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科普空军知识

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生意社2009年09月16日讯
科普空军知识
中国人民解放军空军军衔图样中国人民解放军空军军衔图样
  以空中作战为主要任务的军种。主要由多种航空兵组成,并编有地空导弹兵、高射炮兵和雷达兵等。有的国家的空军还编有地地战略导弹部队和空降兵。通常设有领导指挥机关,编有战斗和勤务保障部队、院校和科研机构等,并辖有空军基地等。各国空军的领导指挥机关名称不一,有空军部、空军司令部、空军总司令部、空军参谋部等。其编制序列,有的为航空队、空军师、联队、中队,有的为师、团、大队、中队,有的为航空方面队、航空团、飞行队等。空军航空兵通常装备歼击机、轰炸机、歼击轰炸机、强击机、侦察机、运输机、直升机及其他特种飞机。空军具有远程作战、快速反应、高速机动和猛烈突击能力,既能单独作战,又能协同其他军种作战。空军是现代战争的重要力量,对战争的进程和结局,能产生重大影响。
  空军是从陆军中建立航空兵部队开始逐步发展起来的。第一次世界大战前夕,美、法、英、俄、德、意等国在陆军中组建航空兵部队。1918年4月,英国首先建立皇家空军,使空军成为一个独立的军种。第二次世界大战期间,空军得到飞速发展。中国是建立航空部队较早的国家之一。1928年,国民党政府开始建立统一的空军。当今,世界上一百三十多国家和地区建立了规模不同的空军。中国人民解放军空军是1949年l1月l1日正式建立的。美国空军的最高行政领导机构为空军部,最高军事指挥机构为空军参谋部,下辖战略空军、战术空军、军事空运和航天等部队,部队编制序列为航空队、空军师、联队、中队。俄罗斯空军的最高领率机关为空军总司令部,下设远程航空兵、前线航空兵、运输航空兵和干部培训与预备队四个司令部。部队主要由远程航空兵、前线航空兵和军事运输航空兵组成。编制序列为师、团、大队、中队,远程航空兵和前线航空兵还编有空军集团军。日本空军称航空自卫队,最高领率机关为航空自卫队参谋部。下设空总队、航空教育集团和航空支援集团等。部队编制序列为航空方面队、航空团、飞行队。
  空军战术
  空军战术,是空军进行战斗的方法,是空军作战方法的重要组成部分。其主要内容包括:基本原则以及兵力部署、战斗指挥、协同动作、战斗行动的方法和各种保障的措施等。分为空军合同战术和空军兵种战术。空军战术产生于20世纪初。第一次世界大战初期,航空兵通常采用单批、单架飞机执行侦察、轰炸、运输等任务;大战末期发展到一次出动200架次机执行轰炸任务。之后,出现了歼击机掩护侦察机、轰炸机、运输机的联合编队作战和航空兵协同地面部队、海上舰艇编队的作战,逐步形成航空兵各机协同战斗和支援陆军、海军作战的战术。第二次世界大战时期,航空兵主要实施大编队空战和大规模集中轰炸,并与高射炮兵、雷达兵进行了广泛的协同作战,使空军合同战术、兵种战术和支援陆军、海军的战术得到了普遍发展。空军战术的基本原则主要有:集中兵力于主要方向,打击重要目标;积极打击,严密防护;灵活机动,隐蔽突然;集中统一指挥,密切协同动作;充分准备,全面保障等。现代条件下,超高空、超低空作战的战术将得到广泛运用;隐形、电子对抗等技术的发展和非常规机动等方式,将使空军战术得到新的发展。
  空军战役
  空军战役,是空军战役军团单独或在其他军种兵力协同下进行的战役,分为空中进攻战役、防空战役和空降战役。空中进攻战役,通常以航空兵为主实施,主要有夺取制空权、削弱对方战争潜力、孤立战场、消灭对方重兵集团等战役。防空战役,以航空兵、高射炮兵和地空导弹兵为主实施,通常是大规模合同战役的组成部分,有时也独立实施;主要有要地防空、战区防空和多战区联合防空等战役。空降战役,主要由空降兵在航空兵等协同下实施。空军战役的主要特点:作战空间广阔,突然性、速决性强,合同化程度高,纵深性、立体性明显,电子斗争激烈,强度高损耗大,组织指挥复杂,协同保障困难。现代条件下,空军战役的地位更加重要,独立的空军战役将增多;将更重视打击敌高空乃至外层空间进袭的目标和低空、超低空进入的目标;垂直包围、远程奔袭等方式将广泛运用,对指挥、协同和保障提出了更高的要求。
  空军指挥
