YST - 漫談隱形戰機

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YST - 漫談隱形戰機

發表 由 Admin 于 周三 7月 06, 2011 9:10 pm

漫談隱形戰機(I):隱形戰機進入多國時代
http://blog.udn.com/YST2000/5238928


去年(2010年)12月20日左右網路上出現幾張中國大陸隱形戰機「殲-20」(J-20)的照片,消息傳出成都飛機公司已經製造了兩架原型機,不但進行了J-20機體強度的地面測試,還在跑道上進行高速滑跑,並且即將進行首飛。隱形戰機的話題一下子就在網路上熱絡起來。



各國軍事專家開始就J-20的外形進行各種分析與臆測,台灣方面也緊張起來但是故作鎮定。今年01月05日,台灣國防部的情報辦公室次長沈一鳴在立法院回答立委林郁方的質詢時表示,網路上的照片應該不是真的,因為大陸目前尚無能力製造出最新型戰機,更不可能試飛。沈一鳴果真一鳴驚人,死活都一口咬定中共造假,照片是電腦合成的。



今年01月11日,大陸的隱形戰機J-20在眾目睽睽之下飛起來了,歷時18分鐘的圓滿飛行轟動全球。於是「隱形戰機」的話題就不再是熱絡的閒話,而是有真憑實物的傢伙,網路上火熱地展開議論和辯論。



隱形戰機的話題立刻白熱化,而且持續很長一段時間,為什麼?

因為茲事體大。隱形是軍事技術的新觀念和新高度,隱形戰機不但有軍事意義而且有戰略意義,這就上升到政治階層了。能不成為火熱的話題嗎?



有關影響政治的軍事發展是【天下縱橫談】的主要話題,YST不能放過「隱形戰機」這個題目。本系列文章出現得有點晚,但至少沒有缺席。



YST 寫文章多半在深更半夜,有時過分勞累就變得精神恍惚。在隱形戰機討論最熱烈的時候YST正開始「朝鮮半島」的長篇系列文章,無法分心。後來寫了四千字「隱形戰機」,但是在分心寫「茉莉花革命」時心神恍惚把它意外地刪除了,所以現在一切都推倒重新開始。不過這樣也好,讀者有關「隱形戰機」的文章一定看多了,也看膩了,YST正好改變主意,用非傳統的新方法來敘述「隱形戰機」的故事。



(一)隱形戰機進入多國時代



1981年06月15日,美國高度機密的 F-117試飛成功,人類戰爭開始進入「隱形時代」。



「隱形」,這種跨越時代的新武器出現後,它改變了傳統的作戰方式,當戰術的改變巨大到某種程度時,戰略也跟著改變了,戰略的改變自然就衝擊政治,這是肯定的。



「隱形」,英文稱作 stealth,意思就是「神不知鬼不覺」,它對空戰的影響是巨大的。從空中武力攻擊的效率觀點來看,「隱形」也許比飛機從螺旋槳進入噴氣時代所帶來的影響更大,因為看不見的敵人比跑得快的敵人更可怕。



將近三十年,隱形戰機一直是美國獨享。你一定會問:為什麼?

科技的發展有一定的規律,新武器的出現依靠的是各種技術不斷的演變、累積與成熟。「隱形戰機」所需要的技術是一種多方面的綜合性的技術,牽涉面非常廣,它需要大量的資金做研發。八0年代蘇聯已經開始沒落,而中國才剛從文革的浩劫中走出來,那時候有條件承擔這種規模研發的大國只有美國。事實上,美國的研發也不是百分之百的自力更生,也有借鏡外國之處。美國科學家無意間發現俄國數學家在電磁波的計算上有獨到的功夫,這位俄國數學家的計算方法對美國隱形戰機的研發開啟了關鍵性的作用。科技的發展本來就是相互刺激的。



前面說過科技的發展有一定的自然規律,當條件成熟時,同樣的和類似的產品就會誕生,隱形戰機也不例外。一年前俄國的隱形戰機T-50試飛成功,今年中國的隱形戰機J-20試飛成功,它們都代表生產國家所擁有軍事科技的成熟度,下一個也許是法國。這些產品都不是F-22的“山寨”版,它們是本國科學技術累積下自然成熟孕育出來的成果。



今天,隱形戰機已經進入多國時代,它的重要性毫無疑問上升到了政治層面。由於俄中都是自力研發,美國的空中霸權面臨威脅,如果沒有後續的努力肯定會被超越。列強之間新一輪的戰機競爭就此展開。沒有參加這輪競爭的國家,譬如英國,很自然地將被拋在後面淪為「第二梯隊」,它們在國際上的發言權將會越來越小。



對美國而言,J-20首飛是送給正好來北京訪問的美國國防部長蓋茲的禮物,警告美國最近這些日子針對朝鮮半島一連串軍事演習的囂張行為。

對台灣而言,J-20首飛是滾燙又結實的教訓,滾燙的巴掌打在台灣國防部欲蓋彌彰的臉上,結實的拳頭打在「台獨」和「獨台」罔顧事實鴕鳥的心窩上。



是的,台灣人喜歡也好,不喜歡也罷,美國獨享隱形戰機的美事已經成為過去,隱形戰機已經進入戰國時代,不,是「三國時代」。



YST個人認為下一輪的競爭(第六代戰機)將於2030年展開。YST並不看好俄國,法國就更次了。下一輪的戰機競爭只有兩個半選手,中美旗鼓相當,俄國可以算半個。



(二)台灣的反應



台灣對J-20的反應是非常有趣的。在此以前,無論是政府官員、民意代表還是民間人士都一再崇拜隱形戰機如何高不可攀、一再驚嘆隱形科技如何艱深高超、一再強調美國隱形戰機F-22如何神勇和天下無敵。大陸的隱形戰機上天後,台灣的口徑就開始轉調,說什麼戰機外殼的隱形其實並不困難啦、J-20的隱身性能不如F-22啦、J-20距離成軍還早得很啦、台灣研發磁性粉末可以破解J-20啦、天弓三型配合雷達可以反制 J-20啦....等等。一下子,隱形戰機好像一點也不神奇了,台灣軍方已經有多種手段輕鬆就可以把它制住,F-22不敢說,但是至少可以把J-20制住。真的是這樣嗎?



有關隱形戰機的熱烈討論在各種媒體上至少進行了兩、三個月,各式各樣的論調和角度都有,各種不同的意見和說詞都有,有些甚至是矛盾和衝突的。

請問讀者,你學到什麼?

隱身能力各吹各的,一大堆專家丟給你一大堆數字,你相信誰?

歐美軍事專家說F-22性能高於J-20,大陸專家說J-20性能高於F-22,台灣軍事專家說J-20的性能比F-22差遠了,根本不同等級。你怎麼評估?



YST 猜想大部分的讀者都沒有學到什麼東西,因為大部分發表高論的人都只告訴讀者他個人判斷的結果,一個他要你相信的結果,一個他陳述的個人意見,而絕大部分的讀者無從分辨真假和對錯。這種情形在政客介入後變得尤其嚴重,因為他們只說政治正確的話。事實上,如果你沒有一點這方面的基礎知識,聽多了不同的意見肯定是會糊塗的。譬如上面這些台灣官方或半官方言之鑿鑿的說詞(statements)我們要判斷它們是真是假並不容易,我們禁不住要問自己:



1. 戰機外殼的隱形真的很容易就設計出來嗎?

2. J-20的隱身性能真的不如F-22嗎?

3. J-20的隱身設計是“山寨”F-22嗎?

4. J-20的隱身性能好過美國的F-35或俄國的T-50嗎?

5. J-20的成軍還早得很嗎?

6. 台灣真的有神奇的磁性粉末可以破解J-20嗎?

7. 天弓三型配合雷達真的可以反制J-20嗎?



YST 相信大部分的讀者對上面這些問題是無法回答的。而這正是說話者想要達到的目的,他們放出大量似是而非但是對自己有利的說詞,如果不能使你相信,至少也要把你弄糊塗而無所相信。我們必須瞭解政府官員和民間政客的話幾乎沒有例外都是經過「政治正確」的修改,基本上屬於宣傳,可信度很低。譬如沈一鳴和林郁方在隱形戰機上的發言,一問一答,一唱一和,純屬搞笑和作秀。如果不是六天後J-20真的飛上天和胡錦濤親口當面向美國國防部長蓋茲証實J-20的存在與研發成功,大部分的台灣人還以為沈一鳴和林郁方是誠實的、甚至有什麼真才實學。



繼不久前針對「東風-21丁」的胡言亂語,林郁方在立法院有關大陸隱形戰機J-20的烏龍表演再一次証明他自己是一個不學無術、道聽途說的騙子。林郁方一肚子草包,是一個專門說「政治正確」假話的騙子政客,這次的立委改選該是他下台走人的時候了。



台灣官員與政客所用的技巧是來自西方人的宣傳哲學:

If I cannot convince you, I will confuse you.



(三)我們的省思



上一節我們談到當武器的影響到達政治階層的時候,各種不同「政治正確」的說法便開始流行了,這就使大部分的讀者感到困惑。結果很可能是各人根據自己的政治立場來看這個革命性的新武器,雖然也很有趣而且有很高的娛樂性,譬如台灣軍事專家宋兆文說台灣的磁性粉末可以破解大陸的J-20但不能破解美國的F-22之類,但這些說法終究非常無奈地失去了知識性,使我們浪費了時間或茫茫然不知其所謂。



所以,在眾說紛紜的情況下,面對不同的和矛盾的說法我們很容易迷糊,也很容易人云亦云和以訛傳訛。

問題:你如何分辨這些軍事科技的真偽呢?

回答:你必需具備簡單的基礎知識,這其實並不難,也挺有趣。



【天下縱橫談】是一個知識性的論壇,「政治正確」的考量首先就要拋棄。為了明辨真偽,我們必須具備獨立判斷的基礎能力。所以經過審慎的思考,YST不要像其他作者那樣直接告訴讀者J-20的性能好不好、有多好,而是建立幾個簡單的原理,然後根據這些簡單的原理讀者就可以自己分辨有關隱形戰機的各種論述,什麼說詞是真的、什麼說詞是假的、什麼推論是對的、什麼推論是錯的。這樣得到的知識才真正是屬於你的。



這個系列我們要用最簡單、最形象的方式來解釋「隱形戰機」最基礎的原理。讀者只要能把握這些基礎原理就能夠輕鬆地明辨是非。瞭解這些基礎原理不需要高深的數學,也不需要什麼專業知識,有中學程度的基礎知識和一點想像力就足夠了。



上面第二節由台灣官員與政客發表的說法所引發的七個問題其實是好問題,它強迫我們思考。



YST這個系列文章的目標就是為讀者構建足夠的基礎知識來回答第二節中所列舉的七個問題。



如果你認為自己能夠正確地回答前面這七個問題,那麼請去做其他的事情,你已經不需要看後面的文章了,不要浪費時間。



如果你不能回答或不能確定前面這七個問題,那麼請繼續看下去。當你看完本系列,這七個問題你都可以自己慢慢地分析,然後一一迎刃而解。



YST 不知道這個系列會寫多長。既然標題取名「漫談」,內容的安排自然比較鬆散,YST不自找麻煩要求順序完全合理。就像「彈導導彈攻擊航空母艦」的系列文章一樣,YST用羅馬數字(I、II、III、IV、V....)為本系列編號,用中國數字(一、二、三、四、五....)為子標題編號。子標題都是本系列重要的組成部分,但是子標題之間並沒有一定的順序或邏輯上的關係。



「隱形戰機」是個複雜、艱深、瑣碎、牽涉面很廣的科技,這種話題很難全面掌握。YST所知有限,又在深夜非常疲憊時書寫,不會也不可能追求完美。如果本系列出現什麼缺點、錯誤、遺漏、混亂.....等等問題,讀者多多包涵,請一笑置之,當然也歡迎讀者提出來討論,共襄盛舉,互相學習,這樣就更能共同進步了。



YST 記得年輕時在美國曾經選修一門「穩定理論」的課,討論物體在空間的穩定性。主講的是一位日本來的客座教授,此公在學界有點名氣,說話一本正經、一絲不苟,講課的內容是他的最新研究,他把問題解析得乾乾淨淨、滴水不漏,聽者無不佩服。有一次他講完之後,無論聽得懂的還是聽不懂的,無人敢發一言。於是一位波蘭來的客座教授說話了:「A perfect lecture is not a good lecture.」,引發哄堂大笑。



這個故事給YST很大的啟發。人生有很多遭遇,有的完美,有的不完美。完美的固然令人驚嘆,但終究極少見;常見的都是不完美的,但它也有值得欣賞的一面,是另一種美,有時更令我們回味無窮。世界上的事多半是不完美的,我們要學會欣賞缺憾美。就像維納斯的塑像本來是完美的,後來不小心弄斷了一隻手臂,法國人不追求完美,把另外一隻胳膊也砍了,於是就對稱了,也平衡了。雙臂俱失的維納斯所帶來的觀感是一個新的境地,構成一幅新的美姿與美態令人眼前一亮,這是一種缺憾美,發出令人無限想像的遐思。



YST頑劣嬉笑成性,沒有耐性做大學問,不是正經八百的日本人,也成不了專家,所以不帶任何罪惡感地胡亂談隱形戰機。YST想到什麼就說什麼,讀者隨便看看,大家輕鬆討論。



閒話休敘,讓我們進入正題。



(四)什麼是隱形?



甲. 隱形的種類



前面說過「隱形」的定義就是神不知鬼不覺,所以「隱形」是跟感應系統緊密相關的。人類發明的感應系統有很多種,可見光、聲音、紅外線、雷達、電磁....等等,它們各有各的特性、長處、短處和應用範圍。



所謂「隱形」就是製造出各種武器能夠規避這些感應系統的探測。由於針對不同的武器人們使用不同的遙感探測系統,「隱形」的工作自然因武器而異。



譬如聲音對飛行物的探測並不重要,但是對船艦就變得重要,尤其潛艇的探測,聲納是最重要的遙感系統。潛艇要「隱形」就必須非常安靜,於是靜音、吸音和消音就成為潛艇「隱形」最主要的工作。當然磁感應系統也是探測潛艇的重要手段,消磁也是潛艇「隱形」的工作,但和聲音相比屬於次要的手段。



乙.飛機的隱形



對飛機的探測方式有可見光、紅外線和雷達,所以飛機的隱形必須針對這三種探測器。



可見光的探測距離最短,而且受黑夜的限制,所以最不重要。



紅外線是熱感應器,不受日夜影響,但是受到天氣影響,它無法穿透雲霧。紅外線最大的優點是被動探測,由於不主動釋放能量,所以有很高的隱密性;其次的好處是解析度非常高,不但可以判斷目標的種類而且在攻擊時可以選擇瞄準點。



雷達是人類發明的、最偉大的遙測系統,對飛行物體尤其有效。



雷達的優點非常多:

1.雷達是全天候的,它不分日夜,它能夠穿透任何天氣(雲、雨、霧)。

2.雷達是三維定位,不但決定方向,而且決定距離,所以可以非常準確地探測到飛行物在空間的位置。相較之下,可見光與紅外線的探測器都只能決定方向、無法決定距離。雷達的三維定位使它成為探測飛行物體不可取代的遙測工具。

3.雷達的探測距離非常遠,軍用雷達可以探測到數千英哩外的飛行物體。

4.雷達的定位精度非常高,軍用雷達的測量誤差角度可以小於兩百分之一度,距離誤差可以小到數米。



雷達的缺點也很多:

1.雷達發射巨大的能量,暴露自己的位置。

2.雷達系統非常複雜,體積和重量都大,也非常昂貴。

3.雷達需要巨大的電力供應,維持費用和維修費用都很高。



但是不論怎麼說,雷達是探測飛行物最有效、也是不可取代的遙測系統。



所謂隱形戰機主要躲避的探測系統就是雷達,其次是紅外線,可見光可以不計。不誇張地說,隱形戰機的隱形工作雷達隱形至少佔九成九以上,紅外線隱形不到零點一成,可見光隱形幾乎沒有。



雷達隱形全身都要做,工程非常艱鉅,耗資非常巨大。



紅外線隱形主要就是進氣口和尾噴口,理論和工程簡單得多,採用的手段不過就是把外面的冷空氣和燃燒後的高溫氣體混合降低溫度後排出,以此來降低熱特徵,方法簡單,效果也有限。



可見光隱形除了戰機外表的塗裝根本沒做什麼。想想看,那個飛機沒有塗裝?所以可見光隱形的工作基本是零。



從上面的分析我們知道戰機的隱形基本就是雷達隱形,所以軍事家口中的「隱形戰機」就是指一種能夠有效降低雷達探測、縮小雷達探測距離的戰機。「隱形戰機」幾乎就是「雷達隱形戰機」的代名詞。



從現在起,本系列只討論雷達隱形。

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回復: YST - 漫談隱形戰機

發表 由 Admin 于 周三 7月 06, 2011 9:11 pm

漫談隱形戰機(II):雷達截面
http://blog.udn.com/YST2000/5249529


(五)雷達隱形



甲. 雷達的探測原理



很多讀者一定有在山谷中大喊然後聽自己回音的經驗。我們選擇山谷,因為聲音不容易四散,先用雙手合圍在嘴巴旁邊,因為這樣發出的聲音比較集中,然後面對大山用盡吃奶的力氣大喊一聲「我來了!」,然後靜靜地豎起耳朵聽,幾秒鐘後,從山的方向就傳來微弱但非常清晰的回聲「我來了!」。



雷達的探測原理跟這個回音原理是完全一樣的,只不過用的是電波。



雷達透過一些電子設備能夠產生功率非常強大、頻率和波型非常穩定的電磁波,這個電磁波經過特殊設計的天線(就像你合圍在嘴巴旁邊的雙手)發射到某個特定方向,然後雷達停止發射,靜靜地接收可能由飛行物反射回來的電波。如果果然接收到自己發出的電波,那就表示在發射方向有飛行物體,根據等待時間的長短雷達的電子計算機就可以算出這個飛行物體和自己的距離,這個距離加發射方向就可以完全決定這個飛行物體在空間的位置。雷達探測的功能就完成了。



上面的道理非常簡單,但是科學家是追根究底的人,他們想知道目標和被電波探測到的關係到底是什麼。為了進一步瞭解探測的過程,科學家對飛行物做了進一步的分析。他們問了很多問題:

1.目標的大小和可探測性有沒有關係?

2.目標的組成物質和可探測性有沒有關係?

3.目標的姿態和可探測性有沒有關係?



上面三個問題的答案都是:有。



乙. 幾何截面(Geometric Cross Section)



第一個問題最容易回答,因為目標越大自然反射回來的電波就越強,當然就越容易被探測到。想想看,我們對著大山喊可以聽到回音,如果是對著小山坡喊,即使喊破喉嚨也是聽不到回聲的。



任何飛行物從雷達波照射方向相交的面積稱為該物體的幾何截面。也就是說,幾何截面就是雷達“看到”的目標面積,也可以說成是雷達波被目標攔截的面積。



一個目標隨著觀察角度的不同,它的幾何截面也不同,回波的強度自然不同,所以它被雷達探測到的距離也不同。



科學家得到一個結論:目標的雷達探測性和目標的幾何截面成正比。



丙. 反射性(reflectivity)



第二個問題也不難回答,如果你去過電台的錄音室或播音室就會發現牆壁是用特殊材料構成而且遍佈孔洞,它們是用來吸收聲波的,目的就是降低可以構成干擾的回聲。



電波也是一樣,任何物質都不可能把電波百分之百的反射回去,通常有一部分能量被吸收轉換為熱能。不同的物質對電波有不同的反射性,其中金屬的反射性最高,是雷達最喜歡的物質。



科學家把「反射性」(reflectivity)定義為目標反射的功率除以射到目標的功率。

「反射性」是一個介於0與1之間的數值。



科學家得到第二個結論:目標的雷達探測性和目標的反射性成正比。



丁. 方向性(directivity)



當電波照射到目標時,不是所有反射的電波都回到照射的方向,而是有一定的規律。最簡單的實驗就是目標是一個非常光滑的平面體,這個時候反射的方向與照射的方向滿足一個定律,那就是:「反射角等於入射角」。所以除非電波是垂直照射平面目標,否則一部分電波會反射到其他方向,不被雷達接收到。



科學家把「方向性」(directivity)定義為目標反射到雷達方向的功率除以平均全方位反射的功率(也就是假設目標把所有射來的電波功率非常均勻地、球狀地、反射到每個方向的功率)。

「方向性」是一個介於0與 4p 之間的數值,p = 3.141592....是圓周率。



科學家得到第三個結論:目標的雷達探測性和目標的方向性成正比。



戊. 雷達截面(Radar Cross Section,簡稱 RCS)



綜合乙、丙、丁,我們得到:

目標的雷達探測性跟「幾何截面」 X 「反射性」 X 「方向性」成正比。



科學家把右邊這三個數量的乘積定義為目標的「雷達截面」(Radar Cross Section,簡稱 RCS),通常用小寫的希臘字母 sigma , s ,來代表:



s = 「雷達截面」 = 「幾何截面」 X 「反射性」 X 「方向性」



「雷達截面」是一個非常重要的概念和常用的名詞,它的重要性是把任何雷達目標具體化了,變得非常容易想像,也非常容易比較。



譬如當軍事專家說F-15的正前方雷達截面是5平方公尺,那麼你就可以把軍事專家的話想像成:當雷達從正前方照射F-15時,F-15被探測到的可能性就相當於一個橫切面積為5平方公尺的金屬球,也就是一個直徑2.52公尺的金屬球。



(六)有關雷達截面(RCS)的一些數值



一個目標的雷達截面(RCS)和它的幾何截面通常有很大的落差,譬如美國隱形轟炸機B-2正前方的雷達截面肯定小於1平方米,但是它的幾何截面肯定大於十平方米。所以B-2的雷達截面和幾何截面相差十倍以上,甚至百倍都可能。



所以單看體型的大小來估計雷達截面的大小是肯定犯錯誤的,而且非常可能是大錯。事實上,如何設計一架每個方向雷達截面都很小的大飛機就是隱形戰機設計師的工作。



由於這個緣故,我們需要知道一些雷達截面的實際數值來得到一些“感覺”。下面是YST根據美國雷達專家布萊克(Lamont V. Blake)1980年出版的教科書【雷達測距分析】(Radar Range-Performance Analysis)所公布的 RCS 數值:



目標的種類 方向 雷達截面(平方米)



小型噴射戰鬥機或 頭,尾 0.2 - 10

小型商業噴射客機 側面 5 - 300



中型轟炸機或中型商業 頭,尾 4 - 100

噴射客機譬如波音-727 側面 200 - 800



重型轟炸機或大型商業 頭,尾 10 - 500

噴射客機譬如波音-707 側面 300 - 550



木製掃雷艇,144英尺, 側面 10 - 300

空中雷達(5~10 GHz) 25度角向頭 0.1 - 300

或尾俯視



小鳥(450 MHz 米波雷達) 平均 10 **(-5.6)



大鳥(9 GHz 厘米波雷達) 側面 10 **(-2)



昆蟲(蜜蜂),9 GHz 平均 10 **(-2.8)



大昆蟲(5公分),9 GHz 平均 10 **(-1.8)



從上面的列表我們觀察到一些有趣的現象:

1.無論是飛機也好,是飛鳥也罷,頭的方向雷達截面總是最小的。這很容易理解,因為飛行方向的橫切面(幾何截面)越小飛行的阻力越小、飛行的速度也就越快。

2.小型飛機和中型飛機的雷達截面差了一個數量級。

3.中型飛機和大型飛機的雷達截面差別不大,尤其是側面。

4.木製掃雷艇的雷達截面居然接近大型飛機有些意外,因為木質材料的反射性很小。YST猜想是掃雷艇內部亂七八糟的軍用設備才是主要的反射源,這些設備多半是由金屬構成,它們的反射性超過體型碩大但非常園滑的機身。

5.小鳥的雷達截面比大鳥小了不止三個數量級(超過一千倍),這顯然不合理。仔細一想,問題出在測量的雷達所使用的頻率不同。450 MHz米波雷達波長大約66公分,遠比小鳥的體型大,所以會發生嚴重的繞射現象。這就告訴我們RCS 跟雷達使用的頻率有關。

6. 大鳥側面的雷達截面在 9 GHz 雷達波照射下有0.01平方米是非常有趣的現象。9 GHz 屬於X波段,這正是火控雷達使用的波段,是所有作戰飛機最敏感和最想躲避的波段。所謂的大鳥大概就指老鷹之類的飛鳥,牠們的幾何截面再大也不會超過一平方米,比任何飛機都小多了。這就給我們一個非常有感覺的指標,用大型飛鳥與隱形戰機作比較。

7.蜜蜂大小的昆蟲比5公分長的大昆蟲(譬如蜻蜓)雷達截面小了一個數量級可以理解,但是像蜻蜓這樣5公分長的大昆蟲雷達截面居然比老鷹這樣的大鳥還大一點點,這就令許多人感到大惑不解了。



想想看,同樣都是肉做的,同樣都在 9 GHz雷達波的照射下,為什麼一隻小小蜻蜓的雷達截面竟然會比老鷹還大呢?

YST 的解釋是:這是雷達波的共振現象。當雷達波的波長接近目標的長度時,反射的電波相位(phase)相同,於是波幅(amplitude)因相加而變大,產生共振現象。想想看,9 GHz 的波長大約是2.7公分,正好是蜻蜓身體長度的一半,蜻蜓對雷達的角度是隨機變化的(random),於是,從雷達的角度來看,蜻蜓的長度從0.5到5公分隨機變化,依照常態分配,大部分的時間蜻蜓的長度處在中間值2.7公分附近,正好引起共振。



雷達波的共振現象非常重要而且有非常重要的應用,那就是反雷達的干擾作業。



在開戰前只要弄清楚目標國家的雷達波段(這並不困難),我們就可以用一種非常輕的質料做成圓柱形的細長條,把它鍍上鋁,然後依照目標國家的雷達波長切成各種長度裝在一個盒子裏。在進行攻擊前,派出飛機灑在進攻的航道上,這些鍍鋁的細桿子就會引起雷達波的共振現象,一根細小的反射體就可以造成很大的雷達回波,更何況拋撒出去的“小細籤”數以萬計,在進攻航道中每立方米都會有數個到數十個,它們造成的回波遠大於飛機,使雷達幕上出現一片雪花,什麼都看不到。由於它們很輕,它們停留在空中的時間至少數小時,通常長達數天,有時甚至一個月以上。這種干擾的方法對付釐米波雷達效果很好而且非常便宜。



(七)「雷達截面」(RCS)的軍事敏感性



好了,我們定義了「雷達截面」(RCS),也瞭解了它的物理意義和它在雷達探測上的重要性。基本上,只要我們得到某個目標在所有角度上的雷達截面的數值,那麼這個目標的雷達特性就完全掌握了。



甲. 戰機的「雷達截面」可以透露很多訊息



舉個例子,如果我們知道F-15正前方的雷達截面是5平方公尺,那麼設計J-10的工程師就知道當J-10和F-15迎頭遭遇時,根據J-10雷達的發射功率、天線尺吋、雷達接收器的訊噪比和訊號處理能力等等參數就可以推算出來在什麼時候(距離)J-10會發現F-15、什麼距離J-10開始追蹤F-15、什麼距離可以鎖定 F-15、什麼距離可以發射導彈....等等一連串實際交戰的重要資料。

如果發射的是雷達導引的空對空導彈,工程師甚至可以計算出擊落F-15的機率,一連串的戰術運用都可以準確推算和導演出來。



你說洩露戰機的 RCS 是不是茲事體大?



所以,對任何作戰飛機,它的雷達截面數值是非常敏感的資料,尤其是機頭正前方,因為這是敵我飛機遭遇最可能發生的情況。



由於這類資料的敏感性,任何國家都不會公布自己作戰飛機的RCS。YST也絕不相信網上流傳的任何作戰飛機的RCS,不管它是製造國家自己公布的還是間諜偷來的。網上也好、權威軍事雜誌也罷,任何人聲稱某型戰機的RCS是多少都是瞎說。



乙. 隱形戰機的 RCS



如果普通戰機的RCS是機密,那麼隱形戰機的RCS就是極機密了,因為隱形戰機是高價值目標、隱形戰機的任務也是高價值任務。



不過讀者也不要太失望,我們雖然不能說出隱形戰機確切的RCS到底是多少,但是根據科技進展的程度給出一個大致的範圍還是可以做到的。



以目前尖端科技的進展,隱形戰機要把RCS降低20dB是可以做到的,降低30dB就很困難但花大錢也可以辦到,降低40dB則不可能。這是隱形戰機和普通戰機在雷達隱身性能上大致的差距,也是普通草民都需要知道的常識。



如果讀者不喜歡用分貝(dB)這種比值做比較討論,希望看到絕對的RCS數值,YST可以提供一些個人的意見,但是不負任何責任。



YST 個人認為戰機的RCS最重要的是正前方,也就是機頭的軸線左右30度、上下20度的錐形空間;其次是底部下方,因為這是地基搜索雷達觀察的角度;第三是側面,這是受到攻擊經常發生的角度,發生的機率也許跟機頭方向差不多;第四是尾部,因為既然決定脫離戰場RCS也就不那麼重要了;最後是頂部,因為從上面照射戰機的機率最小。



YST認為隱形戰機的設計者在優化RCS的過程中他考慮的優先順序也是上面的順序,所以隱形戰機的RCS值由小到大也是上面的順序。YST猜想,以目前的科技,隱形戰機的RCS大概能夠到達的數值如下(胡亂猜,不負責):

1. 前方: 1 ~ 0.1 平方米 代表優良;

0.1 ~ 0.01 平方米 代表特優;

0.01 ~ 0.001 平方米 是極限優良;

< 0.001 平方米 不可能;

2. 下方: 0.5 ~ 0.1 平方米;

3. 側面: 1 平方米 左右;

4. 尾部: 5 平方米 左右;

3. 上方: 5 ~ 10 平方米。



YST 記得「漢和防務評論」的主編平可夫曾經和讀者打賭(不知為了什麼),說如果中國能在2020年前造出隱形戰機他就關閉「漢和」網路上的中文部。後來他怕中國真的在2020年前造出隱形戰機,於是他為隱形戰機加了一個資格形容詞,他說所謂的「隱形戰機」就是要像美國的F-22,正前方的RCS要小於 0.00001平方米。YST不記得到底有五個0還是四個0,但確信至少有四個0。



YST 非常驚訝一個軍事雜誌的主編和資深軍事記者居然會說出如此沒有常識的話。這也許是一句氣話,不過以他的身分是不能說氣話的,因為這是他的職業,應該遵守職業道德。



F-22正前方的RCS小於0.00001平方米是絕對不可能的,連小於0.001平方米都不可能。



YST 不能確定平可夫是否受過科學訓練,不過無論如何,平可夫應該是一位交遊廣闊、消息極為靈通的人士,犯錯誤是可以的,但是這個打賭也錯得太離譜了,屬於沒有常識,這可是會影響名譽的,「漢和防務評論」還要不要賣了?



平可夫迷信和神話美國軍事到這種地步令人難以置信,它告訴我們文章不可輕信,即使作者是有頭有臉的名人。


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回復: YST - 漫談隱形戰機

發表 由 Admin 于 周三 7月 06, 2011 9:14 pm

漫談隱形戰機(III):「雷達截面」與「探測距離」
http://blog.udn.com/YST2000/5264398



(八)雷達的探測距離



在上一篇文章,我們花了很多功夫定義和解釋一個目標物體的「雷達截面」(RCS),這是一個非常重要的觀念。



事實上,所謂「隱形戰機」就是把「雷達截面」極小化作為優先考量所設計出來的戰機。這種外型經過特殊的設計和處理的戰機它的「雷達截面」比同性質的普通戰機小非常多,通常可以小一百倍(20dB)或更多,但是為此也要付出一些代價,這個代價通常是在飛行的性能和通訊的便捷上。



甲. 「雷達截面」與探測距離的關係



讀者不禁要問:「隱形戰機」的「雷達截面」變小,它的意義是什麼?

答案是:「雷達截面」變小所代表的意義是雷達能夠探測到這個目標的距離變短了。



你一定會接著問:那麼到底探測距離會短多少呢?

答案是:雷達的探測距離與「雷達截面」的四次方根成正比。也就是說,如果要把探測距離降到一半,那麼「雷達截面」就必須降到原來的16分之一。



如果你已經相信上面這個結果不想深究或浪費時間,請跳過(乙)直接進入(丙)。



乙. 一些簡單的敘述與証明



你可能會打破砂鍋問到底:為什麼雷達的探測距離和「雷達截面」有四次方根的關係呢?



