最具创意的五代机苏75

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7月20日莫斯科航展第一天,俄罗斯最新锐的苏-75战斗机揭开了黑色蒙布正式亮相,俄罗斯总统普京亲自到场视察。这款构型奇特的战斗机保密工作做得几乎滴水不漏,直到航展开幕前进场外界才第一次知道它的确切存在,这和大多数西方国家研制5代机时刚有个PPT就大肆宣传形成了鲜明对比。

联合航空制造集团公司(UAC)CEO尤里?斯柳萨尔(兼任苏霍伊CEO)在揭幕仪式上说该机的研制过程非常快,因为采用了先进的全数字化计算机设计和虚拟测试系统,仅仅略超过一年(毛子的话我只转述,不予证实,相信多少大家自行判断)。不过俄罗斯工贸部长丹尼斯·曼图罗夫说工业部门开发新战机概念花费了4年多时间。

苏霍伊作为新机的研制主体声称已经在准备实机测试,意味着原型机可能已经制造或即将开始制造。官方没有给出具体时间表,俄罗斯媒体预计年首飞,年开始交付,航展上展出的是一架完成度相当高的地面工程测试样机,而不仅仅是一个模型。

俄罗斯军方没有下达任何研制任务或者订单,这是个相当纯粹的外贸项目,所以并没有官方赋予的正式编号。UAC用于市场推广的绰号是“TheCheckmate”,就是国际象棋里的将军(名词)。很多网友在探讨怎么翻译更合适,比如“将死”、“将杀”,字面上讲“将军”就很合适,只要你能理解这是指下棋而不是军衔就行,私底下我觉得应该叫“王炸”。

机身上喷涂了“75”,内部编号是T-75,苏-75则是媒体的叫法(我也姑且叫这么叫了)。斯柳萨尔确认该项目的研发是由UAC的母公司俄罗斯技术集团(Rostec)自行筹资完成的,起名75就是把苏-57的数字对调,显示它将成为苏-57的补充,而且5和7是苏霍伊德幸运数字。但是它很可能会在同属联合航空制造集团的米格航空器集团生产,而不是苏霍伊自身。

Rostec及旗下子公司最近几天正在媒体和网络上为新机积极造势,潜在客户是亚洲、中东、非洲和拉美国家,他们正在寻求可负担得起的第五代单发战斗机。俄方的市场分析显示将有架的需求,不过尚未开始任何商务磋商。

海外和国内的媒体对这款全新战斗机表现出极高的兴趣,但是着眼点却不尽相同。海外主流军事媒体基本上只是转述了俄方新闻稿上的性能,对飞机本身没有过多的评述,更关心的是苏-75和苏-57在俄军体系中的关系、量产的可能性和出口前景;国内的自媒体则早早地对苏-75评头论足了一番,大体的印象就是俄罗斯已经没落的航空工业在苏-57久久不能量产的情况下再次出手,水平还是很差,隐身不行,航程不行,航电也不行,秀出了五代机的下限。

我通常都不喜欢蹭热度,只凭非常有限的资料、低精度的图片/视频,甚至像一些网友说的看一眼就知道了,很难保证得出的观点是客观全面的。等到更多高清图片公布之后细细品味,才能发现很多妙处。

而贬低俄式武器现在几乎成了军迷圈里的政治正确,之前写苏-57、“阿玛塔”坦克的时候,就有人相当愤怒地留言说你怎么能把毛子说得这么好,俄罗斯的东西还用吹,我只能说你没仔细读文章吧。我绝对不是什么俄吹,不管哪个国家的武器,该夸的夸该贬的贬,欣赏某些方面并不等于无脑地吹嘘,提出批评也不等于一黑到底。

对于苏-75,我想说在已经面世的各种量产机、验证机、模型、PPT里,它绝对是最具创意的一架,如果考虑到俄罗斯目前的国力,它的创造性甚至比歼-20的意义还大,为布局雷同又无法兼顾隐身和载弹量的中型五代机闯出了一条新路。

