问题

可否简要分析一下量产版苏57的隐身性能和航电水平?

回答
好的,我们来聊聊苏57,这款俄罗斯引以为傲的第五代战斗机,特别是它在量产版本上所展现出的隐身性能和航电水平。与其说它是“引以为傲”,不如说它是一场充满挑战与期待的漫长旅程,其最终的成熟度依然是外界关注的焦点。

首先,关于隐身性能,这是第五代战斗机的核心卖点之一,苏57在这方面也倾注了不少心血。如果将其与西方同代的F22和F35进行对比,会发现它采取了截然不同的设计思路,这种思路是俄罗斯在苏27系列基础上进行现代化升级的必然结果,但也带来了某些方面的取舍。

从外观上看,苏57最显著的特征便是其菱形翼身融合设计,这种设计旨在减少机体表面的反射源和转折,从而降低雷达散射截面积(RCS)。机头部分采用了较为平滑的弧线,进气道采用了DSI进气道(也称为无附面层隔道进气道),这种设计能够减少进气道对雷达波的反射,同时优化了高攻角下的进气效率。机翼前缘和后缘的连接处以及机身的侧面都采用了较为尖锐的边缘,这被认为是为了将雷达波反射到特定方向,避免直接回波。

苏57在制造工艺上也尽量减少了缝隙和接缝。例如,其武器舱位于机腹,这是为了避免武器挂载在机翼或机身外部产生额外的雷达反射。此外,苏57据称采用了雷达吸波材料(RAM),并将其涂覆在机身表面以及关键部位,例如机翼前缘、进气道内侧等。这些材料可以吸收照射到机身上的雷达波,将其转化为热能,从而进一步降低RCS。

然而,量产版的苏57在隐身性能上并非完美无缺,与F22和F35相比,外界普遍认为其在全向隐身能力上可能存在一些差距。这主要体现在几个方面:

进气道设计: 尽管DSI进气道有所改善,但其结构相对复杂,尤其是内部的弯曲设计,虽然是为了保证发动机工作,但仍然可能成为雷达波的潜在反射源,尤其是在侧向和后向。相比之下,F22的S型进气道更加彻底地屏蔽了发动机叶片。
座舱盖: 虽然苏57的座舱盖采用了特殊的涂层以减少雷达反射,但其整体轮廓以及驾驶舱内的设备暴露,在某些角度下仍可能产生一定的雷达回波。
背部和尾部设计: 一些分析指出,苏57在背部和尾部的设计上,例如方向舵和稳定翼的连接处,可能存在一些不够平滑的转折,这可能会在一定程度上影响其后向隐身能力。
武器舱: 虽然有内置武器舱,但其开启方式和舱门的设计也可能对隐身性能产生一定影响。

总的来说,苏57的隐身设计是俄罗斯在现有技术基础上寻求突破的产物,它在减少正前方和侧向的雷达反射方面应该有显著提升,但其隐身性能的“代际领先”程度,尤其是在复杂的空战环境中,还有待更多实战检验。

接下来,我们聊聊它的航电水平。这部分内容同样充满着信息不对称,很多细节并未完全公开,但我们可以根据已有的信息和俄罗斯航空工业的特点来分析。苏57的航电系统,其核心目标是提供“信息优势”,让飞行员能够掌握战场态势,并与友方单位高效协同。

雷达系统是其航电系统的重中之重。 苏57装备了N036“白杨”(Byelka)有源相控阵(AESA)雷达系统。这个系统并非单一的天线,而是非常具有特色的“分布式传感器”设计。

主雷达: 位于机头,采用大型相控阵列,负责远距离探测和跟踪目标。
侧视雷达: 在机头两侧的进气道前方各安装了一块较小的相控阵雷达,这是其一大亮点。这些侧视雷达可以提供更广阔的侧向探测范围,对于探测来自侧翼的敌机至关重要,也为近距离格斗提供了额外的态势感知能力。这种设计也增加了其全向态势感知能力。
其他传感器: 苏57还集成了一些其他的传感器,例如在翼前缘后部安装了小型雷达,用于探测和规避导弹威胁。此外,还有电子战系统、红外搜索跟踪(IRST)系统等,它们共同构成了苏57强大的传感器网络。