回答這個問題其實非常容易。讓我們先觀察一些自然現象。



A. 雷達的接收功率



讀者小時候一定玩過丟石頭到水塘裏的遊戲。當石頭落到水塘裏,水中就起了漣漪,我們看到水波以石頭的入水點為中心,成圓形向外擴散,隨著圓圈的擴大石頭激起的漣漪上下振動的幅度越來越小,最後消失。這是水的波動。



電波也是一樣,雷達天線對準某個方向發出強大的電波,通常發射的功率(power)從數千瓦特(watts)到數百萬瓦特(megawatts)。於是電波以發射點為中心,成球形向四周擴散,隨著距離的增加(也就是半徑的擴大)球的表面積增加、球表面單位面積的功率就變小了,也就是說球表面的功率密度(power density)變小了。



這個現象是很容易想像的。你可以把電波的擴散想成吹氣球,電波的功率就是氣球的質量,發射的功率是固定的,也就是說,氣球的質量是固定的。隨著氣球越吹越大,氣球表面積的密度就越來越小。氣球的表面積是與半徑的平方成正比,所以氣球擴張時就會變得越來越薄,氣球表面質量的密度就以半徑平方的速度變小。



好了,讓我們回到雷達。雷達發射的功率P是固定的,隨著電波以球狀向外傳播,電波的功率密度就以半徑平方的速度快速減少,功率密度和半徑平方成反比。



方程式1:

電波的功率密度 = 發射功率/R**2

,R是電波球狀擴散的半徑。這裏為了方便,我們把比例常數設定為 1,其實應該是1/(4p),因為球的表面積是4pR**2。



如果雷達與目標的距離為 D,我們自然最重視當 R 等於 D 的時候。



當 R 等於 D 的時候,電波擴散的表面積被目標攔截,部份電波就會產生折射。由於目標通常是一個非常複雜的物體,電波折射的方向是四面八方都有的,形成散射(scattering),散射後擴散到不同方向的電波它們的功率都不同,我們最感興趣的是折射到雷達方向的電波功率。



方程式2:

對著原來雷達的方向折射回來的電波功率

= (擴散到目標的功率密度)X(雷達截面)

= (發射功率/D**2)X(雷達截面)



上面這個方程式事實上就是「雷達截面」(RCS)的定義。



這個從目標對著原來的雷達折射回來的電波,它的功率密度同樣也是以距離的平方成反比越來越稀薄地擴散回到雷達,最後被原來雷達的天線接收到。



我們必須注意的是,這個第二次球狀擴散的電波,它的發射功率是(對著原來雷達的方向折射回來的電波功率)。



所以雷達接收到的電波功率

= (雷達接收到的電波功率密度)X(天線面積)

= (目標反射球狀擴散的電波功率到達雷達時的密度)X(天線面積)

= (目標反射功率/D**2)X(天線面積)

= ((雷達發射功率/D**2)X(雷達截面)/D**2)X(天線面積)



我們把最後一個等式重新整理安排一下。



方程式3:

雷達接收到的電波功率

= (雷達發射功率 )X(雷達截面)X(天線面積)/D**4



B. 方程式3告訴我們兩件與接收到的功率有關的事



1. 雷達接收到的功率與雷達的發射功率成正比

所以如果我們加大雷達的發射功率就可以探測到更遠的目標。如果能夠無限增加發射功率的話,什麼隱形戰機都不怕了,要多遠發現都行。但是事實上發射功率的增加是有限度的,因為大功率發射器有工程上的困難和環境條件的限制,後者在機載雷達上更是苛刻。

這種使用蠻力的方法不太聰明但是也有國家這麼幹,譬如俄國和前蘇聯,標準的例子就是米格31(MiG-31)。「傻大黑粗」是俄國電子系統的特徵。

西方國家的作法是設計訊噪比更高的接收器、發射巧妙和複雜的波形(waveform)和使用更快速的電子計算機做訊號處理,這就聰明多了。蠻幹是不行的,有太多副作用和後遺症。



2. 雷達接收到的功率與與天線面積成正比

其實天線的面積大不但有效接收訊號的面積大而且而且天線功率增值(gain)高,大有好處。所以設計雷達的人第一件事就是盡可能安裝最大的天線,這在機載雷達尤其如此。F-15的雷達探測距離一定比F-16遠,因為F-15的頭大,所以 F-15的天線比F-16的天線大得多,效率當然高得多。所有安裝高效能雷達的戰機都是大頭。



C. 雷達接收到的能量



雷達探測目標取決於雷達從目標回波攔截到的能量。雷達要探測到目標,它接收到從目標反射回來的電波能量必須達到某一個特定的標準(threshhold)。能量是功率乘時間,所以如果功率很高但發射時間很短那麼從回波能接收到的能量還是很小的,也許並不足以探測到目標。所以決定探測距離的能量並不是由「雷達最大發射功率」(peak power)來決定,而是由「雷達平均發射功率」(average power)來決定。

除此以外,還有整合的時間、天線的增值(gain)等等因素,計算探測距離很囉嗦的。不過沒有關係,只要這些因素都是成比例的(乘或除),我們就可以用一個常數來任意概括它們,這樣我們就可以集中精神考慮我們最感興趣的因素了,那就是「雷達截面」與「探測距離」。



我們就用上面說的方法再把方程式3改寫一下。



方程式4:

雷達接收到的能量

= (K1)X (雷達平均發射功率)X(雷達截面)X(天線面積)/D**4

= (K2)X(雷達截面)/D**4

,上面K1與K2都是常數。



D. 「雷達截面」與「探測距離」



如果發現目標所需要的接收能量是E,那麼方程式4再改寫一下。



方程式5:

E = (K2)X(雷達截面)/D**4



K3 = RCS/D**4



RCS = (K3) x D**4



D = (K4) x RCS**(1/4)

,上面()**(1/4)就是把括號內的數值開四次方。



上面這個方程式告訴我們:

RCS 與目標探測距離的四次方成正比,

反過來說,

目標探測距離與目標 RCS 的四次方根成正比。



丙. 隱形戰機的優勢



在(甲)節,我們已經敘述並且証明:

1. 隱形戰機就是「雷達截面」特別小的戰機;

2. 隱形戰機最重要的優勢就是雷達探測它的距離變短了;

3. 目標探測距離與目標「雷達截面」的四次方根成正比。



讀者現在的感覺可能還是不太好,對隱形戰機的優勢還是不能實實在在的感受和深切的體會。這是因為YST只給出了觀念和公式,還沒有舉實際的例子,所以感覺是出不來的。我們來看一個實例。



譬如台灣的某個雷達系統,它探測普通戰機 F-16 和探測隱形戰機 F-22 在探測距離上到底差了多少?



很多讀者也許對這個問題心裏沒底,YST 就用它來做說明。



首先,我們利用方程式5:

RCS = (K3) x D**4



讓我們考慮隱形戰機 A 和普通戰機 B。 A 的「雷達截面」是 RCS(A),B 的「雷達截面」是 RCS(B),某個雷達系統對 A 的探測距離是 D(A) ,對 B 的探測距離是 D(B)。那麼

RCS(A) = K x D(A)**4

RCS(B) = K x D(B)**4

因為是同一個雷達,上面兩個方程式的 K 值是相同的,我們如果把兩個等式一除 K 就消掉了:

RCS(A)/RCS(B) = D(A)**4 / D(B)**4 = (D(A)/D(B))**4



方程式6:

D(A)/D(B) = (RCS(A)/RCS(B))**(1/4)

,上面()**(1/4) 就是把括號內的數值開四次方。



記得 A 是隱形戰機,B 是普通戰機,所以 RCS(A) < RCS(B),D(A) < D(B)。



看清楚方程式6,它是計算與比較雷達探測距離最有用的公式,這個公式:

右邊 RCS(A)/RCS(B) 小於 1,是隱形戰機「雷達截面」變小的倍數;

左邊 D(A)/D(B) 也小於 1,是雷達探測隱形戰機「探測距離」變小的倍數。



好了,現在讓我們用實際的數字帶入方程式6來得到一些“感覺”。



例子一:

如果 F-22 的 RCS 比 F-16 降低了 28 dB,那麼探測 F-22 的距離下降了(28/4)dB = 7 dB = 5 倍。

也就是說,任何雷達對 F-22 的探測距離只有對 F-16 探測距離的20%。

譬如國軍號稱可以反制隱形戰機的「天弓三型」所配備的雷達,如果它能在100公里的距離發現 F-16,那麼它能發現 F-22 的距離是20公里。



例子二:

假設隱形戰機 A 的「雷達截面」是普通戰機 B 的二分之一、十分之一、百分之一、千分之一和萬分之一,

也就是說,

RCS(A)/RCS(B) = 0.5、0.1、0.01、0.001、和 0.0001,

也就是說,

隱形戰機 A 比普通戰機 B 在「雷達截面」上降低了3dB、10dB、20dB、30dB、和40dB,

那麼

雷達對隱形戰機 A 的探測距離下降到普通戰機 B 的84%、56%、32%、18%、和10%。



例子三:

雷達工程師通常用「雷達截面」為 1 平方公尺的目標作為一個雷達系統探測距離的標準,這個數字越大就表示這個雷達系統的功能越高。所以,我們也用這個標準來做確切的數字說明。



假設某個雷達系統對 「雷達截面」為 1 平方公尺(1 m2) 的目標探測距離是一百公里。

那麼這個雷達對「雷達截面」(單位:平方公尺 = m2)分別為

10m2、 5m2、 3m2、 0.5m2、 0.1m2、 0.01m2、 0.001m2、和 0.0001m2

的目標的探測距離分別為

178公里、150公里、132公里、84公里、56公里、32公里、18公里、和10公里。



丁. 隱形戰機給人的誤導與錯覺



從上面這一連串的計算,我們開始對隱形戰機有了感覺,也對四次方根的威力有了深切的體驗。



首先,隱形戰機的「隱形」形容詞是非常誤導的。隱形戰機絕不是不能被雷達發現,而是雷達發現它的距離比較近而已。



其次,隱形戰機並沒有我們想像的這麼厲害,為什麼?

美國公布的F-22和B-2的RCS數值非常嚇人,非常容易令人產生誤解。這是因為一般人對「目標雷達截面」和「目標探測距離」在直覺上認為它們之間的關係是線性的(linear),所以「雷達截面」減了一半「探測距離」也應該降低一半,「雷達截面」降到十分之一「探測距離」也應該降到十分之一,「雷達截面」降到百分之一「探測距離」也應該降到百分之一,等等。這可了不得了,F-22「雷達截面」如果真如美軍宣傳所言降到普通戰機的千分之一,於是「探測距離」也降到千分之一,那不是飛到頭頂上才探測到嗎?幾百公尺的距離,我打開窗子就看到了,要雷達做什麼?



但事實不是這樣的,「目標雷達截面」和「目標探測距離」之間是四次方根的關係,這就對工程師的努力非常不利了。想想看,無論多小的數字開了四次方以後也不那麼小了,根據四次方根,「雷達截面」減了一半「探測距離」才降到84%,「雷達截面」降到十分之一「探測距離」才降到56%,「雷達截面」降到百分之一「探測距離」才降到32%,要達到更加隱形的效果工程師越來越辛苦、效果卻越來越小。就算F-22能把「雷達截面」降到千分之一,「探測距離」也不過降到 18%。



想想看,工程師把「雷達截面」從降低一千倍到降低一萬倍是多麼困難和多大的努力啊,但是在實際應用上「探測距離」才多降了 8%。



看到沒有?隱形的工作剛開始時(最先的20dB)比較有回報,越到後來得到的回報和付出的代價就越不成比例,超過20dB以後這投資報酬率就很低了,RCS每降一個dB都絞盡工程師的腦汁、製造成本都要燒掉很多錢。



戊. 過度追求雷達隱形得不償失



YST 相信F-22的天價和極其困難的維護工作都跟盲目追求RCS的極小值密切相關。YST個人認為以目前的技術戰機正前方的 RCS 降到0.01平方米以下是得不償失的,F-22就是前車之鑑。一隻大鳥的RCS都有0.01平方米,戰機隱身到達大鳥的境地已經可以了,跟蜜蜂較什麼勁?



發展武器要合情合理與量力而為,不計成本的唯物器論除了對軍火商和軍火工程師有好處外,既對國家的財政造成傷害,也對贏得戰爭沒有必然的助益。



F- 22在決定停產時每架的生產價格是1.4億美元,如果算上研發的費用,每架F-22的成本是3.5億美元,這是天價;F-22每飛一小時所需要的保養費用是4.4萬美元,也是天價。美國今天維持F-22已感到沈重,如果進入戰時要補充F-22的戰場損耗幾乎是不可能的,美國即使進入戰時經濟也無法負擔。



回想第二次世界大戰,德國的「虎王」坦克舉世無敵,但是「虎王」再好德國也消耗不起,最後導致戰敗。蘇聯的T-34和美國的謝爾曼坦克在生產線上源源不斷地出廠,最終獲得勝利。



戰爭打的是後勤補給,再好的武器如果買不起或維修不起也是白搭。美國盲目追求高科技武器,最後的結果是打不起自己發明的高科技戰爭。這是一個低級的戰略錯誤,也是對美國的軍事家莫大的諷刺。


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回復: YST - 漫談隱形戰機

發表 由 Admin 于 周三 7月 06, 2011 9:49 pm

漫談隱形戰機(IV):設計與特徵
http://blog.udn.com/YST2000/5279734



(九)如何設計隱形戰機



設計隱形戰機的工作雖然很複雜,但是工作的目標卻非常單一,那就是盡量降低「雷達截面」。從「雷達截面」的定義來看,它是三樣東西的乘積:

「雷達截面」 = 「幾何截面」X「反射性」X「方向性」

,所以隱形戰機的設計工作就可以從三方面進行。



甲. 幾何截面



儘量減少戰機的幾何截面是最明顯、也是最容易的工作。但是這個工作有天然的限制,那就是任務。



首先,需要攜帶大量炸彈的轟炸機,它的幾何截面不可能比戰鬥機小。幾何截面的最小化受到嚴重的限制,沒有什麼發展的餘地,最下圖。



圖01:美國B-2隱形轟炸機投彈中



我們看到轟炸機要攜帶大量炸彈,所以它的幾何截面不可能小,飛機設計師也不能使它變小。



其次,任何戰機都要裝載人員、武器、彈藥,所以需要一定的容量空間,幾何截面不可能每個方向都小。工程師通常都選擇機頭方向的幾何截面最小化,這個工作並不困難因為尺寸大小都是看得見、可以量、很容易計算的。



圖02:美國B-2隱形轟炸機的正面



讀者可以清楚看到比起圖01中側面的碩大體型B-2轟炸機正前方的幾何截面相當小,在減少B-2頭部方向的幾何截面上工程師的工作還是做得相當傑出的,比早期的B-52強多了。



不過無論如何,幾何截面的最小化既不太困難、也沒有什麼進步的空間,所以不是隱形戰機研發的重點。



乙. 反射性



要把反射性最小化的意思就是做到盡量把飛機攔截到的電磁波能量吸收轉換為熱能,使反射出去的電波能量越少越好。有這種性質的物質我們稱作「雷達吸波材料」(Radar Absorbing Material,簡稱RAM)。工程師用這種材料塗抹戰機全身或是覆蓋某些重要部位達到降低RCS的效果。



「雷達吸波材料」有很多好處:

1.RAM的研究工作獨立於飛機設計之外;

2.RAM的研究工作比戰機本身相對簡單很多、需要的經費也少;

3.RAM的研究成果可以應用在任何飛機、軍艦、車輛、和建築物上,範圍非常廣闊,前途非常看好。



由於上面的原因,「雷達吸波材料」是各國科學家重點研究的項目,不論有沒有研發隱形戰機,RAM的研發都有其必要性。譬如日本的材料科學非常先進,如果日本研究出一種又輕又薄吸波效果優異的材料,日本可以把它塗抹在已經成軍的F-2戰機上,F-2立刻就成為一種優良的隱形戰機。YST相信很多國家都在打這種捷徑的主意,譬如台灣也可以想辦法把自己研發的RAM用在「經國號」上。



研發出好的RAM是一回事,研發出能夠用在飛機上的RAM是另一回事,因為用在飛機表皮的RAM需要夠輕、夠薄和耐高溫。

1.「夠輕」是首要考量,飛機的重量都是斤斤計較的,因為它直接影響航程,作戰飛機尤其如此。想想看,機身少一公斤重量就可以多帶一公斤油料或是多帶一公斤炸彈,任何作戰指揮官都會斤斤計較。F-22所用的RAM重達數百公斤,不能不說付出重大的代價。

2.「夠薄」對建築物和軍艦不重要,但是對飛機就非常關鍵,因為它會增加空氣的阻力直接影響飛機的氣動性質。

3.「耐高溫」對戰機上的RAM是一大考驗,戰機在高速飛行時表皮與空氣摩擦會產生高溫,RAM如果不能承受這個溫度就會變形、脫落、降低或失去原始的吸波性質。F-22的RAM脫落現象就非常嚴重,造成維護的困難和高昂費用甚至曾經發生危險事故。



中國大陸在RAM上的研究很有成效。2008年的【科學時報】有報導說中國科學家以碳材料製成直徑為3納米的線排列成六方有序陣列有非常優異的吸波性能。這篇報導說中國大陸常用的RAM吸波效率達到20dB,而一種有序介孔碳和二氧化珪的複合材料對於微波(8~12GHz)的吸波效率達到40dB。



YST 不是RAM方面的專家,既無法深究、也沒有能力做後續追蹤,所以不能對這篇報導做出客觀的評論。不過40dB似乎 too good to be true 。這篇報導之所以特別引起YST的注意是因為8~12GHz正好是X波段,這是所有火控雷達使用的頻率。火控雷達是追命雷達,X波段是軍用飛機最想躲避的波段。如果在X波段有40dB的屏蔽功能,那麼所有的火控雷達都不用混了。YST對這類報導多半存非常保守的態度。



丙. 方向性



雷達探測的功能是建築在接受自己發射後被目標反射回來的電波功率(power)上。所以如果雷達發射出去的電波被目標攔截後絕大部分都折射到其他方向,只有很少部份的功率反射回到雷達的方向,那麼雷達要發現這個目標就非常困難了,探測距離將大大地縮短。



所以把戰機反射回到雷達方向的功率極小化就成為隱形戰機設計工程師最重要的工作。



方向性的極小化是隱形戰機設計中最困難、最複雜、最有趣、最基本、最耗資、最主要也是最重要的工作。



為什麼我們說方向性的極小化是設計隱形戰機最重要的工作呢?

回答:方向性的最小化決定隱形戰機的外型,而外型產生的隱形是隱形的絕大部分,估計至少佔到戰機隱形效果的九成以上,塗抹雷達吸波材料所作的貢獻頂多只有一成。



我們必須瞭解雷達吸波材料(RAM)應用在飛機上有很多限制而且對頻率非常敏感,所以外形設計是飛機隱形最重要的工作,RAM通常用在外形無法阻止電波反射回雷達方向時在重要部位做“清除”的工作。



從現在開始,本系列所有的討論都焦聚在「方向性」的最小化,也就是外型隱身。



(十)外型隱身的複雜與困難



甲. 一個小例子



早年美國研發雷達制導的空對空導彈時曾經發生一件困惑工程師的事情。那時候導彈已經進入工程驗証階段,是在導彈實驗場真刀真槍的打靶,所以軍方、廠方和武器設計的工程師們都非常緊張。靶機起飛,戰機也起飛,安排在預定地點遭遇。戰機雷達搜索到靶機,然後追蹤,然後鎖定,飛行員發射導彈,一切都很正常,但是導彈在最後幾秒鐘的緊要關頭從靶機旁邊飛過,沒有打中。



導彈在實驗試射階段需要實時飛行資料進行事後的分析、研判和改進,所以導彈頭部的戰鬥部(war head)是不裝藥的,戰鬥部的空間就裝了「資料傳輸系統」(telemetry system),這個「資料傳輸系統」把所有的雷達制導資料、發出的指令、導彈飛行的位置、速度、姿態....等等資料實時(real time)傳到地面。



工程師根據這些資料發現導彈的雷達追蹤目標非常正常,從頭到尾都沒有脫鎖,但是為什麼沒有打中靶機呢?



工程師一步步比對雷達追蹤的資料和導航指令,最後發現這是「目標閃爍」造成脫靶。



這次的導彈試射導彈是從靶機的上方發動攻擊,這是空對空導彈最常用的基本攻擊方式。除非時間上來不及(譬如近距離發射),導彈設定的飛行軌跡都是先爬升到某個高度,然後在某個時間開啟雷達搜尋目標,最後是從上向下俯衝進行攻擊。這樣的設計不但使導彈的有效射程比較遠,而且從上向下俯衝在速度上也有很大好處。



根據從導彈實時傳回來的資料,工程師發現當導彈用雷達照射靶機上方時,靶機的上部出現三個主宰性的反射源,其他部位幾乎可以忽略不計。這三個主宰性的反射源從頭到尾的順序我們用A,B,C來表示。



當導彈非常接近靶機時,資料顯示一個非常有趣的現象:



在時間點1,A反射回來的電波與B反射回來的電波振幅相當、相位正好差了180度,於是A的回波抵消了B的回波,雷達只看到C,於是控制系統發出指令校正角度向尾部的C點攻擊。



在時間點2,B反射回來的電波與C反射回來的電波振幅相當、相位正好差了180度,於是B的回波抵消了C的回波,雷達只看到A,於是控制系統發出指令校正角度向頭部的A點攻擊。



在時間點3,A反射回來的電波與B反射回來的電波振幅相當、相位正好差了180度,於是A的回波抵消了B的回波,雷達只看到C,於是發出指令校正角度向尾部的C點攻擊。



在時間點4,B反射回來的電波與C反射回來的電波振幅相當、相位正好差了180度,於是B的回波抵消了C的回波,雷達只看到A,於是控制系統發出指令校正角度向頭部的A點攻擊。









如此反覆進行,導彈就不停地在機頭的A點與機尾的C點來回地擺動,而且擺動的角度越來越大。當導彈非常接近靶機的時候,最後一次導彈過度矯正(overshoot),距離也進入雷達盲區,終於脫靶。



上面這個現象就是「目標閃爍」的一種形式。



乙. 「目標閃爍」(Target Scintillation)



「目標閃爍」(Target Scintillation)是雷達行話,YST用簡單的普通語言來說明這個現象。



當雷達鎖定目標,雷達天線對準目標連續照射,這時候天線所接收到的功率並不是一成不變的,而是會出現非常不規則的變化,這是因為戰機與靶機都在運動,戰機與靶機的距離和方位都在不停地變化,從目標不同部位反射回來的電波它們的相位(phase)都不一樣。如果兩個電波的相位相同,振幅(amplitude)相加就放大了一倍;如果兩個電波的相位相差180度,振幅相加就正好互相抵消。



我們必須瞭解X波段的波長大約是3公分,只要雷達與目標兩個部位的距離相差四分之一的波長,也就是0.75公分,這兩個部位反射回來的電波相位就正好相差180度。



你看,像飛機這樣的目標是非常複雜的,機身每一個部位都會反射電波,他們的強度和相位都不一樣,所以加起來的總結果有很大的變化,有時候很大,有時候很小,是非常不規則的變化。雷達的展示螢幕是把每個目標接收到的功率依照不同的強弱用不同的亮度顯示出來,所以當目標的回波時強時弱快速變化的時候,雷達幕上顯示的目標就時明時暗像天上的星星不停地閃爍。所以雷達工程師就把這個現象取名為「目標閃爍」(Target Scintillation)。



由於「目標閃爍」的現象沒有任何規則可尋,閃爍的幅度又非常大,所以雷達探測的理論都是用或然率(probability)來敘述。



現在讀者應該有點感覺了,設計隱形戰機的外型不是那麼簡單的事。振幅和相位的交互影響是如此繁瑣,工程師要掌握和分析這麼多資料是非常困難和複雜的。



丙. 理論計算「目標閃爍」



上面(甲)所敘述的例子是一個過度簡化了的「目標閃爍」,因為所有的計算只考慮目標上的三個點。這是一個非常湊巧發生的實例。



要計算目標反射雷達波的功率首先要做的工作就是把目標的表面像劃格子一樣分成不同的小塊,然後分別計算每個小塊受到照射時折射的電波,最後把所有小塊的折射電波通通加起來就得到目標回波在某一個方向的功率。



由於電波相加對相位非常敏感,所以格子一定要分的足夠細,通常這個長度至少要小於波長的十分之一,這樣所計算得到的結果才有價值。譬如X波段的波長是三公分,如果要計算X波段的目標閃爍圖,那麼格子每邊的寬度就不能超過0.3公分,也就是3毫米。



想想看,像J-20或F-22這樣的重型戰機長大約20米、翼展15米、高5米,如果要把表面積劃分成3毫米的格子,這會有多少格子?



在幾乎所有的情形下,像飛機這樣大而複雜的目標有數以億計的散射點,因為飛機的表面積太大了。計算「目標閃爍」是一個非常、非常巨大的工程,沒有超級計算機是根本不可能辦到的。事實上,即使有超級計算機,以今天的計算能力,沒有好幾年功夫是算不出來的。



作為航空技術領先的美國也沒有辦法解決RCS的理論計算問題,直到七0年代末無意間發現一位俄國數學家對電波計算如何簡化的一篇論文才突破這方面的瓶頸,於是開始進行實際的理論計算,這是設計隱形戰機非常關鍵、也是非常基礎的一大步。



丁. 實際測量「目標閃爍」



除非你用一層厚厚的吸波材料把戰機密不透波的包起來,否則無論什麼戰機、無論電波如何反射,戰機反射雷達波的總功率是不會變的。



那麼,隱形戰機與普通戰機不同之處到底在那裏呢?

回答:如果你能把飛機被雷達在不同的角度照射產生的閃爍圖畫出來,那麼你一比較它們的閃爍圖立刻就會發現隱形戰機與普通戰機不同之處在那裏了。



你一定會問:不對呀,你剛才說過計算「目標閃爍」是一個巨大工程和幾乎不可能的任務,這「閃爍圖」的比較從何說起呢?

回答:如果理論上不好計算、沒有能力計算、或是沒有錢計算,沒有關係,只要製造出來了我們就可以實地去測量它,用實際量出來的數值畫出「閃爍圖」。



你可能會問:理論計算「閃爍圖」很難,實際測量「閃爍圖」容易嗎?

回答:也不簡單,要花大錢,但是比理論計算容易得多。



就像錄音室需要裝設四面吸收聲波的牆壁,測量飛機的雷達回波必須在一個「微波暗室」中進行。所謂「微波暗室」是一個密閉的空間,所有的內牆、天花板、地板都鋪滿了覆蓋所有波段的吸波材料,通常是各種棱形和錐形的東西(別深究,YST也不懂為什麼要用這些形狀),目的是除了目標反射的電波,沒有任何其他的回波。



「微波暗室」說來容易,實際造一個是非常費事又耗資巨大的,尤其是要大到足夠把飛機放進去。有大型「微波暗室」的國家不多,一隻手都可以數出來。所以不要說去臆測別國的隱形戰機,美國即使把F-22借一架給世界各國,能夠準確測量出它的RCS的國家一隻手都可以數出來。



如果有了大型「微波暗室」,各種目標就可以放進這個暗室吊在空中,然後用不同波段的雷達從各種不同的角度測量它們的雷達回波,如此這般一番努力,一個目標的「立體閃爍圖」就可以畫出來了。



(十一)隱形戰機的特徵



好了,你一定等不及會問:隱形戰機的特徵是甚麼?

回答:隱形戰機的特徵就在它的「閃爍圖」跟普通戰機有顯著的不同。我們現在已經具備足夠的知識在本節做詳細的說明。



甲. 隱形戰機與普通戰機的「閃爍圖」



下面是一張做為說明之用的「目標閃爍圖」,同時比較隱形戰機與普通戰機。「目標閃爍圖」用極座標的方式展示雷達探測一架飛機在不同的角度所得到的回波強度,這個強度可以由功率來表示,也可以由RCS來表示。



圖03:普通飛機與隱形戰機的雷達回波功率圖



上面這張圖告訴我們很多有用的知識,我們做一個簡短的說明。



1.左邊的目標是一架普通飛機,雷達回波的功率用RCS表示,單位是「分貝平方公尺」(工程師用dBsm表示),也就是以1平方公尺為比值基礎所畫出來分貝圖。不熟悉「分貝」(dB)的讀者需要回顧一年前的系列文章「彈道導彈攻擊大型海面船隻」。

所以,

0 dBsm = 0 分貝平方公尺 = 1 平方公尺;

5 dBsm = 5 分貝平方公尺 = 3.2 平方公尺;

10 dBsm = 10 平方公尺;

15 dBsm = 32 平方公尺;

20 dBsm = 100 平方公尺;

25 dBsm = 320 平方公尺;

30 dBsm = 1000 平方公尺。



2. 右邊的目標是一架隱形戰機,雷達回波的功率用dB(分貝)表示,但是沒有告訴我們基本單位是什麼,也就是我們不知道0dB是什麼、有多大。所以它只告訴我們不同角度下回波相對的比值是多少,而不告訴我們絕對值是多少。這樣既解釋了「目標閃爍」的現象,也沒有洩密的問題。



3.左右兩個圖形都是「目標閃爍圖」。我們只消看一眼立刻就會分辨出普通飛機與隱形戰機最基本的特性不同之處在哪裏。



4.普通飛機的閃爍是非常不規則的,用或然率的名詞來說就是“隨機的”,也就是說,你隨便取一段,它裏面都有大有小。



5.隱形戰機的閃爍是有規則可循的,譬如它在機頭附近的一段回波一定很弱,在某幾個角度(譬如機尾)一定很強,差別之大可以到達40dB(一萬倍)。這幾個強大回波的角度不是無意鑄成的,而是工程師特別設計成的。



6.也就是說,對任何飛機雷達反射的總功率是固定的,普通飛機沒有經過特殊安排,所以雷達回波在各個方向的強度是隨機的(random),而隱形戰機的外型經過工程師的特殊安排把雷達回波的功率盡量集中在少數幾個方向上,這樣就可以達到“隱身”的效果。



乙. 為什麼雷達探測隱形戰機會發生困難



雷達的探測是計算或然率的,雷達回波功率的變動(fluctuation)如果是隨機的(random)對探測來說並不要緊,因為雷達對一個目標通常要觀察很多次,每次觀察的時間大約20~30毫秒,功率的隨機變動只會偶爾造成目標錯失,譬如每看10次有兩、三次漏掉,這是無所謂的,沒有影響。



但是右邊的圖形就不同了,絕大部份(99%)的角度訊號非常微弱根本探測不到,不過一旦收到訊號,訊號就非常強烈,很可能造成接收器的飽和(saturation),等到雷達調整接收器(gain control),下一個訊號很可能突然變弱又探測不到了。這種一閃而過的目標非常麻煩,即使探測到也沒法追蹤,因為計算機的資源有限,根據追蹤的規則,雷達把這種目標編號存檔,然後很長一段時間又收不到訊號,雷達在連續N次探測不到後(N由系統工程師設定),這個目標就被判定「消失」,電腦軟體自動取消編號並且把目標的檔案刪除。



所以隱形戰機的雷達特徵是回波訊號一閃而過,造成發現(detection)的困難,即使雷達幸運發現它,也無法追蹤,更不用說連續追蹤(雷達術語叫「鎖定」)了。火控雷達必需先鎖定目標才能發射武器,隱形戰機因此造成雷達很大的困擾。隱形戰機一閃而過的特性我們只消看一眼它的「閃爍圖」就一目瞭然了。



丙. 小結



我們在此做一個重要而簡短的結論,點出隱形戰機的特徵:

1.普通飛機的「閃爍圖」是快速地閃個不停,這個雷達好辦;

2.隱形戰機的「閃爍圖」是長久時間非常陰暗,然後突然強烈地閃一下,這雷達就很難對付了。

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回復: YST - 漫談隱形戰機

發表 由 Admin 于 周三 7月 06, 2011 9:51 pm

漫談隱形戰機(V):戰鬥機的分代
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(十二)戰鬥機的分代



YST不清楚軍事家為戰鬥機劃代是什麼時候的事,但是軍事家們大談第幾代戰機大概是最近二十幾年的事,也就是美國的隱形戰鬥機已經或即將出現的時候。從表面看,美國軍事家企圖對戰鬥機的演變做一個歷史的交代;從深一層看,這是一種宣傳伎倆,把自己生產的戰機定義為新的一代,如此就高出競爭者一代,不但形成對對手國家心理的威懾,也對銷售自己的戰機有很大的好處。



戰機的分代是美國軍事家搞出來的,我們就以美國的說法為準,這也是最流行的說法。這裏劃代所考慮的戰機都是戰鬥機,並不考慮任何其他種類的飛機。美國到目前為止把所有二次大戰以後研發的戰鬥機分為四代。



甲. 第一代戰鬥機



第一代戰鬥機是指發動機剛從螺旋槳改變為噴氣式所研發出來的噴氣式戰鬥機,飛行速度和飛行高度都上了一個新的台階。這段時期是上一個世紀40年代後期到50年代中期。



第一代戰鬥機有美國的 F-80、F-84、F-86和蘇聯的米格-15,它們都在朝鮮戰爭進行過激烈的戰鬥。



第一代戰鬥機的特性是:

1.高亞音速;

2.使用機槍與機炮進行空戰,也可以丟普通炸彈攻擊地面目標;

3.作戰方式以近距離空中格鬥為主,也就是所謂的「狗鬥」(dog fight)。



乙. 第二代戰鬥機



噴氣式戰鬥機衝破音速進入超音速時代,是為第二代戰鬥機。



第二代戰鬥機發展的時間很長,從50年代中期開始一直到70年代初。第二代戰鬥機生產的型式非常多,其中以美國的F-4與蘇聯的米格-21最具代表性,他們代表第二代戰鬥機的最高性能。



第二代戰鬥機的特性非常簡單,那就是追求高空與高速。



由於這段時間很長,第二代戰鬥機又可以分為前半代(第2.0代)與後半代(第2.5代)。



第2.0代的美國代表是F-100,蘇聯代表是米格-19。

米格-19平飛的速度達到1.4馬赫;高度達到一萬七千五百米;作戰半徑六百五十公里;最大起飛重量7.5噸。

F-100平飛的速度達到1.3馬赫;高度達到一萬五千米;作戰半徑一千五百公里;最大起飛重量15.8噸。

F-100比米格-19大得多,也重得多,速度慢一點點,飛行高度低很多,但是航程大非常多,這是因為大飛機可以攜帶更多的油料。



第2.5代的美國代表是F-4,蘇聯代表是米格-21。

米格-21平飛的速度達到2.0馬赫;高度達到一萬七千五百米;作戰半徑八百五十公里;最大起飛重量9.1噸。

F-4平飛的速度達到2.2馬赫;高度達到一萬八千三百米;作戰半徑六百八十公里;最大起飛重量28噸。

同樣的,美式F-4戰機戰鬥機要比蘇式米格-21大很多也重很多。



除了高空與高速,第二代戰鬥機還有一樣特性那就是空對空導彈的大量使用。F-4甚至成為第一種只攜帶導彈、不裝備機槍與機炮的戰鬥機,後來美軍發現這是一個錯誤,美國得到教訓,以後的戰機都保留傳統的機槍或機炮。你看,即使F-22武功如此高強、裝備了各種最新式的導彈,但是仍然裝備了一門20毫米機關炮。這就像今天丐幫行走江湖,即使身上帶了一把新式手槍,手上那根打狗棒還是不能丟掉的。



丙. 第三代戰鬥機



當戰鬥機的速度達到2.2馬赫、高度達到幾乎兩萬米的時候,繼續追求高空與高速意義已經不大了。於是美國改變發展方向,率先研發多功能戰鬥機,這就是第三代戰鬥機。



前兩代的戰鬥機發展的重點都是飛機的外型與動力,第三代戰鬥機發展的重點則是電子儀器,特別是雷達,是雷達技術革命性的突破把戰鬥機帶入第三代。



A. 什麼叫做「多功能戰鬥機」?



作戰飛機的功能分為兩種,一是空中格鬥,二是對地攻擊。這兩種功能在性質上有很大的差別,前者需要高度的機動性,後著需要巨大的載彈量。由於性質上差別過大,工程技術無法兼顧,所以工程師一直是設計兩類非常不同的戰機來執行這兩種非常不同的任務,執行格鬥的稱為戰鬥機,執行對地攻擊的稱為轟炸機。



但是由於戰術上的需要,軍事家需要一種比轟炸機小也比轟炸機靈活的戰術飛機進行對地面高價值的小目標,譬如雷達站、重砲陣地、坦克和裝甲車輛,進行戰術支援攻擊。於是一種新的戰機就誕生了,那就是「攻擊機」。一般來說,攻擊機需要進行低空投彈、機槍掃射,所以攻擊機低空的性能特別好,也具備比較厚的裝甲來承受地面炮火,這是一個髒活、累活和危險活。



攻擊機對海軍而言特別需要,也特別重要,因為航空母艦無法起降轟炸機。譬如80年代以前美國航空母艦承擔戰鬥任務的艦載機主要就是F-14與A-6,前者負責空中格鬥、奪取空中優勢,後者負責對地和對海攻擊。但是航空母艦狹窄的環境要維持兩種不同的戰機非常麻煩,於是工程師就想辦法設計出一種飛機既能進行空中格鬥、又能進行對地和對海攻擊,這就是「多功能戰鬥機」。



B. 「多功能戰鬥機」的關鍵困難所在



你一定會問:早年的戰鬥機,譬如P-51、F-86、F-4不是都可以丟炸彈和對地面目標掃射嗎?