前提

和苏-57的文章一样,在细品苏-75之前,先强调2个前提。

在疫情和西方制裁的双重打击下,年俄罗斯的GDP排名已经被韩国超越,以1.67万亿美元列世界第12,为美国的1/13,前十名排位没有变化。

俄罗斯的军费开支在年有较大回升,不同的调查机构数值不同,以下面斯德哥尔摩国际和平研究所数据为例,亿美元排在美、中、印之后列世界第4位,不足美国的1/11,但它占GDP的比例在前15位里仅次于沙特和以色列,达到4.3%。

两组数字充分证明受国力所限,俄罗斯在军事方面的投入已经是竭尽全力了。这也解释了为什么这架地面样机的表面工艺相当粗糙:自费研发的外贸机,在没找到金主之前兜里真的没余钱去精雕细刻,不能事事都拿中美的标准去要求人家。

上图是广为诟病的苏-57主翼上表面螺丝,但这是一架早期验证机,下图为苏-57量产型,蒙皮光滑平顺程度大为改观,和苏-30共线生产能有这个水平说明俄罗斯航空工业是可以做得更好的。

要评价一架飞机的性能,首先要确定它的尺度,拿中型机去和重型机比显然是不公平的;而不少人也因为俄方轻型战斗机的称呼把苏-75认为和米格-21差不多大。它有到底多大呢?

在苏-75裹着黑布出场的时候,前面的拖车是个很好的参照物,这是德国Goldhofer公司生产的SchopfF59四轮驱动飞机专用拖车,车体长3.32米,车高2.米。

对比测量,苏-75机高4.22米,机长17.66米,翼展11.7米(个人测量的大概尺寸,有一定误差,大约是分米级)。

分别和第3代轻型的米格-21、第4代中型的F-18C、第5代中型的F-35A进行对比,苏-75的体量均超过超过这三款经典战斗机。目前还不知道它的重量,不了解材料和内部结构情况,个人估计空重在13吨左右,最大起飞重量25吨以内。所以苏-75的尺度在各代中型机里都是属于偏大号的,比四代半的“阵风”、“台风”也要大一些。

苏-75的机高显得较低,因为它的垂尾外倾角达到了32°,而F-18和F-35都只有20度。

气动布局

现代战斗机在确定了主要作战指标后基本上都是围绕发动机来进行气动布局设计的,因为先进发动机研制难度太大,几乎没有可选项,相对而言气动布局的变化就多得多了。各大飞机制造商在设计新一代战斗机的初期基本上都会穷尽所有可能的组合,优中选优。比如诺斯罗普在参加MRF多任务战斗机选型时就提出了多达54种构型方案,洛马和波音在JSF的竞标中也考虑过很多不同构型,有的脑洞大到匪夷所思,鸭翼、无尾布局全都考虑过,所以看到一架新飞机和某些过去型号有相似之处时并没什么可惊奇的。

洛马和波音各自提出的部分JSF构型

苏-75是单发战斗机,量产型预计搭载“产品30”发动机,和苏-57一致,推重比将超过1。不过“产品30”要到年代中期才能量产,所以原型机试飞的时候很可能也采用AL-41F1A过渡。

配备三元全向矢量喷管的“产品30”发动机已经完成研制,今年将交付4台,明年8-10台

苏霍伊坚持在新机上采用单台大推而不是韩国KF-X、土耳其TF-X、“鹘鹰”那样的双发中推,这个选择是相当明智的,发动机所占容积和重量的比例降低了很多,当然这个前提是俄罗斯拿得出足够水平的大推力涡扇发动机而不必受制于人。

发动机确定后接下来就是进气道系统的布置,五代机的进气道要兼顾大范围的速度变化、隐身性能和内置弹舱的空间,难度非常高。中小国家缺乏气动方面的理论支撑和大型风洞等基础设施,即使有雄心要研制自己的五代机,气动上也往往照搬F-22、F-35等成熟设计,以求降低风险,所以最后PPT上的长相都挺像。