  空军指挥,是空军指挥员和指挥机关对所属部队作战和其他行动的组织领导活动,是军队指挥的重要组成部分。空军指挥在遂行作战任务时主要工作包括:依据敌我双方情况和地理、天候等,确定行动方针、原则,定下作战决心,明确兵力编成,区分行动任务;在作战准备和实施过程中,掌握部队的动态,形成有利的作战部署,实施不间断的指挥,把握作战重心,预见到战场情况的可能发展变化,适时定下新的决心;组织协同,保证空军部队行动协调一致。协同原则:通常情况下,空军协同陆、海军作战时,以陆、海军行动为主;陆、海航空兵协同空军作战时,以空军行动为主;空军各兵种、部队协同作战时,以主要作战方向上执行主要任务的部队行动为主。空军对其他行动的指挥主要包括战备、军事演习、抢险救灾、航空管制等组织指挥活动。空军具有高速机动、猛烈突击和远程渗透能力,作战范围广,参战兵种多,小编队活动频繁,作战行动在地面和空中交织进行,这些特点决定了空军指挥应特别强调贯彻积极主动、集中统一、快速反应、灵活机动、稳定可*的原则。世界各国的空军指挥体制不尽相同,有的实行空防合一,集空中进攻兵力和对空防御兵力为一体;有的则空防分立,空中进攻兵力和对空防御兵力由统帅部空军和防空军分别指挥。中国人民解放军空军指挥,形成了对空军所属的航空兵、高射炮兵、地空导弹兵、空降兵及其他保障部队实行有效的空防合一的指挥体制,建立了军委空军--军区空军--军(军级指挥所)--师(旅)--团(营)五级指挥系统。
  领空
  领空,是指主权国家领陆和领水上空的空气空间,是国家领土的组成部分。它是国家进行空中航行和运输以及保卫国家领土主权与国家安全的重要领域。国家对其领空实施完全的管辖和控制,有权禁止或准许外国飞-行-器通过或降落。国家领空主权只限于空气空间的原则,已为国际上所普遍接受。但领空与外层空间的分界线,国际法尚没有明确的规定。
  中国空军军旗及徽标
  1992年9月5日,中央军事委员会主席江主席签署命令,公布了中国人民解放军仪仗队使用的陆军、海军、空军军旗样式。陆军、海军、空军军旗旗幅的上半部(占旗面的5/8)均保持中国人民解放军军旗基本样式,下半部(占旗面的3/8)区分军种:空军为天蓝色,象征辽阔的天空。
  空军军徽衬以金黄色飞鹰两翼,象征人民空军英勇果敢,飞行无阻,并坚决负起捍卫祖国的光荣任务。
  1988年10月开始使用的“八七”式帽徽分为大小两种。大帽徽缀于大檐帽、绒(皮)帽,主体为“八一”红五星,八片松枝叶环抱着麦穗、齿轮和天安门,帽徽总体高、宽皆为50毫米,分陆、海、空军三种,空军底衬天蓝色和金黄色飞翅。
  中国人民解放军于1955年实行军衔制时,制定海军、空军、公安军符号。空军符号底衬飞鹰两翅,象征人民空军飞行无阻。军种符号一般佩带在军常服和制式衬衣衣领上。
  中国人民解放军建立空军后,军用飞机的识别标志是在红五角星内印金色“八一”两字,即军徽,两侧各配一条镶有金黄色边沿的红带。“八一”表示人民空军是中国人民解放军的一个组成部分,是在陆军基础上壮大发展起来的。两侧的红色长带表示人民空军的战鹰展翅奋飞,翱翔祖国蓝天的雄姿。
  航程和活动半径
  航程一般指实用航程,是指涉及风向,留有一定飞行时间的储备燃油并给出载重条件下飞机所飞的最大距离。对战斗机、攻击机、轰炸机等军用飞机来说,活动半径又称为“作战半径”。这是军用飞机最重要的飞行性能指标之一,它直接表明飞机作战和活动的范围。活动半径是指飞机携带正常作战载荷,在无风和不进行空中加油,并考虑安全备用燃油和其它用油的条件下,自机场起飞,沿给定航线飞行,执行完指定任务后,返回原机场所能达到的最远水平距离。一般情况下,活动半径不等于航程的一半,而要比航程的一半小。
  巡航速度
  飞机所装发动机每公里消耗燃油最小情况下的飞行速度称为巡航速度。在航空界,一般把适宜于持续进行的,接近于定常飞行的飞行状态称之为巡航。在此状态下的参数称为巡航参数,如巡航高度、巡航推力等等。巡航速度也是专机的巡航参数之一。巡航状态不是唯一的,每次飞行的巡航状态都取决于许多因素,如气象条件、装载、飞行距离、经济性等等。因此,各次飞行所选定的巡航参数(包括巡航速度)常有所不同。同样是巡航,由于任务要求不一样,选定的巡航速度也就不一样。例如航程巡航、航时巡航、给定区间最小燃料消耗巡航等,虽然都要求飞机以比较省油、比较经济的速度巡航,但这些指标是有差别的。航程巡航要求飞机能以航程最远的巡航速度飞行;航时巡航则要求飞机能以留空时间最长的巡航速度飞行等等。为此,巡航速度又可细分为“远航速度”和“久航速度”等。
  最大平飞速度