回答:是的,早年的戰鬥機的確也可以進行對地攻擊,但是隨著戰場的複雜化戰鬥機越來越無法承擔對地攻擊的任務,因為它們的電子儀器跟不上,關鍵困難就在雷達。探測空中目標和探測地面目標的雷達非常不同,後者比前者困難很多。



我們用 F-14做例子,它的雷達只能對空,不能對地或對海。即使對空作業,F-14對空雷達的搜索(search)和追蹤(track)需要兩套不同的硬體來執行,非常的笨重,對地/海攻擊則完全沒有能力。



C. 「多功能戰鬥機」的誕生



上個世紀70年代初,美國的雷達技術有了突破,雷達透過特殊波形(waveform)的設計和高速電子計算機的計算成功地把訊號從強烈的地面雜波分離出來,於是雷達開始有了下視的能力,這是一個非常了不起的成就。



戰鬥機裝備了這種有下視能力的雷達就可以全天候的搜索與攻擊地面和海面的目標,「多功能戰鬥機」也就誕生了。



美國空軍最早的「多功能戰鬥機」是 F-15E,海軍是 F/A-18。F/A-18出現後,F-14和A-6被淘汰的命運就注定了。



蘇聯的第一代和第二代戰鬥機與美國旗鼓相當,尤其米格-21的性能非常出色,YST個人認為它的性能要優於美國的F-4。米格-21非常小又非常靈活,空戰格鬥中F-4很難發現它因而經常遭到它的襲擊。



但是從第三代戰鬥機開始美國的優勢就非常明顯了,蘇式戰鬥機的作戰性能一直被拋在後面直到現在,原因就是蘇聯的電子科技比美國落後很多。



YST不太熟悉蘇式戰鬥機,但是非常確信早期的Su-27沒有下視能力,因此談不上有對地攻擊的能力。蘇聯雷達具備下視能力是很晚的事情(最早也是八0年代的末期,最可能的是1996年Su-30服役的時候),電子技術方面蘇聯落後美國至少在10年以上,甚至20年。



下面是YST非常喜歡的一張照片:



圖04:美國三代戰機聚一堂:P-51,F-86,F-16,和F-15。



P-51外號「野馬」是螺旋槳戰鬥機的巔峰之作,YST 個人的最愛;

F-86是第一代噴氣式戰鬥機的代表,F-86D裝備了新型雷達成為全世界第一架全天候戰鬥機;

F-16性能非常優越,YST個人認為是J-10出現前最好的輕型戰機,記憶中F-16是全世界產量最多和使用國家最多的第三代戰鬥機;

F-15是西方最好的第三代重型戰鬥機,是全世界第一架多功能戰鬥機,它與F-16形成高低搭配。



上面這張照片缺了第二代戰鬥機未免有點遺憾,YST補一張第二代戰鬥機的佼佼者——蘇聯的米格-21:



圖05:出盡風頭的蘇聯米格-21戰鬥機。



中國大陸版的米格-21編號為殲-7。殲-7在中國大陸服役的時間最長,大陸的工程師把殲-7不斷地改良,改型之多令人眼花撩亂,改到最後連俄國人都不認識了。中國大陸也就是透過這些改良的工作奠定了它獨立設計飛機的基礎。



中國大陸的殲-8與殲-10就是在大陸工程師吃透了殲-7的設計和技術下終於出師所創造出的自己的品牌。漫長的刻苦學習練成紮實的功夫,不容易啊!



丁. 第四代戰機



上世紀90年代初,美國在雷達隱形的技術上有了新的突破,為下一代戰機奠定了科技基礎。於是美國提出了「4S」的標準作為第四代戰機的定義。這個「4S」的標準是:

1.Stealth(隱形);

2.Super Sonic Cruise(超音速巡航);

3.Super Maneuverability(超機動能力);

4.Super Avionics for Battle Awareness and Effectiveness(超級電子設備作為戰場情報管理)



這四個標準前兩個非常清楚和明確,第三個就有點模糊,第四個就更模糊了。



「隱形」我們已經討論過了。



「超音速巡航」就是不開後燃器也能進行長時間的超音速飛行。這對發動機是很大的考驗,美國在這方面擁有非常明顯和無可爭議的優勢。事實上,F-22是目前唯一能進行「超音速巡航」的戰機,美國只憑這一招就把別人都拒絕在「第四代戰機俱樂部」的外面。至於「超音速巡航」在實際作戰中有多大好處是令人懷疑的,不過這是另一回事,定義本身非常明確。



什麼叫做「超機動能力」?

「超機動能力」是有爭議的,因為很難定義。張三說是「失速控制」、李四說是「眼鏡蛇動作」、王五說是「盤旋能力」、趙六說是「水平轉向與垂直爬升的效率」,這些戰術動作在近距離格鬥中那個有用、那個沒用並無定論,誰說了算?



這個所謂「超機動能力」其實有點瞎扯。YST採用一個比較明確、通用、也就是爭議性比較低的說法,「超機動能力」就是在迎角(飛機機身與水平面的夾角)為60~70度的狀態下仍然保持控制的能力。



如果以最後這個說法為標準的話,那麼YST確信F-18、Su-27 與J-10都有「超機動能力」,而它們都是三代機。其中F-18的超機動表演是YST親眼所見的,四架F-18以昂首(至少有60度)的姿態、低空、低速魚貫通過跑道,高度非常低(不到一個機身),速度非常慢(不到高速公路超速的速度),在這種高度表演實在有點玩命,但是你只要看過一次就終生難忘。而Su-27與J-10都能做「眼鏡蛇動作」,其難度就更高了,因為迎角已經超過90度(機尾在前、機頭在後)。



最後一個標準「超級電子設備作為戰場情報管理」就更是瞎扯了,有人解釋為有超視距攻擊能力,有人解釋為有數據鏈傳輸能力可以形成「網絡戰力」,也有人解釋為簡單、快速的維護能力,YST也可以來添亂解釋為要有電子戰(Electronic Counter Measure)的能力。這些都是沒有定論的瞎扯,讀者看看就好、不必太認真。各國空軍有自己的作戰方式,裝備的標準和評價的高低憑什麼美國說了算?



戊. 美國的噱頭和俄國的攪局



A. 美國的噱頭



美國喜歡搞這種花樣或是噱頭來鞏固自己的領導地位,把自己分級為高別人一等,作為炫耀與心理戰。其實武器是用來打仗的,不是來“比寶”(就是比specification數字)的,每個國家研發武器各有自己的巧妙,為的是作戰得到勝利。每個國家有自己的國情環境、民族傳統、作戰精神和作戰方式,戰爭到了某個階段就是一種藝術,並沒有一定的標準,所以不必什麼都聽美國的。譬如YST個人就認為「超音速巡航」並不重要,雖然不開後燃器「超音速巡航」仍然燒掉更多的油、會嚴重影響航程,作戰效果很難說。



有意思的是,美國的F-35非常重又只有一個發動機,絕不可能進行「超音速巡航」,照美國自己的說法F-35也不夠資格號稱第四代戰機。



B. 更細的劃分:3.25代、3.5代、3.75代



歐洲國家對美國這種劃分也不滿意,認為把法國的「陣風」和歐洲四國聯合製造的「颱風」定為比F-22與F-35差了一代太過份了,應該細分。



歐洲國家認為不是有「4S」的標準嗎?那麼三代機每具備一個S就應該加0.25。譬如「陣風」和「颱風」的機動性很好,不在 F-22之下,歐洲的電子產品大致與美國在伯仲之間,有些地方說不定還領先一點點,所以它們不應該被認為是三代機而應該是3.5代。



YST 認同歐洲這種說法。



C. 俄國的攪局



俄國是傳統上軍用飛機的製造大國,對美國的劃代方法非常不滿,這會嚴重影響俄國戰機的宣傳與銷售,於是就出了一個陰招。俄國認為「可變後掠翼」是一個技術上的突破,於是把可變翼的戰機譬如米格-23列為第三代,這就比美國的分類多出了一代。於是Su-27、Su-30、MiG-29在俄國的宣傳中都成了第四代。俄國稱自己正在研發的T-50是第五代戰機,如此一來美國的F-35作為第四代戰機在宣傳上就吃虧了,連F-22都被比下去了。



普通老百姓那裏懂什麼「4S」的標準,只知道第五代比第四代厲害、第四代比第三代強。老俄把這灘水攪混,這一來老美也緊張了,這個虧不能吃,於是美國也連忙改口稱F-35為第五代戰機。



看到沒有?美國到處宣傳的所謂這個是第幾代戰機、那個是第幾代戰機,說得煞有其事,其實都是鬼打架,基本上就是廣告,為高昂的售價取得正當性。戰機屬於第幾代,老美說改口就改口,當吃白菜。



想想看,F-35連美國自己定義的四代機都不合格,怎麼突然就變成五代機了?真是亂七八糟、莫名其妙和令人搖頭。如此分代完全混亂了定義、脫離了作戰的現實、沒有任何實際的意義、最後成為宣傳的口號和銷售的廣告。



其實所謂「4S」,只有Stealth(隱形)是毫無爭議的、最有用的、也是最重要的,其他的都見仁見智。



換句話說,「隱形」可以看作是第四代戰機的唯一特徵和代名詞。



己. 小結



我們為戰鬥機的分代做一個非常簡潔、明確的結論。



美國 俄國



噴氣式戰鬥機 第一代 第一代

超音速噴氣式戰鬥機 第二代 第二代

可變後掠翼戰鬥機 第三代

多功能戰鬥機 第三代 第四代

具備「4S」的戰鬥機 第四代 第五代

2010年後的隱形戰鬥機 第五代 第五代

從現在起,我們把注意力集中在隱形戰機上,看看隱形戰機是怎麼分代的。

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回復: YST - 漫談隱形戰機

發表 由 Admin 于 周四 7月 07, 2011 8:39 pm

漫談隱形戰機(VI):隱形戰機的分代
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(十三)第一代隱形戰機



美國在上個世紀的七0年代就開始著手進行隱形戰機的研究,而且已經製造出多種性能有顯著差異的隱形戰機。



就像戰鬥機的研發在技術和性能上被分為四代,到目前為止美國研發並且生產的隱形戰機已經有了三代。我們在此對每一代的「隱形」做一個簡單的敘述。



甲. 從最簡單的模型作起



問題:改變電波反射方向最簡單的表面是甚麼?

你一定會回答:「平面」。



一點也不錯,就是平面。擴張中的電波遇到平面就會產生反射,由於改變的方向必須滿足反射角等於入射角的物理原則,所以除非是垂直射入平面,反射後的電波都不會回到雷達天線的方向,這樣就可以降低反射性了。



根據這個道理,我們可以把飛行體的表面做成各種不同的棱形平面,避免任何兩個相交的平面成直角,也就是沒有兩個平面是垂直的,這樣我們就把飛機折射的總功率分別集中在幾個有限的角度,其他方向折射的功率非常小,這樣就能達到隱身了。



怎麼分割平面呢?

先根據任務需要定下體型尺寸,然後做出多面體的數學模型,經過理論計算後得到驗証。如果不滿意可以修改,如果滿意就進入風洞吹風,然後不斷修改,最後製造出工程樣機。理論上,這種多面體的數學模型是最容易計算的,所以這是隱形戰機當然的入門方式。



這種由多面體構成的隱形戰機稱為第一代隱形戰機。



乙. F-117A



第一代隱形戰機只有一個產品,那就是F-117,美國給它取名 Night Hawk(夜鷹)。這個名字非常貼切,因為它通體黑色,專門設計用來夜晚出擊,見下圖。



圖06:世界第一個隱形戰機,美國的F-117A。



1981年06月15日,美國高度機密的F-117試飛成功,定型進入生產的是它的改良型,型號為F-117A,美國總共生產了59架,戰爭開始進入隱形時代。F-117雖然是F開頭,但是它不是傳統的戰鬥機而是一種地面攻擊機(attack airplane,通常編號以A開頭),它攜帶精確制導炸彈摧毀高價值的地面目標,譬如雷達站和通訊指揮所。由於它的雷達截面很小,F-117A通常在雷達探測距離以外就把精確制導的炸彈丟下了。



F-117A以F開頭的編號是非常誤導的,因為它根本不是一個戰鬥機(fighter airplane)。



如果你注意看圖06就可以發覺F-117尖尖的機頭部份完全由多面體構成來屏蔽電波,所以F-117A沒有裝置雷達,它沒有發現敵機的能力,因此它連一丁點戰鬥能力都沒有。這是為什麼F-117被稱為「夜鷹」,因為它只能夜晚出擊。F-117如果白天出擊,它一旦被敵人用眼睛看到,那麼這個飛行速度非常慢、機動能力非常差、又沒有任何抵抗力(沒有機槍、機炮、對空導彈)的F-117A一定逃不過被擊落的下場。



F-117A是YST所知道的第二次世界大戰後設計的戰機唯一沒有裝置雷達的。F-117A的設計者認為只要是在夜晚飛行它就不會被發現,它既然不會被發現就沒有自衛的需要,因此就沒有必要裝置雷達,因為雷達艙是主要的電波反射源,會增加飛機的RCS。F-117依靠GPS在夜晚飛行,它的任務就是偷偷鑽進敵人的國境丟炸彈,把敵人的雷達站和指揮所摧毀。敵人的眼睛瞎了,通訊指揮系統也斷了,美軍非隱形的戰鬥機和轟炸機就可以毫無顧忌地蜂擁而來進行各種攻擊和轟炸。



F-117A的角色就是一個“踹門者”,它的任務非常關鍵,也非常危險。



美國第一次使用F-117A是1989年12月,初試牛刀,宰的是巴拿馬,一隻幾乎沒有任何抵抗力的雞。



美國第二次使用F-117A是1991年的海灣戰爭,宰的是伊拉克,叢林世界中它算是一隻中型狗,具有一定的嗅覺和攻擊力。前面說過地面攻擊通常要求低空低速,這是公認的髒活、累活和危險活。結果F-117A在這場戰爭大出風頭,執行了1271次攻擊任務,投彈超過兩千噸,竟然沒有損失一架,也沒有一架受傷。這何止是了不起的成就,簡直可以說是奇蹟,這種完美記錄在以前的任何戰爭是連想都不敢想的,隱形戰機果真不凡。



美國第三次使用F-117A是1999年的南斯拉夫戰爭,南斯拉夫也不怎麼牛,叢林世界中它算是一頭狼。不過這次卻出事了。一架F-117A被老式的「薩姆-3」(SAM-3)地空導彈擊落,另一架F-117A被擊傷在返航時摔毀,打破了F-117A不能被地面雷達發現和擊落的神話。



丙. 第一代隱形戰機走入歷史



這種由多面體構成的隱形戰機是用嚴重犧牲飛行性能來換取隱身,因為這種多面體在飛行中是不穩定的。F-117A既不能做超音速飛行,也不能完全由飛行員操作飛行,而必須依靠計算機控制飛行,也就是由計算機軟體操作的所謂「線控飛行」(fly by wire)。



南斯拉夫在仔細研究F-117A的性能和操作原理後就摸索出一套對付它的方法。



1.F-117A在打開彈艙準備投彈時,RCS急遽上升就不再隱形了。防空部隊如果操作熟練就可以立刻用雷達捕捉、然後快速發射導彈。兩架F-117A就是這樣被南斯拉夫的防空部隊擊落和擊傷的。

2.多基雷達、長波雷達,尤其是米波雷達,對隱形戰機的探測相當有效。F-117A的穿透力發生問題,對軍事大國尤其受到遏止。



F-117A是沒有防衛能力的,一旦被發現就一定被擊落,美國不能承受這樣的戰損率。對美國而言,新一代的隱形戰機已經研發出來導致所有52架F-117A在2007年退役,其中一架進入博物館。



丁. 其他地方的應用



這種多面體的隱形方式雖然在飛機上的應用被淘汰,但是在很多其他地方的應用仍然非常活躍,譬如軍艦和砲台,因為這種隱形設計最簡單,船的速度很慢,用在船上和火炮上都沒有穩定性的問題。



台灣從法國購買的拉法葉護衛艦就是利用多面體來得到隱形,見下圖。



圖07:台灣「康定」級隱形護衛艦是法國製造的拉法葉護衛艦,外形簡潔,艦體上層建築稍為內傾、使用平面多面體令雷達截面大大降低。



圖08:大陸的054A型隱形護衛艦「舟山」號也是採用平面多面體來降低雷達截面。



這是一張俯視照片,稍為內傾的上層建築和稍為外傾的下層艦體所形成的線條清晰可見,這是雷達隱形的最佳設計,所有的隱形軍艦都是這樣設計的。



讀者仔細看上面這張圖,艦炮的砲塔也是雷達隱形的,不但減少全艦的RCS,也減少艦炮被導彈直接命中的機率。下面是砲塔部分的特寫照片。



圖09:大陸054A型隱形護衛艦上的主炮,炮台由平面多面體構成達到雷達隱形。



(十四)第二代隱形戰機



由於計算電波在理論上的突破和計算機性能的提升,美國不再用簡單的平面多面體來達到隱形,而是有能力計算出最佳曲面使電波沿著曲面散射來達到降低雷達截面的目的。這樣設計出來的隱形戰機屬於第二代。



第二代的隱形戰機不但能夠大大降低RCS而且兼顧了飛行性能,沒有犧牲飛行的穩定性。



第二代 隱形戰機的代表作是B-2隱形轟炸機,見下圖。



圖02:美國B-2隱形轟炸機的正面



這是第(IV)篇中的一張照片,你看,它正前方的幾何截面多麼小!



以一個大型重轟炸機而言,B-2正前方的幾何截面算是很小的,導致雷達截面隨之變小。據說B-2正前方的雷達截面(RCS)極小(extremely small),真實的RCS數字不得而知,但是一般說法都相信它小於0.1平方米。



圖10:美國B-2隱形轟炸機,它的發動機進氣口和排氣口都隱藏在機身上方。



B-2設計的哲學是盡全力並且犧牲其他方向來成全正前方極小的雷達截面,譬如從圖10我們看到設計者把發動機的進氣口和排氣口放在飛機的上方,這就是犧牲上方的RCS成全正前方和下方的RCS,因為進氣口和排氣口是主要的電波反射源。這樣的安排可以非常有效地逃避地面的搜索雷達,對紅外線探測器也達到有效的隱形。



B-2這樣的設計是根據美國的作戰思想和運作方法所作出的決定。美國在設計B-2以前就訂出轟炸的方式。美國空軍在作戰前先標出敵人主要防空雷達的位置和性能,然後設計出一條如何飛向轟炸目標的最佳路線。避免進入任何地面雷達的探測距離是首要考量,飛行路線是用機頭對著它飛,在即將進入它的探測距離時轉向,對著下一個雷達站飛,即使繞路也無所謂。所以B-2採取的飛行路線不是直線而是折線並且是儘量對著敵人雷達的方向飛。這是為什麼B-2如此重視正前方與下方的RCS。



圖11:美國B-2隱形轟炸機,它全身由非常平滑的曲面構成。



第二代隱形戰機的特性從圖11看得非常清楚,沒有平面和棱角,只有光滑的曲面。



B-2的尾部也很有特色,它成鋸齒形把照射到尾部的雷達波分段反射到不同的方向。



再仔細看,B-2是沒有方向舵的,因為方向舵突出機身表面會形成反射源。B-2轉彎是靠左右兩具發動機的推力差配合襟翼來完成,所以非常緩慢。對B-2而言,轉彎緩慢並不構成缺點,因為B-2只要求它丟炸彈,並不要求它作任何格鬥。



(十五)第三代隱形戰機



B-2遲緩的機動性顯然對戰鬥機而言是不能接受的,於是美國展開第三代隱形戰機的設計,並且把「隱形」納入第四代戰機的標準。第三代隱形戰機不但有第二代戰機飛行的穩定性而且還具有傳統戰鬥機的高機動性,如此研發出來的成果就是F-22。



由於F-22是目前唯一服役的第四代戰機,同時也是唯一服役的第三代隱形戰機,我們貼三張照片並做簡短的說明。



圖12:美國的F-22,這是目前全世界唯一服役的第四代戰機。



F-22是非常漂亮的戰機,不但身形漂亮,YST特別喜歡它的塗裝。航空界有一種說法:漂亮的飛機就是性能好的飛機。YST 認為「以貌取人」是不準的,但是「以貌取機」沒有八分準至少也有六分。美國設計的作戰飛機都很漂亮,最醜的大概就是A-10了,不過它還真管用。



圖13:F-22發射空對空導彈。



為了降低雷達截面,隱形戰機的設計一定是把所有的武器都藏在武器艙裏面,發射的時候才打開,這個時候隱形戰機的RCS增加兩個數量級(20dB)都不止,是隱形戰機最危險、最容易遭受攻擊的時候,雖然只有短短幾秒鐘,但是已足夠讓訓練有素的防空部隊的地面雷達鎖定而且發射地對空導彈。



圖14:F-22的尾部。



F-22裝有兩個推力強大的發動機。美國戰機最厲害、最過人的地方就是發動機,美國的航空發動機的性能和耐用比任何其他國家都高出一大截,這是老美的看家本領,真正的高科技。美國對它這門高深武功採取極高規格的控制,嚴密防止技術外洩,屬於戰略級別的管制。



從上面這張照片我們可以清楚看到F-22發動機的葉片,這是雷達最喜歡的目標,它們都是金屬做的,不但有巨大的回波而且從它的轉動速度還可以作敵我識別和機型辨別,因為不同機型的發動機會產生不同的調頻(modulation)。雷達的電腦軟體有特別的程式和內存資料能根據所發現的調頻來判斷敵機的機型。



尾部隱形是完全不可能的,這個缺點無法掩蓋。好在尾部被雷達照到的時候多半也是戰機正在脫離戰場的時候,該做的都已經做了,被發現也就不那麼要緊了,加速逃命就是,這大概是「超音速巡航」唯一可能有點用的地方。美國設計的哲學是:我能「超音速巡航」你不能,只要短跑衝刺不被你追上,長跑我一定把你甩掉。

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回復: YST - 漫談隱形戰機

發表 由 Admin 于 周日 7月 10, 2011 9:06 am

漫談隱形戰機(VII):設計原則與重要部位
http://blog.udn.com/YST2000/5325166



(十六)設計隱形戰機的一般原則



甲. 設計原則



經過一番摸索和實驗,工程師已經歸納出設計隱形戰機的一般規則,我們總結如下:



1.機身表面要求光滑,盡量避免有凹坑和凸出物;

2.機身的曲面要求柔和與漸進,盡量避免尖銳的改變;

3.如果有平面體,絕對避免兩個平面體呈垂直相交。



乙. 光滑要求



機身表面的光滑度跟雷達的波長是有關係的,波長越短的電波對突出物越敏感。譬如火控雷達使用X頻段,波長在三公分左右,所以即使是飛機上凸出的鉚釘都可以成為很好的反射體和散射體,機身上的通訊天線就更不用說了。如果是碰上毫米波雷達,譬如W頻段(94GHz,有些導彈的火控雷達使用這個頻段)的波長只有3 毫米,那麼即使是微小的突出物也會造成強烈的反射,所以機身要求的光滑度就更高了。



飛機的製造程序是:

1.首先用高強度的金屬做好框架,通常是用鋁合金,如果有錢又有技術就用鈦合金;

2.框架完成後開始安裝各種機載設備;

3.機載設備安裝完畢就開始蒙皮,蒙皮的材料根據需要而定,蒙皮完畢飛機也就完工了。



你一定會問:蒙皮如何固定在框架上呢?

答案:鉚釘。



所以戰機使用鉚釘是不可避免的,用多用少而已。我們看下面兩張照片,號稱隱形如何了得的F-22一樣有鉚釘外露,俄國的T-50外露的鉚釘就更多了。



圖15:F-22與駕駛員,注意座艙的鉚釘,它們在X波段的電波照射下會產生一定的反射。



圖16:T-50與駕駛員,座艙表面一排排的鉚釘數量驚人,它們都是雷達波的反射源。



當然,隱形戰機可以選擇在蒙皮外貼上吸波材料,這樣就可以減少鉚釘的散射,F-22就是這麼做的,所付的代價是幾百公斤的重量,如果吸波材料過厚肯定會對戰機的氣動性能造成影響。至於F-22的吸波材料在飛行時經常發生脫落現象造成維修的困擾就是另一回事了。F-22曾經發生吸波材料脫落後被吸入發動機險些釀成事故。上面這些都是追求極致隱形所付出的代價。



任何大工程都是一種對大自然的挑戰和對口袋中的鈔票所做的妥協,這是一種藝術。



丙. 翼身融合



關於機身曲面的柔和與漸進,YST 舉兩個例子讀者一看就立刻明白了。



圖17:中國大陸的殲-8F(J-8F)攜帶霹靂-12空對空導彈起飛。



圖18:中國大陸的殲-10(J-10)起飛。



殲 -8是上個世紀七0年代末設計、八0年代中服役的第二代戰機,已經有將近三十年的歷史。殲-8是一個老式戰機,大陸網友戲稱它為「八爺」,不過YST個人認為「八爺」老當益壯,尤其後來的改型有了新的電子設備和新的發動機已經進入第三代,「八爺」高空、高速和大頭(可以裝備大號的雷達天線)在預警機的指揮下作為攔截機仍堪大用。



我們看得很清楚,「八爺」在設計的時候是完全沒有考慮「隱形」的,譬如機身有很多小的突出物。



但是,殲-10在設計的時候就已經考慮到「隱形」的問題了,J-10的機身不但非常光滑,最明顯的地方就是J-10的機身和機翼是柔和地與漸進地融合在一起,這種技術叫做「翼身融合」,它產生的雷達截面非常小。再看看「八爺」,它就像一根木棍插上兩片翅膀。這二者之間所產生的雷達截面差別就非常大了。



所有的隱形戰機一定採取「翼身融合」的設計。



丁. 避免垂直平面



簡單的幾何原理告訴我們兩個互相垂直的平面會產生最大的反射波,事實上,工程師就是用金屬的三面垂直體做成「角反射器」(corner reflector)應用在反雷達的誘餌上,電波無論從哪個方向射來都會反射到原來的方向,所以很小一個「角反射器」就會產生巨大的回波。



好了,飛機都有垂直尾翼和水平尾翼,它們正好呈90度相交構成一個完美的反射體。最有名的例子就是蘇聯的圖-95(Tu-95)戰略轟炸機,它巨大的垂尾和水平尾形成巨大的RCS,雷達在幾百公里外就可以偵測到它,見下圖。



圖19:蘇聯上個世紀五0年代設計的圖-95(Tu-95)戰略轟炸機



這一點J-10又比「八爺」高明了,為什麼?

請注意看,J-10沒有水平尾翼,自然沒有這個問題。



J-10為什麼沒有水平尾翼呢?

因為J-10有前翼(大陸工程師稱之為「鴨翼」,英文叫 canard),前翼的作用跟水平尾翼是一樣的,有了前翼自然就不需要水平尾翼了。



早期的飛機工程師沒有考慮「隱身」的問題,所以無論單垂尾(F-16、J-8)還是雙垂尾(F-15,Su-27)都是跟水平尾垂直的。從F-18起,美國設計雙垂尾的戰機都把兩片垂尾向外傾斜,這樣雷達截面就大大地降低了。



「向外傾斜的雙垂尾」是隱形戰機非常明顯的特徵。





(十七)隱形戰機的幾個重要部位



為了達到「隱身」的效果,戰機的幾個重要部位必須經過特殊的設計與處理。



甲. 機頭:



由於戰機正前方的雷達截面(RCS)是最重要的,機頭的外型必須經過精確的計算與測量。我們觀察F-22的頭部,它由上下兩個略扁的橢圓錐形合成,交合的部分形成兩條一直向機身後方延伸的細線。



上面敘述的這種形狀有什麼好處呢?