但是中型机的尺度加上双发中推的体积和重量,两侧肋部进气道还得加入S型拐弯,留下的空间就非常局促了,弹舱和油箱的布置只能见缝插针,不断妥协,甚至妥协到武器改成外挂了,这才是真正意义上的“中型机陷阱”吧。

分别由洛马和BAE系统公司协助设计的KF-X和TF-X

苏-75虽然是苏霍伊的亲生儿子,却没有简单地缩小苏-57,而是重起炉灶打造出一款将量产五代机里最另类的气动布局(和上面那些脑洞大开的初步方案比还算中规中矩)。歼-20已经很科幻了,不过它仍然具有鸭翼、主翼和垂尾6个气动面,苏-75没有鸭翼也没有平尾,只有主翼和斜置垂尾4个气动面,还采用二、三代机上常见的颚部进气道,形成复古与现代风格糅合的独特外观。

这个构型固然前卫,但是炉灶重起得并不算很彻底,因为苏-75的总设计师就是苏-57的总设计师-苏霍伊设计局局长米哈伊尔·斯特雷勒茨,为了降低成本,加快开发速度,苏-75沿用了不少在苏-57上证明有效的设计,包括主翼、全动垂尾和座舱盖。

苏-75的主翼翼型和苏-57几乎一样,都是切尖的菱形翼,后掠角同为48°,和歼-20的后掠角也一样,为五代机中最大的。机头雷达罩角度和苏-57很接近,是五代机里最尖锐的。

苏-75没有平尾,垂尾的外倾角度更大以兼顾部分平尾功能,不过其翼型及全动方式和苏-57的垂尾相同,只是后缘的前倾角度略小。采用全动垂尾在保证方向稳定性和迅捷更改飞行姿态的同时大幅度缩小了垂尾的面积、重量和雷达反射面积,已经成为苏霍伊的看家技能之一。

两者的座舱盖构型也非常相似,都是向斜后方滑动开盖,不过苏-57的弧度略大,飞行员头顶的空间更多一些。两者的后向视野都不好,苏-75因为座舱较低矮甚至更差。

虽然苏-75机体短了2.5米,但是从风挡前的KS-V红外转塔尺寸比较,苏-75和苏-57的雷达罩长度、直径几乎一样,这也否定了不少网友认为的颚部进气道压缩机头尺寸导致雷达天线过小的想法。

这兄弟俩还有一处比较像的小地方,就是垂尾根部的冷却进气口,不过苏-75将进气口后移,外侧由垂尾遮挡增强了隐身性能,同时进气口横截面增大了不少,既补偿了遮挡造成的进气损伤,也预示着机载设备对散热要求有所提高。

说完相似的地方下面说不同的地方,首先当然就是进气道。很多人看了这个进气道觉得是种倒退,给它找了不少爹,包括年首飞的X-32验证机、年诺斯罗普的MRF-54E低成本战斗机方案,甚至年首飞的F-8战斗机。单纯从颚部进气道的外型来说我给它找了个更像的爹,就是沃特公司和F-4“鬼怪”竞争的F8U3“十字军战士3”,这架特大号F-8将原本垂直的颚部进气道唇口向前伸出很多,恶丑的外形之下却能轻松达到2.39马赫的高速。

苏-75的颚部进气道当然不是为了复刻这60多年前的设计,复古的外形之下隐藏着先进的理念,可以带来相当多的好处。虽然过大的长度会产生一定的进气损失,总体而言还是利大于弊的。

1.和著名的F-16DSI验证机腹部进气道相比,位置前移了约1.2米的颚部进气道大大增加了机体容积,从而能够布置下侧弹舱和主弹舱,对中后机身的布局也宽松了很多,有足够长度对进气道进行弯曲。