  飞机在水平直线飞行条件下,把发动机推力加到最大所能达到的最大速度。(此速度要能维持3公里以上的距离)一般喷气飞机的最大平飞速度都是在11000米以上的高空达到的。对于军用飞机来说,低空飞行能力具有重要的意义。低空最大平飞速度是衡量多用途战斗机、攻击机和轰炸机的重要性能指标。
  最小速度
  飞机在某一高度上可以维持等速水平飞行的最低速度。此值越低,则飞机的起飞、降落速度越小,所需的机场跑道越短。同时飞机的安全性和机动能力越强。飞机的最小最小速度一般是在海平面高度获得。
  失速速度
  飞机的升力系数随飞机迎角的增加而增大。当迎角增加到某一数值后,升力系数不升反降,导致飞机升力迅速小于飞机重力,飞机便很快下坠,这种现象称为失速。
  续航时间
  续航时间又称之为“航时”。它是指飞机在不进行空中加油的情况下,耗尽其本身携带的可用燃料时,所能持续飞行的时间。续航时间是飞机最重要的性能指标之一,它直接表明飞机一次加油后的持久作战或持久飞行能力。续航时间与飞行速度、飞行高度、发动机工作状态等多种参数有关。合理选择飞行参数,使得飞机在单位时间内所耗燃料量最少,飞机就能获得最长的续航时间。此时,所对应的巡航速度称为“久航速度”。
  爬升率
  爬升率又称爬升速度或上升串,是各型飞机,尤其是战斗机的重要性能指标之一。它是指定常爬升时,飞-行-器在单位时间内增加的高度,其计量单位为米/秒。飞机在某一高度上,以最大油门状态,按不同爬升角爬升,所能获得的爬升率的最大值称为该高度上的“最大爬升率”。以最大爬升串飞行时对应的飞行速度称为“快升速度”,以此速度爬升,所需爬升时间最短。飞机的爬升性能与飞行高度有关,高度越低,飞机的最大爬升率越大,高度增加后,发动机推力一般将减小,飞机的最大爬升率也相应减小。达到升限时,爬升率等于0。以F—16战斗机为例,该机在海平面的最大爬升率高达305米/秒,高度1000米时,降至283米/秒,高度为10000米时,则降至100米/秒,当高度达到17000米时,其最大爬升率只有12米/秒。
  升限
  所谓升限,是指航空器所能达到的最太平飞高度。当航空器的飞行高度逐渐增加时,空气的密度会随高度的增加而降低,从而影响发动机的进气量,进入发动机的进气量减少,其推力一般也将减小。达到一定高度时,航空器因推力不足,已无爬高能力而只能维持平飞,此高度即为航空器的升限。升限可分为理论升限和实用升限两种。理论升限定义为:发动机在最大油门状态下飞机能维持水平直线飞行的最大高度。实用升限的定义是:发动机在最大油门状态下,飞机爬升率为某一规定小值(如5米/秒)时,所对应的飞行高度。在实际飞行中,受载油量等因素的影响,大部分飞机是无法达到理论升限的,因为要想爬升至理论升限需用很长的时间,且越往上越慢,尚未达标,燃油便耗尽了。所以,人们常用的是实用升限。提高飞机升限的措施主要有:增大发动机在高空时的推力、提高飞机的升力、降低飞行阻力、减轻飞机重量等。
  亚音速、跨音速、超音速与M数
  一般来说,飞-行-器的飞行速度低于音速,称为亚音速飞行;飞-行-器的飞行速度高于音速,称为超音速飞行;而飞-行-器的飞行速度等于音速,则称为等音速飞行。为了研究问题方便,人们引入了M数的概念:M:**式中,v表示在一定高度上飞-行-器的飞行速度(或空气的流速),a则表示当地的音速。M数又称马赫数。上面三种飞行情况,可以分别用M<l、M>l和M:1表示。由于在音速附近飞行存在许多特殊的现象,人们往往把M数0.75~l.2单独划出来,进行专门的研究,并把这一速度范围称为跨音速区。在航空和航天领域,人们一般根据M数的大小,把飞-行-器的飞行速度划分为4个区域,即:亚音速区--M数小于0.75;跨音速区--M数从0.75到1.2;超音速区--M数从1.2到5.0;高超音速区--M数5.0以上。
  起飞和降落性能
  主要指标有起飞、降落距离;起飞、降落滑跑距离;离地速度和接地速度。
起飞距离是指飞机在机场起飞跑道上的起飞线处开始,松开刹车,经过地面滑跑,离地爬升至25米高度所经过的地面距离。降落距离是指飞机进入机场着陆下降至25米高度算起,经过下滑、平飞减速、飘落接地、地面滑跑等阶段直至停机所经过的地面距离。起飞和降落滑跑距离则只算到离地或从接地开始。离地速度是指飞机在起飞过程中,飞行员向后拉杆使飞机抬头离地的瞬间速度。此值越小则飞机的地面滑跑距离越短。接地速度是指飞机在降落过程中,飞机落地的瞬间速度。此值越小降落过程越短。
  过载(g)