好處非常明顯:

1.無論電波從那個方向照射反射波只能從上半部或下半部,不可能同時上下都反射回來;

2.無論電波從那個方向照射,絕大部分的電波都沿著曲面散射出去,很少能反射回照射方向(也就是說探測雷達的方向);

3.如果正好從水平方向照射到,雷達照射到的幾何截面雖然大,但是能夠反射回到探測雷達方向的截面只有細細的一條線,面積非常小。



由於這三個原因,上面這種外形是雷達隱形的最佳設計。這就是為什麼F-22、F-35、T-50、J-20的機頭形狀看起來都一樣,見下圖。這不是抄襲,而是自然界推算的物理結果。它們唯一可能的不同是曲率可能有所不同,這是因為各國裝置的雷達天線尺寸大小各有不同和各國計算機計算最佳散射曲率得到的結果不同。



圖20:已經露面的第四代戰機:F-22(美國)、F-35(美國)、T-50(俄國)與J-20(中國)。



上面這個四種隱形戰機的機頭形狀都非常相似,因為這是物理原則下的最佳設計,是外型追求隱形化所導致的必然結果。



乙. 進氣口:



前面說過,任何凹坑和凸出物都是巨大的電波反射源,進氣口就是很大的凹坑。進氣口裏面發動機的葉片是非常大的反射源。



工程師處理這個問題通常是把進氣的通道設計成S形狀,也就是拐兩個彎,不讓雷達直接看到發動機的葉片。空氣拐兩個彎無所謂,照樣進入發動機接受壓氣機葉片的壓縮,雷達波拐兩個彎就是大事了因為工程師可以做手腳。工程師在進氣口的牆壁上貼上吸波材料,假設這個材料可以吸收10dB,電波拐兩個彎就降低了 20dB,葉片反射出來再拐兩個彎又降低了20dB,這一來一回就降低40dB,也就是回波強度只剩下萬分之一,幾乎可以忽略不計了。



至於J-20採用了DSI進氣道是另一回事,效果是省掉了隔板、降低了重量,吸波材料還是要貼的。



丙. 駕駛座艙:



駕駛座艙是另一個大凹坑,裏面除了駕駛員還有很多儀器和金屬物品,是巨大的反射源,這個問題困惑工程師非常久。美國工程師最後解決了這個問題,方法是把駕駛員的座艙蓋鍍上一層非常薄的金,鍍金把雷達波散射到四周不讓它透過,但是鍍金薄到可以讓光線透過,所以駕駛員仍然可以看到座艙外的世界。



F-22是第一個有鍍金座艙蓋的飛機,這個 YST完全確定。



圖21:J-20的駕駛座艙



YST 看上面這張照片,J-20的駕駛座艙也像是鍍了金的(不敢百分之百確定)。如果是鍍了金,那麼J-20應該是世界第二個有鍍金座艙蓋的飛機。這一點非常重要,必須取得完全的証實,因為有沒有鍍金RCS有極大的差別。



不過有一點 YST可以確定,那就是J-20和F-22的駕駛座艙是全世界唯二的單一氣泡駕駛艙,中間沒有任何支架,所以視界特別好。視界良好是戰鬥機近距離格鬥的首要條件。



丁. 雷達艙



飛機的雷達都是安置在機頭,雷達天線在最前端,然後用一個錐形的蓋子罩住(遮風擋雨)。雷達罩必須是透波的,因為天線發射和接收電波都要透過雷達罩。



既然雷達罩是透波的,那麼敵人的雷達波一樣也可以穿透你的雷達罩窺視你的內部。所以不可能有任何辦法防止雷達罩內的東西成為反射源。YST沒有任何數據這部分的RCS會有多大,但是十分肯定它是一個非常重要的反射源。



圖22:F-22的雷達天線



從上面這張照片我們可以清楚看到F-22的雷達天線不是一個像鏡子一樣光滑的平面而是由一大片網狀的孔洞組成的,它被敵人的電波照射的時候會是一個相當大的反射源,無處躲藏。除此之外,雷達天線是不可能和雷達罩完全密合沒有任何縫隙的,因為即使是相控天線在測試的時候仍需要轉動。所以一定會有電波深入到天線背後,這個電波會產生多大的回波就更無從得知了。



YST 個人認為雷達天線是隱形戰機正前方最大的反射源,RCS 會相當大。

F-22的隱形能力被過度神話。YST 絕不相信F-22正前方的RCS小於0.00001平方米(「漢和防衛雜誌」平可夫的聲稱)。

YST 認為F-22可以做到0.01平方米,但是很難更小,0.001平方米也許是工程的極限,因為雷達罩是不能屏蔽電波的。



現代的機載雷達都是平面天線,YST 認為F-22唯一能做的事就是在不使用的時候把天線面轉到朝上的方向,這樣被照射到的機會也許小一點。不過這樣一來雷達波照射到天線背後設備的機會就增加了,是不是划得來也是問題。



YST 把雷達艙放在最後討論,因為雷達艙的RCS非常重要,也最有不確定性。我們都看到F-22的雷達天線了(圖22),這是全世界最先進的相控陣天線(phase array antenna),除了製造廠商和美國國防部最高級的官員握有它的相關資料,外人有誰能夠估計出它的RCS?除非你是神仙或超級間諜。



再重複一遍,雷達罩是不能屏蔽電波的,所以除非你知道F-22雷達天線的RCS數值,你不可能正確估計F-22正前方的雷達截面。



戊. 有關 RCS 的瞎扯與誤導



所有我們看到的有關F-22的RCS數值全是瞎扯,就連美國國防部公布的資料都是瞎扯,是一種刻意的誤導和誇大的宣傳。譬如下面這個美國國防部的軍事網站

http://www.globalsecurity.org/military/systems/aircraft/f-35-design.htm

說:

According to November 2005 reports, the US Air Force states that the F-22 has the lowest RCS of any manned aircraft in the USAF inventory, with a frontal RCS of 0.0001~0.0002 m2, marble sized in frontal aspect. According to these reports, the F-35 is said to have an RCS equal to a metal golf ball, about 0.0015m2, which is about 5 to 10 times greater than the minimal frontal RCS of F/A-22. The F-35 has a lower RCS than the F-117 and is comparable to the B-2, which was half that of the older F-117. Other reports claim that the F-35 is said to have a smaller RCS headon than the F-22, but from all other angles the F-35 RCS is greater. By comparison, the RCS of the Mig-29 is about 5m2.



美國空軍2005年11月的報告非常清楚明白地說出:

1.F-22正前方的RCS為0.0001~0.0002平方米,相當於彈珠大小(直徑1.1~1.6公分);

2.F-35正前方的RCS為0.0015平方米,相當於高爾夫球大小(直徑4.4公分)。



想想看,這麼高度機密的資料美國居然把它公開,美國是傻瓜嗎?

美國當然不是傻瓜,相信它的人才是傻瓜。

上面這些數據資料非常明顯一定是假的,這就是Rockwell網友所說美國採用的一種反間的手段。



想要証明嗎?這其實一點兒都不難。



YST 可以負責任地說機頭的雷達艙是任何隱形戰機最大的、無法躲藏和不能屏蔽的電波反射源。看看 F-22的雷達天線(圖21),基本常識告訴我們這個天線用了大量金屬,還是凹凸不平的,一定產生散射,YST個人認為它的RCS一定大於0.001平方米,應該接近0.01平方米。



美國國防部的宣傳把別人當傻瓜,這是一種反間手段也是一種心理戰,要讓無知者害怕(美國可以神不知鬼不覺地幹掉你),對美國的武力產生盲目的崇拜與恐懼。但是只要有一點科學背景的人,一眼就看穿這是美國製造的F-22神話。我們承認F-22的確具有隱形的功能,但是它的隱形沒有這麼厲害,美國誇大了一百倍。



雷達艙的問題如果不解決,沒有人能正確估計一架隱形戰機正前方的RCS,這是最重要的方向。所以我們花這麼多時間討論RCS,如果卻故意避開雷達艙,那麼所做的都是虛工。



雷達艙和雷達天線作為反射源是一個非常重要的議題,但也許這是個敏感的問題,所有的專家都避而不談。有些沒有品格的專家胡亂給個吹牛數據,接著是一大堆沒知識的人以訛傳訛。但是站在科學知識的立場,我們如果要討論雷達截面就要嚴肅對待所有的問題,不可逃避關鍵問題。政府和製造商可以用機密作為理由不提任何數值,但是不可以說假話,不可以製造假資料。



每個國家都有軍事機密,也應該保守這些軍事機密。大家都非常瞭解雷達截面是一個高度敏感的軍事機密,其實本來也沒有人要求美國說出有關F-22雷達截面的任何資料,美國如果不說沒人會怪它、更不會責備它。但是美國故意釋放假消息、然後再大肆宣傳,這就不對了,屬於偽科學。



「F-22正前方的RCS只有0.0001~0.0002平方米,相當於彈珠大小」是偽科學。



YST 沒有一點點意圖打探任何國家的任何軍事機密,但是必須指出錯誤的訊息、違反科學的訊息、尤其是刻意的誤導和遠離事實的軍事宣傳,因為這已經是政治問題和科學問題而不是軍事問題了。



政治問題人人可談,科學問題更是一個是非對錯的問題所以必須談。

YST 所知有限,希望這方面的高手能提出意見,在不涉及機密的情況下,大家互相學習、共同進步。

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回復: YST - 漫談隱形戰機

發表 由 Admin 于 周日 7月 10, 2011 9:07 am

漫談隱形戰機(VIII):F-22雷達天線RCS的估計
http://blog.udn.com/YST2000/5333296



這一篇是臨時增加的。YST 認為根據 apsus 網友的回應F-22雷達天線RCS已經可以正確估計出來,我們不知道它的確實數字是多少(這是美國的高度機密),但是我們可以得出一個範圍,這就足以說明很多問題。



這是一個重要的結果,YST不願它被新的回應文掩蓋,所以YST不採用回應文而是開一個新欄,專門討論這個問題。



(十八)F-22雷達天線RCS的估計



甲. apsus 網友的回應



apsus 網友在2011/06/15做了下面的回應:



雷达RCS是很低的



雷達天線和一塊鐵板的RCS無法相比。原因很簡單,因為雷達天線本身就是被設計成吸收盡量多的電磁波。被吸收的部分被消耗在天線的負載上。設計稍微好一點的天線,回波完全可以做-15db或者更少。大家可以用市長的公式估算一下這樣的天線會有多大的RCS。



乙. apsus 網友的回應解決了雷達天線 RCS 的估計問題



apsus網友的回答很有意思,但是YST不太確定他說的。讓YST用實際例子來進一步解釋,看看是不是apsus的意思。請 apsus証實或修正。



apsus說「設計稍微好一點的天線,回波完全可以做(到)-15dB 或者更少」,是不是指天線的RCS比天線的幾何截面低15dB?



如果這是apsus的意思,那麼apsus完全回答了YST提出的問題。我們就用這個數字來估計F-22雷達天線的RCS。



為了計算方便我們假設回波是 -16dB,大約低40倍。



丙. 估計 F-22 雷達天線的幾何面積



我們用圖22來估計F-22雷達天線的大小。

人的頭大約一英尺長,YST估計F-22的雷達天線頂多4英尺寬、3英尺高,至少3英尺寬、2英尺高。這個範圍應該錯不了。



1 英尺 = 0.3048 公尺;1 平方英尺 = 0.0929 平方公尺。



F-22 雷達天線近似橢圓,它的面積是

pi*A*B

, pi = 3.1416(圓周率), A 是長軸,B 是短軸。



注意長軸與短軸是上面寬與高的一半。於是,



F-22雷達天線幾何面積的最大值

= 3.1416*2*1.5 平方英尺

= 9.4248 平方英尺

= 0.8756 平方公尺



F-22雷達天線幾何面積的最小值

= 3.1416*1.5*1 平方英尺

= 4.7124 平方英尺

= 0.4378 平方公尺



丁. 估計F-22雷達天線的RCS



根據 apsus網友提供的數值,我們可以大致算出F-22雷達天線RCS的範圍:



F-22雷達天線RCS的最大值

= 0.8756 平方米/40

= 0.02189 平方米

,這個數字遠遠高於美國國防部宣稱的 0.0001~0.0002 平方米。



F-22雷達天線RCS的最小值

= 0.4378 平方米/40

= 0.0109 平方米

,這個數字也遠遠高於美國國防部宣稱的 0.0001~0.0002 平方米,但是非常

接近YST直覺的 0.01 平方米。



戊. 結論



0.0109 平方米 < F-22雷達天線的RCS < 0.02189 平方米



美國空軍2005年11月的報告非常清楚明白地說出:

1. F-22正前方的RCS 為 0.0001~0.0002 平方米,相當於彈珠大小(直徑 1.1~1.6 公分);

2. F-35正前方的RCS 為 0.0015 平方米,相當於高爾夫球大小(直徑 4.4 公分)。



第七篇的論述有這麼一段:「YST可以負責任地說機頭的雷達艙是任何隱形戰機最大的、無法躲藏和不能屏蔽的電波反射源」。這個直覺現在已經得到証實,F-22單是雷達艙的RCS就達到或超過0.01平方米,再加上機翼和機頭的反射,F-22正前方的RCS就更大了。

我們現在可以很有信心地判斷上面美國空軍的報告作假,是偽科學。



美國把 F-22 的隱形功能誇大了一百倍;

美國把 F-35 的隱形功能誇大了10倍。



YST 非常感謝 apsus網友提供的經驗知識,apsus網友顯然是雷達天線的專業工程師,業外人士不可能有這種經驗,非常寶貴。



最後請教apsus網友二個問題:

1.這 -15dB 是專指對 AESA 而言,還是一般碟式天線(dish antenna)也如此?

2.這 -15dB 對照射角度敏感嗎,譬如 elevation 加30度?



再次感謝 apsus 網友,學習了,這是真正的交流,YST 非常高興。

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回復: YST - 漫談隱形戰機

發表 由 Admin 于 周日 7月 10, 2011 9:09 am

漫談隱形戰機(IX):回答第一篇的七個問題(上)
http://blog.udn.com/YST2000/5346917



(十九)回答第一篇的七個問題



好了,經過八篇文章的論述,我們終於具備了需要的知識來回答本系列第一篇文章第二節所提出的七個問題。



甲. 問題一



隱形戰機的外殼真的很容易就設計出來嗎?

回答:不。



A. 問題的原由



這個問題是由台灣「中國時報」酸溜溜的評論所引發的。故事的發展是非常典型的台灣反應表達非常典型的台灣心理,所以值得我們敘述原委。



1.大約2010年12月22日,網路上開始出現中國大陸隱形戰機J-20的照片,並傳出即將試飛的消息,中國的隱形戰機立刻成了非常熱門的話題。



2.2011年01月05日,中華民國國防部情次室次長沈一鳴在立法院接受立法委員林郁方的質詢,一場典型的“愛台灣”政治秀就展開了,這是一場非常政治正確的雙簧表演。

林郁方:是不是中共五代戰機?是不是在試飛階段?

沈一鳴:不是。

林郁方:所以你認為這照片是有問題的?

沈一鳴:是有問題的。

林郁方:不是中共五代戰機的照片?

沈一鳴:是的。就是以俄國新聞社公布的,中共在發動機、雷達、複合材料、航電裝備的科技水準還有待突破,我想這樣講委員應該非常清楚。

國防部表示,大陸的武器裝備一切盡在掌握中,對研發中的武器都有因應對策,並且會密切注意相關情勢的發展。



看到沒有?問問題的先把想要的答案說出來,然後回答問題的再打蛇隨棍上順著問話者回話,這不是唱雙簧是什麼?

沈一鳴也順便吹捧林郁方作為回禮,什麼叫做「委員應該非常清楚」?林郁方是文科生,在發動機、雷達、複合材料、航電裝備上林郁方還真的什麼都不懂,連邊都摸不著。林郁方在「國防委員會」做立委根本不適任。



3.2011年01月11日,J-20在成都眾目睽睽下試飛成功,當天胡錦濤主席當面親口向來訪的美國國防部長蓋茲証實。錄影帶傳遍國際網路,中共向全世界展示已經完全掌握這個新世代的戰機。



4.J-20張貼上天,胡錦濤証實,台灣民眾對國防部罵聲一片,中華民國國防部官員和唱雙簧的林郁方委員面子掛不住了。亂哄哄中輪到媒體來表演“愛台灣”了,由於台灣媒體的利益也是反中的(台灣沒有統派媒體),於是媒體就開始酸大陸的隱形戰機,其中最具代表性的就是「中國時報」,它的論點是:

大陸的科技很差,隱形戰機必須的強力渦扇發動機和先進的航電配備是解放軍最大的弱點,絕非短短五年、十年就一蹴可就的,但是要製造一個“看起來不錯”的隱形戰機的外殼,並不困難。



看到沒有?台灣先否認大陸有設計和生產隱形戰機的能力,等到大陸成功展示了這個能力就說大陸做到的那個部分其實不難,真正難的部分大陸還做不到。這是典型酸葡萄的心理和反應。



YST 先不談發動機和航電設備,就只談隱形戰機的外殼。



YST 首先要指出的是,「中國時報」的評論完全錯誤,剛好把話全部說反了。四代戰機最關鍵的部分不是發動機和航電設備而正是「隱形」。有趣的是,「隱形」的關鍵設計恰恰就是「中國時報」號稱“並不困難”的外殼,外殼至少佔整個「隱形」效果的九成。



「中國時報」的記者瞎說八道,輕是不懂裝懂,重是昧著良心說政治話,所以非蠢即騙。



YST 認為「中國時報」騙是真、蠢是假,道理很簡單,蠢是推卸欺騙讀者的責任最好的藉口,因為蠢是不違法的。



B. 設計戰鬥機的外型非常困難



設計飛機的外型從來不是容易的事,只要懂一點點科技的人都知道設計任何飛行物,不論是飛機、導彈還是太空船,都需要經過「風洞實驗」,這是設計過程中非常耗費人力、物力和財力的一個工程項目。



流體力學中的問題絕大部分在數學上是解不出來的(沒有analytic solution),更何況複雜的飛行體要建立數學模型談何容易,所以「風洞」就成為設計飛行體必不可少的工具。



「風洞」是一個可供吹風的長形的封閉通道。所謂「風洞實驗」就是把實際飛行體或它的模型放在「風洞」中吹風,然後觀察它形成的渦流對飛行體進行改進,這是今天設計飛行體必經的步驟。其實不只是飛行體,任何高速運動的物體在設計的時候都選擇透過「風洞實驗」來優化它的設計,譬如中國大陸高速鐵路的火車頭。



如果不做風洞實驗,除了不能預先發現飛行時可能會出現的問題同時也無法計算飛行體的阻力係數,於是一系列有關空氣動力的問題完全無法解決。想想看,連飛機的速度都無法準確估計還能設計什麼?



建立一個「風洞」實驗室不是一件簡單的事,相關的硬體與軟體都需要相當的科技基礎,耗資鉅大。「風洞」的修建通常不是一個,而是有大有小並且配合不同風速的「風洞」群。大的「風洞」可以放實體,小的「風洞」可以放縮小的模型。「風洞」有亞音速的、有超音速的、有高超音速的,供不同的飛行體進行實驗。



全世界有「風洞」實驗室的國家只有中、美、俄、歐。其中以美國、俄國和中國的「風洞」群種類最完善。歐洲的「風洞」散處多個先進國家,並不在一處。其他任何國家,譬如韓國與日本,設計飛行器的時候都要到國外的「風洞」吹風。



據YST所知,中國在抗日戰爭以前就曾經建立「風洞」,但是中國現代化的「風洞群」是在錢學森的指導下建立的,錢對中國的航太發展與設備有非常傑出的貢獻。錢學森何止是中國國寶級的科學家,他是全球流體力學的第三代掌門人,如果沒有政治因素,美國太空總署的Director非他莫屬。中國大陸在錢學森的指導下航太工業打下了非常堅實的基礎,特別是人才的培養,譬如中國今天衛星工程的總設計師孫家棟就是錢學森栽培的。大陸半個世紀所下的扎實功夫那裏是幾個台灣國防部的官員、爛記者和爛立委能瞭解的?



C. 設計隱形戰機的外型超級困難



飛機的外型設計固然困難,如果設計的是隱形戰機,那麼“外殼”的設計就更複雜和更困難了,其困難的程度增加不止十倍。為什麼?

答案是:隱形戰機外型的設計除了要經過「風洞實驗」還要經過RCS的「理論計算」和「實際測量」,這三件事都非常困難,都需要非常昂貴的設備和非常專業的知識,尤其是「理論計算」,它是阻擋隱形戰機設計最大的一塊石頭。



值得注意的是,這三件事是相互影響的,一動全都動,導致很多工作需要重新做一遍。普通戰機只做一件事,那就是「風洞實驗」;隱形戰機要做「理論計算」、「風洞實驗」和「實際測量」三件事,而且是密切相關和相互影響的三件事,它所引起的複雜和困難不是相加而是相乘,其困難的程度何止十倍。



隱形戰機的外型設計先是根據理論計算作出模型,然後再經過「風洞」吹風修改,最後是實際測量RCS畫出「閃爍圖」驗証理論數據。如果改動過多,上面的三個步驟就有必要重複。最後製造出真實的飛機還要重複做一遍,所以整個過程是非常繁複的。全世界能在國內完成整個過程的國家只有美國、俄國和中國。



所以,不誇張地說,隱形戰機的外型是超級計算機算出來的。



這就是為什麼第一代的隱形戰機是由多面體構成的,因為它最容易計算。

從第二代開始,計算的就是曲面了,但是只能計算非常簡單的曲面,所以只能設計不需要複雜機動能力的轟炸機。

隨著數學理論的突破和超級計算機的飛躍進步,工程師終於可以計算有許多複雜控制面的飛行體的RCS,這才有能力設計具有高機動能力的隱形戰鬥機,於是進入到第三代。



今天中國的超級計算機世界第一、數學能力世界一流,沒有什麼數學計算問題是中國科學家無法勝任的,中國成為全世界第三個製造出第四代(俄國定義的第五代)戰鬥機的國家不是偶然、而是必然。



其他的國家設計不出隱形戰機也是科技水平沒有達標下的必然。



中國能夠跳過第一代和第二代直接進入第三代隱形戰機,那是因為中國在設計J-20的時候國產超級計算機的計算水平已經超過美國九0年代的水平,不需要走美國經驗的彎路。



「製造一個“看起來不錯”的隱形戰機的外殼,並不困難」是一句非常輕佻、完全不負責任的謊言。「中國時報」做這種沒有水準的報導非常愚蠢,說這種謊言則非常可恥,所以「中國時報」不是無知就是無恥。尤其刻意用謊言來貶低中國的科技成就,「中國時報」不配用中國的名號,應該自動改名。



乙. 問題二



J-20的隱身性能真的不如F-22嗎?

回答:J-20與F-22孰優孰劣眾說紛紜,每人一把號,各吹各的調。這是一個非常有趣的好現象--熱鬧。如果大家都一個說法就沒意思了。



A. 主流說法



很多名人、專家和不知名的網友都說J-20的隱身性能不如F-22,這是主流看法。



這些人中有一位台灣知名的軍事家宋兆文,他的理由非常有趣,他說一分錢一分貨,J-20的造價是F-22的四分之一,所以J-20的性能比F-22差遠了。



宋兆文的說法過分輕佻,有失軍事專家的身份。其實價格與品質並沒有必然的關係, YST舉個例子來証明。



包括美國在內的軍事專家都把J-10的性能定位在F-16CD的Block 52。F-16的製造都是一批一批的,每一批都稍有改進,Block 52是第52批,也是目前最新生產的一批。

YST 個人認為J-10的性能要比F-16CD好,尤其是機動性比F-16CD高出一大截。

F-16CD Block 52 的單價在六千萬至七千萬美元之間;J-10的單價不到四千萬美元。



J-10真是價廉又物美,物超所值。

F-16CD則是評價過高和售價過高。

F-16CD評價過高是美國卓越的宣傳廣告形成的,外國並不服氣,尤其是歐洲。

美國工業發展最大的困難和障礙不是國外的競爭而是國內的工會,如果你瞭解美國工會在軍事工業的霸道和囂張行為就知道美國軍火為什麼這麼貴了。



F-16CD性能不如J-10但是售價幾乎是J-10的兩倍,「一分錢一分貨」的說法根本站不住腳。

同樣地,用J-20價錢遠比F-22低判斷J-20性能比F-22差遠了是非常輕佻的說法。



B. 少數人唱反調



但是也有名人持與主流相反論調的。中國大陸著名的軍事專家宋曉軍就認為J-20比F-22先進。



神話是慢慢破滅的。美國軍事科技的神話不再震懾大陸人心,至少一些大陸的軍事專家已經對F-22提出挑戰。



C. YST 個人的看法



對這個問題,YST 個人誠實的回答是不知道,同時也認為沒有人知道,連美國軍事專家也不知道,大家都是在猜。



不過雖然是不知道,但是我們還是可以做一些知識性的比較、由此看出一些端倪來增加我們猜的信心。



在「漫談隱形戰機(VII)」,我們談到設計隱形戰機的一般規則和隱形戰機的幾個重要部位。YST 個人認為大陸在計算機輔助設計(Computer Aid Design)和超級電腦的應用上是不在美國之下的,尤其是後者,中國數學家設計的平行計算要比美國先進不止一點。大家都是用超級電腦的計算來導出最佳RCS的曲率,美國並沒有優勢,20年前的美國更沒有優勢,所以J-20的外型設計應該和F-22在同一水平。



至於重要部位的一一比較,YST唯一沒有把握的是J-20的座艙蓋有沒有鍍金,這是絕對有巨大差異的。如果J-20的座艙蓋也鍍了金,那麼J-20的隱身性能應該和F-22在伯仲之間。



決定隱身性能的還有一個因素,那就是雷達吸波材料(RAM)。這方面YST不能評論,因為RAM是高度機密的,各國都有自己的竅門,大陸在納米材料的研究上很先進,追蹤先進國家的發展不遺餘力,RAM的成果沒有人能下定論。不過有一點值得注意,中共透過F-117A的殘骸取得F-117A的吸波材料,而且聽說F-22所用的RAM與F-117A是一樣的。如果這是真的話,F-22在隱身塗料上也不具有優勢。



網路上有一個非常流行的說法,那就是J-20的隱形不如F-22因為J-20的鴨翼(canard,也就是前翼)增加了雷達截面,甚至號稱美國航空界還有一個說法是「鴨翼最好的地方就是安置在敵人的戰鬥機上」。這種沒頭沒腦的流傳非常令YST困惑,連「漢和」的總編平可夫都這麼說,台灣的立委林郁方更是拿洋大人的這句話如獲至寶到處瞎嚷嚷來貶低J-20。



我們不禁要問:「鴨翼」真的破壞了J-20的隱身嗎?

YST 的回答是:沒有。想想看,「鴨翼」是一個平面體,是最好的隱形體,第一代的隱形戰機就是這麼設計的,怎麼到了J-20身上就成了隱身破壞者了?



最簡單的物理學和幾何學告訴我們所有照射到平面的雷達波都反射到另外一個方向,除非「鴨翼」正好和雷達波垂直,而且即使發生這種情形回波也就是一閃而過。更何況「鴨翼」可以用透波材料來製造,如果「鴨翼」的轉軸部分用了金屬,那也不成問題,因為體積這麼小可以做成多面體降低反射面再塗上吸波材料,RCS的增加小到沒有影響。



事實上,大陸已經公佈 J-10的「鴨翼」和「腹翼」都是用複合材料製成的,這是透波材料,對RCS不造成任何影響,見下圖。



圖23:J-10的「鴨翼」、「尾翼」、「襟翼」和「腹翼」是用複合材料製成的。



「鴨翼」的功用在改變空氣對機身所產生的作用力,這跟機翼上的襟翼的作用是完全一樣的。如果「鴨翼」破壞隱形,那麼襟翼也破壞隱形不能用,飛機沒有襟翼還能飛嗎?



「鴨翼」破壞隱形的說法屬於無稽之談,眾人以訛傳訛,尤其用來貶低中國就更賣力宣傳了,於是「鴨翼」好事變壞事。



「鴨翼」在飛行上的好處是提供非常有效的上升力。空氣動力學的原理告訴我們飛機在飛行時升力中心會後移造成機頭下垂,普通飛機為了抵消這股下垂的力道就改變尾翼的角度也產生向下的力道來平衡機身,這跟蹺蹺板的原理是一樣的。讓我們回顧第六篇中一張F-22的圖片:



圖12:飛行中的F-22



從上面這張照片我們清楚看到F-22左右各有一片襟翼向上翹,這就產生一股向下的壓力使機頭抬起來,不過這樣機身雖然平衡了但是免不了損失了一部分上升力。



但是如果飛機有了「鴨翼」,這個「鴨翼」就位於駕駛艙的下後方,稍微調節「鴨翼」的角度就可以產生更多的升力來抬高機頭而不是用下墜力來壓機尾。所以「鴨翼」比尾翼或襟翼對飛行更有效、更有好處,用飛機設計師的行話說就是裝有「鴨翼」的飛機上升係數更高。



「鴨翼」在機動上的另一個好處是利用左右「鴨翼」的差動可以快速改變機頭的方向,這對近距離格鬥(「狗鬥」)非常有幫助。



其三,根據J-10首席試飛員雷強的評語 J-10做「眼鏡蛇動作」比Su-27更輕鬆,「鴨翼」在有效控制飛機姿態上肯定有很多好處。



讓我們回到隱形問題。



沒有人同時看過F-22和J-20的「雷達閃爍圖」,大家都只能猜。

在假設J-20的駕駛艙也鍍金的情況下,YST猜J-20與F-22的隱身性能在伯仲之間。

如果讀者堅持要有一個數字說明,那麼YST猜無論是誰領先它們的差別不會超過3dB。我們老中謙虛為懷,所以YST就假設F-22的RCS比J-20低3dB,不過頂多也就是3dB。這是YST的 educated guess,純屬好玩,不負任何責任。

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回復: YST - 漫談隱形戰機

發表 由 Admin 于 周日 7月 10, 2011 9:10 am

漫談隱形戰機(X):回答第一篇的七個問題(下)
http://blog.udn.com/YST2000/5357654



丙. 問題三



J-20的隱形設計是“山寨”F-22嗎?

回答:不可能。



有這種想法很自然,因為J-20的機頭正面看起來和F-22很像。事實上,已經出現的四個隱形戰鬥機它們的機頭長得都一個式樣。這並不奇怪,第七篇文章我們說過這種上下兩個略扁的半橢圓錐形合成體是雷達隱形的最佳設計,這是由物理性質決定的,誰來設計都一樣。就像隱形護衛艦的樣子都差不多,艦身下體外傾、艦身上層建築稍微內傾,於是在船舷處形成一條明顯的折線,第六篇中法國的拉法葉護衛艦(圖07)和中國的054A護衛艦(圖08)都是設計成這樣,其他國家的隱形護衛艦也是一樣。其實這條「折線」和四個隱形戰鬥機機頭和機身上的「折線」,它們的設計原理是完全一樣的。



不過四個隱形戰鬥機形狀雖然相似但是細節是不同的。這就像不同種類的老鷹長的樣子都差不多是同樣的道理,因為牠們是那個空間能夠生存的最佳造型,換句話說,如果不是那樣的造型就被自然淘汰了(達爾文物競天擇的進化論)。



每個國家研發的電子儀器不同、發動機不同、武器系統不同、作戰思想不同、作戰任務不同,所以同樣是隱形戰鬥機它們的外型是不可能完全一樣的。對雷達波來說,由於波長非常短,譬如X波段的波長只有三公分,只要機身稍有改變,譬如改變超過波長的十分之一,也就是三毫米,所產生的RCS就可能有顯著的不同,所以必須各自進行理論計算。



想想看,這麼多歐美專家看了數不清的J-20照片,結果連J-20大致的長度都搞不定。

誰有這個本事單看照片沒有實際測量就能夠“山寨”別人的飛機而且做到毫髮不差?



所以隱形戰機的外型設計都是各算各的,算出的最佳曲率是多少就是多少,這是“山寨”不來的。F-35也不能“山寨”F-22,因為它們的戰術任務不一樣、體型不一樣、所以一切都需要重新計算。



丁. 問題四



J-20的隱身性能好過美國的F-35或俄國的T-50嗎?

回答:很可能。



A. 技術上的判斷



有些美國的軍事家評論J-20的隱身性能在F-22與F-35之間,YST 認為這雖然也是猜測但是有支持它的理由。



首先,J-20的座艙罩是整體單一氣泡,這一點的確要優於F-35 與T-50。整體單一氣泡不但視界比較好,而且雷達截面也比較小,這兩項好處是肯定的。

我們進一步假設J-20的座艙罩是鍍金的而F-35與T-50都沒有,J-20的隱身性能好過 F-35與T-50就更加肯定了。



其次,T-50隱身最大的缺點在進氣口,見下圖:



圖24:俄國T-50隱形戰鬥機的進氣口,發動機的葉片清晰可見。



我們從上面這張照片可以清楚看到T-50發動機的葉片,這對隱形戰機來說是非常嚴重的事情,幾乎可以說是致命的。就憑這一點,T-50正前方的隱形性能肯定是目前所有隱形戰機中最差的。YST不敢相信俄國工程師居然沒有採取S進氣道。據說是因為俄國工程師為了發動機的緣故必須繼承Su-27進氣道的設計,沒法採取S進氣道,YST不能瞭解這些細節和理由。不管怎麼說,T-50的設計讓發動機的葉片暴露是一大敗筆,這在比較先進的三代戰機都已經避免了,因為「噴氣發動機調頻」(Jet Engine Modulation)在雷達設計理論中早就是透徹瞭解的一件事。



B. 政治上的判斷



上面所說是從技術上判斷J-20的性能高於F-35和T-50。

下面我們要說的是,從政治上判斷J-20的性能也會高於F-35和T-50。



對美國而言,F-35是大量外銷的機種,美國自然不願意把它設計成能力所及的「最佳設計」(state of the art),一方面也是為了降低成本。F-35在隱形功能上自然向下調整。



對於俄國而言,T-50是與印度聯合研發的,這情形跟F-35又大不相同了,俄印在T-50是合作關係而非外銷關係。俄國需要印度提供的資金,印度需要俄國的技術,理論上雙方是平等的。不過出技術的可以使詐,出錢的則不能,實際上印度處於非常被動的地位。



印度在航空工業上的能力和中國有很大的差距,中國在研發四代戰機(俄國定義的五代機)之前已經獨立研發出J-10、FC-1和JH-7等優秀的三代戰機,而印度的輕型戰機LCA搞了三十年最後是用政治高壓強迫軍方接受,和「阿瓊」坦克一模一樣,是非常失敗的例子。



印度在本身研發能力嚴重不足的情形下和俄國共同研發五代機是沒有什麼討價還價的能力的,錢照樣出,俄國給甚麼設計印度就接受甚麼,你想想,俄國會使出看家本領嗎?



