美中第5代隱形戰機製造的爭霸錄(2023年版)─美中經濟(28)

2020/10/02閱讀時間約 20 分鐘
作者:陳華夫
中國C919大型客機是中國按照國際民航規章自行研製、具有自主智慧財產權的大型噴氣式民用飛機,座級158-168座,航程4075-5555公里。C919與當前世界最主流的機型波音737和空中巴士A320級別相當。已經累計取得28家客戶815架訂單,其中中國東方航空為全球首家用戶。與C919配套的中國航發「長江」CJ-1000A渦輪扇發動機研製取得最新進展,鈦鋁合金低壓渦輪葉片已經通過疲勞考核,正準備裝機考核,一旦中國C919現在使用的CFM國際LEAP渦扇發動機(此型發動機是由美法合資的CFM國際所研發,使用於空中巴士A320neo波音737MAX)被西方封鎖時,則能遞補上陣。更大的客機C929配備的長江CJ-2000渦輪扇發動機也正在攻關中,推力將從長江CJ-1000的13噸增加到35噸。(見國產大飛機C919今年將交付第一架大陸國產客機C919新突破 新發動機推力增2倍、及1月31日,C919傳來天大喜訊!今年交付第一架,美國不給適航證我們自己發!徹底打破美歐壟斷
據媒體2023/5/30報導,中國國產C919客機近日進行首次商業飛行,美媒報導,這是中國戰略性產業結束對外國技術依賴的一個里程碑;也是波音空中巴士在中國市場首次面臨挑戰。(見中國國產大飛機C919商飛成功 挑戰波音空巴
中國商用及軍用飛機的渦輪扇發動機,長久以來都是被西方「卡脖子」的短板軟肋。渦輪扇發動機在傳統的渦輪噴射發動機上,安裝了一具「渦輪帶動的風扇」和一個「外涵道」。「渦輪風扇」轉動壓縮空氣,經壓縮的空氣分為兩股氣流:(1)外股氣流(經「外涵道」)平行流動,經噴管直接排出,產生推力;(2)內股氣流與普通噴氣發動機一樣,經過(「內涵道」)壓氣機、燃燒室和渦輪之後由噴管排出。外股氣流量與內股氣流量之比稱為「涵道比」或「流量比」(bypass ratio)
1950年代的第一代渦輪扇發動機,「涵道比」約為1左右,以美國的JT3D發動機為代表,其「推重比」(TWR (Thrust-to-weight ratio))在2左右。1970年代的第二代渦輪扇發動機,「涵道比」則高達到5~8,以美國的F100、F110、F404,歐洲的RBl99、M88-3,蘇聯的RD-33和俄制AL-31發動機為代表,其「推重比」在8左右。1990年代以後的第三、四代渦輪扇發動機的「涵道比」更高,在7~10之間。以美國的F119和歐洲的EJ200發動機為代表,「推重比」已達10以上,其中F119裝備了F-22戰鬥機,EJ200裝備了“颱風”戰鬥機。而第三、四、五代戰機的控制系統也由第一、二代戰機的機械控制提升到電腦數位控制,中國二代機殲7是1966年首飛,30年後,三代機殲10是1998年首飛,13年後,五代機殲-20是2011年首飛,發展速度之快世界獨一無二。(見:甯南山:一窮二白時造出殲十的中國人,請不要說自己沒信心
到了21世紀的第五代航空發動機,以美國的F135發動機和英、美聯合研製的F136發動機為代表,「推重比」為12~13,其中F135發動機裝備在F-35戰鬥機上。2010年以後,依靠其強大的技術研發能力,美國已經開展第六、七代航空發動機預計「推重比」將達到20以上。
現今的第5代隱形戰機只有4款:美國的F-22F-35、俄Su-57、及中國殲-20。其中Su-57逆蹤隱身能差,F35巡航速度、最大航程較小,只適合近距離作戰。F-22的全面性質最佳,逆蹤隱身比殲-20強,但最大航程約為殲-20的一半。(按:美國官方已稱F-22F-35第5代隱形戰機,但部分媒體依然稱為第4代。)
世界十大軍用航空發動機排名前五的是:(1)F135發動機;(2)美F-119渦扇發動機;(3)中WS-15渦扇發動機;(4)俄AL-31渦扇發動機;(5)中渦扇-10B太行發動機。(見世界十大軍用航空發動機排名,中國三款型號上榜,WS-15排名前三
