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中國FC-1戰機究竟是什麼檔次?
送交者: 方方 2004年07月13日22:16:45 於 [軍事天地] 發送悄悄話

  說起來,和梟龍還是頗有些緣分的。1988年,筆者第一次見到梟龍前身——超-7的想象圖。那時候已經是較早期的構型了,還在和美國的蜜月期,圖注說明預定的發動機是通用電氣的F404-GE-400。轉眼16年過去,自己成長的同時也看着超-7逐漸演變,氣動外形越來越接近第三代戰鬥機,名稱也變成了FC-1,到今天又擁有了自己的正式綽號“梟龍”。

  自去年梟龍首飛以來,有關梟龍的報道鋪天蓋地,其中不乏總師、試飛員的高度評價。轉眼間梟龍已經直追F-16後期型。事實果真如此嗎?這其中有多少是宣傳手段呢?梟龍的真實水平究竟如何?筆者試圖從一個旁觀者的角度,利用有限的公開資料,對這架亦真亦幻的梟龍戰機進行一個簡單分析。

  氣動布局演變

  眾所周知,梟龍源自上個世紀80年代中期發起的超-7研製計劃。當時印度空軍已經裝備先進的米格-29、幻影2000戰鬥機,而巴基斯坦空軍只有少量不具備超視距作戰能力的F-16A/B,空防主力仍然是F-7P和幻影III,壓力相當大。巴基斯坦急需一種較為先進的戰鬥機,與F-16構成高低搭配,對抗印度空軍的第三代戰鬥機。為此,巴基斯坦選擇了與老朋友成都飛機公司聯合研製的策略。新飛機預定在成飛當時最成功的產品——殲-7飛機基礎上研製,巴基斯坦稱為“軍刀II”,中國國內稱為殲-7CP,對外稱“超-7”。這就是超-7計劃的由來。誰也沒想到,這種飛機的研發道路竟然如此曲折而漫長,一走就是十多年。

  軍刀II方案

  從公開資料來看,這是已知最早期的超-7方案。該方案的基本特點是:保留殲-7的基本結構;將殲-7原來的機頭3波系進氣道改進為兩側進氣道,留出機頭空間以安裝先進雷達和航電設備;機翼設計略有修改,翼根前緣有一條約0.4米長的狹縫,據說可以起到類似邊條翼的作用(另有資料認為該機還採用了前緣襟翼設計);預定選裝西方較為先進的發動機,包括通用電氣的F404-GE-400、普·惠的PW1120和PW1126(渦噴)發動機以及羅爾斯·羅伊斯的RB199-127/128型發動機。不難看出,該機的改進途徑和同期的殲-8II如出一轍。唯一多出來的一項改進就是換裝西方發動機。

  由此,我們可以推斷出該機的設計思想其實是非常簡單的:由於巴基斯坦需要的是一種介於F-16和殲-7之間的中低檔戰機,改進基礎又是殲-7飛機,因此改進設計的重點放在彌補殲-7系列原有缺點方面:

  利用西方先進的航電設備和雷達來保證超-7具有較好的全天候作戰能力——這正是殲-7系列一直以來所缺乏的。但當年的公開資料中沒有隻言片語提及超視距空戰能力,考慮到當時國內航空工業的技術水平以及可能獲得的西方技術,即使能夠獲得發射中距導彈的能力,必然也是代價不菲——記得“和平典範”計劃嗎?當年殲-8II加裝美國航電設備是1000萬美元一套,和後來超-7對外宣傳的總報價相當。

  利用西方發動機取代殲-7的渦噴發動機,提高推重比,降低耗油率,從而在一定程度上改善飛機的機動性和提高續航能力。備選發動機中,除了PW1126外,其它型號對於航迷而言並不陌生:F404已裝備F/A-18,PW1120是以色列LAVI原型機的動力裝置,RB199-127/128則是從“狂風”戰鬥機的動力裝置改進而來。PW1126則是較老式的渦噴發動機,其技術水平和當時國內發動機工業的水平相當,這也是美國人大力推銷這種發動機的主要理由之一——更先進的發動機你們造不出來嘛!但背地裡的用心則是不希望中國獲得先進的發動機技術。但從技術參數看,只有F404和PW1126的空氣流量和殲-7所用的WP-7相當,改進代價最小。而我們實際上更鍾情於F404,當年甚至還有給殲-7換裝F404的提議。