航电系统的集成和处理能力是关键。 雷达只是传感器的一部分,将这些海量的信息进行融合、处理、分析并呈现给飞行员,才是航电系统的真正挑战。苏57的航电系统强调的是“传感器融合”,即把来自雷达、IRST、电子战系统、甚至是外部数据链的信息整合在一起,形成一个统一的战场态势图。这种能力对于第五代战斗机来说至关重要,可以减轻飞行员的认知负荷,并让他们能更专注于战术决策。

座舱设计和人机界面也值得关注。 苏57采用了“玻璃座舱”,配备了大型多功能显示器,提供了直观、信息化的操作界面。飞行员可以通过这些显示器来管理雷达、武器系统、导航信息以及其他重要的态势感知数据。

然而,在航电水平方面,苏57同样面临一些挑战和争议:

技术的成熟度与可靠性: 相较于西方国家经过数十年迭代和实战验证的航电系统,苏57的航电系统在某些方面可能仍处于发展和完善阶段。尤其是在早期型号中,曾有报道指出其航电系统存在一些问题,例如软件集成和硬件可靠性等。虽然量产型据说已经有了显著改进,但其整体的稳定性和实战验证的充分性仍有待观察。
与其他先进战斗机的差距: 虽然苏57拥有分布式传感器和强大的雷达,但与F22和F35相比,其在某些关键的航电模块(如某些先进的数据链、战场管理系统等)的集成和功能上,可能存在一定的差距。西方先进战斗机在软件升级和功能扩展方面往往更加灵活和快速。
国产化率和技术依赖: 过去俄罗斯在高性能电子元器件方面存在一定程度的对外依赖。在当前的国际环境下,提高国产化率和自主研发能力对其航电系统的稳定发展至关重要。

总而言之,量产版苏57是一款非常复杂和充满野心的战斗机。

在隐身性能上, 它采取了俄罗斯特色的设计思路,在减少雷达反射方面付出了巨大努力,尤其是在机体设计和材料应用上,但其“隐身”的定义和能力可能与西方竞争对手有所不同,尤其是在某些角度的隐身效果上,可能存在一定的妥协。
在航电水平上, 其分布式传感器和传感器融合的理念是亮点,特别是N036雷达系统展现了俄罗斯在雷达技术上的先进性。然而,航电系统的成熟度、可靠性以及与西方最先进水平的全面对比,仍是外界持续关注的焦点。

苏57的最终表现,很大程度上取决于其航电系统的实际集成效果和在未来实战中的表现。它代表了俄罗斯在第五代战斗机领域的一项重要努力,但也伴随着技术的挑战和对未来发展的持续期待。

网友意见

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草,这谁敢评价啊…我昨天点个赞被朋友翻出来还折腾了半天(悲

至于“俺寻思”……晚点再说罢,我稍微整理一下思路

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首先开头反对 @剪水鹱 的胡扯八道。我很好奇这位大师还要继续写多少篇意淫回答。

气动方面, @朱立畅@曲线最短 两位大佬给了我补充与建议,在此向他们表示衷心的感谢!

气动

苏菲超薄很大程度上继承了 Su-27 系列的气动设计风格,将机动性技能点过多地点在了亚音速区而非超音速区。宽间距双发布局浸润面积大,导致了额外的摩擦阻力,发动机舱与机腹中央隧道的相互作用造成了额外的干扰阻力。苏菲的超音速升阻比因此在重型丝带中排名垫底。

第一句话就是错的。首先, @剪水鹱 可以严格定义一下什么叫做「继承了Su-27系列的气动设计风格」。如果说,苏57有着与Su-27类似的中央升力体的特征,因此它的气动性能就会与Su-27类似,那么请考虑:苏57和YF23长的不像吗?那为什么苏57的超音速性能不会跟YF23相似呢?难道是因为出自同一个设计局,物理性能就会相似吗?因此, @剪水鹱 所言是完全的谬论。至于后面的「浸润面积大,导致了额外的摩擦阻力,发动机舱与机腹中央隧道的相互作用造成了额外的干扰阻力」是犯了定性不定量的毛病:我们不仅根本无从知道这是在与谁对比,到底有多少影响,而且这些工程上的近似结论,随便套用也是不可取的。最后的结论当然是荒谬至极。我们来看下图:

超音速时浸润面积对阻力影响很小,干扰阻力一般也可以忽略,主要来源是波阻

顺便在这里提一嘴:空气动力学发展至今,给每个飞机强行classify然后拼命套用某个classification的标准飞机的优缺点,跟给你扣个大帽子然后论述那个群体的优缺点是一样的。因为它是中央升力体的衍生就强行把一个标准的中央升力体的所有特性都套用到它上来,这很明显是非常可笑的。

举个具体的例子[1]吧。

直到一次项目论证会,这位老教授受我们导师之邀列席。论证时候,专家质疑师兄设计的DD气动外形不行,接连抛出一些问题,师兄也无力招架。这时候老教授开口了,用非常自然的语气,说这个设计怎么不行啊。美国的XXX,长XX米,翼展XXX,XX马赫下升阻比接近XXXX;俄罗斯的XXX,长XX米,翼展XXX,XX马赫下升阻比接近XXXX;还有XXXX,长XX米,翼展XXX,XX马赫下升阻比接近XXXX;这些都是这种气动外形设计的典型例子。对方哑然。

如果 @剪水鹱 自认为水平比专家还要牛逼,可以把publications放出来看看;这么定性分析就能轻易得出结论,那么我们要研究计算流体力学干什么呢?当你觉得自己可以随便对自己不熟悉的领域发表评论的时候,往往不是你太牛逼,而是你太无知。

如果各位读者有高中生水平,都可以入门空气动力学:

言归正传。苏57的官方发布的数据早已不是秘密:各位读者可以在这里[2]找到由塔斯社发表的数据;在这里[3]找到「独立军事观察」的数据,还可以找到paralay的数据,如下图所示:

当然,各份数据都有各种各样的出入,一些细节上是不是抄错了也无从考证。但可以确认的是:

  • AL-41F阶段,苏57的超巡速度达 [4]
  • 换装产品30后,苏57的超巡速度在 量级,最大速度在 之间,较为可能的数据是 ,该数据被俄罗斯1台采用。
  • 新一代抗荷服可以承受长达 的 过载[5]

如果看了这些数据您仍认为「排名垫底」的话,我建议您立即停止阅读本文,挂号咨询心理医师。

相应地除非其发动机性能明显优于竞争型号 (做梦),苏菲的超音速机动性也将是重型丝带中最差的

敢问 @剪水鹱 大师了解过变循环发动机吗?了解过推重比、单位油耗和单位推力重量[6]吗?了解过安装推力[7]吗?

与发动机相关的是进气道。那么大师 @剪水鹱 又了解过苏57的进气道设计[8]吗?

我只能感到由衷的可笑。

隐身

苏菲的高波段隐形性能上限还可以。上图是国际友人模拟的苏菲超薄前向雷达反射信号强度,雷达工作波长为 12 GHz。
但即使是这个还可以的上限,也明显不如 J-20 的高。

需要指出的是,目前网上流传的所谓任何模拟仿真类文章,绝无可能是某款飞机的真实数据,都只能当作参考。更明确地,对于这篇文章,作者明明指出了其是使用物理光学法进行模拟的(该方法应为Maxwell方程组的一阶近似),精度毫无疑问是很差的[9]。这在任何一本专业地论述电磁隐身计算方法的书内都会有所提及。

其建模也很明显没有建精确。关于苏57的隐身,这里仅仅强调几点:

关于进气道:

  • 进气道为小S型,即略弯曲
  • 进气道内置了雷达屏蔽罩
  • 在超音速巡航中,进气道可调斜板的下放会致使发动机叶片完全不可见

关于工艺:量产型已经完全采用了大面积一体成型复合材料蒙皮。没有裸露的发动机舱段。肉眼可见的锯齿接缝请自行寻找。

(至于一些接缝相关的事宜鉴于评论区有人补充过了,就不再赘述了,懒得再打一遍...)

关于细节:您可以仔细端详量产型的苏57照片,很多细节均得到了处理,而您可以考虑处理这些细节所带来的隐身增益,从而估算出苏57的隐身水平。

关于具体数值:首先这里讨论的都是均向数值,不懂均向是什么的可以在平均数_百度百科学习算术平均数的概念。红星电视台一开始放出的海报上说其为 ,后塔斯社又称其为 (而下面又标注西方专家给出了更乐观的估计为 ),因而无法确定其具体数值,但可知其数值范围应为 。更多的信息表明,其设计指标应是 [10],这与国内的设计指标是一样的,参考下图:

依此我们知道,苏57的隐身和其余几款五代机应为同一水平,具体细节差距尚不明晰。

现阶段苏菲的雷达隐形性能,正如缀满反光片的夜行衣......