  g本来是表示重力加速度的符号,它的值随纬度和距海平面的高度而变化,国际采用的标准值是980.665厘米/秒*。地球上的物体都受着引起lg加速度的重力,因而一切物体都有重量。在航空领域,一般用g表示飞机或导弹的过载。飞机和导弹在作各种运动时,机体和弹体各部分也相应地承受各样的载荷,过载越大,表示升力比飞机或导弹的重量大得越多,也就是飞机或导弹的受力越严重。平飞时,升力等于飞机或导弹的重量,过载等于l。机动飞行时,升力往往不等于飞机或导弹的重量,过载也经常不等于l。例如,过载为6,表示升力达到飞机或导弹重量的6倍,用6g表示。
  何为“热障”
  当飞-行-器在稠密大气中作超音速飞行时,受激波与机体间高温压缩气体的加热和机体表面与空气强烈摩擦的影响,飞-行-器蒙皮的温度会随M数的提高而急剧上升。飞行M数为2.0时,机头处的温度略超过100℃。而当M数等于3.0时,飞-行-器表面的温度则升至350℃左右,已超过了铝合金的极限温度,使其强度大大削弱。航空界把飞-行-器作高速飞行时所遭遇到的这种高温情况称之为“热障”。一般把M数2.5作为“热障”的界线,低于这一值,气动加热不严重,可用常规的方法和材料设计、制造飞机;高于该值,则必须采取克服气动加热问题的措施,如用耐高温的钢或钛合金制造飞机的蒙皮和框架等。宇宙飞船和返回式卫星在重返大气层时,M数更高,它们的外表温度可达1000多度。为保证其不致被烧毁,飞船和返回式卫星的头部得用烧蚀材料包上一层,让它在高温时烧掉,以吸收气动加热时产生的热能。
  机翼
  机翼的主要功用是产生升力,以支持飞机在空中飞行。它还起一定的稳定和操纵作用。机翼的平面形状多种多样,常用的有矩形翼、梯形翼、后掠翼、三角翼、双三角翼、箭形翼、边条翼等。现代飞机一般都是单翼机,但历史上也曾流行过双翼机(两副机翼上下重叠)、三翼帆和多翼机。根据单翼机的机翼与机身的连接方式,可分为下单翼、中单翼、上单翼和伞式上单翼(即机翼在机身的上方,由一组撑杆将机翼和机身连接在一起)。
  尾翼
  尾翼是安装在飞机后部的起稳定和操纵作用的装置。尾翼一般分为垂直尾翼和水平尾翼。垂直尾翼由固定的垂直安定面和可动的方向舵组成,它在飞机上主要起方向安定和方向操纵的作用。垂直尾翼简称垂尾或立尾。根据垂尾的数目,飞机可分为单垂尾、双垂尾、三垂尾和四垂尾飞机。水平尾翼由固定的水平安定面和可动的升降舵组成,它在飞机土主要起纵向安定和俯仰操纵的作用。水平屋翼可简称平尾。有的飞机为了提高俯仰操纵效率,采用的是全动乎尾,即平尾没有水平安定面,整个翼面均可偏转。有一种特殊的V字形尾翼,它既可以起垂直尾翼的作用,也可以起水平尾翼的作用。水平尾翼一般位于机翼之后。但也有的飞机把“水平尾翼”放在机翼之前,这种飞机称为鸭式飞机。此时,将前置“水平尾翼”称之为“前翼”或“鸭翼”。没有水平尾翼(甚至没有垂直尾翼)的飞机称为无尾飞机。这种飞机的俯仰操纵、方向操纵、滚转操纵均由机翼后缘的活动翼面或发动机的推力矢量喷管控制。
  后掠翼
  机翼各剖面沿展向后移的机翼称为后族翼,这种机翼的外形特点是,其前缘和后缘均向后掠。机翼后掠的程度用后掠角的大小来表示。与平直机翼相比,后掠翼的气动特点是可增大机翼的临界马赫数,并减小超音速飞行时的阻力。飞机在飞行中,当垂直于机翼前缘的气流流速接近音速时,机翼上表面局部地区的气流受凸起的翼面的影响,其速度将会超过音速,出现局部激波,从而使飞行阻力急剧增加。后掠翼由于可使垂直于机翼前缘的气流速度分量低于飞行速度,因而与平直机翼相比,只有在更高的飞行速度情况下才会出现激波(即提高了临界马赫数),从而推迟了机翼面上激波的产生,即使出现激波,也有助于减弱激波强度,降低飞行阻力。后掠角的缺点是扭转刚度差、升力线斜率较低、气流容易从翼梢处分离、亚音速飞行时诱导阻力较大等。
  三角翼
  平面形状为三角形的机翼称为三角翼。与之相近的有双三角翼和切角三角翼。目前常用的主要是略有切角的三角翼。三角翼飞机出现于50年代,其代表机型有美国的F—102、前苏联的米格—21、法国的“幻影”Ⅲ等。大后掠角三角翼具有超音速阻力小、焦点随M数变化小、结构刚度好等优点,适合于超音速飞行和机动飞行。其缺点是:在亚音速飞行状态,机翼的升力线斜率较低、诱导阻力较大、升阻比较小,从而影响飞机的航程和起降性能。
  变后掠翼
  后掠角在飞行中可以改变的机翼称之为变后掠翼。在飞机的设计工作中,有一个不易克服的矛盾:要想提高飞行M数,必须选择大后掠角、小展弦比的机翼,以降低飞机的激波阻力,但此类机翼在亚音速状态时升力较小,诱导阻力较大,效率不高。从空气动力学的角度讲,要同时满足飞机对超音速飞行、亚音速巡航和短矩起降的要求,最好是让机翼变后掠,用不同的后掠角去适应不同的飞行状态。对变后掠翼的研究,始于40年代,但直到60年代,才设计出实用的变后掠翼飞机。一般的变后掠翼的内翼段是固定的,外翼同内翼用铰链轴连接,通过液压助力器操纵外翼前后转动,以改变外翼段的后擦角和整个机翼的展弦比。变后掠翼的缺点是,结构和操纵系统复杂,重量较大,不大适合轻型飞机使用。