以過去的歷史來看,俄國不可能拿出最好的東西和印度分享,印度出再多錢也是個凱子。YST認為俄國在研發過程中必定會留一手,然後把印度送來的錢研發出來的最好的技術用來設計另一型自用的隱形戰機,把次等技術用在T-50。基本上,T-50不過是一款「釣魚機」讓印度來送錢。



從政治上來分析,T-50一定是個次級貨,比F-35還次。



同樣地,F-35也是個次級貨,不過購買者有很多是工業先進的國家,不是印度這樣傻傻的凱子,所以美國拿出來的貨色不會太差,也不敢太差,否則像英、德、日這樣在航空和傳統科技上的先進國家不會接受。



有一點我們必須注意,美國以往賣給盟國的戰機和本國使用的有所不同,至少在雷達和發動機上都不一樣。我們合理地推測美國自用的F-35要比盟國的F-35性能要高,高多少就不知道了。不過隱形的能力主要在外型,美國如果要在隱形上內外有別只能在塗料上做手腳了。



從技術和政治的雙重考慮,YST對問題四的回答是相當肯定的“是”。



C. 閒話



如果美國軍事家也認為J-20的隱形優於F-35,這就間接証實「鴨翼」對隱形並無不良影響。



咦,美國軍事專家都說了J-20的隱身性能在F-22與F-35之間,美國既然聲稱F-22 是彈珠(直徑1.1公分)、F-35是高爾夫球(直徑4.4公分),中國自然可以理直氣壯號稱 J-20是乒乓球(直徑3.3公分)。要吹大家吹,要學老美用最簡單的形像吹來達到家喻戶曉的程度,嚇壞台獨份子還有那個道聽途說、奉美國人的話為聖旨的林郁方委員。



戊. 問題五



J-20的成軍還早得很嗎?

回答:不會。



種種跡象顯示 J-20將在2017年成軍,最晚也不會超過 2019年。J-20的測試飛機將會有好幾架,可以同時進行好幾種測試項目,譬如雷達的測試和飛行包線的測試會同時進行。



事實上,YST記得美國前國防部長蓋茲曾經公開表示憂慮J-20的成軍有可能會比F-35早一年,這樣美國就麻煩了。YST認為這個可能性很小,雖然YST從來就不看好F-22,因為它小毛病太多。YST猜想蓋茲也不看好F-22,所以急著盼望 F-35早日成軍。



大陸的發展速度一向超乎西方的想像,如果J-20在2015年成軍YST也不奇怪。

其實J-20成軍是早是晚都在中國自己的控制中,外人無從置喙,想想看,台灣只能乾著急,早一點晚一點對台灣有什麼不同?



台灣巴望大陸的J-20越晚成軍越好、號稱J-20距離成軍還早得很,這是一種自欺而不能欺人的自我安慰之言,非常沒有出息。在資訊如此發達的時代,這種丟臉和沒出息的話台灣的國防部還是少說為妙,況且也不合「料敵從寬」的軍事指導原則。



台灣人要有奮發圖強的精神,可以被打敗,但是不能做阿Q。如果被打敗是一種恥辱,那麼阿Q就就是在還沒有被打敗前就已經被人看不起了。我們必須指出國防部這種不健康的心態,這是最丟臉和最被人恥笑的事。林郁方委員和國防部官員這種「阿Q愛台灣」其實是最害台灣的。



己. 問題六



台灣真的有神奇的磁性粉末可以破解J-20嗎?

回答:這不像是個科技的問題,而是一個耍寶作秀的問題,所以有點好笑。



首先讓我們回顧這個問題是那裏來的。



2011年01月05日,中華民國國防部在立法院作証網路上流傳的J-20照片是假的、電腦合成的。

六天後,J-20成功試飛,胡錦濤當面親口向來訪的美國國防部長在蓋茲証實。

中華民國國防部臉上掛不住,第二天(2011年01月12日),國府空軍上校宋兆文在電視上評論大陸和美國的隱形戰機,他提出兩點把J-20大大貶低:

1. 一分錢一分貨,J-20的造價家是F-22的四分之一,所以比F-22差遠了;

2. 台灣中科院研發出一種磁性粉末可以破J-20的隱形但不能破F-22的隱形。



YST對宋兆文的印象一向挺好的,因為他自認是中國人,有民族認同感。不過他這兩個論點不像是軍事專家說的話,倒像是政治正確下的無奈之言,是「愛台灣」的政治表演秀。



第1點在問題二已經回答了,第2點在此回答。



首先,飛機用到鋼鐵的地方非常少,大概一成多一點而且都在內部(譬如蘇式戰機駕駛座的後背都有鋼板保護駕駛員,中國戰機秉承蘇聯傳統很可能也這麼做),第四代戰機使用鋼鐵尤其少,用在蒙皮上是零。YST不知道中科院發明的「磁性粉末」是不是真的可以粘在J-20的機身上。



其次,使用「磁性粉末」的時機和地點怎麼決定?如果撒了「磁性粉末」,中共的戰機來不來還不一定,那個空域就已經變成雷達盲區了。



其三,大陸可以用來攻擊台灣的機場非常多,中共的現代戰機航程都很大,可以從各個角度發起攻擊,台灣是否要長期把「磁性粉末」從台灣頭灑到台灣尾構成寬一公里、高12公里、長五百公里的一堵牆?台灣有這個作業能力和後勤能力嗎?



這個撒「磁性粉末」有點像老鼠給貓掛鈴鐺,看似一個好點子,其實很難執行,所以有點好笑。這是一個政治正確的笑話。



庚. 問題七



天弓三型配合一個好的雷達真的可以反制J-20嗎?

回答:這是說了等於沒說的廢話。



2011年03月21日,中華民國國防部長高華柱表示,中科院天弓三型飛彈系統目前正在測試中,只要有好的雷達系統,應該足以反制中共殲-20戰機。



高華柱的說話是非常有技巧的,他把讀者關注的重點引到台灣自行研發的天弓三型飛彈上,其實「天弓三」並不是重點,真正的重點在「有好的雷達系統」,因為如果沒有「好的雷達系統」任何飛彈都是瞎子什麼也打不到。但是「好的雷達系統」根本就不在國軍的掌握之中,高華柱甚至不知道這個「好的雷達系統」是否存在,後面的「足以反制殲-20」就成了一句空話。



高華柱的話說了等於沒說。想想看,什麼叫做「只要有好的雷達系統」?

「隱形戰機」最重要的功力和最關鍵的價值就在擊敗敵人的雷達系統,在敵人的雷達系統探測到自己之前就發射精確制導炸彈,然後逃之夭夭,神不知鬼不覺。

「只要有好的雷達系統」意思就是我的雷達系統可以打敗隱形戰機,能夠在隱形戰機還在很遠的距離就探測到它,在隱形戰機還沒有發射武器以前我就發射地對空導彈消滅它。你想想,高華柱已經把結論作為前提假設了,這不是說廢話嗎?



我們再想想,「天弓三型」的技術來自美國,它的功能不可能超過美國研發的「愛國者」,給「天弓三型」配套的雷達系統肯定也來自美國而且不可能超過「愛國者三型」配置的雷達。如果「天弓三型」配美國雷達能有效對付殲-20,那麼美國國防部長蓋茲也沒有什麼好緊張的了。



高華柱說的是政治正確但沒有意義的廢話,也叫「官話」,能夠當上大官的都精於此道。



好了,第一篇文章中的七個問題我們已經很輕鬆地全部回答了。



你看,無論是軍事專家蒙人吹牛的話、政客們政治正確騙選票的話、網友們以訛傳訛的糊塗話、高官們沒有意義的官話、還是高人們真金白銀的老實話,我們現在都能一一分辨和從容分析。為什麼?

因為我們對隱形戰機的科技基礎有了清楚和正確的認知。我們已經証明這其實一點兒都不難,你不需要懂得高等數學、不需要是任何方面的科技專家、只需要有基本常識、少許的好奇心和一點點想像力就夠了,不是嗎?



但是我們的話題還沒有完。



隱形戰機是一個革命性的武器,國家耗費這麼多的錢弄出這個玩意兒到底要做什麼?能有什麼好處?值那麼多錢嗎?

所以我們還得談一點有關隱形戰機的戰術和戰略的問題來結束這個話題,一切都需要回歸政治。

軍事是為政治服務而政治是為經濟服務的,精明的政治家絕不會打虧本的仗。

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回復: YST - 漫談隱形戰機

發表 由 Admin 于 周三 7月 13, 2011 10:30 pm

漫談隱形戰機(XI):風洞和J-10
http://blog.udn.com/YST2000/5371111


(二十)風洞與J-10



甲. 風洞的發明和應用



飛機設計有一個非常重要的設備,那就是風洞。隨著飛機的速度越來越高,還有導彈和太空船加入飛行的行列,風洞就成了設計飛行物必不可少的設備了。



世界最早的風洞是英國人在1871年建造的,但是飛機的發明人卻是美國的萊特兄弟。萊特兄弟在1901年建造了一個風速每秒12米的風洞,用它做實驗發明了世界上第一架飛機。但是真正有系統地建造大量風洞的是德國人。



1907 年,德國的哥廷根大學成立了「哥廷根空氣動力實驗院」,這個實驗院的創辦者和主持人就是後來赫赫有名的普朗特教授(Ludwig Prandtl,1875~1953)也是流體力學的奠基人,被稱為「現代流體力學之父」。普朗特認為研究空氣動力學必須做模型實驗,於是在1906年建立德國的第一個風洞。接著在普朗特的領導下,德國耗費鉅資建立了一批低速、高速、超高速和特種風洞。



普朗特善於觀察同時也善於分析,成就他非常傑出的學術能力和學術貢獻。普朗特的直觀洞察能力使他深入瞭解物理本質,然後他傑出的分析能力再把物理本質用數學方程式概括出來,這樣結合了物理性質和數學理論就奠定了流體力學的理論基礎。當時的德國在流體力學,特別是空氣動力學上領先世界。根據這些紮實的理論基礎和風洞實驗,德國製造了V1和V2火箭還有世界第一個噴氣發動機。



乙. 中國的風洞設備



普朗特教育了一批高徒,其中一位傑出者叫馮卡門(Theodore von Karman,1881~1963),是流體力學的第二代掌門人。馮卡門也教育了一批高徒,其中一位傑出者叫錢學森,是流體力學的第三代掌門人。



不過中國的第一個風洞不是錢學森建立的,而是清華大學在1936年自行設計的,直徑1.5米。

1936年,清華大學在南昌建造了直徑4.5米的風洞,最大風速達到每秒58米。

1947~1948年,清華大學在北平建造了橫切面為橢圓形(0.762米x1.016米)的鐵殼風洞,風速每秒40~50米。



想想看,上個世紀的三0年代和四0年代中國是在戰亂中掙扎,但是即使在如此艱苦的環境中我們的科學家仍然努力從事尖端研究,並沒入忘了知識分子對國家的責任。



新中國成立後,在錢學森的指導下建立了一批現代化的風洞群,高速攝影機、高速計算機、各種應用軟體等等現代化的設備一步步成套地建立。根據新華社2006年的報導,中國建成各類風洞一百四十餘座,在風洞試驗、數值計算、模型飛行試驗等領域取得長足進步,空氣動力學的設備、技術和人才均跨入國際先進行列。



2008 年11月13日,中國空氣動力研究基地慶祝40周年,在紀念大會上基地負責人王希山介紹,該基地擁有52座風洞,是亞洲最大的風洞群,其中有八座屬於世界領先。風速從低速、高速、超高速構成銜接,能夠進行從低速到24倍音速,從水下、地面到94公里高空,覆蓋氣動力、氣動熱、氣動物理、氣動光學等領域的空氣動力實驗能力。研究的課題從各型戰機、神州系列飛船、「和諧號」高速列車、還有上海三百多米高的東方明珠塔等等。



設計和建造風洞不是一件簡單的事,低速的風洞可以用風扇吹,超音速的風洞就需要用壓縮空氣了,實驗的時間只有幾秒甚至幾毫秒,困難的程度遠非一般人能想像。



中國的風洞群完善的程度世界第三、亞洲第一,僅次於美國與俄國。

美國與俄國的優勢是風洞的直徑很大,可以把整架飛機放進去。



風洞設備耗資巨大,風洞實驗也耗資巨大,尤其電力的消耗是非常驚人的。風洞的建立百分之百是為了設計飛行器的外型,風洞實驗是設計任何飛行器的必經過程。

譬如美國「哥倫比亞號」太空梭的外型設計在風洞實驗上就超過三萬小時,美國為了計算F-22菱形機身的空氣阻力係數進行了二十二種不同的風洞檢測。想想看,這得花多少時間和金錢。

中國的神州飛船和J-20戰機也是一樣,單是風洞實驗就是一個巨大的工程。



對隱形戰機而言,風洞實驗尤其重要,因為有些隱形的設計是以犧牲氣動性能為代價。



設計隱形戰機的外殼形狀過程非常複雜,需要耗費極大的人力和物力,絕不是一件簡單的事,也絕不可能“山寨”別人的成品。隱形戰機的設計必須腳踏實地從理論計算、風洞實驗、暗室測量反覆進行,一步都不能少,並且要留下詳細記錄。如果過程中有任何馬虎,那麼當飛機製造出來試飛出現問題的時候,很可能連問題的源頭都找不到,這還怎麼解決?



丙. J-10的例子



飛機是一個外形複雜的物體,它在高速飛行時所產生的種種問題非常複雜,不可能有理論模型,「風洞實驗」可以解決大部份的問題,但是仍會有漏網之魚。譬如中國 J-10戰機即使經過無數次的「風洞實驗」,在試飛的時候發現機頭部分有震動的情形,是「風洞實驗」沒有看到的。最後解決的方法是在進氣口和機頭下方用六個“小棍子”連在一起(見圖25)。



圖25:J-10A



大陸很多網友最初以為六個“小棍子”是因為機身結構不夠堅固所採取的加強措施,台灣也有網友也跟著發出惡意的批評說J-10的結構有問題。後來發現這些“小棍子”其實是方向不同的薄片,它們的作用不是加固結構而是改變氣流的方向,避免引起共振。這個實際例子告訴我們設計戰鬥機的外型是一個非常細緻和困難的工作,即使經過風洞實驗也會有未發現的問題。



丁. J-10B 的誕生



任何戰機都是不斷改進的,譬如美國的F-18從AB型到CD型再到EF型,價錢也不斷地攀升,最新的F-18EF價格接近一億美元。每次改進只要機身有改變就一定要通過風洞試驗,譬如F-18EF的機身是加長的。



大陸的J-10戰機也是一樣,服役後改進的工作一直在進行。



讀者在圖18看到的是J-10A。2009年04月,J-10B出廠了,見下圖。非常顯著的改變引發一陣轟動和熱烈的討論。



圖26:J-10B



J- 10B不是小修改,而是包括外型在內的巨大改進。看到沒有?J-10A進氣口上面的幾根“小棍子”已經沒有了。J-10B的外型非常漂亮,但是更重要的是性能,YST 個人認為J-10B 的性能超過美國最新型的F-16CD,是三代機中的佼佼者,部分跨入四代機(俄國所謂的五代機)。



J-10B 的主要改進如下:



A. 進氣道



進氣道的設計對高性能戰機非常關鍵,因為戰機在不同的高度、速度和姿態來飛行需要不同的進氣量進行燃燒,必須和發動機有緊密的配合才能得到最佳的燃燒效率,它直接影響飛機的動力,這不是一件簡單的事,搞不好甚至會造成發動機空中停車,這是非常危險的事,高空啟動發動機有高度風險,很多飛行員因此送命。



J-10B採用了最先進的DSI進氣道(又稱“蚌”式進氣道),見下圖。讀者在J-10B的進氣口上方可以清楚看到一個鼓包,那就是“蚌”式進氣道的設計。這個鼓包的形狀是可調節的,用來控制空氣的進口量。



圖27:J-10B 的 DSI進氣道(又稱“蚌”式進氣道)



DSI進氣道有兩大好處:

a. 屏蔽了發動機的葉片,大大地降低了雷達截面和雷達特徵;

b. 節省了進氣道和機身的隔片,J-10B因DSI進氣道減重一百八十公斤。



DSI 進氣道是美國最早發明的,但是只用在F-35上而且是不可調的。中國立刻跟進而且將它發揚光大,成為可調的“蚌”式進氣道,提高了超音速飛行的效率。成都飛機設計公司已經把這種先進的進氣道成功應用在J-10、FC-1(「梟龍」)和J-20,比它的發明者,美國洛馬公司,有更多應用的經驗。



B. 有源相控陣雷達(Active Electronically Steered Array,簡稱AESA)



「有源相控陣雷達」一般被定義為四代戰機的標準配備,所以J-20一定會裝備有源相控陣雷達。



今天已經証實J-10B裝備了中國國產的相控陣雷達,顯然大陸計畫把這個先進的電子產品先在J-10B做實驗。



中國的周邊國家已經開始或即將換裝相控陣雷達,譬如法國的「陣風」、歐洲的「颱風」、俄國的蘇愷-35S、印度的蘇愷-30MKI、就連韓國的F-15K都計畫要換裝美國的有源相控陣雷達,而日本早在2000年就裝備了自己研發的有源相控陣雷達,這些3.5代(西方標準)或後四代(俄國標準)的戰機對中國構成威脅,無論是J-11B或J-10A的電子系統都面臨壓力,所以J-10B裝備了中國國產的有源相控陣雷達是很自然的事。



相控陣雷達是一個非常重要的電子設備,YST將在下一篇作專題討論。



C. 超音速巡航



大約一年前YST曾經看到報導J-10可以做短暫的超音速巡航(好像是15分鐘),YST猜想也許是試驗新研發的渦扇-10II(WS-10B)達到的。



不過中國大陸航空發動機的重點目標應該是「太行」,目前處於量產前關鍵性的最後試驗期間。近來「太行」發動機出現在越來越多的國產戰機上,甚至是特別強調安全的未來的艦載機J-15上,「太行」發動機的可靠性將一步步獲得提昇。



J-10B的空重只有8.6噸,如果裝備「太行」發動機肯定有能力進行超音速巡航。



D. 隱形



J- 10B在外型上有顯著的改變,網上洩露的消息是RCS降低了一個數量級。其實J-10A在設計的時候已經有隱身的考量(譬如翼身融合),RCS不會超過 3m2。如果J-10B的RCS降低了一個數量級,那麼它的RCS就應該在0.3m2左右。依照YST的定義,RCS小於1的戰機稱為隱形戰機,所以J- 10B可以列入低端的隱形戰機了。



戊. J-10B將成為一個低端的五代機



2009年11月08日中國空軍副司令員何為榮在接受中央電視台訪問時透露,中國正“緊鑼密鼓”地研製第四代戰機,“可能很快要進行首飛,首飛又很快就進行試飛,很快就裝備部隊。根據現在的情況可能還有八到十年罷。”



這是解放軍重量級將領在國營電台發表的談話自然引起重視,中國的第四代戰機立刻引起熱烈討論,亞太的勢力平衡將被徹底打破云云,英國的【簡氏防務週刊】根據模型甚至推測中國的新一代戰機隱身性能和綜合性能都將超越美國的F-22和俄國的Su-35。



中國大陸的武器研發一向行事低調,中國軍方歷來不喜歡說大話,竭力避免“中國威脅論”的出現。於是過了幾天空軍有關負責人就出來滅火,解釋說中國所謂的第四代戰機是殲-10的一種改良型。當時這番滅火的話引起不少大陸軍迷的失望。



今天看來上面的兩種說法都對,何為榮副司令員說的是J-20,後來空軍有關負責人說的是J-10B。



中國大陸的J-10就像美國的F-16,量產後的J-10每一批都不同,不斷地修改和演變進行性能提升,現在已經顯露的徵兆是J-10B將滿足「4S」至少成為一種低端的四代機(俄國定義的五代機)。



YST非常認同「成都飛機公司」這種做法,不追求極致性能,要求均衡發展,始終把價格控制在能夠持續生產的範圍,這才是正道。



追求戰機在某個特定方面的極致性能是非常不智的,譬如F-22在隱身能力上不顧一切的追求。戰機作戰不是一對一的單挑而是多方協同的作戰。如果中美真正打起來,在空中預警機、衛星和各種長程地面雷達支援的複雜環境下,昂貴的F-22A對上便宜的J-10B未必具有優勢,這要看雙方戰術的運用。面對J-20的情況,F-22A的優勢就更渺茫了。



有關戰術的使用我們將在下面兩篇有更多的論述。

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回復: YST - 漫談隱形戰機

發表 由 Admin 于 周三 7月 13, 2011 10:33 pm

漫談隱形戰機(XII):有源相控陣雷達
http://blog.udn.com/YST2000/5387713



(二十一)有源相控陣雷達(AESA)



「有源相控陣雷達」(Active Electronically Steered Array,簡稱 AESA)是目前世界上最先進的雷達,它的好處非常多,不但在傳統的雷達模式,譬如多目標的跟蹤,有非常明顯的優勢,而且具有某些特殊運作能力是傳統雷達不可能做到的,譬如多模式快速交叉運行,使得雷達的功能倍增。



「有源相控陣雷達」在網路上曾經被廣泛討論,但都是“專家”們高來高去說一些故弄玄虛的話,令絕大多數的讀者莫測高深以此來炫耀他們的學問,這是“專家”們的通病(希望別人崇拜而又不願意透露一丁點自己的知識)。大陸網站多的是這類裝神弄鬼而又言語刻薄的“專家”,造成許多軍事愛好者的困擾,尤其是對入門者。 YST有點看不下去,於是決定藉此機會對這個非常重要的軍事技術有所交代。



今天YST就從系統工程的角度來介紹並分析「有源相控陣雷達」。這其實一點也不難,YST將用最簡單的幾何與三角函數來揭開這個簡單的、不值錢的「謎」,讀者只要沒忘了高中數學必定一聽就懂了。



甲. 何謂「有源相控陣雷達」?



所謂「有源相控陣雷達」就是由一群很小的能夠發射電波和接收電波的組件(Transmit and Receive Module,簡稱 T/R Module)排列而成。這些T/R組件可以從幾百個到超過一萬個,它們排列的形狀可以是圓形、橢圓形、距形或任何因實際情況而決定的形狀,非常具有彈性。



電子工業在最近的三十年有飛躍的進步,「有源相控陣雷達」的原理雖然很簡單、歷史也很悠久,但是真正達到令人矚目的應用是最近十幾年的事,因為工作在X波段的T/R組件可以成功製作在拇指大小的晶片上,這就非常了不起了。



「有源相控陣雷達」最關鍵的技術就在如何製造T/R組件上,這其中產生功率的大小和製造的成本尤其重要。目前的技術每個T/R組件的發射功率只有幾個瓦特(大概5瓦特左右,不會超過10瓦特);製造成本YST不太清楚,以前要數千美元一個,這種天價大概只有美國裝備得起,現在也許降到幾百美元一個,應用就開始大眾化了。



讀者不要小瞧了這種只有幾個瓦特功率的T/R組件,「有源相控陣雷達」的厲害就在“螞蟻啃骨頭”,發揮的是“群眾力量”。你想想,一個T/R組件只有幾瓦特,但是一千多個T/R組件排列起來就可以發射接近或超過一萬瓦特的電波,這個雷達功率就非常驚人了。更重要的好處是這些T/R組件可以任意組合形成多 “波束”分別對付不同的目標或從事不同的工作,而且有這麼多隻“螞蟻”傷亡幾隻也無所謂、效能雖然差了一點但是照樣完成任務,好處實在太多了!



對系統工程師而言由千萬個T/R組件所構成的雷達系統真是太好用了,隨時「化整為零」也可以隨時「化零為整」,可以玩出很多花樣,想出很多招數對付敵人,應了毛澤東的話:人多好辦事!



江青算什麼,科學家和工程師才是最瞭解「毛澤東思想」的。



不開玩笑,讀者如果看過毛澤東時代大陸發表的科學論文就知道,「有源相控陣雷達」的技術如果是發明在上世紀的五0年代或六0年代,一定會被譽為偉大的「毛澤東思想」的活學活用,因為它們有著非常相似的哲學基礎。



乙. 「有源相控陣雷達」的基本原理



在「彈道導彈攻擊大型海面船隻」的系列中YST曾經對電波的「相位」(phase)有清楚的敘述,此處不再重複。



電子硬件中有一種非常簡單的元件叫做「移相器」(phase shifter),它可以改變電波的相位,譬如正弦函數的電波(sine wave)經過「移相器」把相位增加90度,如此出來的就是餘弦函數的電波(cosine wave)。電子儀器中經常會用到「移相器」,雷達中它更是不可少的元件,是雷達工程師進行校正(calibration)工作時必須調適的電子元件。



「有源相控陣雷達」最重要的性質就是可以透過相位的設定來改變天線方向。

所以每個T/R組件都包括一個「移相器」(phase shifter),可以在接受指令後非常迅速地(不到一微秒)把電波的相位移動到指令所下的角度。也就是說,「有源相控陣雷達」可以維持天線的位置不動(physically是靜止的),然後在不到百萬分之一秒的時間把天線的實際指向轉到前半球面的任意一個角度,這就是所謂的「電子轉動」(electronically steered)。



問題是:怎麼透過相位的改變來改變電波發射和接收的方向呢?

下面我們做一個非常簡單的說明。



電子轉動陣列(electronically Steered Array)的原理非常簡單,但是很抱歉,YST沒有掃瞄器不能張貼手畫的圖片,所以只能在MS Word上面用editor畫最簡單的幾條虛線來說明天線的電子轉動,如果這些直線發生彎曲現象、如果兩條互相垂直的直線看起來並不垂直,請讀者多包涵,你需要有一點點額外的想像力來看下面這張圖。

圖片貼出後,網友wannaknow看不下去,好心地畫了下面這幅準確的圖相贈,YST欣然接受並表達感謝。



圖28:相位陣列天線從AB電子轉動到AC。



假設A和B是兩個T/R組件,天線排列的方向是AB,也就是說天線發射或接受電波的方向是指向正右方的水平方向,也就是AF和BG的方向。



現在天線固定不動,我們要把天線發射或接收電波的方向逆時針轉theta角度,也就是說虛擬天線的位置是AC,角度BAC = theta,轉動後發射或接受電波的方向是指向右上方,是水平角度逆時針轉theta的方向,也就是AD和BE的方向。

注意:直線AC垂直於直線BE,也就是說,角度ACB = 90度。



BC與AC是垂直的,所以只要theta一決定C點就決定了,也就是說C點是B點在天線轉動theta方向的垂直投影。

B與C的距離我們用d來代表。



對從右上方來的電波而言,經過長遠的距離,電波擴散的球面已經接近平面(半徑非常、非常大),所以電波到達A點和C點時相位是相同的。

但是這個電波到達B點時多走了距離d,所以相位就增加了,增加了多少呢?

這個答案很容易,如果Lamda是電波的波長,那麼

電波走了距離d所增加的相位 = 2*pi*d/Lamda (radian)

,pi = 3.1416(圓周率)。



現在問題全部明瞭了,如果我們讓B的相位比A的相位提早2*pi*d/Lamda(也就是移動 -2*pi*d/Lamda),那麼AB接收到的電波就相當於AC接收到的電波。

看到沒有?你不必轉動天線就可以接收到與轉動後一模一樣的電波。



Hurrah!工程師跳起來歡呼!電子轉動的問題解決了。



如果你把A與B中間的每一個點都看成一個T/R組件的話,它們與直線AC的垂直距離分別為d1,d2,...dn 等等,那麼工程師只要在每一個T/R組件下指令移動相位

-2*pi*dk/Lamda, k = 1,2,....n

,那麼雖然天線AB根本就沒有轉動,但是實際上電波發射和接收的方向卻已經逆時針轉了 theta 角度。



這就是電子轉動天線(Electronically Steered Array,簡稱ESA)的原理!



簡單吧?高中生一聽都懂,一點也不神祕。網路上故作高深莫測的“專家”們可以休息了,中學生的玩意兒一點兒也不值得賣弄。



丙. 無源相控陣雷達(Passive Electronically Steered Array ,簡稱PESA)



細心的讀者一定會問:電子轉動天線是跟「移相器」有關,跟T/R組件沒什麼關係呀?