我暂时没有找到雷达隐形上的比较依据,请 @剪水鹱 拿出相应的材料进行论证,否则则为无源之水。

航电

开头先说一句,电子设备上俄罗斯和美国等最先进水平当然是存在差距的,我可没有说它怎么怎么好。。。

补充:关于雷达可以看看这个:

这是一个庞大且复杂的问题,而 @aaeeqi 的论述中也存在着诸多不妥。

(经评论指出我误解了 @aaeeqi 的这句话的意思,读者可以直接看数据)

毛子在尽可能弥补航电缺陷了,人家一套东西能搞定,我分成多套

这个想法很双标,仿佛是在说俄罗斯多塞东西进去就是体现产品不行,其他人塞东西就是技术好。并且这个想法带了一个前提,即最后的产品性能是一致的。而就雷达方面而言,苏57不仅可以探测到更广的角度,探测距离也完全不逊于APG77,指标上就更先进:

相信读者具备能够与同类产品对比的能力。

反向凸出的尾椎在机身后方制造了一个压力区,极大的提高了飞机受到的阻力,这代价不可谓不惨重(如果有哪路神仙尬吹这玩意可以减阻,说什么扩大发动机间距之类的怪话,在我已经拿底凹弹(尾椎恰好与此相反)和底排气弹(约等于引擎的状态,可以说明引擎间距根本和阻力无关)说明问题的前提下还强行尬吹,我只能说他家星不归牛顿管))

这个点我特别说明一下:在空气动力学中不要进行随便的类比,什么「极大」提升阻力根本就是不知所云。其确实会制造一个压力区,但它本身造成的整体效果到底是怎么样的,这是个整体问题,更准确的来说,流体方程的解会随着边界变动而进行较大的变化。因此武断地下定论是无稽之谈,这些东西需要系统地优化分析,被你肉眼看看就看出来,那你也可以考虑去发篇sci之类的了。

@aaeeqi 中关于射频隐身方面的事宜也有待探讨,仅凭当前信息并不能下任何结论,抛弃射频隐身更是不知所云。至于光学隐身有没有用,仁者见仁智者见智,不过请注意:光学未来如果进入到无人空战时代,由于猎人与苏57采用了类似的的光学隐身涂装,这对人工智能的分辨是一个挑战。

至于

而Su-57的妥协自然是中央升力体布局了(原理是在翼身融合扩大机翼面积增升的基础上,在机身下面用两个进气道制造一大块气流附面层,进一步增升,具体到描述升助比啥的我就不提了,不过这还带来了一个问题,本来高速条件下打开弹仓发射导弹就是一个很有难度的问题,同时还要考虑导弹尾焰的问题,因此J-20的导弹舱盖是二段折叠式的,F-35的导弹舱盖是弧形的,而Su-57的导弹舱盖压根没有处理,只有一个大平板,且Su-57的主弹仓还恰好处于这个附面层内,这对Su-57的主弹仓导弹发射制造了很多负面影响,不过神奇的是,从目前毛子的报道来看,这个影响应该还在可以接受的范围内,不知道毛子采取了什么手段解决了这一问题,如果有大佬知道底细的请教导我一下)

我只能说,空气动力学问题压根没法三言两语解释清楚细节(这里小插一句,飞机的升力究竟由何而来学术界都存在着不同的声音)。并且我怀疑 @aaeeqi 并不理解附面层的理论基石(这其实属于数学的渐近分析的奇异摄动方法之一,这课正常空气动力学专业的得到高年级本科/研究生才上),什么影响是完全无法用肉眼看出来的。如果你真的对细节感兴趣,或许可以参考《数学物理中的渐近方法》。。

苏57航电的具体信息是个庞大的工程,暂时无法全部一一列举(如果我哪天看书看得无聊了就来补充几句),由杨政卫博士执笔的相关书籍仍在撰写之中,尚未面世。有兴趣的读者可以去先去越读SU-35的航电百科,里面包含了大量的同类对比。

另外请勿认为中国在微电子方面全面超过了俄罗斯:

自行划重点。

Update:感谢 @龙族至尊 指出上图存在不靠谱的地方。那么我们就不谈论与中国的水平对比。我们来看一则消息[11]

【苏霍伊设计局参与开发的军用飞机集成一体化模块航电:机载数字计算机模块;苏-57(苏-35S)和S-70的通用航电计算机模块】
研发制造商:模块科研技术中心
单个模块配置:
采用4个MM7705处理器—总共8个 PowerPC 407S 处理器计算核心,16个NeuroMatrix NMC3处理器核心 (模块技术中心开发);单处理器额定功率8W,最大功率15W,采用28nm CMOS工艺制造,
带硬件加速功能的图像控制器
超过16G的系统内存 (可达32G)
超过1T容量的PROM,应该是SSD
采用光纤连接作为主数据交换通道,支持 Ethernet GMII (2 шт.), MII/RMII (3 шт.), GSPI/SDIO, SPI (2 шт.), UART (3 шт.), USB 2.0 HS OTG (1 шт.), I2C (3 шт.), МКО (2 шт.), SpaceWire (2 шт.), Fibre Channel (4 шт.), ARINC-818 (6 шт.), PCIe 4x (2 шт.);
RTOS:苏霍伊设计局开发的BAGROS 4000,支持ARINC653的多核心处理器
重量不超过17kg

另一则消息显示[12]

【2020/10/8. 俄MCST公司展出Elbrus-16S 16核心芯片工程样片: 俄国有工业领域,军用,航空/军用造船工业的未来主力芯片】

MCST公司表示,该芯片采用16nm工艺制程设计,额定工作频率为2GHz,2021年批量生产交付。(传统代工厂为台积电)

主要参数:

16核心,2GHz额定工作频率

16nm制程

1.5TFlops单精度/ 750Gflops双精度

8通道DDR-3200 ECC

支持单计算模块4 CPU,16TB内存
(4芯片单版计算模块可以达到6TFlops计算能力)

可见俄罗斯人在航电上也是下了大功夫的。


结尾针对气动再说两句。苏57不是什么所谓的三翼面布局,纯属胡诌。那个可动翼面单纯就是亚音速区域增升用的,另外也起到亚音速区部分隐身的效果。推荐一本书:

从这本书里你可以明白苏57的那个可动翼面不同于鸭翼的根源之处在于它们(在定常情况下)形成的流场的拓扑是不同的,所以跟三翼面完全是两回事。

P.S. 我认为拓扑是个非常好用的工具,说不定用它你甚至能把远距耦合和近距耦合给区分了。

参考

  1. ^ https://www.zhihu.com/question/26459111/answer/1629613027
  2. ^ https://pakfa.tass.ru/kharakteristiki-su-57/?from=teaser
  3. ^ https://vpk.name/news/200588_su57_podnyalsya_vyishe_raptora.html?fbclid=IwAR1rpVhAdRavVHsrWWzQxli_DiLZWdjHsgwo_fTghbLf7a3hx6dnMxakZnI
  4. ^ https://weibo.com/2657073157/GpcJc4I9K?from=page_1005052657073157_profile&wvr=6&mod=weibotime&type=comment
  5. ^ https://pakfa.tass.ru/kharakteristiki-su-57/?from=teaser
  6. ^ https://weibo.com/2657073157/JqQLJukLE?from=page_1005052657073157_profile&wvr=6&mod=weibotime&type=comment#_rnd1609597955003
  7. ^ https://www.baidu.com/s?ie=UTF-8&wd=%E5%AE%89%E8%A3%85%E6%8E%A8%E5%8A%9B
  8. ^ https://www.zhihu.com/question/270867174/answer/1559912123
  9. ^桑建华《飞行器隐身技术》 http://product.dangdang.com/23274429.html?ref=suggest-1-0
  10. ^ https://weibo.com/2657073157/JAPv85hmD?type=repost#_rnd1609598875321
  11. ^ https://weibo.com/2657073157/JmeVz2vyh?from=page_1005052657073157_profile&wvr=6&mod=weibotime&type=comment#_rnd1609634602773
  12. ^ https://weibo.com/2657073157/JmeVz2vyh?from=page_1005052657073157_profile&wvr=6&mod=weibotime&type=comment#_rnd1609634602773

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