精確計算殲20火控雷達發現F22戰機的距離,F22已失去隱身優勢

軍事     2021年07月28日

近日,美國已從夏威夷緊急調派了25架F-22隱身戰機增援亞太,參加美軍「太平洋鋼鐵-2021」軍事演習,據悉這些隱身戰機將部署在關島空軍基地,一旦局勢需要就可以逼近我國。美國媒體宣稱,大批量的F-22戰機被部署在中國周邊地區,將能有效壓制中國空軍,成為踹開中國空中大門的利器。

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F-22機群

放在十年以前,這25架F-22戰機還真能對我國國土防空帶來巨大的挑戰,然而現在F-22要想對中國空軍取得壓倒性優勢就必須先過殲-20戰機這一道坎。殲-20和F-22分別作為中、美空軍最先進的空優戰機,其性能對比一直是軍迷爭論的焦點,直到現在依然有很多人認為殲-20存在隱身和發動機方面的劣勢,根本不是F-22的對手。今天我們就簡單聊一聊F-22戰機能否憑藉著隱身性能優勢,在超視距空戰中戰勝我國的殲-20戰機。

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F-22戰機是4S能力的集大成者

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我國殲-20戰機

隱身性能略占優勢的F-22真能占到隱身的便宜嗎

首先我們先聊一聊這兩款戰機的隱身性能。

從設計上來看,F-22戰機採用了蝶形機翼、菱形進氣口、前機身截面呈菱形,機身中段截面呈五角形,尾段則減縮過度為扁平的矩形,在外形設計上採用了平行設計來減少雷達波的散射,以確保其雷達反射波的能量能集中在有限個若干峰值上,能大幅減少雷達波反射。與此同時,F-22機體表面塗有先進的吸波塗料,能夠較好地吸收厘米級雷達波,顯著提升了其隱身性能。據悉目前公開的資料顯示,F-22戰機迎頭的RCS值僅為0.01㎡,隱身性能非常優異。不過,F-22戰機並不能真正地做到全向隱身,加上其吸波塗料耐久性差,經常開裂,需要定期維護,對其隱身性能造成了一定的影響。

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F-22戰機三視圖

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F-22機頭的隱身塗層大面積開裂脫落

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F-22戰機各方位RCS值變化圖,迎頭最小,並非全向隱身

殲-20戰機採用了翼身融合和垂尾外傾的設計,機身和機翼平滑過渡,主要的機體部件相互平行,採用了菱形機頭,且機頭上在部分之間具有明顯的折線,可以向各個方向散射雷達波。在進氣道設計上,殲-20戰機明顯要比F-22更具優勢,殲-20戰機採用了無負面隔層進氣道(DSI進氣道),在減輕進氣道重量的同時,也大大降低了進氣道的雷達反射面積;F-22採用了傳統加萊特進氣道,進氣道與機身之間有隔板隔開,有一定空隙,會形成一個強烈的雷達波反射源,影響隱身性能。與F-22戰機一樣,殲-20機身同樣塗有隱身塗料,且耐久性更好,不需要經常維護。

目前,殲-20戰機的鴨翼以及腹鰭被廣受詬病,認為在飛行過程中鴨翼的動作會使迎頭的RCS值增加,使得殲-20戰機的前向RCS值高於F-22戰機。然而在高速接近狀態下,殲-20戰機的鴨翼幾乎是不動的,對隱身性能影響並不大。此外,F-22戰機垂尾面積明顯比殲-20戰機的面積大,側向隱身性能並不比殲-20有優勢。綜合來看,殲-20戰機的前向隱身性能並不會比F-22差,前向RCS值頂多會在0.02平米水平。

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美國F-22戰鬥機保留了附面層隔板

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殲-20機頭特寫,DSI進氣道一覽無餘

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殲-20戰機全向RCS分布圖

既然F-22戰機的隱身性能更為優勢,那麼是否意味著F-22能夠率先發現殲-20?其實這個問題是受二者機載紅空雷達性能影響的。

F-22戰機搭載了一台AN/AGP-77型有源相控陣雷達,該雷達在上世紀90年代開始研製,最終於2005年裝備在了F-22戰紀之上。該型雷達採用了第二代的砷化鎵半導體二極體,擁有1956個 T/R組件,單個組件功率為10w,整個雷達最大功率為20kw,雷達整體功率是普通都卜勒機械掃描雷達的十幾倍。據悉,AN/AGP-77型雷達對1㎡的空中目標的探測距離可達200公里,對5㎡的空中目標探測距離為296千米,能同時跟蹤十幾個空中目標,並對其中的6個目標進行打擊。