回答:是的,一點也不錯,電子轉動天線其實只需要「移相器」就可以完成。於是根據這個道理一個相對便宜很多的相控陣雷達就可以設計出來了,這就是「無源相控陣雷達」。



如果每個單位組件不能主動產生電波,只能被動發射電波、接收電波和改變相位的陣列,我們稱這種雷達為「無源相控陣雷達」。



這裏所謂被動發射電波是指由一個統一的高功率發射器(high power transmitter)產生強力電波然後由導波管(waveguide)分別輸送到每個單位組件發射出去。這個高功率發射器通常使用「行波管」(Traveling Wave Tube,簡稱TWT),跟普通傳統的雷達完全一樣。



T/R組件中,那個“T”代表的發射部分是研發工作中最困難的,所以「無源相控陣雷達」比「有源相控陣雷達」簡單多了,但是功能也差多了,是一個省錢和技術不到位的妥協。



美國早期的神盾驅逐艦都是「無源相控陣雷達」,到了「伯克」級才升格為「有源相控陣雷達」。所以從「無源」到「有源」是科技發展的一個自然過程,但不是必然。中國大陸發展機載雷達就是從平面雷達(planar array radar)直接跳到「有源相控陣雷達」(AESA),省掉了(PESA),這就是所謂跳躍式發展。



丁. 「有源相控陣雷達」的優點



A. 多目標的追蹤與鎖定



無論是有源還是無源,「相控陣雷達」最大的好處就是快速指向目標。前面說過,改變移相器的設定是非常快速的,這種簡單的電子設定用不到百萬分之一秒,比人的 “一眨眼”快一萬倍(人的眨眼大約10毫秒)。也就是說,電子轉動幾乎是立即的(instantaneous),在不到百萬分之一秒的時間就可以把天線轉向對準任何方向,不論轉動量的大小,這是機械轉動天線不可能辦到的。



想想看,天線是有相當質量的,機械起動、加速、減速、停止都需要時間來克服動量(momentum),不是說動就動、說停就停的,尤其是大型天線。



上面說的不到百萬分之一秒是指理論上移相器設定所需要的時間。在實際應用時,計算機需要計算每個移相器的指令所下的相位數值是多少,然後把這些指令送到每個移相器的的記憶體裏面,這是需要時間的,但是無論如何在今天的高速計算機控制下,實際運作的電子轉動可以在不到一毫秒(千分之一秒)的時間內完成。相較之下,機械驅動的天線如果要大角度轉動,譬如轉動一百度,需要一秒鐘的時間。一秒鐘在多目標的追蹤模式中太長了,嚴重拖累整個雷達的運作,通常不被系統工程師接受。雷達作業所有被追蹤的目標都依照威脅程度的大小而排列,這時候計算機的軟體就必須作出決定降低追蹤目標的數目,放棄次要目標。



電子轉動並沒有實質的轉動,所以沒有動量需要克服的問題,因此又快又準,這使「相控陣雷達」真正做到多目標追蹤和多目標鎖定。



以前那些機械轉動天線的雷達號稱可以同時追蹤二十幾個目標其實是有點灌水的,這個能力是指在理想狀態下。在目標散得很開的情形下,依靠機械轉動天線的雷達根本沒有辦法應付這麼多目標。想想看,空中目標的機動性都很高,如果要保証追蹤目標需要每個目標很快就觀察一次,天線沒法轉這麼快;如果很久才觀察一次,目標一機動很容易就跑掉,下次再觀察的時候根本就找不到了。



電子轉動天線的雷達就完全不同了,多目標追蹤是顯然的,二、三十個目標每秒鐘看一次當吃白菜,而且目標照射非常的準確,跑不掉的。更厲害的是可以多目標同時鎖定,這是因為「相控陣雷達」可以把相控陣列分割成好幾個部分,每一個部分照射一個目標,因此輕鬆地做到同時鎖定(連續照射)多目標。



B. 可靠性



「有源相控陣雷達」的另一個優點是工作非常可靠,可靠性比非相控陣雷達高出三、四倍。普通雷達的無故障工作時間(Mean Times Between Failure,簡稱MTBF)不到三百小時,AESA的無故障工作時間超過一千小時。



更重要的是,AESA如果發生故障是優雅地性能逐漸降低(gracefully degraded)而不是突然完全停止工作。機載「有源相控陣雷達」通常有超過一千個T/R組件,即使有10%T/R組件壞掉雷達仍然能夠正常運行只不過性能稍為降低而已。對比之下,傳統雷達或「無源相控陣雷達」只要高功率發射器發生故障,整個雷達就立刻停止作業了。



C. 多模式快速交叉工作(mode interleaving)



「有源相控陣雷達」的第三個優點是可以進行多模式快速交叉工作。



「多模式快速交叉工作」在實際雷達作業中非常重要,YST 用實際例子來說明。



譬如說大陸的解放軍參謀總部決定對某國發動戰略突襲,J-20被任命深入敵人領空攻擊某個地面戰略目標。



為了躲避敵人的地對空搜索雷達,J-20採取貼近地面飛行,這時候J-20的雷達系統可以把相控陣列天線劃分為上下兩部分:

上半部的T/R組件在天空掃瞄,進行空對空搜索:

下半部的T/R組件進行對地掃瞄,進行地形跟蹤。

這樣J-20可以藉著地形跟蹤的雷達模式(terrain following mode)進行貼著地面飛行以躲避敵人的雷達探測,同時也進行空對空搜索對可能出現敵人的攔截飛機保持警戒。如此一來,J-20對地和對空兩方面都兼顧而做到萬無一失。



在只有一個中央電子計算機的情形下,上面這兩個雷達模式被快速交叉(mode interleaving)執行就像是同時工作一般,這道理和電腦的「分時概念」(time sharing)是一樣的。



D. 分佈式的天線



理論上,戰機的T/R組件並不一定需要是整齊地排列在同一個平面上、然後關在雷達罩裏,而是可以把有些T/R組件裝置在機翼的前緣,只要我們測量了它們的相關位置,自然就可以計算出電波到達這些機翼前的T/R組件的相位是什麼、和雷達罩裏面的T/R組件的相位差是多少,計算機輕易地就把所有的T/R組件聯合成一體(「化零為整」)。你看,這樣一來天線的面積變大了、天線發射的功率也增加了,性能自然就顯著提高了。



YST不清楚這種分佈式的天線目前是否有任何國家採用,但是它是未來「有源相控陣雷達」發展的趨勢。



戊. 「有源相控陣雷達」的缺點



很多網友把「有源相控陣雷達」過份神化,認為它無所不能、在每一方面都超越普通雷達,這是不正確的。世上沒有盡是好處而不必付一點代價的東西。



「有源相控陣雷達」最大和最重要的缺點就是在電子轉動天線時損失天線面積(antenna aperture 或 array aperture)。當電子轉動的角度太大時,天線的有效面積會嚴重減少,直接導致雷達探測能力的降低。



讓我們回頭仔細觀察圖28。



當我們下指令電子轉動theta角度,天線的有效面積從AB變成AC,AC = AB*cos(theta)。所以我們得到下面的公式:

如果ESA從正前方電子轉動theta角度,那麼

ESA的有效面積 = ESA的實際面積 * cos(theta)



當theta = 0, cos(theta)= 1,這是ESA唯一沒有損失天線有效面積的時候。所以,只有在沒有電子轉動的情形下不會損失天線有效面積,只要有了電子轉動就要付出代價。

當theta = 60度, cos(theta) = 0.5,ESA的有效面積只剩下天線實體面積的一半,這是雷達工程師願意接受的極限。

當theta = 90度, cos(theta)= 0,ESA的有效面積為0,雷達完全失去探測能力。



「相控陣雷達」的所有優點都是以付出損失天線有效面積作為代價。



好了,現在我們已經瞭解相控陣列雖然不需要轉動,但是只能探測前方的半個球而且離開中心軸越遠探測的能力就越差,到了距離中心軸上下或左右接近90度的時候就完全失去探測能力了。



所以如果要求水平方位(azimuth angle)有三百六十度的探測能力,譬如空中預警機,那麼就需要三個相控陣列,每個負責任120度,這樣就可以把天線有效面積的損失限制在50%。中國的空警-2000就是這麼設計的。

當然我們也可以選擇只用一面相控陣列,這樣就必須在水平方向轉動,電子掃描只負責高低方向(甚至不做高低方向的掃瞄而以扇形波束取代),這樣一來在目標追蹤上的系統效果(system performance)就大大降低了,但是不損失雷達天線的有效面積。美國的E3空中預警系統就是這麼設計的。



美國和中國的設計各有各的考慮,它們的選擇是在各種雷達指標的考慮下所做的妥協。



己. YST 個人的一些考慮



YST是屬於比較保守的人,對損失天線面積的容忍度很低。記得學習機載雷達的時候老師開門見山就說:設計機載雷達的第一件事就是盡可能裝上最大的天線。



老師這句話是放諸四海而皆準的科學道理,也是所有設計機載雷達的工程師們都遵守的原則。這就是為什麼F-16的雷達無論怎麼提升都不可能超過F-15,因為F-15的頭比F-16大得多,可以安裝更大的天線。



事實上,所有具備高功能雷達的戰機都是大頭。

也就是這個緣故,損失有效天線面積是一個很嚴重的事。



讓我們把注意力專注在雷達艙的RCS上。



在AESA出現以前,「平面天線」(Planar Array Antenna 或 Slotted Array Antenna)是最先進的天線,見下圖。



圖29:美國F/A-18的平面天線雷達,美軍編號 APG-73。



對平面天線而言,YST確信在不使用的時候可以把它轉到朝上,譬如向上轉30度或更高,可以取到降低RCS的好處。這樣做沒有任何損失,因為等到使用的時候再進入正常位置。



相位陣列天線的道理也應該一樣,YST的想像是在不用的時候固定在一個朝上的方向,用的時候回復到正常運作的方向,也就是固定在機頭的正前方位置。戰鬥機的雷達掃瞄通常只有上下左右各30度的範圍,這樣做就使得ESA電子掃描的天線有效面積的損失限制在14%,這是可以接受的。



但是,事實上並非如此,AESA實際的裝置跟YST的想像有相當出入,我們在下一篇看幾個實際的例子,然後做進一步的討論。

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回復: YST - 漫談隱形戰機

發表 由 Admin 于 周四 7月 14, 2011 1:25 am

漫談隱形戰機(XIII):各國的有源相控陣雷達
http://blog.udn.com/YST2000/5407106



(二十二)各國的有源相控陣雷達



最早的「有源相控陣雷達」(AESA)是使用在空中預警機上,譬如以色列的費爾康、英國的Wedgetail、中國的空警-2000等等,美國的E-3目前用的是平面雷達,但是有計畫在未來升格為有源相控陣雷達。這些空中預警機使用的AESA頻率為L波段(1.2~1.4GHz),波長大約21~25公分。



隨著電子技術飛躍的進步,X波段(頻率8.5~10.7GHz,波長大約3公分)的AESA在上個世紀末成功研發出來,T/R module 可以製作成拇指大小的晶片,這就掀起機載火控雷達的革命,AESA開始大量走入戰鬥機。



甲. 日本的AESA



在戰鬥機中,最早裝備AESA的是日本的F-2(一種日本與美國聯合研發的戰鬥機,是將F-16稍微放大的戰機),代號為J/APG-1,時間是2000年。



圖30:全球第一個戰鬥機「有源相控陣雷達」(AESA),日本F-2的J/APG-1。



日本雖然憑藉著強大的電子工業搶先拔得戰鬥機AESA的頭籌,但是日本在雷達上的基本功夫不行,屬於勉強出手搶頭彩。雷達的系統工程不是這麼簡單的,無論理論還是經驗日本和美國有相當大的距離,差的不是一點點。日本單憑電子元件優秀就要搞雷達還是不行的,更何況在T/R組件上日本的研發也比美國落後,所以 F-2的J/APG-1整體性能不佳。



F-2的AESA除了拔得頭籌沒有什麼值得說的。



乙. 美國的AESA



A. F-15C的AESA



第二個裝備AESA的是美國的F-15C,時間大約是2003年,裝備的型號是AN/APG-63(V)2,有1500個T/R組件,見下圖:



圖31:全球第二個裝備「有源相控陣雷達」(AESA)的戰鬥機,美國的F-15C。



上面F-15C裝置的AESA與YST的想像稍有不同但還算比較接近,那就是「有源相控陣列」被固定在正前方的位置。我們都知道,在所有空對空的模式雷達工作的範圍無論高低方向(elevation)還是左右方向(azimuth)天線的掃瞄都限制在正負30度,所以除了四個角落損失稍微高一點,天線有效面積的損失都被控制在小於14%,這是可以接受的。



F-15的雷達應該都有對地模式,這時候電子轉動的角度很可能大於30度,所以天線有效面積的損失肯定會增加,有可能達到50%。



F-15C是搶奪制空權的空優戰機,對地攻擊的能力弱一點也就算了,這可以諒解。

不過如果F-15E的AESA也是這樣安置就很難令人接受了,至少如果YST是軍代表就不會同意。



B. F-22的AESA



美國戰機第二個裝備AESA的就是具有隱身能力的F-22,時間是2004年。



F-22裝備的AESA美軍代號是AN/APG-77,有多少個T/R組件眾說紛紜,YST看到的資料是1500個,每個的發射功率是4瓦特。



在第七篇文章我們有一張照片展示F-22的有源相控陣列(圖22),下面這張照片則是展示它在F-22上的安裝:



圖32:F-22裝備的AESA,美軍代號AN/APG-77。



從上面這張照片我們清楚地看到F-22的AESA不但位置是固定的而且是向上斜置,其目的就是降低雷達艙的RCS。



C. F-16的AESA



F- 16的AESA跟F-22的AESA一樣都是諾索普-格魯曼(Northrop-Grumman)生產的、時間也非常相近。不過有趣的是這個全世界最先進的F-16不是美國自用的,而是特別為外銷給阿拉伯聯合大公國(United Arab Emirates簡稱 UAE)設計和製造的。



這個外銷給UAE的F-16編號為F-16E/F Block 60,裝備了編號為AN/APG-80的AESA,有1000個T/R組件,這就比美軍自用的F-16C/D Block 52高了半代,見下圖。



圖33:F-16裝備的AESA,美軍代號AN/APG-80。注意,它是固定和斜置的。



阿拉伯聯合大公國首批訂單是80架F-16E/F Block 60,暱稱「沙漠之鷹」(Desert Falcon),簽約的時間是2000年初,首架交貨則是2004年。



F-16E/F Block 60在外銷上被稱為「F-35的經濟版」。



裝備了AN/APG-80的「沙漠之鷹」比裝備AN/APG-68(平面天線)的F-16雷達功率更高、探測距離更遠、旁瓣更低(更不容易被干擾)、妥善率更高,當然最重要的是有著電子轉動無與倫比的速度和準確以及形成多波束的靈活與變化多端,這些都是機械轉動的AN/APG-68完全無法相比的。



YST 有一個預感,美國在大陸強大的壓力下不會出售F-16CD給台灣,但是在提升台灣F-16AB性能的包裹中會包括有源相控陣雷達AN/APG-80。美國這麼做台灣得了實惠(電子性能比F-16CD還高),大陸的面子也顧到了,刀切豆腐兩面光。



D. F/A-18的AESA



F/A-18是美國海軍的主力戰機,其重要性不亞於F-15,換裝有源相控陣雷達是一定的。F/A-18EF裝備的AESA由美國雷神公司(Raytheon)設計和製造,美軍代號AN/APG-79,其設計隊伍是老牌的雷達設計製造商,前休斯公司。



圖34:F/A-18EF裝備的AESA,美軍代號AN/APG-79。



AN/APG-79有1100個T/R組件,單位價格兩百八十萬美元。首部APG-79在2005/01/13 送達波音公司,2006年09月裝備首架F/A-18EF,目前已經進入低速量產。



我們看得很清楚APG-79是固定和斜置的,而且雷達的下部和側面都經過隱形處理呈光滑的多平面體防止外來電波的窺視。



E. F-35的AESA



F-35是美國下一代的主力戰機,也是美國外銷盟國的主力戰機,不論是軍事、經濟或政治都是一個重要的產品和棋子,影響之大非同小可。



美國對F-35的宣傳重點就在它的機載電子系統,聲稱比F-22的電子系統更先進。雷達是機載電子系統中的重中之重,F-35的雷達自然是AESA,美軍編號AN/APG-81,性能的先進可想而知,見下圖。



圖35:F-35裝備的AESA,美軍代號AN/APG-81。注意,它是固定和斜置的。



F- 35是偏重對地攻擊的戰鬥機,AN/APG-81有1200個T/R組件,工作的模式有空對空、空對地、合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar,簡稱SAR)、地面移動目標的探測與識別(Ground Moving Target Identification,簡稱GMTI)等等,還有電子作戰,堪稱是無所不能、盡善盡美。



根據最新的消息,F-35入役美軍的時間是2018年。這個時間有點太晚,如果J-20按照預定計畫在2017年成軍,那麼美軍至少有一年的時間處於理論上的空中弱勢,這種情形在美軍近代歷史上從未出現過。



丙. YST 的考慮



在上一篇文章YST就說過在系統工程上自己是非常保守的,對天線有效面積的損失容忍度非常低。YST不能容忍F-15的大頭裝上AESA後就變成F-16的小頭,如果這麼搞那麼還製造重型戰機做什麼?



A. 機械轉動的裝置不能放棄



YST始終認為雖然ESA是電子轉動的,天線可以不動,但是為了維持天線的有效面積不致過度損失,保留機械轉動的裝置還是有必要的。YST考慮的理由有二:



1. 校正(calibration)



像雷達這種複雜和精密的電子儀器在使用前都需要經過校正(calibration)。現代的電子儀器各種「校正」工作都已經自動化,雖然使用者並不知道,但是實際上它們已經被執行。



不比機械轉動,電子轉動是看不見和摸不著的,戰機起飛前我們怎麼知道電子轉動沒有問題?我們怎麼知道每個T/R組件和移相器都會正常工作?



如果AESA仍然保留機械轉動的裝置,那麼我們就可以用「機械轉動」來校正「電子轉動」,很快就能夠把有問題的移相器找出來。



那些認為AESA不需要機械轉動裝置的網友們也許有天線專家,那麼請問你們AESA是怎麼校正的?或者你們認為AESA永遠不需要校正。



2. 對地模式和對空模式的巨大差異



「校正」的問題也許是YST孤陋寡聞,AESA也許有什麼不為外人所知的校正方法,或者AESA也許真的神奇到永遠不需要校正。真正使YST堅信AESA仍然有必要保留機械轉動的裝置是因為雷達對地模式和對空模式在天線的要求上差異過大。



在對地模式中有一個非常重要的模式叫「合成孔徑雷達」(Synthetic Aperture Radar,簡稱SAR),它是雷達地面成像解析度最高的,即使像F-15這樣的戰鬥機解析度都可以達到一米(大面積成像可以達到10米),這對攻擊戰略性的目標(譬如跑道和橋樑)有非常關鍵的幫助。如果戰機沒有SAR的能力那麼攻擊地面的能力將會大打折扣。



「合成孔徑雷達」的作業需要側視(side looking),也就是說雷達天線的照射方向與飛行方向需要成90度,否則解析度就會降低,這是物理性質,不能改變。我們看到,除了F-15是固定在正前方,美國的F-22、F/A-18EF、F-35都是把AESA不但固定在正前方而且是向上斜置的,斜置的角度至少20~30度。這樣的安排是不可能進行「合成孔徑雷達」模式的,因為有效天線面積已經損失殆盡了。



美國很多武器廠商所作的宣傳廣告有很多不實的地方,譬如下面這張為F-35宣傳的圖片:



圖36:諾索普-格魯曼(Northrop-Grumman)為F-35所做的宣傳圖片。



上面這張圖至少有兩個不實之處:

1. 雷達照射正前方對敵人的機場跑道進行高解析度的「合成孔徑雷達」(Synthetic Aperture Radar)模式,這是不可能的。戰機進行SAR的時候,雷達必須側視(side looking)。請觀看上一篇文章中的圖29,天線至少要轉到這種程度才能有效進行SAR模式,以目前美國所有的AESA固定的位置,當電子轉動到這個角度時有效天線面積幾乎是零,不可能有任何探測能力。

2.F- 35有一束電波向下照射坦克,波束標示「地面移動目標探測」(Ground Moving Target Detection),但是照射角度早已超過電子轉動極限的九十度(讀者必須記得F-35的AESA是向上斜置的),此時F-35雷達的有效天線面積為0,已經失去所有的探測能力。



YST的結論是:

如果戰機想同時具有對空和對地的能力,那麼雖然使用的是「有源相控陣雷達」(AESA),但是機械轉動的裝備仍然必須保留,否則SAR和GMTI的能力是不可能的。



B. 設計背後的哲學不可取



我們看到美國戰機AESA的安裝都是固定和斜置的(只有F-15沒有斜置,但也是固定的)。



YST個人非常不認同這種安置,因為雷達天線有效面積的損失太大了,為了獲得隱身上的微小利益這麼做完全不值得。



F-22隱身掛帥,為了隱身不惜犧牲一切,甚至犧牲雷達性能,即使天線的有效面積損失一半以上也不在乎。這在YST看來非常的不智,為什麼?

回答:科技在不斷地進步,探測飛行物體的手段日新月異,在今天複雜的電磁環境中F-22過度依賴雷達隱形是得不償失的。



想想看,為了讓敵人變成近視眼,不惜自己也成了近視眼,忘記作戰的目的是什麼?這是甚麼軍事指導哲學?



戰爭的目的就是摧毀敵人,令敵人屈服,這中間的過程說白了就是殺人。所以軍人必須有血性,而且還不是一點點,要會殺人同時也肯犧牲,這樣才能打仗。高科技戰爭絕不等同於打電動玩具,照樣要準備付出血的代價。回顧歷史,美軍也不是全靠武器打贏二戰的。奧馬哈海灘是諾曼底最險峻的部分,美軍為自己選擇了最難進攻的奧馬哈海灘是何等英雄氣概,美軍在硫磺島浴血奮戰的勇猛和不怕犧牲的精神那裏去了?



YST並不鼓勵美軍飛行員有「黃繼光堵槍眼」的精神,但是「零傷亡」的作戰哲學如此發揚光大而又無處不在與無孔不入,軍人的血性何在?



如果美國設計高科技武器的目的就是要把戰爭變成像打電動玩具一般地安全,這仗就不要打了,美軍必敗無疑,因為美國的財政負擔不起。



美國的軍費就是在這種「科技至上」和「零傷亡」無限上綱的指導原則下惡性膨脹,終於拖垮了國家的財政。



丁. 美國戰機雷達艙的RCS



我們現在再回到雷達艙的RCS問題,因為這是隱形戰機最關鍵的地方,也是美國神化F-22的地方,所以不能輕輕放過。



YST 知道有些網上“大神”看過一些有關F-22的天線罩的神奇報導,號稱F-22的天線罩有Band Pass Filter的功能,只容許本身發射的電波進出,其他的頻率則一律被被阻擋在外。“大神”因而故作神祕,自以為懂得很多,輕易地就相信F-22 RCS的神話。



其實,工程上的東西沒有什麼神祕的,任何filter,不論是high pass、low pass還是band pass,都有某種filter frequency responce可追尋,不可能是滴水不漏的完美濾波器。“大神”有本事就畫出attenuation的曲線,大家討論;若是畫不出來,就不要宣傳神話。



YST 認為上面 Band Pass Filter 的說法乃無稽之談,因為有三點是說不通的:

1.F-22的雷達罩如果真能夠只容許本身發射的電波通過,那麼何必把天線斜置?

2.F-22宣傳它的雷達有電子戰的功能,電子戰最基本的功夫就是從事非常寬頻的噪波干擾(white noise jamming),這個噪波如何通過F-22神奇的雷達罩?

3.F-22號稱可以被動探測敵機,也可以收集電子情報,如果F-22的雷達罩是很窄的 Band Pass Filter,那麼這些訊號都被雷達罩過濾掉了根本接收不到,哪還有甚麼探測與收集的能力?



讀者難道看不出來美國宣傳這些神話的內容是處處互相矛盾的嗎?

不要告訴YST F-22有一個電鈕,飛行員按一下雷達罩就是 band pass filter,再按一下就不是 band pass filter。

做為知識分子要有獨立分析和判斷的能力,而不是胡亂接受訊息或相信什麼權威,更糟的是故作神祕假裝知道什麼“內情”而高人一等。

美國的科技先進,但不是神,軍事科技沒有神話。



我們如果比較圖29的平面天線和圖30~34中的AESA就可以發現AESA凹凸不平的程度遠勝於平面天線,所以AESA散射的程度也遠超過平面天線,斜置天線能夠收到多大的效果值得懷疑。從下面圖片中國設計和製造的AESA來看,AESA的外表形狀幾乎都是一樣的,材料也都是用砷化鎵(Gallium Arsenide)製造的晶片,沒有任何理由F-22的AESA的RCS就比別國的產品低兩個數量級(20dB),這是怎麼也說不通的。



美國空軍的報告明白宣稱F-22正前方的RCS為0.0001~0.0002平方米。這個數字是不可能的,屬於欺騙性質的宣傳或是玩弄詐術的心理戰,反正不是什麼光明磊落的正道,不該是一個處處以領導者自居的大國所做的事。這種行為看似小事,其實不然,它正在不斷侵蝕美國極力塑造的全球無敵的可信度,因為真正有自信的國家是不會浮誇和虛張聲勢的。



F-22處處都有問題,當初大肆吹噓、到處嚇人,如今全面無限期停飛,所有製造的神話不攻自破。



空中武力是非常重要的軍事指標,美國的空中優勢也就剩下二十年。

美國的軍事霸權正隨著它的自信在消逝,退出亞洲的勢力範圍是遲早的事,新加坡已經開始恐慌,美國自己也知道。



戊. 日美歐俄戰機裝備AESA的時間



全球目前已經或預計裝備AESA的戰機有:



日本的F-2(2000年);



美國的F-15C(2003年)、F-22(2004年)、F-16EF(2004年)、F-18EF(2005年)、F-35(2018年);



歐洲的戰機目前沒有裝備AESA,未來預計是法國的「陣風」(2013年),德國和英國的「颱風」(2015年),「颱風」的AESA號稱將有1500個T/R組件,這也許太樂觀了一點;



俄國準備在2014年為Su-35裝備「無源相控陣雷達」,這和「有源相控陣雷達」相比有顯著的差距。



己. 中國大陸的AESA



「有源相控陣雷達」是第四代戰機(俄國的第五代)的要求之一,中國大陸也為她的四代機J-20研發了AESA,而且提前用在J-10B上鍛鍊。



YST知道的訊息是J-10B的AESA有1000~1200個收發單元,對3平方米RCS目標的發現距離是160~180公里。如果是真實的,YST認為這個數據相當先進,完全跟上當前美國最先進的雷達。



所以我們看得很清楚,中國大陸的雷達技術緊跟美國,把其他國家都拋在後面。雷達技術是電子技術的指標,中國在軍用電子技術上應該相當先進,與歐美在同一梯隊,尤其是電子戰的技術應該也是緊跟美國,不會有太大的落差。YST不願意談電子戰,一方面這屬於機密範圍,另一方面這玩意兒也沒個標準,可以各說各話,只有打起來才知道。



最近有網友公布下面的照片引起一番討論,質疑J-10B的雷達相控陣天線不是有源而是是無源的。



圖37:J-10B和他外露的雷達天線



圖38:J-10B雷達天線近照(特寫)



圖38上面中間那一排八個紅色物體是「敵我識別」(IFF)天線。質疑的網友聲稱這是無源相控陣天線因為有源的上面都不會裝IFF天線。



YST不能回答這個問題,也看不出來IFF天線和無源相控陣天線有什麼必然的關係。有天線專業的網友請補充說明。



YST知道機載有源相控陣雷達大陸的南京電子研究所在2008年就做出來了,沒有理由今天在J-10B裝無源的,性能降低太多了。如果這麼做,YST能夠想到唯一可能的理由是省錢,不過省這點錢對今天的中國而言意義實在不大。



YST個人認為PESA可以用在FC-1(梟龍)上,但是不適合用在J-10B上,即使不為了幫助J-20提早成軍也不適合這麼做。

J-10是一線戰機,任何一線戰機,譬如J-10、J-11、JH-7等等,都應該裝備有源的相控陣雷達,不能為了省錢而降低關鍵性能,否則會因小失大。

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回復: YST - 漫談隱形戰機

發表 由 Admin 于 周四 7月 14, 2011 1:26 am

漫談隱形戰機(XIV):「科普文章」和「軍事網壇」
http://blog.udn.com/YST2000/5423487



(二十三)「科普文章」和「軍事網壇」



在 YST的記憶中無論是網路或真實世界的雜誌都沒有人對隱形戰機做過比較有深度的、易讀的、全面系統性的報導,不是艱深的論文就是淺薄的閒話,這中間提供政客誤導群眾的空間就很大了。所以引起YST動了念頭寫一個非常大眾化但非常科學的系列文章來介紹這門艱深、重要又有趣的軍事科技,目的是吸引普通網友和剛入門的軍事迷來關心軍事科技。



想想看,如果沒有「科普文章」,「軍事網壇」哪裏來的生力軍?



YST 預先就看到這個系列會引起爭論,所以用帶點哲學意味的例子(維納斯的塑像)要讀者欣賞這個有缺點和錯誤的長篇系列文章,話都明說了,“ A perfect lecture is not a good lecture.”,YST不可能也沒有這個意願追求完美。其實,因為不完美而產生很多的討論才更有趣和增加更多學習的機會。



這個系列文章開始貼出後在網上被大量轉載,這是好事,科技知識就需要用簡易的文章透過無遠弗屆的國際網路傳達給大眾。但是居然引來許多惡意的批評令YST深感意外。

不是說好了要讀者欣賞「缺憾美」的嗎?

為什麼會遭受到毒舌派的攻擊呢?

是繁體字沒看懂嗎?



誤會不可越積越深,於是在進入隱形戰機戰術和戰略的論述之前,YST認為有必要釐清一些引發的誤會,尤其是對科普文章和YST個人的許多不實想法還有軍事網壇的一些惡劣的怪現象。



甲. YST 不是「紅褲衩」



首先,這個系列文章開始被轉載後,很多網友的回應是:YST 的褲衩太紅了。



YST要鄭重聲明YST不是紅褲衩,事實上,YST是大陸紅衛兵口中的“蔣匪餘孽”和“黑五類”。



【天下縱橫談】的市民都知道,YST是孫中山的信徒,是民族主義者,認同的是中華民族,並不強調國家,更不會堅持任何政黨。



對YST而言,中華民國也好,中華人民共和國也罷,都只不過是中華民族悠久歷史中的某個朝代而已,好就存在,不好就滅亡,沒什麼大不了的。中華民族五千年的歷史改朝換代太多了,但是中華民族千秋萬世延綿不斷。



YST從來不認同毛式中國,就是所謂的「紅色中國」,後院大煉鋼的中國,人民公社吃大鍋飯的中國。

YST認同改革開放後的中國,特別是朱鎔基總理提出的「科教興國」的中國。



今天的中國保有毛澤東戰天鬥地的奮發精神,這是好的,但是在經濟制度上實行的是孫中山的立足點的平等而不是毛澤東的齊頭式的平等,這是正確的。

YST衷心期望在孫中山的平等思想和毛澤東的奮發精神結合下中華民族穩步走向繁榮富強。



在「漫談隱形戰機」這個系列文章YST想表達的是:

美國的軍事科技固然先進,目前的確是領先,但中國即將趕上;

不要對美國的軍事科技盲目崇拜,其實其中有很多水份;

中華民族要有志氣,美國做到的中國一樣能做到而且可以做得更好。



YST一再強調的是中華民族的優秀,一再表達的是對中華民族的信心,跟政黨無關。



事實上,中共獲得政權後上演的一連串極左政策,特別是毛澤東醉心的「供給制」,YST對它可以說是深惡痛絕。何來「紅褲衩」之說?



YST曾經和一個有點名氣的大陸社會學者交談過這個問題。

YST問他:共軍在內戰能夠擊敗國軍、秋風掃落葉般在短短的三年半席捲整個大陸,靠的是農民的全力參與和支援,說得更白一點,靠的是土地改革。如果農民知道當年分給他們的土地後來又拿回去了,你認為農民還會幫助共產黨打內戰嗎?

這位中共學者沒有一點點猶疑、斬釘截鐵地說:不會。



乙. 網路上的“大神”



在網路上寫科普文章是得罪人的,得罪什麼人呢?

答案:得罪網路上喜歡故弄玄虛、說話高來高去、神神祕祕的“專家”。



這些網路上的“專家”其實很多,他們有些是論壇的“大神”,有些甚至是論壇的版主。不論他們是誰都具有下面幾個特色:

1.喜歡說沒頭沒尾的幾句話炫耀自己過人的知識,譬如「這張圖片洩露很多訊息,但是看得懂的在這個論壇只有兩個人」;

2.喜歡說別人不行或錯誤或白癡,但是又不提出或提不出清楚而又正確的論述,用避免露底來維持自己的高姿態;

3.絕不放過炫耀的機會,用壓低別人來抬高自己,言語粗魯、刻薄和惡毒;

4.從來寫不出一篇超過一千字的文章。



這最後一點尤其重要,它是這類人最大的特色,也是分辨這類人最有效的標準。

知道這些人為什麼說這麼多大話卻寫不出一篇超過一千字的文章嗎?

答案:這些人沒有分析能力。



通常這種人會記得軍事上很多瑣碎的小事(技術性或非技術性),所以經常很能顯譜,也很能令無知者佩服(這是他們的主要目的)。但是他們不具有分析的能力,所以不能把這些瑣碎的訊息組織起來成為有系統的知識。



這種人說刻薄話很在行、說幾句顯譜話也還湊合(把記得的相關資料背出來並不難),但是要寫一篇一千字以上的文章就不行了,特別是牽涉到系統工程。知道為什麼嗎?

系統工程的要訣在「妥協」(trade-off),沒有分析能力、不能把握重點的人是寫不出來的。



明人不說暗話,YST寫這篇文章就是起因於大陸的【超級大本營】和美國的【世界軍事論壇】裏面的“大神”們對本系列文章所做的回應,他們非常具有代表性。如果YST對他們的公然叫罵和諷刺沒有任何反應,這會被網友們誤會為默認和軟弱可欺,情況會惡化的,因此YST必須為文及時遏止。



【超級大本營】的“大神”比較容易對付,甚至可以不必對付,就讓他們自生自滅,因為他們的瞎扯和荒謬全都表面化了,有點像台灣的民進黨,一般人都能識破,所以不具什麼傷害力。

【世界軍事論壇】的“大神”則比較麻煩,因為他玩的是莫測高深不露底的遊戲,比較陰,有點像馬英九。YST必須花點工夫揭開他虛偽的面具。



【超級大本營】的“大神”是個人行為,可以一句帶過;

【世界軍事論壇】的“大神”是版主,代表的是整個【世界軍事論壇】,敗壞的是網壇風氣,所以情節重大,不可以姑息。



上面說的「這張圖片只有兩個人看得懂」就是出自【世界軍事論壇】的版主hmy“著名的”一句評論。此人還有一個非常惡毒的“兩字評論”叫「青山」,意思就是神經病,“典故”好像出自香港的「青山療養院」是一所精神病院。

這位版主hmy一向是發出這一類高傲但沒有任何營養的“一句評論”,很少超過兩句。想想看,這是什麼心態?又是什麼品格?



有趣的是,這個大言不慚的hmy這麼多年竟然沒有寫出一篇超過一千字的文章。奇怪吧?

一點也不。這種人是不可能寫出一篇一千字的軍事評論的,因為他沒有系統知識,他的知識是零碎的,拼湊不到一塊來。



一個版主成天說這種目空一切又沒有內容的“一句評論”,每天裝大神說沒有營養的大話不過是為了要別人佩服他。

這個hmy也太小看網友了,他要網友崇拜他也不是不可以,但是要先想想他到底給了網友什麼?



hmy是個典型沒有內含的自大狂,美國人稱這種人為jerk,我們如果崇拜他豈不是成了二百五?



丙. 君子、小人與女人



古人曰:「德大於才者為君子,才大於德者為小人」。

根據這個定義,越是有才能的人就越需要提高自己的道德標準才能免除做小人,非常具有哲學思維,這是我們中華祖先的智慧。

網路上這些裝大神的都是十足的小人,古人誠不我欺。



網路文章的審核非常鬆散,甚至幾乎沒有,這是很大的優點,是網路發展迅速和生氣蓬勃最主要的原因。但也因此網路世界需要一點自律的精神和相當程度的道德標準,尤其是身負網路道德風氣責任的版主。



據說上面那位裝大神的版主hmy是個女人,這下子更了不得了,女人是好批評的嗎?

其實網上的人物撲朔迷離、雌雄難辨,有誰真能確定hmy是男是女?



hmy號稱自己是女人,我們姑妄聽之,但是要多個心眼,為什麼呢?

因為這hmy鬼得很,是「陰」國人。



網路上扮女神特別能獲取說話的優勢,這一點都不假,YST必須特別鄭重地把它指出。

女神,一來肯定能喚起男性的幻想而喪失批判她的理性;

二來至少可以理直氣壯地對別人說刻薄話但不接受別人的「三字經」,佔盡了便宜;

三來中國人的哲學一向是好男不同女鬥,你不鬥,她就贏了。

想想看,說刻薄話比說粗話高級嗎?

不見得吧,刻薄話其實比粗話更傷人和更令人討厭。

糟糕的是,一個「好男不同女鬥」的社會自然造就了大量的潑婦。



做女人真有福氣,女神的福氣自然更大了,誰不想?