  边条翼
  边条翼是50年代中期出现的一种新型机翼,一些第三代高机动战斗机采用了这种机翼。在中等后掠角(后掠角25度~45度左右)的机翼根部前缘处,加装一后掠角很大的细长翼(后掠角65度~85度)所形成的复合机翼,称为边条翼。在边条翼中,原后掠翼称为基本翼,附加的细长前翼部分称为边条。边条翼的气动特点是,在亚、跨音速范围内,当迎角不大时,气流就从边条前缘分离,形成一个稳定的前缘脱体涡,在前缘脱体涡的诱导作用下,不但可使基本翼内翼段的升力有较大幅度的增加,还使外翼段的气流受到控制,在一定的迎角范围内不发生无规则的分离,从而提高了机翼的临界迎角和抖振边界,保证飞机具有良好的亚、跨音速气动特性。在超音速状态下,由于加装边条后,使内翼段部分的相对厚度变小,机翼的等效后掠角增大,可明显降低激波阻力。另外,边条的存在,还可使飞机在跨音速和超音速飞行时的全机焦点后移量减小,导致飞机的配平阻力降低。因此,这种机翼也具有良好的超音速气动特性。边条翼的缺点是,在小迎角范围内,其升阻特性不如无边条的基本翼好;它的力矩特性也不理想,力矩曲线随迎角的变化呈非线性。
  翼身融合体
  一般的翼身组合体是由机翼与机身两个部件接合而成的。在机翼与机身的交接处,机身的侧面与机翼表面构成直角(或接近于直角),这样的组合,由于浸润面积大,阻力也较大。为了减少翼身组合体的阻力,有些飞机在机翼与机身的交接处增装了整流带(亦称整流包皮),使二者间圆滑过渡。在设计上,整流带一般是不承受载荷的,但在飞行时,它很难不受气动力的影响,因此,往往会发生变形等问题。后来,研究人员根据翼身整流带的优缺点,提出了翼身融合体的概念,即把飞-行-器的机翼和机身合成一体来设计制造,二者之间没有明显的界限。翼身融合体的优点是结构重量轻、内部容积大、气动阻力小,可使飞机的飞行性能有较大改善。后来还发现,由于消除了机翼与机身交接处的直角,翼身融合体也有助于减小飞机的雷达反射截面积,改善隐身性能。翼身融合体的缺点是:外形复杂,设计和制造比较困难。
  空速表
  空速表是安装在驾驶舱仪表板上,为飞行员测量和指示航空飞-行-器相对周围空气的运动速度的仪表。飞机上常用的空速表主要有指示空速表、真空速表、马赫数表和组合式空速表等。指示空速表利用开口膜盒等敏感元件,通过测量空速管处的总压与静压的压差,间接测出空速。真空速表由指示空速表增加真空膜盒等附件组成,这些附件主要用于修正因大气条件变化带来的误差,经修正的空速,接近于真实空速。马赫数表的工作原理与真空速表相似,它主要为飞行员测量、显示真空速与音速的比值。组合式仪表则可综合测量显示上述参数及与飞行安全相关的参数。
  高度表
  高度表是安装在驾驶舱仪表板上,为飞行员显示测量出的航空飞-行-器距某一选定的水平基准面垂直距离的仪表。航空器上常用的高度表主要有气压式高度表与无线电高度表。气压式高度表实际上是一种气压计,它通过测量航空器所在高度的大气压力,间接测量出飞行高度。无线电高度表实际上是一种以地面(水面)为探测目标的测距雷达,它所指示的高度即为真实高度。
  平视显示器
  平视显示器(简称平显)是60年代出现的一种由电子组件、显示组件、控制器、高压电源等组成的综合电子显示设备。它能将飞行参数、瞄准攻击、自检测等信息,以图像、字符的形式,通过光学部件投射到座舱正前方组合玻璃上的光/电显示装置上。飞行员透过组合玻璃观察舱外景物时,可以同时看到叠加在外景上的字符、图像等信息。过去,飞行员在空战中,需要交替观察舱外目标和舱内仪表,易产生瞬间视觉中断,由此,会导致反应迟缓、操作失误,并有可能购误战机,采用平视显示器可克服这一缺点。
  航空地平仪
  航空地平仪是用于测量和显示飞机俯仰及倾斜姿态的一种陀螺仪表,亦称陀螺地平仪。它主要由双自由度陀螺、摆式地垂修正器、随动机构、起动装置、指示装置等部分组成。其用途是保证飞行员及时了解和掌握飞机俯仰、倾斜的角度,以便正确操纵飞机。
  机载雷达