  其它方面的改進並不大,包括對機翼的改進,其實只是改善了大後掠三角翼翼尖氣流分離趨勢大的固有缺點而已。

  實際上,整個改進的核心就是利用當時和西方(特別是美國)的蜜月期,通過換裝西方設備來達到大幅提高超-7性能的目的。我們自己在這個改進中,所作的貢獻其實並不大。這從另一個方面也折射出成飛乃至整個航空工業的尷尬——技術儲備不足,改進飛機心有餘而力不足。在筆者看來,超-7所用的兩側進氣道,幾乎可以說是當年最有技術含量的成果了——當年雖然沒有公開文字提及該機的進氣道,但聯繫到國內對高速性能態度的轉變,幾乎可以肯定是準備採用從米格-23發展而來的三波系超音速可調進氣道。

  當然,這種改進設計,飛機的性能提升幅度是相當有限的。這個時期的“軍刀II”,真的就是名副其實的超級殲7。這樣的性能,顯然無法令巴基斯坦空軍滿意——在換裝了昂貴的西方設備之後,性能仍然無法與印度的米格-29抗衡——因此很快就被斃掉了。

  格魯門方案

  繼1986年成為“和平典範”計劃合作方之後,1988年,格魯門再度獲准參與超-7研製計劃。

  最初的格魯門方案看起來更像軍刀II的改進型,外觀上最大的變化是將傳統的大後掠三角翼更改為“邊條翼+中等後掠梯形翼”,並加裝類似F-16的雙腹鰭,但在其它方面,包括尾翼、進氣道、起落架結構等仍維持原來的設計——我們通常見到的早期超-7想象圖就是這一方案,對於熟悉殲-7的航迷來說依舊可以毫無困難地看出兩者之間的淵源。這些改變表明,超-7的研製者們已經開始試圖利用氣動設計的改進來進一步提高超-7的機動性能。但另一方面,為了保證低造價和低風險,這時的超-7在很大程度上仍然照搬了母型殲-7的設計。需要指出的是,這時超-7方案中的邊條翼仍然屬於窄邊條類型。眾所周知,邊條面積越大,拉出的渦流越強,從而產生的渦升力也越大,但副作用是力矩的非線性也越大,有可能出現傳統的機械-液壓操縱系統無法控制的局面。在當時的方案中採用窄邊條,恐怕並非偶然。

  接下來,後來超-7最重要的外部特徵之一——肋部進氣道登場了。超-7原本採用的兩側進氣道設計在小迎角下進氣性能尚可,但大迎角性能不好。後在格魯門公司專家協助下,將進氣口向內傾斜10度,大迎角性能遂得到大幅改善。後來格魯門公司雖然在1989年後退出超-7計劃,但肋部進氣道設計卻一直保留下來,成為超-7的設計亮點之一。

  從1988年到1989年,格魯門參與超-7計劃的時間並不長。但恰恰是這一時期的合作奠定了超-7的基礎。對大多數人而言,他們所認同的超-7正是從格魯門的方案開始的,而不是之前的軍刀II。這個時期的改進措施鎖定在飛機的機動性方面。由于格魯門的加入,超-7開始引入一些第三代戰鬥機的設計技術和概念,重點強調飛機的大迎角機動性能。也正是由這時候開始,超-7開始擺脫原殲-7系列“舊瓶裝新酒”的改進模式。

  FC-1方案

  格魯門退出之後,超-7沉寂了幾年。只是在1990年成飛和巴基斯坦先後表示將繼續推進超-7計劃。隨後米高揚設計局悄然進入超-7計劃,成為第三個合作方,取代了原來格魯門的位置。

  對國內航迷而言,再一次看到超-7已經是在1995年北京航展了。這時候的超-7,對外名稱已經更改為FC-1。第一次在北京航展見到FC-1小比例模型時,相信很多人都會嚇一跳——和格魯門方案相比,原來殘留的殲-7特徵幾乎消失殆盡,包括起落架形式也完全更改,看起來更接近F-16而不是殲-7。