【世界軍事論壇】有些網友對hmy左一聲mm、右一聲mm,恍若置身愛壇而非軍壇。

“女神”的幸福不是蓋的。



其實hmy是男是女並不重要,重要的是她的人品。

hmy說自己是女人,沒有問題,我們就把她當女人,但是對她不可喪失男人的理性。

YST曾經看過hmy在【世界軍事論壇】緊迫“追殺”一位男網友,逼他坦白交代所知道的有關潛艇的某種性能,咄咄逼人的態度極為囂張和潑辣。

YST十分肯定hmy如果是女人,必定是個潑婦。



今天的「女權」特別好用,所以女人也特別難纏,“女神”就更是碰不得了。



但是YST就偏不信這個邪(跟毛澤東一樣),今天就要好好清算hmy這個女人。



“女大神”hmy的「一句評論」通常是非常淺薄的,有時甚至是誤導的,因為她缺乏系統觀念,她不懂什麼叫作系統工程(system engineering)。

“女大神”hmy賣弄的都是乾巴巴的東西,沒有一點點分析,從無例外,所以沒有任何學習的價值。



想想看,「這張圖片只有兩個人看得懂」,你學到了什麼?



hmy也常常賣弄雞毛蒜皮的東西以此炫耀她能看到別人看不到的。

hmy從不會忘了賣弄哪怕是一丁點過去的“光榮”,也不會放棄任何自我膨脹的機會,但是她也絕不會讓你從她的話裏面學到任何東西,鼠肚雞腸,特別令人討厭。



YST 再隨手舉一個例子,hmy在2011/06/26發表的“一句評論”:

「真實好笑事,hmy若干年前PS的中程導彈圖,居然最近有人用。」

上面這個「一句評論」非常代表hmy的人格特質,所以必須進一步地分析。

請注意,這是在別人說事的時候,她來“插花”,硬生生地冒出來的“一句評論”,目的不是為別人的主題添枝加葉而是為了炫耀自己。這也就算了,但是炫耀什麼呢?

原來炫耀的竟然是雞毛蒜皮、一文不值的東西,一般人提都不會提。

從讀者的立場,hmy這句乾巴巴的賣弄和莫名其妙的自我膨脹,請問你學到什麼?

身為版主,寫這種沒有一點點營養的垃圾,浪費讀者的時間,這算什麼玩意兒?



這些都是典型的“大神”特色,也是小人的特色,身為版主,徹底敗壞了網路風氣。



大話網壇多年,這位成天裝“女大神”的hmy版主也該照照鏡子了:

寫不出一篇像樣的文章、言語沒有智慧、行為沒有品德、態度有如潑婦。這是甚麼東西?



「女神」是需要顯露神蹟的,耶穌用七條小魚餵飽了一千信徒顯神蹟,hmy呢?

hmy裝腔作勢、乾巴巴的自我膨脹、尖酸刻薄的「一句評論」和偶而的兩句「打油詩」,這當得了「女神」嗎?

恐怕不行。



依 YST看,hmy想要做「女神」先要修身,端正自己的品德,然後再寫一篇一千字的分析文章顯露一下“神蹟”,只要做到這兩點自然就會有人來頂禮膜拜。這應該不難的,至少比當「男神」容易多了。軍事網壇上無聊男子這麼多,“女大神”只要會“放電”,即使電力只有一點點,還怕他們沒有荷爾蒙嗎?



YST生活寧靜、品質很高,做為孔夫子的信徒,需要遠離婦人和小人充斥的是非之地。

YST真誠地認為台灣【聯合報】的「網路城邦」是一塊少有的乾淨和有禮貌的空間,謾罵是被禁止的,也沒有「增大陰莖」、「修補處女膜」和種種「成人遊戲」的廣告。



丁. 科普文章的困難性和重要性



寫科普文章不是一件容易的事,遠比一般人想像的困難,是一種服務大眾的自我挑戰,必須具備相當的奉獻精神才寫得下去,無論在知識上或個人時間的安排上都不是一件容易的事,非常耗費心思,遠比寫即時評論困難,更不能和「一句評論」相提並論。



科普文章難在哪裏呢?

難在系統知識。



科普文章必須從系統工程的角度上論述才能引起讀者的興趣,才能激發讀者關心軍事問題,才能吸引更多的讀者來共襄盛舉,這才是網上談兵的正道和最有意義的事。若是高來高去、互相輕視和自我膨脹,只會令人避之唯恐不及。想想看,一個連一千字的分析文章都寫不出來的人能懂什麼軍事系統?背那麼多零碎的軍事資訊和武器性能有什麼用?



這種網路“大神”在真正面對問題的時候他們是沒有自信的,譬如他們不敢挑戰「F-22的RCS只相當於一顆小孩玩的彈珠大小」這種荒謬的美國神話,也不認為別人能挑戰,“女大神”hmy冷冷地譏諷YST“不自量力”。這是因為“大神”們自身缺乏分析能力導致迷信權威。YST如果滿口專業術語、文章中賣弄幾個他們不可能看得懂的積分方程,他們就不敢挑戰YST了,但是這麼做有什麼意義呢?



“大神”們即使有可能懂一點點東西也不會說,至少不會爽快地說,因為他們很怕別人學去,所以他們說話總是藏頭藏尾、故弄玄虛、說個一句半句和故意繞彎子。 YST的科普文章幾千字,也不過就是10分鐘的閱讀時間,就把他們認為不得了的大學問說得一清二楚,譬如什麼叫做「電子轉動」(electronically steered),他們以後再要賣弄就很困難了。你想想,這能不令“大神”們生氣而否定科普文章的內容嗎?



比起抽象的理論數學和理論物理,軍事上的科技是相對非常簡單的,它們都是非常具體的實物而且它們的應用和功能都非常的明確、明顯與現實,你只要真懂就不可能說不清楚,而且還可以不需要用到大學的專業知識就讓每一個人都能夠獲得一定程度的瞭解。



YST有位好友是柏克萊加州大學的機械博士,他跟我提過一件事YST一直記得。他說田長霖老師對他說:一個一小時的學術演講,頭五分鐘的演說內容你必須讓每一個聽眾都能聽懂。



田長霖對他的學生說這話不是「希望」而是「要求」,因為他認為如果你不能做到這一點就不是真懂。



那些對科普文章破口大罵或冷嘲熱諷的人是有私心而又能力不足的小人,他們沒有能力和意願傳授知識卻又希望別人佩服他們。想想看,那些堅稱「高深的科技不可能用淺顯的語言讓大家瞭解」的人,他們的學問比田長霖還大嗎?



戊. 「原創型論壇」與「轉載型論壇」



【天下縱橫談】不但是一個知識性的論壇,還是一個只收原創作品的論壇,憑這一點【天下縱橫談】就比網路上九成以上的論壇高出一級。今天網壇之所以如此朝氣蓬勃主要就是靠我們這些原創者無私的奉獻,而不是“大神”們的高來高去、惡毒攻擊、冷嘲熱諷、自我膨脹和沒有營養的“一句評論”。



讓我們面對事實:

任何網路論壇如果絕大部分(四分之三以上)的文章是轉載的,就淪為「轉載型論壇」而失去自己的特色了,成為網民們聊天、發洩、說閒話、打發時間和製造是非的所在。「轉載型論壇」到處都是,看起來也都差不多。



“女大神”hmy主持的【世界軍事論壇】是一個典型的「轉載型論壇」,裏面所有只要有一點點價值的文章都是轉載的,【世界軍事論壇】本身的創作能力幾乎是零。這一點都不奇怪,什麼樣的版主就產生什麼樣的論壇。



【天下縱橫談】是百分之百「原創型論壇」,轉載從創辦時起就是明文禁止的。這也一點都不奇怪,什麼樣的版主就產生什麼樣的論壇。



【天下縱橫談】與【世界軍事論壇】那一個對網路世界作出貢獻,網友們一目了然。



【世界軍事論壇】的版主hmy冷嘲熱諷【天下縱橫談】的原創文章是一個笑話。

想想看,轉載網棧對原創網棧惡毒地批評和冷嘲熱諷其實是在斷絕自己的活水,令人啞然失笑。



hmy應該照照鏡子,自己主持的論壇是什麼水平難道還需要網友公開指出嗎?



hmy主持的【世界軍事論壇】沒有一點點創作能力,卻大言不慚、尖酸刻薄地批評【天下縱橫談】被大量轉載和高度評價的原創系列文章,這是什麼世道人心?



“女大神 ”hmy還有沒有一點自知之明和羞恥之心?



己. 敗壞網路風氣的網棧



【世界軍事論壇】基本上就是一個藉著軍事來聊天的網棧,水平很低,根本夠不上「論壇」這兩個字的資格,因為除了轉載【世界軍事論壇】拿不出一篇像樣的「論文」。



聊天型的網棧不但夠不上「論壇」的資格,而且應該是所有網棧中格局最差和品級最低的。



YST不敢相信美國的華人軍事論壇素質會這麼差,這些旅美華人不是高學歷又居住在軍事科技最先進的美國嗎?

論內容,美國的【世界軍事論壇】的確比不上大陸的【超級大本營】。老實說,差的還不是一點點。

同樣都是大陸人,難道真正的高人都留在大陸嗎?

如果是,那麼大陸的留學政策真是成功。



其實聊天性質的網棧也無所謂,人類的組成有三六九等本來就很複雜,各有各的需要。「聊天」也是一種社會服務,提供網友無聊之下消磨用不完的美國時間,自有其服務的對象,也有其存在的價值,無可厚非。



【世界軍事論壇】的問題出在它的新任版主hmy,她目空一切的大話和【世界軍事論壇】的水平完全不相配,她把「聊天網棧」變成「大話網棧」和「吹牛網棧」,給人搞笑的感覺。譬如「這張圖片只有兩個人看得懂」、「真實好笑事,hmy若干年前PS的中程導彈圖,居然最近有人用。」....等等令人發笑的言詞,這個發笑是讀者因鄙視而產生的發笑。



hmy 成了網路上的鄭弘儀,都在大話,就像努力鼓氣的青蛙。



但是更糟糕的是,hmy對原創文章的冷嘲熱諷把【世界軍事論壇】變成一個「長舌網棧」甚至「毒舌網棧」,這就不是搞笑而是缺德,非常令人討厭了。



以【世界軍事論壇】目前的水平根本就沒有「毒舌其他網壇」的資格。



【世界軍事論壇】不思進取、話人短長、製造是非、敗壞網路風氣,是網路論壇的敗類。



台灣話有一句諺語叫「歹戲拖棚」,hmy裝神弄鬼的歹戲把【世界軍事論壇】弄得不三不四。



「小孩開大車」、「小人說大話」,「小學生毒舌大學生」都在hmy裝神弄鬼不露底的策略下不斷地上演。網友們的長期沈默並不是看不到這些,只不過不想惹麻煩、得過且過罷了。



但是hmy變本加厲、欺人太甚,YST今天不得不開口戳穿這個多年來吹牛長舌的潑婦。



YST 戳穿hmy是要她去照鏡子,但也由她了。

版主嘛,hmy可以關在自己的場子繼續自吹自擂、自鳴得意、說大話、用一句評論裝“女大神”裝到底。

但是寫不出一篇能見人的文章,這“女大神”能騙得了誰?



可憐的【世界軍事論壇】在hmy的主持下變成不三不四的“大話網棧”。

唉,難道不知道「青蛙鼓再多氣還是青蛙」嗎?



外面的廣大世界看hmy就是一個拼命往自己臉上抹粉的女小丑,什麼東西!



庚. 結束語



「國際網路」(internet)是二十世紀最偉大的發明,影響之深遠絕對是空前,非常可能也是絕後。



讓我們閉起眼睛想想這幅情景:在貴州山區一個貧窮的少年打開電腦正在聚精會神地聆聽美國麻省理工學院重量級教授講授最前沿的科學與工程。

這是何等偉大的力量!

這又是何等崇高的理想成為現實:讓窮人翻身!

這就是國父孫中山說的「立足點的平等」,當年國父看到中國廣大的文盲群眾心有餘而力不足,今天科學家和工程師至少把它做到了。



我們活在二十一世紀享受「國際網路」是何等幸運,但是我們也看到網路資源被大量濫用和浪費,我們不懂得惜福。使用這個偉大又免費的服務需要一個更健康的態度,我們要把能夠在網路上張貼文章看成是一種privelege而不是right,這就是所有網民都需要具有的自律精神和道德標準。



YST不能放過這個革命性科技所帶來的服務,如果錯過這個前所未有的信息服務--閃電般地速度與無遠弗屆的覆蓋,那就枉活在這個科技世界了。YST要用這個現代科技和全世界志同道合的華人共同學習、共同交流和共同見証中華民族的偉大復興。



道不同不相為謀,YST學習的時間都不夠,忙著努力把【天下縱橫談】建設成理想的學習園地和知識交流的場所,它是什麼水平自己心裏明白。YST沒有任何意願和人爭辯,大家各幹各的,各人頭上一片天。



每一個論壇都有自己的風格,【天下縱橫談】尤其是如此。台灣【聯合報】創立「網路城邦」的哲學就是讓每一個城市充分發揮自己的想像力,所以「網路城邦」的每個城市都各具特色,市長人格特質產生的特色。



YST把【天下縱橫談】塑造成一個學習的城市,嚴禁“大神”的出現,因為“大神”是最破壞學習氣氛的。



YST 舉兩個例子來說明。



日本今年發生海嘯與核洩露,【天下縱橫談】有很多原創文章討論這個問題,其中包含YST的一篇。核物理並非YST的專長,文章中自然出現錯誤。有一位市民很可能是這方面的專家,以“大神”的姿態出現批判別人的錯誤。他非常精準地說出自己的理論而且是正確的,無論學識和人品都比藏頭藏尾的hmy強多了,但慎重考慮之下還是被YST請走了。為什麼?因為他“打擂台”的文風改變了本城市的學習氣氛。



第二個例子發生在前幾天。「漫談隱形戰機」第11篇(風洞與 J-10)發表後引來了一位在美國風洞研究室工作三十五年後退休的工程師,專長是風洞的測量儀器,他以補充YST文章不足的方式介紹了他第一手的風洞工作經驗。他的文章為這個題目加磚添瓦,完全融入本城的學習氣氛,自然也就成為本城歡迎的人物。



【天下縱橫談】的市民都是真心誠意來這個虛擬城市追求知識,市民們是為了學習和進步而來,不藏私、有禮貌、互相切磋,目的就是做一個明白人。



YST 的科普文章頂多也就是田長霖口中的頭五分鐘的演講,YST也許才疏學淺,但是寫文章盡可能選擇最容易瞭解的方式傾囊相授,不藏私,不賣弄,目的是讓【天下縱橫談】的每一個市民都能學習和進步。本城市的宗旨和行事風格有別於網路中其他的論壇和版主;本城市的科普文章網友們看看就是,有沒有學習、有沒有進步自己心裏有數,有什麼好計較的呢?

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回復: YST - 漫談隱形戰機

發表 由 Admin 于 周二 7月 19, 2011 1:27 am

漫談隱形戰機(XV):隱形戰機的戰術與反制
http://blog.udn.com/YST2000/5440899



在第九和第十兩篇文章我們回答了第一篇提出的七個問題,但是YST感到意猶未盡,因為有些是負面的,並沒有增加我們的知識,譬如「磁性粉末」的笑話和「天弓三型配合好雷達」的廢話。



這一篇YST要用比較正面的方式談論隱形戰機的戰術應用和反制。



(二十四)隱形戰機的戰術使用



甲. 戰術使用決定隱形戰機的設計



任何一個新型戰機的誕生都有它的背景,也就是說,為什麼要設計這個戰機?



想想看,研發一種新型戰機耗資巨大,少則數億美元,多則上百億美元,沒有一個國家會研發一個新型戰機是等到生產以後才想到怎麼用的,而是國防部有某種需要在先,然後要求製造廠商如何設計一個戰機來滿足軍方的作戰需要。所以一個新型戰機在設計的時候國防部的軍事專家已經有如何使用這款戰機的草案了。是戰機的戰術要求在先,戰機的設計和誕生在後。



那麼美國、俄國和中國的隱形戰機的戰術使用是什麼呢?



要回答上面的問題,YST認為有三個重要問題要考慮:

1.隱形戰機是戰鬥機還是戰鬥轟炸機?

2.隱形戰機如何跟空中預警機配合作戰?

3.隱形戰機如何跟友機配合作戰?



上面這三個問題以第一個最重要。為什麼?

這個答案很簡單,戰鬥機主要是負責空中格鬥、對地攻擊可有可無;戰鬥轟炸機的任務則是空中格鬥為副、對地攻擊為主。戰鬥機與戰鬥轟炸機在個頭上差很多,只要一決定就不能半途再改了,否則前功盡棄。

至於如何配合的問題牽涉的只是通訊和戰術,可以慢慢修改,影響小得多。



如果要進一步考慮第一個問題,那麼我們首先就要搞清楚「制空權」是甚麼?這是一個非常重要的問題,而且大多數人對它有誤解,所以值得我們特別另開一節來討論。



乙. 什麼是「制空權」(air superiority)?



A.「制空權」的定義



每當談論台灣的安全總是會提到制空權問題,報章雜誌也常常談到台海的制空權如何如何重要。但是YST總覺得他們對制空權的認知有偏差,因為他們總是在比較海峽兩岸戰機的性能、飛行員的素質、還有過去台海上空空戰的記錄等等。這使得一般民眾對制空權有了錯誤的想法,以為所謂的制空權就是兩岸的飛機在海峽上空格鬥爭勝負,誰贏了誰就取得了制空權。這種看法跟真正戰爭的觀念是有巨大落差的。



50年代兩岸並沒有真打,譬如在1958年,無論是陸地上(八二三砲戰)、海上(八二四海戰)還是空中(雙十空戰)其實算不上是戰爭,只能算是武裝衝突。所以台海上空的空戰也談不上是「制空權」的爭奪,因此今天YST就來和各位網友談談什麼叫作制空權。



人們對制空權最大的誤解就是保衛領空把入侵的飛機擊落。YST相信絕大部分的讀者都是這麼認為的,這些人只是看到戰爭的表象,軍事家不是這麼看的。



制空權(air superiority)的真正意義是:控制空域以保証對地面目標的有效攻擊。



想想看,人是生活在地上的,只有有效地消滅地面上有價值的目標才能軟化敵人,才能取得戰爭最後的勝利。認清了這個事實,我們就很容易看清空軍作戰的戰略原則了:



1.自從有空戰以來,取得制空權的關鍵從來不在空中格鬥的優勢而是靠強大的對地攻擊的能力。任何不能有效消滅地面目標的行為對制空權都沒有實質的幫助。

2. 空戰的目標是控制一個空中走廊,使對地攻擊機能夠不受干擾順利的進入戰場進行對地攻擊。至於能不能夠每次都安全返航並不重要。只要攻擊機能夠成功的完成目標轟炸,就可以說成功的有了制空權。幾次空戰造成飛機的損失並不代表制空權的喪失,只要經過連續多次成功地攻擊關鍵地面目標後,敵人的制空權將完全落入我方的手中。

3.一個僅靠強大空戰能力的空軍無法改變戰爭的進程。

4.一個沒有主動攻擊對方地面目標能力的空軍將很快喪失制空權。



所以YST的結論是:

a.戰鬥機雖然非常花俏和出盡風頭,但是對戰爭真正有影響力的是攻擊機。

b.沒有對地攻擊能力或對地攻擊能力薄弱的戰鬥機在戰爭中的價值很低。



F-14就是最標準的例子,它所有的工作就是攜帶六枚遠程空對空導彈(鳳凰導彈,大陸叫「不死鳥」導彈)對來襲的敵機進行攔截,任務非常單調。F-14被淘汰是注定的,電影「Top Gun」如此廣大的宣傳也不能挽救它提前退役的命運。



B. 「制空權」的例子



YST 用朝鮮戰爭做例子來解釋「制空權」。



中國志願軍的補給是朝鮮戰爭中最為關鍵的問題,朝鮮戰爭之所以打成平手是因為志願軍前線的補給只能達到一個星期。如果中國志願軍的補給能夠達到一個月,聯合國軍早就被趕到海裏了,今天哪裏還有韓國。



朝鮮戰爭中,美國從航空母艦起飛的飛機最主要的任務就是攻擊志願軍的補給線。而所有補給線中,橫跨鴨綠江的鐵橋是最重要的大動脈,也是美國空軍首要的攻擊目標。當時負責防守鴨綠江大橋任務的是蘇聯的防空部隊,每次美軍飛機來轟炸還沒有接近大橋的時候,蘇聯的防空兵就開火了,乒乒乓乓猛打一通,炮火雖然猛烈什麼飛機都沒有打到。



終於有一天,一位解放軍軍官看不下去了,就問蘇軍的指揮官:敵機還沒進入射程你就開火猛打,根本打不下敵機,這不是浪費彈藥嗎?

蘇聯防空指揮官回答了:敵機是否打下來並不重要,彈藥供應也不是我的問題,但是如果大橋被炸毀我可是要上軍事法庭的。



看到沒有?這位蘇軍指揮官腦筋非常清楚,他下令士兵提前開火因為他不能讓美軍飛機進入投彈位置,只要美國空軍不能炸毀戰略目標,美軍就沒有拿到制空權。



好了,現在我們已經瞭解50年代海峽上空的空戰談不上什麼制空權的爭奪,因為根本沒有任何對地攻擊的行為。



現在兩岸在營造和平友好的氣氛,所以我們就用未來可能的中日戰爭做例子好了。



如果有一天中日爆發大規模戰爭,大陸在殲-10和殲-11的掩護下出動轟六和殲轟-7(飛豹戰機)攻擊日本本土和琉球島上的戰略目標,那才是真正爭奪制空權的戰爭。最初殲-10和殲-11被打下幾架甚至幾十架並不重要,只要每次轟六和殲轟-7都成功摧毀任務設定的戰略目標,那麼幾個回合以後日本的抵抗力就開始逐漸變弱,最後制空權一定落入大陸手中。



丙. 隱形戰機的戰術運用



隱形戰機的武器都是放在機身內部的武器艙中,因為如果外掛隱形的效果就大大減少。所以我們只要觀察隱形戰機攜帶的武器就可以判斷它的作戰功能。



A. F-22



F-22有一門20mm機關炮,備彈480發。

F-22的武器艙有四種組合方法:



組合1:

六枚中程空對空導彈(主動雷達導引);

兩枚短程空對空導彈(紅外線導引)。



組合2 :

兩枚中程空對空導彈(主動雷達導引);

兩枚短程空對空導彈(紅外線導引);

兩枚450磅INS/GPS制導炸彈(JDAM),滑翔距離9~24公里。



組合3:

兩枚短程空對空導彈(紅外線導引);

兩枚1000磅INS/GPS制導炸彈(JDAM),滑翔距離9~24公里。



組合4:

兩枚短程空對空導彈(紅外線導引);

八枚250磅INS/GPS制導炸彈(SDB),滑翔距離108公里。



美國的F-22非常清楚是典型的戰鬥機,主要用於攔截敵機,它對地攻擊的能力很弱,炸彈(沒有動力系統)滑翔的距離近,不但只能攻擊地面的固定目標而且還需要預先設定。



F-22可以和預警機交換訊息,也可以和 F-22同伴通訊,但是不能跟其他戰機通訊。所以在沒有預警機的情況下,F-22無法與其他戰機協同作戰,譬如掩護攻擊機進行對地攻擊。



F-22傾向於單打獨鬥,因此它的戰術運用相當有限。



B. T-50



YST不清楚T-50的武器。



C. F-35



F-35美國取名「閃電II」(Lightning II)因為「閃電」這名字已經在二戰中的某種戰機用過了。



最初的時候,F-35被稱為「聯合攻擊戰鬥機」(Joint Strike Fighter,簡稱JSF)。所謂「聯合」就是三軍(海、空和陸戰隊)通用,「攻擊戰鬥機」顧名思義就是地面攻擊和空中作戰都能兼顧。不過既然「攻擊」(strike)擺在「戰鬥」(fighter)之前,顯然偏重地面攻擊,否則會稱為「聯合戰鬥攻擊機」(Joint Fight Striker)。



現在我們來看一下F-35攜帶的武器,製造商提供了下面這張照片:



圖39:美國第五代戰機F-35攜帶武器一覽表。



讀者看到這麼多的武器必定眼花撩亂,這是製造商的宣傳廣告,故意弄出來嚇人的。不要緊,我們稍微分析一下就很清楚了。



首先,所謂三軍通用是指飛機的架子大致一樣,細節是不可能相同的,因為它們的基本作戰環境不一樣。

空軍的最簡單,常規起落,稱為F-35A;

陸戰隊的要求短距離起飛和垂直降落(Short Takeoff and Vertical Landing,簡稱STOVL),稱為F-35B;

海軍的需要加固機身和起落架,航空母艦起落,稱為F-35C。



這其中陸戰隊的F-35B問題最多,美國國防部長蓋茲在2011年01月06日宣布如果問題在兩年內不能得到妥善解決,F-35B的研發將被終止。



由於機身的結構和發動機的推力,飛機的最大起飛重量是固定的,減掉飛機的空重,剩下的數字就是燃料和武器的總共重量。這時候作戰指揮官就要對燃料和武器作出決定。武器裝載多了,油料就只好少帶,航程就受到限制;為了航程遠多帶油料,那就必須減少武器的攜帶。



所以不要看圖39上面的一大堆武器,F-35是不可能全部攜帶的,每次視任務的需要挑選幾件最合適的。



我們現在就用海軍型的F-35C作例子來說明:



最大起飛重量: 70,000 磅(31.8噸);

空重: 34,800 磅(15.5噸);

內置燃料: 19,600 磅( 8.9噸);



所以如果F-35C燃料艙滿載,那麼它頂多能攜帶15,600磅(7噸)的武器,在這種情形下最遠航程為1,400海哩(2,520公里),作戰半徑為640海哩(1,185公里)。



空對空武器:

1.中程導彈 AIM-120C AMRAAM;

2.短程導彈 AIM-132C ASRAAM;

3.短程導彈 AIM-9X 響尾蛇(未在圖中)。



空對地武器:

1.衛星和慣性制導的滑翔炸彈(500磅、1000磅、2000磅);

2.激光制導的滑翔炸彈Paveway II(500磅)和Paveway III(2000磅);

3.毫米波和激光制導的空對地導彈(Brimstone/Joint Common Missile)。



所以我們看的很清楚,F-35的對地攻擊能力非常強大:

1.用衛星和慣性制導的滑翔炸彈攻擊預先設定的地面固定目標:

2.用激光制導的滑翔炸彈攻擊臨時發現的地面固定目標:

3.用毫米波和激光制導的空對地導彈攻擊地面移動目標,譬如裝甲車輛。



上面的2和3都是F-22不具備的,其中3在現代的城市戰爭中尤其重要。



YST個人認為F-35的空戰能力不行,但是對地攻擊的能力極好,在制空權的爭奪中F-35所扮演的角色遠比F-22重要。任何小看F-35的國家在作戰中會吃大虧的。



F-35最大的缺點是太重,美國國防部不斷地要求增加各種武器載荷使這個單發動機的戰機最大起飛重量竟然超過30噸,導致航程太短和自衛能力不足(機動性差),至於不能超音速巡航倒不是要緊的問題。



當然,F-35可以在減少武器攜帶的情形下加掛副油箱(圖39左上角),852加侖(5100磅)相當於增加15%的燃料,問題是這麼做容易被遠程雷達和空中預警機發現。



單發動機的F-35最大起飛重量竟然超過30噸,相當驚人,相較之下同樣是單發動機的F-16最大起飛重量只有42,300磅(19.1噸)。YST懷疑F-35能在沒有其他戰機護航的情況下單獨作戰。



F-35目前使用Pratt & Whitney的F-119發動機,最大推力15.8噸,對30噸的機身是不足的。但是美國是發動機大國,航空發動機是老美的看家本領,技術比其他國家高出一大截,等到最大推力18.1噸的F-135發動機入役後情況將大為改善。



F-35是史上第一個單發動機重型戰機,了不起。



D. J-20



YST對J-20最大的好奇是它的機身到底有多長。由於不知道它的長度,所以不能確定它的戰術功能是什麼。

如果J-20長度到達22米,它是戰鬥轟炸機;

如果J-20長度只有18米,它就只是戰鬥機。



YST的猜測J-20的長度介於20米與22米之間,是一種對空、對地、對海的全能戰機,強調遠航程,至少能夠攜帶空對地和空對海導彈(不是炸彈),能夠對地面或海面的移動目標進行攻擊,它的作戰半徑也會比一般戰鬥機大很多,至少1500~2000公里。



中國與美國的國情不同,美國有多種轟炸機和攻擊機,所以可以不必要求F-22有太多對地攻擊的能力。但是中國沒有像B-2這種有強大深入穿透能力的轟炸機,所以解放軍要求J-20有較強的對地攻擊能力就非常自然了。



F-22為了達到極度隱形在通訊能力上作出犧牲,J-20大概不會這麼做。



YST猜想J-20和J-10、J/H-7、空警2000肯定都能交換訊息,和蘇式戰機(Su-27、Su-30)有沒有這個能力就不知道了(YST的猜想是沒有)。



不管怎麼說,J-20在戰術的運用上要比F-22更靈活,對F-35則是全面壓制。F-35面對J-20能夠生存的機率很低。



(二十五)隱形戰機的反制



甲. 天波雷達



在「彈道導彈攻擊大型海面船隻」的系列文章裏我們詳細介紹過中國大陸的天波雷達,這裏就不重複了。天波雷達屬於高頻波段(HF band),波長是10~60米,正好是隱形戰機的長度,這就會引起共振現象,加上是從上往下照射,這個方向隱形戰機的RCS最大,很容易就被探測到。



至於天波雷達的解析度差並不是問題,因為只要遠距離發現敵機、獲得大致的位置就可以採取進一步的手段。



乙. 米波雷達



天波雷達並不是大陸唯一的米波雷達,大陸展示過多種全固態米波監視雷達,譬如JY-27與YLC-4,它們的性能相當先進,對隱形目標都有非常好的表現。目前大陸的米波雷達能夠在三百公里以外發現F-22,足以提供遠程預警。



圖40:中國大陸裝備的新一代遠程警戒米波雷達YLC-4,南京電子技術研究所研發。



圖41:中國大陸的反隱形米波雷達是移動式的。



移動式的的雷達會造成敵人隱形戰機穿透的困難,尤其是B-2,因為它在出發前很難決定航線。



即使中國解放軍的水面船隻也普遍裝設用「八木天線」(參閱「彈道導彈攻擊大型海面船隻」)排列組成的天線陣作為對空和對海的遠程預警雷達,工作頻率也在米波段,有抗強干擾的能力,能在複雜的電子環境下工作,探測距離超過180公里。這種米波雷達對F-22、F-35和無人機這類隱形飛行物體的探測相當有效。



丙. 多基地面雷達



在「漫談隱形戰機(V)」我們討論過隱形戰機的設計原理是盡量把電波反射到非雷達的方向,這樣發射的雷達就收不到目標回波的訊號。



如果我們在地面上建一個雷達發射站但是建立很多雷達接收站,而且把它們用光纖系統連接起來形成一個網絡,那麼只要有一個接收站收到訊號隱形戰機就被偵測到了。這種雷達網稱作「多基地雷達」,是對付隱形戰機的一種有效工具。



丁. 光電系統與「仿生眼」(人造眼)



A. 光電系統



YST 認為中國大陸對付隱形戰機最大的殺手是長久研發的光電系統,大陸把它稱作「光電雷達」。



YST的瞭解所謂「光電雷達」就是紅外線探測,美國稱為「前視紅外線」(Forward Looking Infra Red,簡稱FLIR)或是「紅外線搜索跟蹤 」(Infra Red Search and Track,簡稱IRST),跟雷達沒什麼關係。



大陸的「光電雷達」有紅外線,有可見光,YST看到的資料可能還包括一個激光雷達來測距離,這就跟雷達扯上關係了,不過通常應該不會發射激光,因為這會暴露自己。



讀者需要瞭解在和平時期大家隨便開啟雷達進行探測活動,真正到了打仗的時候很少人敢打開雷達,都是到了最後一刻迫不得已才開機,因為不敢暴露自己的位置。



中國大陸的飛行員尤其喜歡用機上的光電系統作為探測工具,雷達其實是第二選擇。在天氣好的時候,紅外線是非常好用的。即使碰到惡劣天氣,所有的惡劣天氣,譬如雲、霧、雨、雪都在五千公尺以下,五千公尺以上的天空永遠是晴朗的。所以絕大部份的情形可以用上光電系統而不需要開啟雷達,重要的是,隱形戰機只是雷達隱形,它們在光電系統下是完全不能隱形的。



中國特別在光電系統上下功夫,中國宣稱在光電探測上的技術領先世界。



B. 目視作戰



我們參考一些下面的數字:



1.F-22聲稱他們的雷達發現自己同類的距離是13.7公里。

2.朝鮮戰場上,普通飛行員的目視距離為8~10公里,而一個視力優秀的飛行員在天氣好的情況下可以發現20公里外戰鬥機大小的目標。



在機載雷達出現以前(一戰與二戰)空戰都以「狗鬥」的形式出現,全在目視距離之內進行,所以飛行員的視力是極為重要的。YST就聽一位國軍老飛行員說過中國的空軍英雄高志航除了飛行技術精湛和作戰英勇他還有一樣天生的過人本領,那就是視力超凡,在敵人還沒有看到我軍飛機時,他就已經發現敵機、通知同伴並搶佔攻擊位置。



依靠目視來搶佔攻擊位置是極為重要的,是勝敗最大的關鍵,即使空戰進入導彈時代也是一樣,一直到1976年雷達導引的中距離空對空導彈AIM-7F(麻雀導彈)出現才改變這個局面,成為F-15的主要武器。(註:早年越戰時期的麻雀導彈非常失敗,幾乎是廢物。)



有趣的是,隱形戰機的出現在「隱形對隱形」的時候又把空戰帶回到二戰時的目視作戰。呵呵呵!