  60多年来,机载雷达已发展出8大类,数百个型号。其中军用机载雷达占了大多数。尽管现代战机有红外,电视,电子支援(ESM)等光电感应器,但是雷达仍是全天候侦测能力最强、精确测距能力最远的观瞄手段。本文着重介绍大家比较感兴趣的机载火控雷达。军用机载雷达的出现,完全出于30年代英、德海上交战急需机载雷达在反潜战中帮助搜寻潜艇,随后在二战中又出现了多种型号的10厘米和3厘米波段的机载雷达,其使用范围也扩展到了对地轰炸,空中拦截,敌我识别等领域,但它们的技术水平都十分接近且原始,笨重的米波振子阵列天线还是被装在机头和机翼的外侧,所采用的信号也不外乎脉冲调制和调频连续波两种。
  二战后,机载雷达成为了单脉冲角度跟踪、脉冲多普勒信号处理、合成孔径以及脉冲压缩的组合系统。同地面雷达不同,机载雷达所要处理的地面杂讯和噪讯都很复杂,这主要是因为相对于地面雷达位置的固定,地面对飞机而言有了相对速度,地面杂讯的多普勒频移不再为零,而同空中目标一样有了相对速度和矢量,简单的目标动态指示(MTI)已经不再使用,这就引进了杂讯可见度(SCV)的概念,我们希望SCV值尽量高,也就是雷达在多普勒频移原点附近的曲线尽量陡峭,滤去更多的地面杂讯。另外,为了一起滤去摇摆的树枝,海上的波浪和云雾等慢速反射物杂讯,雷达*增加延迟线,也就是每隔几道脉冲作相减,延迟线越多,原点的放大率就越小,滤除的范围也越大,SCV的值也就越高。然而类比式(analogue)雷达的延迟线跟所用材料有关,不能无限增加,而材料又受本身特性和外界的影响容易产生不确定性,解决的方法就是将雷达回波转为数字讯号,当代的机载雷达几乎都采用数字式雷达就是这个原因。
  在雷达对延迟线作进一步计算前,其强度可以乘上不同的权重(weighting),使整个滤波频谱的特性改变,增加对固定杂讯、慢速杂讯的滤除效果。当雷达以数字方式设计时,不同的权重只是软件中的不同系数而已,因此,依战术需求、杂讯的分布情况,适时改变权重系数,制造出不同的滤波曲线,就可以对杂讯的处理产生最佳的效果。预警机如E-2C和双座战机都有专人依战术环境调控不同权重的雷达模式,以求产生最佳滤波效果。当权重取特殊值时,多重延迟线的数学公式会近似于离散傅立叶转换(DiscreteFourierTransform)(例如,当延迟线值为2的整数次方时,所需计算时间最短,被称为快速傅立叶,FFT)此时不同的延迟线不仅可滤掉原点附近的杂讯,实际上,N条延迟线能将多普勒频移讯号分成N等分,使从零到脉冲重复频率(PRF,PulseRepeatFrenquency)内每一等分的杂讯处理都可以得到控制。F-16A/B型使用的APG-66火控雷达FFT为64条,台湾IDF上的金龙53雷达最高可达256条,其滤波的差异可想而知。
  随着微电子技术的进步,人们已经弃用延迟线而直接以窄频滤波器模拟出所需的滤波曲线,但同时为防止回波在窄波器处理中将大部分频率滤掉,产生测距失真,必须加上距闸(RangeGate),根据雷达的距离解析度将时间等分,以体现回波的时间性。
  当目标相对速度造成的多普勒频移为PRF的整数倍时会被意外滤除,此时的速度称为盲速,此种现象称为速度不确定性(VelocityAmbitious)。当目标距离太远时,回波反射回来,下一道波已经发出,使雷达搞不清这道波是哪道发射波发回来的,而计算不出目标的距离,这就叫距离不确定性。当PRF值高到使盲速高于任何可能目标的速度时,不存在速度不确定,称为高PRF;而当PRF低到使脉冲间隔周期比脉冲来回可能最远距离的时间还长时,距离不确定性不成立,称为低PRF;两者之间,也就是既有距离不确定,又有速度不确定的PRF称之为中PRF。为了大家不打瞌睡,从这里开始我就长话短说了,高PRF雷达对迎面而来的高速目标(相对速度最大)侦测效果最佳,对地面杂讯的过滤能力最强,因此俯视能力好,而对尾追目标的搜索能力差,在引导雷达制导的空空导弹时,一定是用高PRF,因为高PRF的脉冲间隔短,资料更新率较高,缺失是为克服距离不确定性而使用的调频(FM)手段不可以捷变,因此抗电子干扰能力较弱。低PRF测距既准又远,只可惜处理的多普勒频移范围窄,滤波效果欠佳。中RPF则兼具二者的优缺点,可视情形巧用它们的特性,变换PRF值,消除速度和距离的不确定性,但是,鱼和熊掌不可兼得,中PRF雷达俯视的搜索范围不如高PRF,侦测逃逸目标能力不如低PRF。同时,在时间或频率轴上,目标回波都有速度或距离的不确定性,也就是说无法完全将杂讯分离,只有在目标强度足够时才可侦知,所以其搜索距离受到限制,F-16早期的APG-66就是纯中PRF雷达,它的性能也属中庸。另一种解决高、低PRF之道就是同时使用两者,实现俯视和测距能力的统一,E-3预警机的APY-1雷达就在高PRF操作中搀加了长脉冲(低PRF),再以压缩脉冲的方式得到较高的测距精度。