  FC-1的主要特點是:採用經過大量風洞試驗優選的75度大後掠角寬邊條,並向後延伸形成後邊條兼作尾撐;雙腹鰭位置由原來的後機身下部兩側向外移動到後邊條外緣處;帶前後緣襟翼並採用複合彎扭的42度後掠梯形翼,平尾、垂尾完全更改,都經過切尖修形,前起、主起的結構形式也全部改變——筆者至今仍然記得看到起落架那一瞬間的驚詫;發動機方面,由於和西方關係惡化,轉而採用克里莫夫RD-93渦扇發動機(米格-29所用RD-33的改進型);航電方面,問題更加嚴重,國際關係的變化使得原來準備依賴西方航電的FC-1面臨極大的變數,並在今後幾年間嚴重影響了FC-1的決策和進度——事實上直到今天,FC-1的航電配備仍未明確(至少沒有公開);操縱/飛控系統方面,最初FC-1一直宣稱為了降低造價,採用機械-液壓操縱系統,但隨着時間推移,FC-1的傳統操縱系統升級為電傳飛控系統,早期是縱向二餘度電傳飛控,到01架原型機首飛時已經改進為“縱向全權限四餘度電傳飛控+二餘度模擬備份,橫航向二餘度機械備份+有限權限兩餘度數字式控制增穩”。

  從那時起,直到2002年9月凍結技術狀態,FC-1的氣動外形基本就沒有進行大的修改。從整體布局來看,FC-1確實相當重視提高機動性,尤其是大迎角下的機動飛行能力。一方面,其肋部進氣道大迎角進氣性能良好,為FC-1大迎角飛行提供了保證;另一方面,FC-1的寬邊條在大迎角下可以拉出極強的渦流,大幅改善機翼大迎角性能,而其後邊條/尾撐在大迎角下預計會有一個強烈的低頭作用,從而提供良好的大迎角下的恢復能力。飛控系統的急劇改進更是體現了合作方對飛機機動性的高度重視——但從另一方面來說,也可以說是氣動外形的改進促進了飛控系統的改進,寬邊條加劇了大迎角力矩非線性變化,傳統操縱系統可能已經無法控制了。

  縱觀十餘年來超-7/FC-1的方案演變,我們可以發現一個非常有意思的特點:該機的技術水平實際上折射出成飛的技術實力。80年代中,國內航空工業水平嚴重落後與世界水平,幾乎沒有什麼技術儲備,改進的途徑主要是換裝,國外技術所占比例相當大;格魯門的介入,使得超-7技術水平上了一個新台階,邊條翼、肋部進氣等設計都是首次在國產飛機上應用,改進途徑主要是氣動設計,雖然國外技術仍然占有不少分量,但成飛自己也從中獲益匪淺;到了FC-1階段,儘管有米格設計局介入,但其扮演的角色更象是諮詢者,特別是後期飛控系統的改進,更是顯示成飛技術水平的極大提高——如果留意航空報的報道,不難發現這些技術來自何方。

  設計特點

  “自頂向下”的設計流程是02年珠海航展上FC-1的宣傳重點之一,即:先確定目標,然後確定採用什麼技術和手段來實現目標。那麼我們不妨來看看FC-1在設計上有些什麼特點?

  前機身修形:FC-1前機身上部有一道非常明顯的毗線,以此為界,上半部仍保持圓滑的流線型,下半部則逐漸由雷達罩的弧形過渡到平面形狀,恰好與肋部進氣道吻合銜接。外觀上看起來和F-22的前機身設計非常類似。

  事實上,這個前機身修形設計並不是一開始就有的,即使在格魯門提出肋部進氣道設計之後一段時間內,我們看到的超-7模型仍然是傳統前機身,加上內傾10度的進氣口,看起來頗為突兀。

  筆者以為,這種修形設計作用在於:

  1.配合附面層隔板(從其長度分析,應兼有壓縮斜板的作用),對前方來流進行預壓縮,提高進氣道效率。這一點和F-16利用前機身底部進行預壓縮的設計思路類似。

  2.減小機身橫截面積,降低阻力。經過前機身修形後,肋部進氣道和機身的組合更加緊湊,有助於降低飛機阻力。

  3.有助於減小側向雷達反射截面積,這一點和F-22的前機身設計相仿。很難了解FC-1在前機身設計時是否有這方面的考慮,但客觀上確實起到了一定的效果。

  肋部進氣道

  這幾乎都成了FC-1的“招牌”了。關於它的優點大家也都耳熟能詳。但是必須注意到,這種進氣道實際上也是兩側進氣道的變種,我們所提到的提高大迎角下進氣效率等優點也是相對傳統的兩側進氣道而言的。相對於F/A-18這類利用邊條進行預壓的肋部進氣道、F-16類型的腹部進氣道、甚至F-14/15這類具有水平壓縮斜板的兩側進氣道,FC-1的設計還有沒有優勢就很成疑問了。

  那麼為什麼不用可能性能更好的進氣道設計?這和當年的技術實力、研製初衷密切相關。有報道說F-35未來改進時也將採用進氣道內傾設計,以提高進氣效率。這實際上給了我們一個答案——肋部進氣道是改進設計而非全新設計,其根本目標是“高效費比低風險”。

  座艙蓋和背脊

  去年FC-1第01架原型機出廠照片首次公開的時候,曾經讓很多人大驚失色——難道還是傳統的帶隔框三片式風擋?!當然,最後謝天謝地,還是整體式圓弧風擋。大家都鬆一口氣。FC-1終於還是用上了氣泡式座艙蓋。但只要稍微留意就可以發現,我們的氣泡式座艙蓋和西方典型戰鬥機(如F-15)相比仍然有着明顯差別:我們的座艙蓋高度低矮,飛行員基本上只露出腦袋;而F-15的座艙蓋外形高大,飛行員幾乎有1/3個身子露在外面。兩者的視界也因此有明顯差別。

  這種低矮座艙蓋連接後方寬大背脊的形式,毫無疑問是從殲-7那裡繼承下來的,但即使在進行了大改的FC-1方案中,這種嚴重影響視界的設計仍然保留。對於一種比較重視空戰能力的戰鬥機而言,確實有些不可思議。這實際上是設計中為了較高的效費比而進行權衡取捨的結果。首先,和西方氣泡式座艙設計相比,這種設計阻力較小——聯繫到FC-1M1.6的最大平飛速度,很難想象如果阻力進一步增大會怎樣。其次,生產能力問題——我們能夠生產無隔框風擋是近些年來的事,如果座艙蓋加大,受力也將加大,現有材料和工藝水平能否滿足要求?實際上,FC-1這種設計就是在一定程度上犧牲視界來換取其它方面的好處——這種特點在米格-29上同樣可以看到。

     機尾

  FC-1的機尾總給人一種不協調的感覺。垂尾根部之後的機身到RD-93的收擴噴口這一段急劇收縮,

  看起來就象是一個適配環。這種設計在飛行中必然導致飛機尾部壓差阻力增大,甚至可能造成紊流,導致更嚴重的干擾阻力(那個長得幾乎算是“怪異”的減速傘艙,恐怕就兼有一定的整流作用)。FC-1最大M數只有1.6,或許與這種設計脫不了干係。

  什麼原因迫使FC-1不得不採用這種設計?這是個令人頗感興趣的問題。

  筆者最初以為是發動機附件體積的影響,但對比米格-29的發動機艙,顯然沒有這個問題。另一個可能性是跨音速面積律的影響——為了保證後機身橫截面積分布符合要求,以局部阻力增大的代價換取全機總阻力的減小。不過此說有些勉強,因為現在早已不是F-102那個時代,面積分布問題完全可以在設計中兼顧到。

  還有一種可能性,那就是為發動機變動作準備。長期以來,FC-1計劃一直被航電供貨問題所困擾。發動機供貨方面,雖然目前看起來不成問題,但作為印度最大軍火供應商的俄羅斯,一旦切斷RD-93的供貨渠道,巴基斯坦的FC-1將立刻成為廢鐵。國內目前並沒有適合FC-1的中等推力渦扇發動機可用,但渦噴發動機技術卻已成熟。設想一下,如果換裝一台8噸級的渦噴發動機,並採用為很多航迷“深惡痛絕”的引射式噴管(也就是所謂“噴管不外露”的設計),這個急劇收縮的“適配環”將不復存在。