C. 「仿生眼」(人造眼)



所以用雷達發現隱形戰機有時候還不如一個視力優秀的飛行員,這就刺激中國大陸的科學家從事「仿生眼」(人造眼)的研究。



「仿生眼」一定包括紅外線與可見光。詳細的內容屬於機密,我們無從得知。不過據說大陸關鍵性的技術突破是一篇中國科學家發表的論文:



論文標題:動背景中高速掠過點目標的雙窗口捕捉算法

作者:李紅偉,王向軍,張競。

單位:天津大學精密儀器與光電子工程學院

期刊:宇航計測技術(Journal of Astronautic Metrology and Measurement)

年卷:2009年第29卷



YST 只能猜到所謂雙窗口就是兩個頻率不同的波段,但是如何用雙窗口解決快速點目標的篩選問題就完全摸不著邊了。YST非常好奇,於是用Google搜尋到這篇文章,但是看不到內容,所以無法置評。據說這是一篇非常關鍵的技術突破,它的計算方法使目標可以經由計算機自動篩選與發掘,使光電系統的目標探測(target detection)完全自動化與實時化(automated in real-time)。這就非常、非常厲害了。



中國科學家已經把這套光電系統安裝在戰機的不同部位覆蓋上下、左右、前後三百六十度的球面,就像全身都長了眼睛一樣,而且這個「仿生眼」的視力比人眼強太多了,遠遠超過一百公里,實際有效距離自然屬於機密而且不斷在演變與改進。



「仿生眼」的發明在遙感系統上是革命性的。如果有關中國「仿生眼」所敘述的一切是真的話,那麼產生的後果對美國所有的隱形戰機都是致命的。



D. 中國大陸的遠程空對空導彈



大陸已經服役的「霹靂-12丁」(PL-12D)中程空對空導彈的有效射程達到200~250公里超過美國現役最好的空對空導彈AIM-120C(最大有效射程80~130公里),也超過美國即將但尚未服役的AIM-120D(最大有效射程200公里)。



PL-12D還不是大陸最好的,中國工程師正在測試的「霹靂-21」(PL-21)空對空導彈的有效射程就更遠了,PL-21的動力系統是由固體燃料發動機和沖壓噴氣發動機的組合動力而成,有效射程達到300公里,遠優於美國現役和還在工程師設計紙上的導彈。



所以在「仿生眼」的探測下,先按下導彈按鈕的是J-10和J-20的飛行員,不是F-22和F-35的飛行員。



YST個人認為PL-21是為美國空中預警機量身訂做的,配備PL-21的J-20將是任何國家空中預警機的最大殺手。



E. 戰機的發展要均衡



沒有空中預警機提供資訊,這些被吹噓到天上的隱形戰機自己也成了近視眼,它們從「不必開機」淪為「不敢開機」,失去了大部分的作戰能力與作戰優勢,結果也就是比普通的三代機(俄國定義的四代機)好一點點的戰機罷了。



回到前面我們一直強調的原則:戰機的發展要均衡,過度追求雷達隱形得不償失。



美國國防部三十年來把空中武力幾乎全壓寶在雷達隱形上,為此耗費天文數字的鉅資,現在被証明是非常冒險和錯誤的政策,因為從太空、空中、地面和海面反制隱形戰機的手段太多了,而「仿生眼」的誕生幾乎是顛覆性的。

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回復: YST - 漫談隱形戰機

發表 由 Admin 于 周日 7月 24, 2011 2:29 am

漫談隱形戰機(XVI,完結篇):戰略影響
http://blog.udn.com/YST2000/5460783



經過十四篇的技術討論和一篇閒話,「隱形戰機」這個題目也到了應該結束的時候。這一篇是完結篇,YST要在這裏對隱形戰機作一個總結,討論一些戰略方面的影響,最後回歸政治。



【天下縱橫談】基本上什麼都談,但主要是一個政治論壇,不是軍事論壇。軍事論述只不過是論述政治的一種手段,非常重要的手段。



軍事問題最後終歸要回到政治問題,否則軍事的發展是沒有意義的。隱形戰機對空中武力產生巨大的衝擊,不但刺激了新戰術,也刺激了新科技,更對戰略產生影響。任何戰略上的影響都會直接衝擊政治。



空中武力在未來的二十年將有巨大的改變,大到足以產生國際勢力範圍的重新劃分,現在列強都在鴨子划水,YST 將做一個預測來結束本系列。



(二十六)YST 對第五代戰機的總評



甲. 戰機



已經露相的第五代戰鬥機只有4種,依照出現的時間先後順序,它們是:F-22,F-35,T-50,J-20。



在這4種戰機中,YST最不看好T-50。俄國的國力在迅速下滑,T-50是和印度聯合研發,T-50的後續發展會出問題,十年後俄國只能算半個競爭者。



F-22雖然在隱形能力上有可能比J-20高一點點,在航速上也比J-20快一點,但是J-20的機動能力比F-22高出很多,航程也比F-22大,電子設備至少持平有可能超過,因為F-22是二十年前的電子技術。



F-35目前有很多問題,最大的問題是太重。但是美國是發動機領先的大國,這些問題終究會得到解決。F-35空戰能力不行,但是對地攻擊的能力極好。



如果依照隱形能力,YST 的排名是:F-22 > J-20 > F-35 > T-50。

如果依照作戰能力,YST 的排名是:J-20 > F-35 > F-22 > T-50。



乙. 戰術



F-22的設計在二十年前是非常先進的,但是現在聰明反被聰明誤,為什麼呢?

回答:在雷達隱形上追求極致非常不智。押寶在任何單一技術是非常危險的,F-22恐怕不能通過時間的考驗。



二十年前美國的作戰思想是:

1.F-22在敵國的國境外兩百公里以亞音速巡航發動攻擊;

2.F-22進入敵國國境後展開超音速巡航;

3.由空中預警機供給目標情報,F-22在目標發現自己之前發射空對空導彈或投擲GPS制導炸彈;

4.F-22發射導彈或投擲炸彈後掉頭以超音速巡航離開敵國;

5.F-22離開敵國國境後改亞音速巡航返回基地。



上面的戰術思想,簡單地說,就是先敵發現和先敵開火,然後快速脫離戰場。



這個戰術在對手沒有預警機,尤其是沒有隱形戰機,的時候是非常有效的。所以F-117A即使沒有超音速巡航的能力、僅僅憑著過人的隱身能力就在1991年的海灣戰爭中獲得空前輝煌的戰果。F-117A執行了1271次攻擊任務,投彈超過兩千噸,沒有損失一架,也沒有一架受傷,真正做到了零傷亡。這種戰果在隱形戰機出現以前是不可想像的,所以我們說看不見的敵人是最可怕的敵人。



自此以後,美國戰機的設計就把「隱身」作為首要考量,即使犧牲一點機動能力和通訊能力也在所不惜。



但是美國這種戰術在面對軍事強國的時候就有問題了。



首先是對手也有空中預警機,甚至有預警衛星和天波雷達,可以從上方探測隱形戰機最不隱形的部分,這就逼迫隱形戰機打開雷達暴露自己。



美國的戰術是先消滅對手的空中預警機,但這並不是美國的專利,同樣地,美國的對手也想先消滅美國的預警機。如果美國面對的是中國,美國可能稍微處於劣勢,因為雙方都用隱形戰機接近預警機而美國的空對空導彈射程不如中國。



美國的戰術真正致命的地方是對手也擁有隱形戰機,這種情形「先敵發現、先敵開火」的戰術就不靈光了。首先,交戰雙方幾乎是同時發現對方。更糟糕的是,當美國戰機的火控雷達鎖定對手的時候已經進入視距內,交戰變成傳統的近距離格鬥,也就是所謂的「狗鬥」(dog fight),比的是機動能力。「狗鬥」不是F-22的長項,F-22在設計的時候就是用犧牲機動來換取隱形,F-22一旦與J-20進入「狗鬥」幾乎必敗無疑。



F- 22對J-20有點像李廣對關公。李廣眼力好可以先射一箭,立刻取關公性命;但是如果一箭不中進入短兵器廝殺,則關公刀法靈活必斬李廣於馬前。當然李廣可以射一箭就逃,因為目前關公騎的不是赤兔馬,多半追不上,但這一招非常險,因為李廣的機會稍縱即逝、出手必須非常快、逃命不能有半點遲疑。



丙. 一個假設性的交戰例子



讀者也許不太能夠體會上面所敘述的戰術所造成的結果,換句話說,體會在「先敵發現、先敵開火」的戰術指導思想下,美國所付出的代價和得到的結果。



YST用一個實際例子來說明,讀者就會有感覺了。當然,這裏面必須有一些假設,YST認為下面的假設是合理的,也是對F-22最寬宏大量的,F-22不可能有更大的優勢了。



假設1:F-22與J-20單挑而且雙方都不使用雷達以外的傳感器。

假設2:F-22正前方的RCS是0.01平方公尺。

假設3:F-22和J-20對3平方公尺的目標(F-16等輕型戰鬥機)探測距離都是100 公里。

假設4:F-22和J-20追蹤和鎖定目標的距離是發現距離的0.75和0.5。

假設5:F-22的隱身能力優於J-20 3dB,也就是說,J-20正前方的RCS是0.05平方公尺。

假設6:F-22與J-20以頭對頭的方式接近,接近的速度為2000公里/小時(略低於兩倍音速)。

假設7:F-22與J-20都不做任何機動(看過電影「劫後英雄傳」(Ivanhoe)吧?就像裏面兩個騎士決鬥的正面相對衝殺)。



那麼,簡單的計算告訴我們:



結果 1:F-22發現、追蹤和鎖定J-20的距離是28.5公里、21.4公里和14.3公里。

結果 2:J-20發現、追蹤和鎖定F-22的距離是24公里、18公里和12公里。

結果 3:F-22比J-20發現、追蹤和鎖定對手的距離長4.5公里、3.4公里和2.3公里。

結果 4:F-22比J-20發現、追蹤和鎖定對手的時間早8.1秒、6秒和4.1秒。



好了,F-22和J-20的對決我們可以下結論了:

F-22對J-20所有的優勢是早8.1秒發現J-20和早4.1秒按下發射導彈的電鈕。

但是,如果美國飛行員錯過了這4.1秒則進入狗鬥,那就凶多吉少了。



這是一個賭注,所有F-22高昂的價格、艱難的維修和不斷的毛病都壓寶在這個4.1秒上。



YST 個人認為4.1秒不值得,F-22是一個錯誤的設計。



丁. 中國在戰機設計上已經出師,開始走自己的路



落後國家在追趕先進國家的時候都是從模仿作起,設計飛機也不例外。中國的戰鬥機走了一段漫長的又非常辛苦的模仿路,俄國、美國、英國和以色列都做過中國的老師,今天中國終於出師了,開始走自己的路,J-20就是有中國風格的代表作。



YST最認同大陸英雄試飛員雷強用練字來比喻中國設計戰機所走過的途徑。

雷強說:

「我們設計飛機 好比小學生學寫字。

仿製殲-6、殲-7就是學正楷,然後在設計殲轟-7的時候就開始寫行楷了;

到研製殲-10咱們就有些許多地方開始自行探索發揮了,屬於草書;

再到四代機,咱們就不用再受到字帖的限制,可以自成一體了!」



說的是,J-20是中國獨創、有中國獨特風格的隱形戰機!



(二十七)中國隱形戰機J-20帶來的戰略影響



甲. 中國在2020年主宰第二島鍊內的天空



YST 看到J-20的照片的第一個感覺就是「大」,見下圖:



圖42:中國隱形戰機J-20的側面



YST 近距離見過美國的戰鬥轟炸機F/A-111,J-20的身形比例立刻令我聯想它,心中便一直盤算J-20的設計理念是不是強調對地攻擊。最先的估計J- 20的機身長度大約22米,接近F/A-111,後來有“專家”用一些土辦法導出J-20的機身長度只有18米,跟F-15與F-22差不多。但是這些都是主觀的臆測,J-20的大小尺寸只有製造它的成都飛機公司說了算。



目前YST仍然傾向於J-20是比F-15和F-22大的戰機,大多少就不知道了,個人認為至少有20米。大型戰鬥機是有很多好處的,尤其中國在缺乏戰略轟炸機的情形下對研發大型戰鬥機特別有吸引力。大型戰鬥機的好處如下:

1.頭大,可以安裝比F-22更大的天線增加探測距離;

2.攜帶更多燃料,有更大的航程;

3.有更大的彈艙攜帶長程巨型導彈和各種精確制導炸彈。



上面三點以第二點最重要。不過J-20也有可能有多種形式,有的是加大彈艙,有的是加大油艙,作為不同的應用,反正機身大有太多的好處,可以開發出不同的變種,譬如戰術轟炸機、電子作戰機等等。



J-20的作戰性質主要還是取決於它的發動機:

如果使用俄國的AL-31,推力只有12噸,那麼J-20就是轟炸機或對地攻擊機;

如果使用自己研發的太行發動機,推力達到15噸,那麼J-20就是偏向轟炸的戰鬥機;

如果使用自己仍在研發中的WS-15發動機(聽說取名為「華山」),推力接近19噸,那麼J-20就是實實在在戰鬥與轟炸兩用的全能戰機。



中國大陸把J-20做大是很聰明的。裝上推力不同的發動機,J-20可以有不同的作戰任務,更何況發動機的研發是持續不斷的工作,只要持續努力(絕不能停),推力19噸的「華山」研發出來是遲早的事,以目前的力道十年一定有成。但是如果J-20的機身做小了(譬如只有18米),那麼無論裝上什麼發動機它也只能是個戰鬥機。J-20距離預定的成軍時間還有六年,我們拭目以待。



J- 20的長度非常關鍵。如果J-20可以達到20米以上,YST認為J-20的作戰半徑很可能超過兩千公里,把關島納入攻擊半徑之內,這是非常關鍵的戰略指標。J-20的巨大彈艙特別適合攜帶攻擊大型海面船隻的超音速巡航導彈和重型自導魚雷,J-20的隱形加長程空對空導彈特別適合攻擊空中預警機。



F-15、F-35和F-18EF都不是J-20的對手,F-22勉強算是對手但是它自身的問題多多,真實的作戰能力很有問題。



2020年是中國空戰能力的一個里程碑,J-20的遠距離航程將主宰第二島鍊內的天空。



任何第一島鍊和第二島鍊封鎖中國的言論從來就是一個假命題,除了台灣,島鍊上的其他島嶼都是沒有自衛能力小島和礁石,根本沒有戰略價值,只要中國的海空軍強過美日海空軍,島鍊是虛的。J-20和中國強大的航空母艦戰鬥群跟本不會把這兩個島鍊看在眼裏。



一百架J-20搞定美日韓台的聯軍。



乙. 美國對台軍售已經沒有意義



台海兩岸的軍事早已失衡,90年代就開始向大陸傾斜,今天的台灣完全處於防守態勢。



純粹就軍事防禦來說,國軍空軍處於第一線,只要國軍空軍被壓制(不用提被消滅),沒有空優的海軍是無能為力的,就等著解放軍登陸。一旦解放軍的主戰坦克登陸台灣,所有的有效抵抗不會超過七天,最可能是三天就結束了。



台灣太小,海峽太窄,今天台灣的防禦就靠空軍,空軍一垮就全垮,就像倒骨牌一樣。



自從解放軍裝備了Su-27台灣就失去了空優,稍微懂一點軍事的都看的出來。



J- 10出現後,台灣的空軍就處於絕對的劣勢。台灣竭力爭取購買F-16CD是有道理的,因為最新式的F-16CD勉強可以和J-10一搏但不看好。 F-16CD其實是救不了台灣的,這時候台灣唯一的希望就是美軍出手干預,並且出動王牌戰機F-22。台灣竭力神話 F-22不但非常自然而且有其必要。



J-20出現後,台灣出現驚恐,這是當然的。想想看,連美軍都束手無策台灣還能做什麼?

這時候美國對台軍售已經沒有意義,台灣買什麼武器都不會對台海兩岸的戰爭有任何影響,一丁點都沒有,花這種錢等於丟水。



目前台灣能做的就是散佈謊言和廢話:

1.宣傳J-20比F-22差遠了(宋兆文上校);

2.中科院的神祕「磁粉」令J-20現形(宋兆文上校);

3.「天弓三型」只要配上好雷達就可以對付J-20,但是他也不知道“好雷達”在哪裏(國防部長高華柱)。



純粹從軍事的角度觀察,台灣撐不過2020年,因為美軍在東亞撐不過2020年。



丙. 台灣和朝鮮半島將納入中國的勢力範圍



F-22發生了四次墜機事件,四次都是不同的原因。

第一次墜機事故發生在2003年09月19日的試飛過程中,飛行員跳傘逃生。

第二次墜機事故發生在2004年12月20日飛機故障,飛行員跳傘逃生。

第三次墜機事故發生在2009年03月25日,上校飛行員殉職。

第四次墜機事故發生在2010年11月17日的訓練飛行,機毀人亡。



最近這次墜機的原因查明是供氧系統出了問題造成飛行員昏厥,在供氧問題解決前技術上F-22的飛行高度被限制在七千六百米,實際上F-22已經全部停飛。



F- 22的問題是不斷的,嚴重的有飛行控制軟體的設計錯誤造成剛起飛就在低空上下劇烈起伏最後墜毀在跑道上,輕微的是有一個螺絲釘因振動而鬆動造成座艙蓋無法打開必須用電鋸鋸開讓飛行員鑽出來;暫時性的問題有氧氣供應系統出問題,長期性的問題有機身強度不夠必須全部召回作結構加強的工程,這就耗資巨大了(每架需要一千三百萬美元)。最近又傳出座艙蓋有問題,每飛行一百小時就需要更換,這是鍍金的高科技座艙蓋,每個價值數百萬美元,需要如此頻繁更換像話嗎?



F- 22被過度神話,而中國的科技則被過度貶低或刻意忽視。事實上,中國的戰機設計有其獨到和過人之處,譬如大陸工程師就認為在飛行控制的技術上中國領先世界。J-10的飛行是計算機控制的(fly by wire),從試飛到現在沒有損失過一架飛機,這是世界紀錄,西方國家搞fly by wire沒有不摔飛機的。



F- 22也許性能卓越,但是它的致命處是作戰效率低下,在最近利比亞戰爭的黃金機會F-22居然缺席了,這是不可原諒的。空襲利比亞這樣的弱國機會實在難得,F-22放棄一個低危險而又可以真正實戰練兵的機會其中肯定是有什麼不可告人的原因。美國顯然的顧慮是不能承受在戰場上損失一架F-22,它會摧毀 F-22的神話,這會嚴重影響附庸國家對美國的向心力和未來美國戰機的銷售。但是科技總是要面對現實的,F-22絕不是美軍宣傳的那麼神勇。美國一旦真的和中國開戰,F-22能派上多少用場與獲得什麼樣的戰場效果都令人懷疑。



不論F-22有多少問題,除了F-22美國拿不出任何可以匹敵J-20的戰機,這不但造成美國的問題,也造成所有美國盟國的問題,譬如日本與韓國。這兩個國家都在眼巴巴的等待F-35 ,但是美國的軍事專家已經承認F-35 不是J-20的對手。



那麼日本與韓國即使數年後買到F-35也已經落後了,這F-35買還是不買呢?

如果不買F-35,日本與韓國有什麼其他的選擇呢?

答案是:沒有。



在F-35遙遙無期的情況下,最近美國極力向日本推銷最新版的F/A-18EF來取代年邁的F-4和F-15J。說實話,這是日本目前的最佳選擇,但是這能抵禦J-20嗎?

美國對日本說F/A-18EF打敗J-20沒問題。

YST說這是一個笑話。不開玩笑,F/A-18EF連J-10B都抵禦不了。



日本與韓國都必須面對被納入中國勢力範圍的現實,尤其是韓國,台灣就更不用說了。



(二十八)預測未來



甲. 美國今天的擔心是真實的



蓋茲先說中國在2020年以前不會有第五代戰機,這並不奇怪,過去六十年美國對中國的判斷很少是正確的。



但是美國人非常務實,看到J-20在2011年01月11日試飛,蓋茲立刻更正說中國的J-20在2020年的時候可能佈署50架,到了2025年佈署200架左右。



YST基本同意蓋茲的更正說法,J-20大概只會生產200架。2025年以後,中國大陸的重點會放在第六代戰機。



讀者一定會問:第六代戰機是什麼?

回答:多半的軍事家認為第六代戰機是更加智能的無人戰機,但也有軍事家認為是空天戰機。YST同意前一種說法,但不認為無人機能夠取代有人駕駛的飛機。



蓋茲說美國在2016年將擁有325架F-35,到2020年美國將擁有850架第五代戰機,到了2025年達到1500架。

YST認為蓋茲對美國第五代戰機的估計太樂觀,F-35的試飛在2016年恐怕還沒有全部完成,當然美國也可以在尚未完成全部試飛的情形下就開始量產。但更重要的是F-35太貴,美國政府瀕臨破產,沒這麼多錢購買1500架。



F-35研發的初衷是為了取代天價的F-22因為1.4億美元的單價美國實在吃不消。根據美國【航空週刊與空間技術】2010年12月16日的報到,F-35的價格不斷上漲,國防部去年的說法如下:

F-35A(常規起降型)單價為1.116億美元;

F-35B(短距起飛垂直降落型)單價為1.094億美元;

F-35C(彈射起飛攔阻著艦型)單價為1.429億美元。



過去的歷史告訴我們製造商一定會玩老花樣,先讓國會上鉤,等到真正開始生產時再加價,所以幾乎可以保証其價格會遠高於上面的估計因為政府已經沒有其他選擇了。其實這也不能完全怪廠商,美國戰機之所以如此昂貴是由於美國軍方盲目追求高科技的結果,這種戰術思想短期內不會變的。



YST猜測,美國政府的赤字壓力太大,所以F-35只會生產原定數量的一半,然後另一半由F-15與F-18的改良型來替代。



F-35 給盟國帶來同樣的困擾,經濟低迷的歐洲國家完全承受不起F-35的高價,亞洲國家大概只有日本有能力購買。最後這些國家買還是會買的,但是數量會減少。



YST認為F-35在2017年量產的售價會接近兩億美元一架。如果美國執意進行量化寬鬆的經濟政策因而出現QE3與QE4,那麼F-35的售價肯定突破兩億,三億都有可能。



更重要的是,買了F-35也無法獲得空中優勢。F-35將全面被J-20壓制,對日韓而言還沒有買就已經落後,買來做什麼?



J-20象徵美國空中優勢的終結。



蓋茲的擔心是有道理的。想想看,F-22從第一次試飛(1990年)到正式成軍(2005年)耗時15年。J-20如果2017年成軍,那麼這段時間就只花了6年。中國研發的速度太快了,美國還是害怕的,能不擔心嗎?



乙. 美國空中武力的優勢將在2030年終結



回顧以前YST寫的文章:

「虎年談天下大勢:彈道導彈攻擊大型海面船隻(XI,完結篇)」(2010/10/25)



上面這篇文章就談到中美之戰的三個關鍵時間,其中就清楚說明到了2030年中國無論是空軍還是天軍都至少跟美國持平,有可能超過。YST寫這篇文章的時候中國的隱形戰機還沒有公開,所以不是看到J-20首飛成功才這麼說的。



科技的發展有一定的軌跡可尋,YST判斷的依據是中國大陸科技研發的廣度和成熟度,未來的十年將是大陸科技成果的爆發期。我們拭目以待。



2030年應該是中國第六代戰機出現的時候,也是超大型客機(相當於波音747)和超大型運輸機(相當於美軍C-17)出現的時候。中國大陸至少會有兩種隱形戰機(一個重型、一個中型)、一種隱形重型戰略轟炸機和數不清的各種無人機(隱形和非隱形、武裝和非武裝)。



無人機在未來的空戰中將扮演舉足輕重的角色。中國大陸在無人機的研發上投入大量的人力與經費,研發的型式可謂遍地開花,其中最具代表性的就是「龍翔」(偵察機)與「暗劍」(戰鬥機),見下圖。



圖43:中國大陸的長程無人偵察機,「龍翔」。



圖44:中國大陸的無人戰鬥機,「暗劍」,它一定是隱形的。



中國已經明言在未來的空戰中一定會運用無人戰鬥機。讀者需要瞭解,一旦無人機加入實際戰鬥,空戰的戰術就變得非常複雜了,尤其對隱形戰機形成嚴重的威脅。美國三十年來押寶在隱形戰機所形成的戰術將面臨全新的考驗,YST不看好F-22。



讀者一定會問:美國也會有無人戰鬥機對J-20形成威脅呀?

回答:是的,那就要看誰拼得起消耗了。戰爭本來就是一場消耗戰,拼的就是生產力。猜猜看中美那個國家會先破產?



YST的判斷當中國推出第六代戰機的時候,美國空中武力的優勢也就終結了。



二戰以後,美國用領先的武器稱霸世界,也用昂貴的武器作為工具組成政治聯盟並維持它的軍火工業。但是當昂貴的武器不再是性能領先,產生的後果是災難性的。附庸國家的效忠心開始動搖,而美國已經沒有安撫的財力與技術能力,這是美國面臨的困境,下場只能是戰略收縮。



J-20雖是單一武器,但是對美國全球霸權造成的衝擊是巨大的,美國必定會為此付出政治代價。



想想看,中國用J-20搞定亞洲,用J-10搞定第二世界,用FC-1(梟龍)搞定第三世界,歐洲本來就對美國諸多怨言,美國的霸權世界還剩下什麼?



美國先笑,因為它發明了隱形戰機。但是,誰會笑到最後?



丙. 中國將在2030年以前宣布中國版的「門羅主義」



1823年12月02日,美國總統門羅(James Monroe)發表演說,內容用YST的白話語言就是:

美洲是美洲人的美洲,你們這些歐洲國家都不要來染指美洲的事。



上面這個演說就是歷史上有名的「門羅主義」(Monroe Doctrine)。



回顧歷史,美國在1776年獨立的時候是一個很弱的國家,英國派兵燒了美國的國會大廈,法國、德國、俄國、西班牙這些歐洲列強也都不把美國放在眼裏,美國只能忍受,因為知道自己力量不夠強大。但是到了門羅當總統,他認為美國已經具備相當的實力,不能容許歐洲國家來美洲爭奪利益。於是在1823年12月02日發表著名的「門羅主義」,鄭重聲明美國的勢力範圍,不容許歐洲國家的侵犯。



「門羅主義」非同小可,這是一個零和遊戲,直接侵犯了所有列強的利益,肯定造成列強之間的怒氣與怨恨,所以任何國家宣布自己的勢力範圍必須具備足夠的武力來執行。譬如西班牙就不買美國的帳,於是1898年發生了「美西戰爭」。結果西班牙戰敗,不但退出了美洲的古巴和波多黎各,而且把亞洲的菲律賓也割讓給美國。



美國是靠空中優勢打仗的,失去空中優勢的美軍基本上戰鬥力剩下一半。所以當美國在2030年不再對中國具有空中優勢的時候,也就是美國勢力應該退出亞洲的時候。這種勢力範圍的重新劃分可以透過外交談判,也可以經由一場局部戰爭來解決。不論是哪一種方式,中國必須向全世界發出正式的外交宣言。



YST認為到了2030年中國已經具備擊敗西方任何國家的實力,忍受了一百九十年的鳥氣也應該終結了。不論是誰做中國的領導人都應該在這個時候宣布中國版的「門羅主義」,把所有列強的勢力都趕出亞洲,確立中國在亞洲的領導地位和主宰亞洲事務的權力。



丁. 美國勢力將在2050年以前完全退出亞洲



勢力範圍的劃分是要經過時間考驗的,歐美列強絕不會服氣中國的「門羅主義」,日本和印度更會拉攏歐美列強來挑戰中國。這個時候的中國必須用軍事力量確立自己的勢力範圍,軍事衝突是免不了的,就看有多大了。



想想看,「門羅主義」宣布後,過了75年還發生了「美西戰爭」。

想想看,也只有通過「美西戰爭」美國才真正確立了她在美洲的勢力範圍。

想想看,也只有通過第二次世界大戰美國才真正確立了她在全球的勢力範圍。



戰爭並不全是壞事,因為只有通過戰爭獲得的和平是最穩固和最持久的。



不要談什麼「上兵伐謀」、「最下攻城」、「不戰而屈人之兵」的大道理。如果沒有戰爭的準備和不惜一戰的決心,「不戰而屈人之兵」是一句空話,連台灣人都不服中國大陸,何況老美。



叢林世界是非常現實的,做「爛好人」非但對中華復興於事無補而且還會被瞧不起。中國要先拿回自己應得的,恢復漢唐的聲威和勢力範圍之後再談仁義道德。



西方國家包括日本都是膚淺的霸道國家,他們的民族性是侵略性的、掠奪式的,就連他們的宗教也都是排他的(耶和華是世界上唯一的真神,其他的宗教都是異端),怎麼可能公平的對待外國人和異教徒?所以西方國家主導的世界絕不可能是一個公平的世界,一定是紛爭不斷、武力衝突不斷的。



美國的霸權則是結構性的,因為美國遠離世界人口和文化中心的歐亞大陸,美國不但需要成為全球的霸主而且必須挑撥和攪亂歐亞大陸的秩序才能維持自己“調停”的身分,否則這個霸主就沒有意義了,也撈不到任何好處。



中華民族不是一個侵略性的民族,也不信奉強烈排他性的宗教。但是處在這個叢林世界身不由己,中國只有透過戰爭(沒有任何其他的方法)才能建立一個王道的統治世界,那麼這個世界的紛爭將會比現在少很多,這就是胡錦濤口中的「和諧社會」。如果能做到這一點,就是中國對世界和平最大的貢獻了。除了中國,也沒有任何國家具有這樣的軍事力量和文化力量能夠構建一個和諧的世界。



最近美國大談「重回亞洲」,這是一個偽命題。從1853年美國海軍佩里將軍率領先進的蒸汽動力艦隊進入日本江戶灣(「黑船事件」)起,美國勢力從未離開過亞洲。今天歐巴馬政府強調「重回亞洲」不過是集結更多軍事力量在亞洲而已,特別是東亞。這也讓我們深刻體會到中國的崛起是不可能透過和平方式的,天下沒有這等便宜事。想想看,美國的霸權也是真刀真槍打下來的,憑什麼拱手讓人?



但是西方國家帝國主義在亞洲的氣數已盡,美國的高科技武器在2030年以前將被中國全面壓制,美國退出亞洲的勢力範圍是大勢所趨,無法逆轉。



戊. 中國的崛起是回歸歷史常態



中華民族的特色是智慧、勤勞和勇敢,全世界找不出第二個。



今天美國勢力主宰全球是一個不正常的現象,是第二次世界大戰把歐亞大陸弄得一片殘破被美國撿了便宜,尤其中國本土的戰亂從1840年到1949年從來沒有停止過。



中國的崛起不是什麼奇蹟,而是重回中華民族幾千年來在地球上固有的地位,世界領先的位置。



一百年來,西方國家不斷誇耀的不就是科技麼?這點科技算什麼?中國人學不會嗎?

想想看,我國南北朝的數學家祖沖之(公元429~502)一千五百多年前就已經計算出圓周率在3.1415926和3.1415927之間,精確到小數點第七位並且找到22/7和355/113這兩個近似值;祖沖之計算月球繞地球一周為27.21223日,精確到小數點第五位(今天天文學家公認的數值是 27.21222日)。中國數學和天文如此輝煌的時候,西方科學家在那裏?

宋朝燦爛的文化舉世皆知,中國的科技即使到了明朝也是領先世界的,造船技術、航海技術、火炮技術舉世無匹。當年西班牙的「無敵艦隊」如果碰上鄭和的艦隊必敗無疑。



中華民族的衰弱固然由於自身政治的腐敗,但是西方列強的入侵與戰亂使中國沒有喘息的時間與振作的機會是最重要原因。



在歷盡一百一十年的戰火摧殘和失去五百八十八萬平方公里的土地後,中國終於爭取到六十年的和平建設,世界格局立刻改變了。

如果在本世紀中期(整整一百年後)中華民族還不能重回漢唐的世界地位,那我們真是愧對祖宗。



在沒有重大戰爭發生的假設下,YST認為中國的國力和軍事力量在2030年將到達無可爭議的全球第一。

然後中國需要20年來確立自己在亞洲的勢力範圍和國際地位,最好是通過一場局部戰爭,因為經過戰爭劃分的勢力範圍最踏實,最令列強心服口服。



2050年,美國勢力將完全退出亞洲,其他國家就更沒有能力挑戰中國的領導地位了。這個時候才是中華民族偉大復興的真正到來。



(全文完)

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回復: YST - 漫談隱形戰機

發表 由 lung 于 周四 12月 13, 2012 3:44 pm

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