  排名第三的WS-15發動機的最大加力推力超過了180KN,推重比達到了10,這也使得殲-20隱形戰鬥機的機動性能和速度將會得到一個新的提升,彌補了最後的一個弱點。當然,WS-15發動機在推力和推重比等性能上都已經可以媲美國外的同類型產品,但是在使用壽命,大修時間和穩定性上依然還是存在較大的差距,這些工藝和材料上的差距並不是短短十幾年的時間就可以追趕,依然需要長達數十年的積累和沉澱才能慢慢縮小差距(見美媒評選全球五款最強發動機:美國獨佔前兩席,我國WS15首次入榜
據美國航空週刊對F-22F-35塗裝的解析,隱形塗層主要由三部分:(1)最內一層是用於消除蒙皮鉚釘和接縫的填料層,讓整個機身表面光滑,避免因接縫和鉚釘增大雷達反射面積;(2)中間一層是導電雷達吸收波塗層,用於吸收削弱照射在機身表面的雷達波,配合戰機隱形外型獲得完整雷達隱形能力:(3)最外面一層是紅外線面漆,用於抑制戰機的紅外線輻射。一般來說紅外線面漆是耐磨耐氣候性較好的聚氨酯基漆加上各種添加成分組合而成,塗料中摻入大量5-500μm直徑的玻璃微球,能有效降低特定波長的紅外線輻射,同時也形成隱形戰機外表的強烈金屬光澤。F-35的紅外線影像表明,在使用紅外線面漆後,該機的中波紅外輻射明顯降低,而多數紅外線感測器就在這個波長工作。(關於「隱身科技」,請看拙文什麼是「快速光介質」隱身斗篷─科技與智慧(19)
而中國的殲-20銀光閃閃的外觀代表該機在紅外線抑制上的功能,主要用於明顯降低在紅外感測器中的醒目度。除紅外線面漆外,殲-20所使用的國產WS-10引擎上的鋸齒尾噴管,尾噴管魚鱗片上的黑色特殊塗層,以及使用全動式垂直尾翼和腹鰭對尾噴管兩側進行遮蔽設計,顯示對紅外隱形的重視度。美國F22戰機外部塗層中摻雜了大量液態銀,此材料擁有超導的特性,不但可以吸收電磁波,還能保證戰機不會散射出大量電磁波。但銀的導電性能遠不如殲-20所使用的石墨烯,它可以有效的隱形溫度高達千度的發動機噴嘴。並且,得益於石墨烯重量輕體積小等特性,而增加殲-20的攜帶油料或載彈量,以致提升整體打擊能力和航程。(見石墨烯,殲20戰鬥機的隱身材料到底有多強?
運20是中國版的波音C-17全球霸王III(Boeing C-17 Globemaster III),由美國麥道公司(現為波音)研製。C17比運-20更大,空載重量比運20高27噸,載荷高出11.3噸。發展C17的時間是美國迄今為止歷時最久的飛機研製計劃,從1981年麥道公司贏得發展合約到1995年完成全部的飛行測試,一共耗時14年;在發展經費方面,它是美國有史以來耗資第三大的軍機,排前兩位的是B-2匿蹤轟炸機和E-3空中預警機,可見這個項目的地位之重。
C17滿載不空中加油的航程為4630公里,空載轉場航程8700公里,空中加油後的最大航程11600公里,可以從本土直飛前線。貨艙寬度為5.49公尺,長26.83公尺(包括貨艙門部分),高3.8(最高處4.11公尺)。貨艙寬度可並列3輛吉普車,2輛卡車或一輛M1A2戰車,也可裝運3架AH-64「阿帕契」武裝直升機。貨艙地板由鋁合金縱梁加強,可以承載55噸重的M1主力戰車,有消息說,62噸的M1A2型主力戰車也可承載。空投能力包括空投27,215~49,895公斤貨物,或102名全副武裝的傘兵和一輛M1主力戰車。C-17貨艙門關閉時,艙門上還能再放貨物,承重18,150公斤,相當於C130全機的裝載量。但它的造價非常昂貴,已於2015停產,2015/11/29日,最後一架C17的訂單從加州長灘出廠,將交給卡達軍方。
