军用飞机技术现状研究及未来发展趋势展望

引言

在莱特兄弟于1903年成功实现飞行梦想之后,人们逐渐发现了飞机在军事领域应用的潜力,第一次世界大战引入了大批量的飞机用于实现战斗及侦察目标。而在20年后的第二次世界大战期间,军用航空技术领域得到了充分发展。现代航空的一些主要新发明均源于当初的军用航空项目,若没有源于军用项目的喷气发动机和航空电子技术的不断优化及完善,现代航空也不会达到如今的技术成就。

1军用飞机

军用飞机的定义即为空军、陆军和海军执行军事任务的飞机的统称。根据军用飞机的作战任务可将其分为以下几种类型:

1.1战斗机

战斗机(制空战斗机、攻击机、拦截机)是设计用于空对空战斗、战术地面攻击和近空支援的飞机。(1)制空战斗机:大型战斗飞机,造价昂贵、性能优越,用于在敌军领土上空主导战场。由于其成本较高,针对其的制造生产通常规模较小。(2)攻击机:耐用的轻型战斗飞机,主要用于近空支援对抗地面目标。(3)拦截机:拦截机是战斗机的一种,专门用于拦截和摧毁敌军飞机,该类机型通常具有较高飞行速度。现代战斗机是多用途飞机,同时可用于空中战斗和地面攻击任务。但时至今日,其不仅可用于侦察、训练,同时也能用于各种电子战争。

1.2轰炸机

轰炸机是通过投掷炸弹和发射导弹对地面目标进行攻击的飞机。由于战斗机自身所具备的高敏捷性、在密集的敌军空中防御上的高生存能力和用于精确打击的高适应性,如今该类机型也可用于战术地面攻击。即便如此,一些主要国家空军部队中大型轰炸机仍在服役。由于其所拥有的大规模空中打击能力,轰炸机通常被用作执行战略任务。未来,无人机会逐步承担起该类战略攻击任务。

1.3教练机

教练机是用于训练飞行员,或传授飞行员飞行或战斗技巧的飞机。通常而言,教练机偶尔也可以参与低强度的战斗过程。

1.4侦察机

侦察机是用于监视敌军活动和收集情报的飞机。目前除战斗侦察机以外,在现代军队中该机型基本被无人机所代替。

1.5运输机

运输机是用来运输货物、军队、伞兵、军火、战斗器械、武器装备等的飞机,种类可分为轻型和重型。轻型运输机通常不具备空中战斗能力,但其内部容量较大,可满足运输任务需求。

1.6电子情报和预警机

电子情报和预警机通常是指装有精密电子设备以用于电子情报收集的飞机,它们可用于在哨位前指挥和通信。除此之外,预警机也经常用于各种运输,或改为民用业务和支线飞机。

1.7空中加油机

空中加油机是一类携带了额外的燃油和特殊装备,用于在飞行过程中给其他飞机加油的飞机。

2军用飞机的主要技术任务

军用飞机的主要任务是制空和为地面力量提供空中支援。军用飞机有时也可执行非战斗任务,如运输、空中加油和侦察等。

(1)空对空:制空,对抗入侵的军用飞机以保卫领空,同时护卫空对地战斗机执行攻击任务。

(2)空对地:空对地包括以下两点:1)在战场上用炸弹、导弹和重炮攻击可识别目标,并为地面武备力量提供武力支援。2)深入敌方领土执行轰炸战略或其他战术目标。

(3)侦察:使用合成孔径雷达有效载荷执行在敌军领空的低空飞行和战术任务。

(4)电子战争和空中预警:军用飞机利用在操作间内安装的高精密电子设备可执行相关任务,包括以下三点:1)电子支援措施/电子对抗及其他形式的电子战争,包括通过电子干扰方式影响敌方的空中防御系统,以此保护友方系统。2)信号情报/图像情报和其他形式的可见情报和信号情报,以作为预警系统和监视系统的一种手段。3)为前线指挥站提供辅助以实现指挥和通信功能,尤其是在遥远的军事作战区和敌军后防线区。

(5)运输:在友方领空区,快速运输日用品、武器装备和士兵到遥远的作战区域。此类运输既可是小规模的运输,亦可是大规模的兵力调动。

(6)空中加油:为了延长航程且增加任务时间,可在飞行过程中为其他军用飞机加油。

(7)空投:在军用飞机难以直接着陆的区域,通过特殊的运输机进行空投士兵,并提供必要物资。

3军用飞机先进技术

3.1现代科技体系的不断完善

自第二次世界大战结束以来,科学技术的进步使得军用飞机实现了超音速飞行,增加了航程,使其能覆盖全球(通过空中加油),且大幅提高了其运输能力。目前而言,军用飞机主要的先进技术包括以下几项:

(1)空气动力学:设计工具如计算流体力学(CFD)、高效机翼设计、超临界机翼、推进集成和阻力优化。

(2)机体:设计工具CAD/CAM、面向制造的设计、复合材料和有限元。

(3)推进:更多采用具有大推重比、低耗油率和推力矢量功能的高效航空发动机[3]。

(4)航空电子:实现小型化、软件、整体、数据融合、精确导航、玻璃驾驶舱、空中交通管理、先进控制、先进武器融合和电子软件。

(5)系统:更多的电子系统、电传操纵、结冰探测、高效的机械系统、微机电系统、合成孔径雷达和其他类型的雷达。

(6)隐身:低雷达散射截面、低红外信号、外形修形、推进集成、内置武器和特殊吸收材料,诸如此类特征使得飞行器可在敌方雷达面前隐形[4-5]。

(7)先进武器和导航系统:对于空中作战、全球定位系统)GPs)和激光制导弹的引进大幅改变了攻击任务剖面,增加了导弹的航程,因此降低了机组人员所承担的风险。

3.2军用战斗机技术的不断提升

新基础科技的发明使得军用战斗机平台布局技术的提升成为可能。(1)涡轮喷气推进:创造了新一代涡轮喷气军用飞机一第一代喷气战斗机。该类战斗机具有亚音速飞行和机动飞行的能力。重点是近战、内置机枪和空空导弹的使用。)2)涡轮螺旋奖推进:该类推进方式在非战斗军用飞机领域得以充分发展,在低性能平台,如运输机和教练机领域的应用是最具成效的。(3)加力燃烧室的涡轮喷气推进:为第二代喷气战斗机的创造提供可能(20世纪50年代中期到20世纪60年代中期)。那些战斗机有超音速飞行能力、改进的机动性和武器携带能力。(4)机体形状调整:调整机身后部的几何形状来减少跨音速波阻的增加。(5)新一代航空推进技术:航空发动机于近年来得到进一步发展,推重比高达8的新型发动机代替了推重比仅有4的旧款机型。(6)隐身技术:新技术突破的出现降低了飞行器的雷达信号特征,如机体外形整形、使用雷达吸波材料、进气道和尾喷口的修形。此类特征正被用于第五代战斗机。

4军用飞机的未来发展趋势展望

军用飞机的未来发展趋势是世界政治局势、其他国家军事威胁情况和科技进步等综合作用的结果,详情如下:

4.1作战概念的调整

冷战结束之后的20世纪90年代期间,作战概念主要是针对大型部队和小规模冲突的传统战争概念,而从"9·11"事件开始,以美国为代表的世界军事强国逐渐改变了其军事策略,将重点放在对抗全新威胁类型的恐怖主义战争上。

4.2武备力量的高速发展和更高的购置成本

全新武器和相关系统普遍具有较高的成本,包括第五代战斗机,由此导致相关机型的购置数量随之不断减少,大有以质量取代数量之势。

4.3新一代的军事威胁

先进的地对空防空系统,包括近程和远程导弹,给军用飞机带来了严重的威胁。在这种情形下,要求未来的飞机具有全新的作战概念和更强的生存能力。

4.4无人机技术的日新月异

随着无人机在作战能力、情报收集、监控侦察等领域技术的不断进步,在当前的大规模电子战争和攻击任务中,无人机开始逐步代替传统的载人机,这是当前世界范围内军用飞机的一大重要发展趋势。随着近年来无人战斗机技术的不断发展、完善以及战争威胁类型的逐步转变,关于未来传统载人战斗机是否有存在必要性的探讨亦是甚嚣尘上。

4.5全新的机载武器系统

全新的空空导弹,具有较高的机动性和较长的航程,其允许战斗机在多种复杂情况下均可与特定目标实行交战。精密的空对地弹药的发展意味着炸弹和导弹的小型化与轻型化,这允许飞机每次出击可执行更为复杂多变的任务。

下一代军用飞机的发展必须考虑作战概念中先进技术的发展环境,包括网络中心信息融合和先进武器的使用。新一代的地对空作战系统亦创造了更多变、更复杂的战争情况。

根据长航程先进导弹、制导炸弹和网络信息共享的全新作战概念使现代战争类型逐步发生了转变,更先进的导弹将在更远的距离发射,威力及威胁性与日俱增。而对于军用飞机而言,其生存能力通常会比机动性更为重要。

5结论及展望

不可否认,尽管当前军用飞机的技术水平相比二战等早期阶段有了阶跃性的提升,但随着作战概念的不断调整,以及以导弹为代表的先进军用武器技术的相应提升,现代空战特点也发生了相应转变。时至今日,以无人机为代表的全新机型目前有着逐步取代传统的载人军用飞机的趋势。而对于现代军用飞机而言,其生存能力通常会比机动性更为重要。