已知機載雷達對RCS 1 ㎡目標作用距離為R1,則雷達對RCS值為σ的目標作用距離Rr的計算公式為:

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雷達探測距離計算公式

按照雷達探測距離的換算公式,F-22雷達對殲-20的前向探測距離約為75公里。

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AN/AGP-77型有源相控陣雷達

看完了F-22戰機的機載雷達性能,我們再來看一下殲-20的機載雷達。雖然不知道殲20戰機雷達的具體型號,但是我們依然可以從公開的資料推測出其大致的性能。殲-20戰機採用了第三代的氮化鎵晶片的數字陣列相控陣雷達,整體性能較APG-77雷達領先一代。氮化鎵相較於砷化鎵,在發射功率、穩定性以及抗干擾性上具有較大優勢,殲-20戰機的機頭尺寸明顯大於F-22戰機,可以裝載直徑更大的雷達,搭載的T/R組件的數量也較多。據悉,殲-20機載雷達的組件數量超過了2200個,單個功率20w,整個雷達的最大功率為44kw,是世界上組件最多,功率最大的機載雷達。在探測距離上,殲-20雷達探測距離至少要比APG-77雷達遠30%,對1㎡的空中目標探測距離可達260公里,對B-52這樣的空中目標探測距離可達400公里。

通過雷達探測距離的換算公式可以得出,殲-20戰機機載雷達對F-22戰機的前向探測距離為82公里。

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殲-20與F-22戰機機頭尺寸對比

需要指出的是,殲-20戰機機載雷達採用了三面陣列布局,一面前向探測雷達,兩面側向探測雷達,可以覆蓋機身300的探測範圍,雷達盲區比F-22戰機小很多。F-22戰機僅搭載了一面前向探測雷達,僅能對機頭前方的120度範圍內的目標進行探測,雷達盲區很大。

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三面陣列雷達探測區域圖

除了機載雷達之外,殲-20戰機還裝備了F-22所沒有的輔助探測設備,擁有強大的戰場態勢感知能力。殲-20配備有光電跟蹤瞄準系統(EOTS),集成了紅外/光學/雷射照射模式,在火控雷達不開機的情況下,利用該系統能追蹤130公里以外非隱身戰機紅外信號,對F-22這樣的隱身戰機的前向紅外信號探測距離也能達到38~60公里(隨著F-22速度的提升,其紅外信號特徵逐步增加,被紅外成像設備探測距離也相應提高),而對於後向的F-22戰機(F-22戰機發動機尾噴口溫度過高,紅外信號特徵明顯)的探測距離可超過100公里,與普通三代機沒有多大差別。

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殲-20戰機機頭下方的凸起就是EOTS系統

除此之外,殲-20還配備了光電分布式孔徑系統(EODAS),能為飛行員提供以戰機為中心的360°無死角的球形全景監視,可以透視機體觀測四周情況,該系統可以配合頭盔式顯示系統,提升近戰能力。

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殲-20機身上的光電分布式孔徑系統

在殲-20雷達首先發現F-22戰機之後,就可以打開主彈倉,發射一波霹靂-15遠程空空飛彈。據悉,霹靂-15空空飛彈採用了雙脈衝壓固體火箭發動機,可以實現兩次空中點火,最大射程超過了200公里。與傳統的空空飛彈相比,霹靂-15空空飛彈的飛行末端的動能較大,飛行速度更快,具有更大的不可逃逸區。在80公里的迎頭攻擊中,F-22戰機很難擺脫霹靂-15的追蹤,不過仍然可以在探測到殲-20之後發射AIM-120D空空飛彈,然後做機動規避來襲的飛彈。雙方雷達的探測距離較為接近,相向而行的話,僅有不到10秒的時間差。雖然殲-20可以做到先發現F-22,可以先打出空空飛彈,但是真實空戰中需要考驗雙方飛行員的綜合素質,畢竟兩機探測距離拉不開差距,並不能發揮隱身性能的優勢。

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殲-20戰機地面展示