中國現役運- 20發動機使用的俄製D-30KP-2,但2020/11/21日首飛的新版運-20的發動機要比以前粗壯的多。一些內部消息亦證實,新型發動機就是渦扇-20。渦扇-20(WS-20)推力據信達140KN至160KN(即13噸至16噸),2014年曾裝配在伊爾-76實驗平台上試飛,而俄製D-30KP-2推力僅為12.5噸,也將用於新型轟-6長程轟炸機。長久以來,中國無法出口在俄制蘇-27/30戰機基礎上研製的本國戰鬥機,因為這些戰鬥機並未裝備中國自己研發的引擎,如果中國試圖交付使用俄製引擎的戰機,俄羅斯將阻止此類軍售。但是,當運- 20擺脱了俄製發動機的掣肘,就可根據自身需求,想造多少就造多或出口。(見中國運20 VS 美國 C-17,全球頂尖大型運輸機到底誰更強?被指重大突破 中國運-20配國產渦扇-20航空發動機首飛、及換裝陸製引擎 運-20外觀變化
據媒體報導,2022/9月,飛往奧地利參加航展的「胖妞」(即運- 20),以及同年11月參加珠海航展的「運油-20」(由「運- 20」衍生的加油機),使用的仍是「D-30KP-2 」或「渦扇18」引擎,但有傳媒估計,「渦扇20」2023年有望小量交付試用、2025年能批量生產,屆時「運- 20」便將全面採用「中國心」。另外,目前「運- 20」的產量暫未能滿足國內需要,惟不排除日後她有機會出口到其他國家,而換裝國產引擎,「胖妞」出口也不用看其他人的「臉色」(見運- 20換裝國產引擎,不再受制於人
大陸自主研發的大型運輸機「運- 20」量產後,已成為共軍運輸主力。至於大陸造一大堆運- 20能做什麼呢?軍事專家施孝瑋認為,若台海衝突,運- 20可以裝載一輛99大改坦克,可以直接降落在桃園國際機場。(見大陸為何造一大堆運-20?軍事專家驚爆:可裝載「它」
快速光介質」是一種超材料,不僅可應用在隱形斗篷,也可與轉換光學器件結合導致各種微波領域的應用,例如,頻率選擇性表面(FSS)天線罩等。據西方媒體報導,中國在「超材料」技術中獲得突破性進展,若將這些材料和技術運用在戰機上,殲10和殲16戰機,也將具備隱形能力,而本身就有隱形能力的殲-20戰機在使用該材料後,機身的隱形性能更能位列前茅,有機會和美國戰機相抗。(見陸研發超材料 殲-20隱形力升級
但2016/8中國「電科1」的「智慧感知技術重點實驗室」發布成功研製單光子檢測量子雷達系統獲得了百公里級探測威力(見陸製單光子量子雷達探測達100公里 高靈敏追蹤「隱身戰機剋星」),探測靈敏度極大提高,指標均達到預期效果,並且可以發現現役的第5代隱形戰機。(詳細,請看拙文美中「量子科技」爭霸─科技與智慧(8)
最新生產的殲-20的發動機尾噴口採用了鋸齒化隱身處理,和以往的尾噴口有明顯的區別,這意味著殲20已經開始換裝中國自產的WS-10B發動機(「推重比」:7~9),雖然WS-10B也僅是第三代大推力發動機,但是相較俄制AL-31發動機太行B發動機,最大推力提高到了14.5噸, 但最大推力仍遠遠落後美國。
目前殲-20的脈動生產線類似汽車流水化自動生產線,通過精益生產流程,導入機械自動化,大大節省生產時間,一條脈動生產線可年產12-14架殲-20。以現有3條線計算,年產能大概在36-42架殲-20。但F-35戰機目前每年是134架,並且按照「諾克希德馬丁」的規劃,F-35的產量將達「一天一架」的365架/年。據美國The Drive網站「戰區」專欄報導,兩家美國公司完成創新性的空戰模擬測試,在戰機的駕駛艙中引入增強現實技術,通過戰術人工智慧讓飛行員與虛擬敵機進行對戰,而對抗的虛擬敵機是以中國的殲-20戰機為原型創建。(見美軍虛擬訓練 以殲-20為假想敵
但實際飛行F-35的飛行員發現不少問題:雖然F-35是第一架使用觸控式螢幕技術的戰鬥機,但有名飛行員說他大約20%的觸控式螢幕點擊都毫無效果,此外在飛行中遭遇湍流或者在大超載機動中出現機身抖動時,飛行員的手指往往會點到觸控式螢幕的錯誤部分,這種情況的發生率也在20%左右。並且F-35語音辨識功能,顯然這項功能完全是擺設。這位元飛行員表示語音輸入可能在地面試驗臺上能很好工作,但是在飛行中大超載機動之下,該系統被發現不能持續穩定工作,基本上沒有F-35飛行員使用。(見揭秘F35致命缺陷:重要功能是擺設新設計成倒退