  當然,這只是猜測。是否如此,也許要等多年以後才能知道了。

  邊條翼

  邊條翼是第三代戰鬥機中最流行的氣動設計。但這種設計的發明完全是個偶然。1958年諾斯羅普在研製N-156F(後來大名鼎鼎的軍援戰鬥機F-5的前身)時為了使飛機橫截面積分布更接近跨音速面積律的要求而在機翼根部前緣增加了一小塊三角形機翼,後來卻意外地發現這種設計不僅沒有預料中的高誘導阻力,反而可以大幅改善機翼升阻特性。邊條翼的歷史由此開始。

  邊條翼本身是一塊大後掠尖前緣的近似三角形機翼,氣流從小迎角開始就自其尖銳前緣分離,並中等迎角後形成穩定渦流——即邊條渦。邊條渦不僅可以給後面機翼的附面層補充能量,推遲氣流分離,還可以在機翼上誘導出高升力——這就是邊條翼最吸引人的地方。不過,邊條翼也有它的麻煩:由於渦升力的存在,導致飛機焦點前移,造成俯仰力矩的非線性變化,甚至可能造成無法抑制的上仰失速。要想利用傳統的機械-液壓操縱系統進行控制是個不小的難題。並且邊條面積越大,俯仰力矩的非線性變化也越劇烈。

  和格魯曼方案中的邊條翼比起來,FC-1現在的邊條翼不僅面積大大增加,在其前端翼根處還多了一個小缺口——類似的設計在日本AAM-3的鴨舵和我國SD-10的尾舵上也見到過,據推測可能具有增強渦流、消除附面層的作用。換句話說,FC-1的邊條翼設計把能夠增強渦流的手段都用上了,目的無他,就是要增強渦升力,提高機動性。

  機翼

  毫無意外的,FC-1採用了前緣後掠42度的懸臂式梯形翼,從公開的3維結構剖視圖看,應為多梁式混合結構。

  有意思的是這個後掠角。邊條渦對機翼產生的有利干擾隨機翼後掠角呈駝峰形變化,在大約40度後掠角左右達到最佳。這主要是由於小後掠角機翼大迎角性能不好,失速迎角小,即使結合邊條翼也效果不彰;而大後掠角機翼大迎角性能好,大迎角時其自身的前緣渦流同樣可以起到邊條渦的作用,邊條翼雖然也起了作用,但相對作用較小。因此,第三代戰鬥機採用邊條翼布局的多結合40度左右的後掠翼,以期獲得最大的有利干擾。但美系飛機通常選用40度後掠角,典型的就是F-16,當年超-7格魯門方案也是;而俄系飛機則選擇42度後掠角,米格-29、蘇-27以及這個有米格身影的FC-1都是。看起來各國所進行的研究結果並不完全一致。

  氣動控制面方面,FC-1機翼裝有全翼展前緣襟翼,機翼後緣內側(根據照片分析)為簡單襟翼,兼作機動襟翼,可以和前緣襟翼配合偏轉,保持最佳機翼彎度,以提高升阻比和抖振邊界。不過FC-1並未採用類似F-16的全翼展襟副翼,其機翼外側仍然是傳統副翼,占據了從後緣襟翼外側到翼梢的整個外翼段。

  對筆者而言,FC-1機翼更令人矚目的特點是它的根梢比。熟悉F-16的人第一眼看到FC-1,往往會覺得它的機翼非常“尖”。根據試飛照片估算,其根梢比約5.7,遠大於F-16、米格-29這類飛機,更接近三角翼。根梢比大,可以減小機翼彎矩,減輕結構重量,但另一方面,較大的根梢比會加劇翼尖失速,並對機翼剛度有不利影響,而延伸到翼梢的副翼則加劇了不利影響。由此導致的顫振問題可以利用翼尖導彈掛架(兼作防顫杆)加以改善;而副翼反效問題如何改善呢?這確實是個頗令人感興趣的問題。