从上图还能看出苏-75的机头直径明显超过F-16,但弹射座椅的倾斜度远小于F-16,座舱视野也比较有限,显示出它的设计着眼点并不是空中格斗。

2.苏-75的进气道可以看作是半个传统的机头进气道,包围机头三面,兼容了两侧进气和腹部进气的特点,在大仰角和大侧滑角状态下的进气效率都很高。扩展到机体两侧棱线处的进气口压缩了纵向的高度,在保证大推力发动机进气量的同时缩小了机体的正向迎风面截面积,有利于高速飞行也提高了隐身能力。对比一下F-8、X-32和苏-75正面:

同样是近距离广角镜头拍摄,苏-75的机头进行了五边形的隐身修型,只是五边过渡得比较圆滑,它的雷达罩直径最大,进气道的相对高度最小,在驾驶舱后向上弯曲完全遮蔽了发动机风扇;而X-32是能通过进气道直接看到大部分风扇的;F-8的椭圆形皮托管就是一个绝佳的雷达信号反射器,三者的设计水平高下立现。这样的构型也让苏-75摆脱了苏-57极其扁平的形态,机体内部有足够的高度布置弹舱、进气道、油箱等重要设施。

3.苏-75是俄罗斯第一型应用DSI技术的飞机。最初我看到它的进气道时也觉得奇怪,怎么唇口这么薄,没有任何附面层吸附或者隔离装置,真的这么简陋吗?后来在低角度拍摄的机身照片上终于看到了鼓包,而进气道正中有一个流线型的隔板,起到整理来流和支撑下唇口的作用。

鼓包的顶部与周边存在压力梯度差,当附面层流经鼓包时顶部的高压区将附面层推离流向周边的低压区,配合前掠进气道唇口将附面层从进气道两侧排出。

不过这是个非典型性的DSI鼓包,也是目前世界上尺寸最大的鼓包,它得兼容两侧和颚部三个方向,尺寸是歼-20、F-35这种侧面进气道鼓包的2-3倍。鼓起的幅度并不是很高,这可能和进气道非常靠前、附面层效应比较弱有关,如果在机头就不存在附面层问题了。据UAC宣称苏-75的最高速度可以达到1.8-2马赫,如果属实这个进气道的设计难度是相当高的。

其实要说找爹,最像的应该是左上这个-90年代波音的CALF通用可负担轻型战斗机计划方案之一,颚部进气道连中间的隔板都一样,它还是一款舰载机。

无论如何苏-75的问世让俄罗斯成为美、中之后第三家掌握DSI实用化技术的国家,和苏-57上带可调斜板的加莱特进气道相比减轻了结构重量,提升了隐身性能,向前迈进了一代。

接下去看机身,苏-75进气道在机身两侧部分的宽度相当大,进气道上盖和34°内倾的机身侧面组成一个较窄的边条,向后一直延伸到发动机两侧的尾撑。这一部分的一体化设计和歼-20比较接近,进气道唇口、边条和机翼折线构成2个涡流发生器,可以产生强大的涡升力,适应超音速机动飞行。

转到后面看尾部,外形如太空飞船相当科幻,机翼与背脊-发动机舱融合形成扁平的升力体机身,内部容积相当大。尾撑的端部四周带有缝隙,网上对于它的作用有不少讨论,有认为是上下张开的减速板(因为看到后缘有中缝,实际上那只是现场的光影反射),有认为可不可动还不能确认(因为看不到动作筒)。

换两个角度看一下特写,从左边这张可以看到尾端是全封闭的圆弧,并没有开缝。右边这张能看到翼身结合部横向缝隙后有四条纵向开口,说明这一段是柔性蒙皮,虽然不像F-35和歼-20那样把整条接缝封死,留下的缝隙也大大小于不加遮挡的开口(比如侧面和垂尾基座交界处),这四条纵向开口的长度还暗示这个部件的偏转角度相当大。

