掠翼的升力特性以及三翼面的操控性,S-37應該會是當代機動力最好的飛機。

 

武器



S-37武器可外掛可內載,武器艙可配備8枚R-77,與F-22武器艙配置不同,S-37與1.44的武器艙配置是兩枚在下兩枚在上(每一個武器艙),因此其武器艙比較適合配備較大的武器如炸彈、精靈炸彈等,從航展公佈的透視圖看,她居然塞得下R-33!可見裝在對地攻擊彈藥應該不成問題了。



雖然S-37試飛次數不多,但基本上達成設計預測,如前掠翼的設計製造、智慧型複合材料的功能等。即使S-37不服役,這些也都可以用在其他飛機上。不論是俄國空軍或蘇霍設計局都認為S-37不會是第五代戰機的雛型,而是實驗新技術,以便將來與米格合作新一代戰機。前幾個月蘇霍設計局也宣稱,前掠翼不會是他們下一代戰機的機翼購型,他們會將S-37的機翼技術用於製造其他機翼。因此S-37應該是不會服役了,除非有哪個國家肯買

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