  70年代,F-4E的AWG-10雷达首度使用高PRF雷达,将机载雷达带入俯视/俯射的新纪元;F-14的AWG-9则增加了低PRF能力,能够侦测非迎向目标;80年代,F-15的APG-63雷达,首次将中PRF实用化,借由数字技术的发展和计算机的程式化能力,使其可以弹性变化及分析PRF值;在长程搜索时使用高PRF,及早获得来犯之敌,进入攻击前的中程追踪时切换到中PRF得到精确的距离,得以在第一时间发射导弹先敌发起攻击。早期英国“旋风”ADV的“猎狐人”雷达使用一种调频中断连续波的独特操作方式,名字听起来挺吓人,其实就是前面提到过的高PRF操作的FM测距雷达,只是以极高的速率发射脉冲时,就等于是连续波,并运用了数字式脉冲压缩,频率捷变(FrequencyAgile)及FFT,俯视及电子反对抗能力已非早期高PRF雷达所能比拟!但搜索尾向目标就不甚理想了,所以到了F-14D的APG-71便没有跟进,而是学F-15引入中PRF,由此可见,X、Ku波段的中PRF才是80年代机载火控雷达的主流。
  到了90年代,更新一代的“旋风”ADV已经改用了同时具有高、中、低PRF的全波形多普勒体制的“蓝狐”雷达。美军目前最强悍的APG-70(注:供F-15E)雷达首创应用高PRF的距闸脉冲多普勒雷达,号称解决了高PRF不能精确测距的问题,并用新的软件控制FM测距,增加了最大追踪测距,俯视滤波性能更是十分优越,其具体操作细节在这里就不多谈了,只说一个数据供大家参考,APG-70操作在200kHz的高PRF,脉冲间隔为5微秒,竟在这狭小的空间内分出40个距闸,各500只滤波器!
  在远程搜索时,通常使用高PRF,这是因为低空高速目标最具威胁性。越战时,北越的战机就常常埋伏在低空待命,一旦美军轰炸机编队由上方通过时,就在地面管制(GCI)的引导下,爬升至敌机12点处,利用速度和位能的优势俯冲攻击,往往杀得没有俯视能力的美机措手不及,亦或抛下炸弹仓惶而逃,亦或仓促应战(不少美军王牌就硬是这样被干掉了)。然而,偷袭者此时早已迅速窜回低空遁逃了。我们又讲说高PRF测距不准,也就是说不能够分离出多个目标的远近关系,只有速度,高度和大概距离,故称为脉波多普勒搜索(PDSearch)。海湾战争时,F-15C的雷达屏上时常出现多达五六十个光点,而每一笔的资料都缺少精确的距离数据,这时,雷达不能够识别、跟踪每一个目标,甚至不清楚雷达上光点的移动是否为飞机还是云朵,飞鸟之类的什么东东,那么我们平时强调谁的雷达最大搜索距离有多长多长还有什么意义呢?如果是搜索中高空目标,也就是仰视时,可用低PRF,以得到目标的精准距离资料,称之为距离同时搜索(RWS,RangeWhileScan),缺点是测不到低空高速逼近的目标,需要调至中PRF得到目标的详细资料。
  转动扫描:雷达只绕一个小空间的中心轴来回搜索,该中心轴由飞行员通过作舱内的按钮来控制。不同于地面雷达的360°垂直扇形波束,战机的雷达*点射累计成面,通常有一面2行、4行、8行之分。因此,战机的雷达搜索到目标后,接下来就进入目标标定(TargetAcquisition)的模式了,也就是跟踪每笔光点的走势,把真正的目标同杂讯、噪讯中分离出来,用距闸锁定。距闸就像个小框框,只保留框内的讯号,如果框内的讯号前面较强,表示目标移向前方,在处理下一道回波时,距闸就移向前,反之亦然,速度闸也是用类似原理跟踪目标的速度。如此一来,目标的速度和距离就可以实现自动跟踪了。
  对付单一目标,雷达天线可以用角锥扫描或单脉冲扫描作角度跟踪。如果是多目标跟踪,则雷达就要有跟踪同时扫描的功能了,也就是我们常说的TWS,TrackWhileScan了。此时,雷达并不限于对准哪一个特定目标扫描,而是在扫描过程中记录下每个光点的方位角,加上速度闸和距闸测定的速度、距离资料,形成追踪档案,再结合自身导航资料和之前的目标运动资料,取得目标的绝对路径。目标只有进入追踪模式后方可得到完整资料,进行威胁评估、敌我识别及火控资料解算。美、苏两国对其重型战机的大功率、大面积的雷达天线骄傲不已,其实是进入了盲目竞争的误区,F-14的雷达宣称有213公里的最大搜索距离,但是真正有意义的TWS距离就只有167公里而已。
  在了解了雷达的中远程扫描模式后,明白雷达的几种近程扫描模式和局限性也是很有意义的。雷达的近程(AGM)扫描模式通常有四种:
  超级扫描:雷达的扫描范围仅局限于抬头显示器(HUD)的视野,锁住第一个看到的目标,或是最接近的目标。
  瞄准线扫描:雷达对准机首方向,飞行员按住追踪钮将机首指向某一目标,松开按钮,目标锁定完成,适合在近战中咬住敌机。
  垂直扫描:雷达在垂直方向上下大幅扫描,左右仅作窄波扫描,适合进入高G动作中的战机锁定垂直方向的敌机。扫描速度很慢,F-14做一次完整的130°/8行需时13秒,而一般的TWS则以80°/2行或40°/4行换取每1秒一次的较高资料更新率。而长距离搜索时会更慢,因为天线要等上一道回波反射回来后方可转动向下一行扫描。
  针对目前战机雷达低PRF俯视性能差,高PRF尾追能力欠佳的问题,空中和地面预警、指挥机制的建立都成了一个完整防空网所应具备的基本要素了。
  尽管合成孔径雷达(SAR)和逆合成孔径雷达(ISAR)赋予了传统雷达新的生命,Typhoon(原EF-2000)战机的ECR-90机械转动雷达更号称使用高速控制马达,可驱使天线在3/1000秒仰俯跳跃10度,但新一代的机载雷达走向电子扫描的大趋势已是不可避免了。由于电扫雷达的高速指向和特定性,使雷达对目标的资料更新率和解析度大大提高,同时,反电子压制的能力也大增,更由于电扫天线为固态扫描,其天线阵列也就不会四围转动,反射电波了,无形中增强了飞机的隐匿性。
  前苏联的MiG-31是世界上第一种使用电扫雷达的战机。它的NO-07型雷达可以搜索飞机中线左右各70°的空域,俯视达到了机鼻以下60°,可同时跟踪10个目标并接战其中4个。法国“飓风”战机上RBE-2也是使用类似原理的被动相控阵雷达,但是功能更强劲,可同时执行TWS和地形追踪(TerrainFollowing)的对空、对地功能。目前,第一批海军型“飓风”将不具备对地能力,空军的双座型则拥有完整的对空和对地的攻击能力。俄罗斯利用卖给中国苏-27赚得的资金开发出MiG-31雷达的改良型,用在苏-37(Su-37)上,一样具有同时空对空和空对地的操作模式,可在140~160公里内跟踪20个目标,并同时攻击其中8个,且搜索范围也有所扩大,分别达到水平线正负90°,垂直方向55°的广角空域。后视雷达系数为30~50公里,水平和垂直角度正负60°。美国下一代隐形战机F-22的APG-77主动相控阵雷达采用X波段有源二维相控阵天线,1000个主动阵列元件每具都可发射和接收波束,免去了复杂的导波管,探测性能更加先进,且具有“整机性能柔性下降”的能力,也就是雷达的功能不会因为某些阵列组件的破损而突然全部失效。
  1998年,中国的专业刊物指出中国已经研制出了主动电扫相控阵雷达,很可能是供陆基反导系统使用,说明中国已继美国、俄罗斯、法国和以色列后成为第四个掌握该项技术的国家。美国同类的GBR雷达目前配置THAAD战区防导系统,其操作频率为当代机载雷达通常使用的X波段,因此具有极高的解析度,而TWS距离却是采用较长S波段SPY-1雷达的3倍以上!有此宝物,中国版的THAAD系统应不远矣.
  航空火箭弹
  航空火箭弹也称“航空火箭”,是从悬挂在机身或机翼下面的发射器发射的以火箭发动机为动力的非制导武器。
  与航空机炮相比,航空火箭弹的射程远、口径大、威力大,在现代进攻作战中可发挥很大的作用。中国目前装备的航空火箭弹,有57毫米口径的57-1/2;90毫米口径的90-1/2/3;130毫米口径的130-1/2;装备中国陆、海、空军各型作战飞机。
  这三种口径的火箭弹构成基本相同,都由引信、战斗部、固体火箭发动机和折叠式稳定尾翼装置组成。它们的基本性能参数如下:
  57-1/2型火箭弹:全长0.82米,采用6翼片折叠式稳定尾翼装置,翼展0.23米,弹重3.86-3.97公斤,战斗部1.38公斤,最大速度2马赫,可攻击5000米处的目标。
  90-1/2/3型火箭弹:全长1.25米,采用4翼片折叠式稳定尾翼装置和4喷管固体火箭发动机,弹重14.6-17.1公斤,最大速度2马赫,可攻击7000米处的目标。采用的战斗部有通用爆破、破甲、破甲杀伤、燃烧等,重4.8-5.6公斤。
  130-1/2型火箭弹:全长2.085米,采用4翼片折叠式稳定尾翼装置和单一喷管固体火箭发动机,弹重46公斤,最大速度1.8马赫,可攻击7000米处的目标。战斗部重17.5公斤。
  这三种火箭配备的火箭发射器,是相应口径的HF“火发”系列火箭发射器。
文章关键词:军事 空军
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