实际上这就是一个可上下偏转的气动面,差不多等于把苏-57的可动边条从前面搬到了后面。可以叫它尾部副翼,或者内置式平尾,甚至参照B-2干脆叫它“海狸尾”,其作用除了帮助俯仰控制最主要的还是进行配平。尾撑前部的厚度相当大,再加上旁边有一个比较宽的垂尾基座(兼任冷却空气进气道),有足够的空间容纳内置的动作筒而无需加装整流罩。

虽然它的面积小于常规的鸭翼和平尾,但长度比普通副翼长,加上位于发动机高速喷流的两侧,偏转时依靠引射作用产生的力矩也是相当大的。而布置在这里隐身性比外露的鸭翼或者平尾要高出一大截,这个设计值得点赞。

当然它并不是苏-75首创,在米格1.44验证机上就有相同的设计,并在年试飞过两次。只不过米格1.44的研制年代完全没有考虑到隐身效果,为了追求高速尾撑非常薄,这个翼面更薄,所以能看到上表面的动作筒。

苏-75采用中单翼,机翼以上有非常明显的背脊,从驾驶舱向后逐渐缩窄降低,形成符合面积率的蜂腰,最后延伸到发动机舱。

机翼以下的机体从前往后依次是前起落架舱、侧弹舱、主起落架舱和主弹舱,充分利用了颚部进气道带来的巨大空间。

不过为了容纳这么多部件,在气动上还是得付出一定代价的,从进气道下缘向后延伸,形成了一个几乎全长的独木舟状凸台,边条到尾撑形成另一级台阶,这种分层布局让四个舱室在纵向上可以部分重叠,相当巧妙。

从下图3扇同时开启的舱门可以看出后面3个舱室的紧凑程度,侧弹舱和主起落架舱是紧挨在一起的,舱门开启方向不同;靠内的主弹舱门则和外侧的2个舱门都有重叠。

苏-75的机体底部相当平整,比F-35臃肿的各种鼓包要干净利落得多。下图的苏-75虽然是一张3D效果图,但从中也可以看到左侧的“海狸尾”有一定的偏转。事实上如果把这个气动面向旁边再伸长就是F-35的平尾了,它们的安装和驱动方式是非常相似的。

苏-75的前起落架采用了单发战斗机中相当少见的双轮,这不是为了上舰,而是相应地缩小每个机轮的直径,以向后装入下颌进气道下方狭小的前起落架舱中。

航电及武器系统

苏-75在机体内布置了2个侧弹舱和1个主弹舱,超越其它5代中型机基本达到重型机的载弹量,这是相当难得的。

侧弹舱又长又窄,可携带一枚近程格斗导弹。舱门外形贴合机身侧面而显得相当复杂,开启后外沿垂直向下形成类似腹鳍的安定面,可以很好地补偿打开舱盖造成的偏航力矩和导弹发射产生的扰动。虽然现场截屏中看不出弹舱内部细节,从这个舱门开启方式看应该是采用了F-22那样的滑轨伸出发射。

主弹舱尺寸相当大,深度也不小,按照俄方的宣传可以携带3枚中程空空导弹或者2枚大型对地、反舰弹药,相当于苏-57两个纵置主弹舱中的一个,能适配苏-57的所有弹药。3个弹舱的舱门前后缘都有锯齿设计。

苏-75将安装一部有源相控阵雷达,但没有苏-57上的侧扫雷达,能够同时跟踪30个目标并引导导弹攻击其中的6个。在主翼尖的前后缘各有一块区域画有射频辐射标志,显示内部保型安装了大功率的雷达设备或者天线,用于周视警戒或电子对抗。

在座舱风挡前安装有一部和苏-57相同的KS-V型红外搜索与跟踪转塔,主要负责对空搜索;但它同时又在机腹安装了一个钻石型的光电跟踪系统整流罩,和F-35/歼-20上的EOTS系统非常相似。底下这个EOTS显然非常重要,连前起落架都为它让路偏左安装,成为A-10之后的第2例(A-10是为了给巨大的GAU-毫米机炮腾出空间,偏右安装)。