最近,美國空軍披露了他們所做的模擬空戰演習的結果,那麼他這個模擬空戰,是以什麼樣的戰鬥機,對抗其他國家的戰鬥機呢?他的主力戰機,這次模擬的主要是美國的F-35B隱身戰機,模擬對抗對手,是中國的殲-20、殲-16、殲-10C。模擬推演的結果美國的F-35是以失敗告終,這是美國空軍的結論。(見美軍推演F-35B介入台海遭遇恥辱性慘改,面對中國為何不堪一擊?根據空軍將軍的說法,當今的 F-35A 不值得參加高端戰爭遊戲、及美國空軍的一場兵棋推演展示了美國空軍需要什麼才能在 2030 年阻止或戰勝中國
據美國外交雜誌《外交政策》的報導,每生產一架F35戰機,需要920磅(約418.2公斤)稀土材料(詳細,請看拙文「石油時代」翻篇與「稀土時代」崛起的啟示錄─美中經濟(26)),所以365架/年的F-35產量,每年就需要153噸的稀土材料。但中國稀土礦藏占世界86.3%,掌握了美軍武器所需的稀土產品和材料,除了F-35戰機的生產需要稀土材料,每艘弗吉尼亞級核潛艇需要9,200磅(約4.2噸),並且,戰斧導彈,制導系統和噴氣發動機都需要使用17種不同稀土材料中的某些元素的合金和特殊產品的不同組合。據媒體報導,中國將自2023/8月1日起對稀土材料的鎵、鍺相關物項實施出口管制。屆時出口商在申請出口許可證時,需提供金屬用途的詳細訊息。這將嚴重影響美國的武器製造。(見中國限制鎵鍺出口反制西方 一次看懂2戰略金屬用途、影響層面
據2023/6/7媒體報導,世界第一是在設計上具備超音速巡航、超視距作戰、高機動性、對雷達與紅外線匿蹤等特性的 F-22 ;世界第二是全球最多國家引進的第五代戰鬥機F-35;世界第三是Su-57 ,它是俄羅斯的首款匿蹤戰機,設計指標包括超音速巡航、匿蹤、超機動及先進航電等,以對付前代戰機及地面與海上的對空防衛,其機動性和速度甚至可以與最兇猛的戰鬥機相媲美,同時還擁有最先進的武器,包括空對空導彈和空對地導彈;世界第四是中國殲-20 戰鬥機,其真正能力只有中國政府知道。殲-20它強調的是正面匿蹤,這使它成爲有效的長程攔截機,適於空中作戰。另一些人則認爲殲-20是一種長程攻擊機,適合用於穿透敵人的防空火網並破壞地面上的重要設施。這些高價值的目標包括機場、指揮中心和其他軍事設施。(見世界上最優秀的十款戰鬥機 中國殲-20僅排第4 第一名是它.....
又據2023/7/10媒體報導,渦扇-15WS-15)將讓殲-20的機動性更強、爬升速度更快,周晨鳴甚至認為渦扇-15的性能與美軍為F-22設計製造的F-119發動機旗鼓相當。由於殲-20原型機2011年首飛、2017年服役時,都是搭載俄製的AL-31發動機(Su-27的發動機),雖然後來換裝了國產的WS-10C,但性能仍有待提升(最大推力介於32000至35000磅)。換裝WS-15殲-20首飛成功,才讓中國空軍迎來他們期待已久的國產發動機。(換裝國產「渦扇-15」雙發動機首飛,共軍第五代戰機「殲-20」能與美軍F-22一拼嗎?
結論:
美國目前是飛機製造及飛機發動機領先世界,但今後要繼續保持世界霸主的地位,得先妥善解決稀土材料供應鏈的棘手問題。殲-20換裝WS-15的首飛成功,為中國迎來期待已久的國產飛機發動機,縮短了與美國霸主的差距。
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思想家─理解、解釋、預測世界。發表:9篇「深度政經分析」、6篇「現代開悟之洞識」、10篇「學習的本質」、13篇「美中關係」、4篇「驀然回首」、21篇「文學與藝術」、36篇「科技與智慧」、9篇「圍棋的本質」、40篇「美中經濟」、28篇「美股的本質」、12篇「美聯儲的本質」、12篇「貨幣及美元的本質」,共201篇。
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