同时安装2种新旧红外观瞄系统,一个在上一个在下,这还没有先例。是一个对空一个对地,还是互为补充,或者底下的EOTS尚未成熟,今后会替换掉上面的红外转塔?目前还没有答案。

苏-75上没发现苏-57装备的KS-O型定向红外对抗系统转塔,在起落架前方、进气道两侧各有一个黑色的光学窗口,从苏-57的例子看应该是KS-U紫外线导弹逼近告警传感器,在尾部可能还有一个。

座舱的航电系统比苏-57有所升级,采用单块大面积彩色液晶显示屏代替了苏-57上的两块多功能显示屏,系统集成度更高。两者都装备了衍射平显,都是中置操纵杆。UAC介绍苏-75具备高度人工智能,拥有AI“副驾驶”帮助飞行员做出决策。

简评

从上面的分析可以看到苏-75拥有尖锐的机头和进气道前缘、尽量缩小的正面横截面积、大后掠角的主翼、缺乏后向视野的座舱以及后仰角度不大的座椅、1.8-2马赫的极速。通过这些特征可以做出一个假设,就是苏-75将偏重于空战,尤其是高速拦截。它的上表面隐身性能明显好于下表面,又配备有红外搜索转塔,一个可行的作战模式就是和苏-57类似地在战区内线低空高速出航,依靠地面引导和机载红外设备上视上射拦截敌方包括F-35在内的空中目标。次要任务才是利用EOTS和主弹舱携带的大型弹药对地攻击。

按照俄方的介绍,苏-75航程公里,载弹量7.4吨,最高过载8G。而F-35A最高速仅为1.6马赫,航程相同,载弹量内置2.58吨,外挂野兽模式10吨,最高过载9G,C型为7.5G。从表面数据看两者差距不大,苏-75的指标高得令人生疑,当然为了市场宣传这些数据的很多限制条件都没有摆到桌面上来。

苏-75最让人吃惊的是它的价格,俄方说单价只要3千万美元,比很多四代机还便宜。实际上这仅仅是用于吸引客户的裸机价格,只包含最基本的机体,可能连发动机都没算进去。众多先进的作战功能都需要客户定制,甚至先投资后才能开发完善。该机的基础设计是高度模块化的,可以按客户需求发展出双座或者无人机构型。俄罗斯媒体估算一架完整版的苏-75价格起码要达到6千万美元,不过对于很多受政治和经济因素买不到F-35级别五代机的潜在客户来说还是具有一定吸引力的。

这些国家,例如越南、印度、沙特、阿联酋、阿根廷,引进五代战斗机的主要任务都不是去攻击别人,而是进行国土防御抵抗周边国家F-35一类四、五代机的进攻。有效发现隐身飞机比自身的全向隐身性能更重要,高速截击打了就跑也是越南这种中小国家面对强敌总结出来的高效作战模式,空中格斗和多用途性都是次要的需求。从这个角度来说苏霍伊开发这款廉价版中型五代战斗机还是相当有针对性的。

看看航展背景板上的图像,是不是正在暗示作战对象呢?

抛开市场宣传的话术看苏-75的本质,它是一款在气动布局上巧妙构思、充满创意的新作,打破了五代机构型的很多常规,同时还显著提升了俄罗斯战斗机的隐身性能。即使在它身上能看出不少其它飞机的影子,但把这些不同国家不同风格的设计有机得融合,在速度、载弹量、隐身性、造价等各方面取得良好的平衡,还是显示出苏霍伊设计局深厚的功力。不论最终是否能够实现这些指标,也不论它在隐身、航电等方面还存在不少短板,单就这种创新精神就非常值得航空业学习借鉴。

对于俄罗斯自身而言,在苏-57前途不明、军方订货稀少的情况下苏霍伊以超常规的速度推出苏-75,到底是要和苏-57形成高低搭配还是取而代之呢?这个还得继续观察。

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