  尾翼·腹鰭·後邊條

  如果說當年格魯門方案的尾翼設計還殘留着殲-7的痕跡的話,那麼FC-1已經把這點痕跡完全抹去了。

  全新設計的垂尾具有切尖結構,顯然是為了改善顫振特性。方向舵轉軸傾角很小,有助於改善大迎角下的方向操縱性——而殲-7的方向舵在迎角30度左右就已完全失效了。或許是因為原型機的緣故,在01架和03架原型機垂尾上並未看到更多的傳感器,在04架全狀態機上能看到更多令人感興趣的東西。

  平尾則一改中國戰機的傳統,採用了直軸平尾的形式。這種平尾重量輕,受力簡單,對機身結構設計有利。不過,由於後掠角不大,其顫振特性較差,一般都會採用切尖或配重方式來改善。FC-1的平尾正是採用了切尖方式。不過,由於後邊條的原因,FC-1的平尾幾乎和機翼位於同一水平面,也看不出下反角——這和當年IDF早期原型機非常相似,令人不由得捏一把汗。希望FC-1隻是看起來相似,不要重蹈10002號原型機的覆轍。

  在格魯門方案中,腹鰭是呈八字形安裝在後機身腹部。FC-1則向外移動到後邊條外側,垂直安裝。這種設計,似乎是有意拉開腹鰭間隔,以減小相互干擾,提高效率。和垂尾結合,有助於改善FC-1的方向穩定性。

  FC-1的尾撐/後邊條是後期方案中出現的,其寬度(展長)相當大,看起來更類似X-29而非F-16。如此寬大的尾撐,令人懷疑它除了具有承力作用外,還可能在大迎角狀態下具有強烈的低頭作用,以抑止前方大邊條翼帶來的強烈上仰趨勢。

  起落架

  FC-1採用全新設計的起落架,均為單輪,分別向後/向前收起。前起為國內首見的支柱式半輪叉結構。主起則比較有意思,外表看起來似乎是已經由由原來的機翼起落架改進為機身起落架,但實際上主起仍然直接安裝在翼梁根部,承受的載荷由翼梁傳遞——實際上和米格-29的起落架設計類似。這種設計既具有機翼起落架重量輕的優點(不象機身起落架需要傳力結構傳遞載荷),又具有機身起落架節約機翼內側翼下空間的優點(通常翼下這個位置的掛載能力最強,但採用機翼起落架的飛機卻往往由於起落架收放路線的限制而難以使用)。但凡事有利必有弊,這種設計雖然具有前述優點,但起落架艙卻可能影響到進氣道的布置。聯想到02年珠海航展上貴航曾經宣稱JL-9的進氣道設計比FC-1的效率更高,筆者以為有這麼一種可能:FC-1的進氣道為了避開後方的主起艙而向內作較劇烈的轉折,從而影響了它的總壓恢復係數;而JL9仍然沿用殲-7的機翼起落架,主起艙較靠後,就不存在這個問題。

  飛控系統

  飛控系統曾經是筆者對FC-1意見最大的地方。早些年成飛一直宣稱為了降低費用,FC-1將採用傳統機械-液壓操縱系統。對於這種為了低造價而採用低技術的策略,筆者始終認為不妥。對於這種為了滿足高機動性而設計的飛機,卻採用機械-液壓操縱系統,無疑將使得性能大打折扣,甚至有可能陷入“價格降低——性能下降——價格進一步降低”的惡性循環。

  不管怎樣,FC-1最終還是採用了電傳飛控系統,只是決定的時機頗為古怪——在完成詳細初步設計的當年才宣布要採用電傳飛控,給人有些趕不上趟的感覺;但如果考慮到電傳飛控的硬件有可能不是專門為FC-1設計,而是“拿來主義 ”,那麼這個時間倒是恰好。若果真如此,FC-1計劃倒確實是省下了一筆巨額開發費用。

  只是問題在於,FC-1究竟是一開始就決定要借用某機的飛控系統,還是迫於形勢(例如碰到控制方面的嚴重困難)決定採用的,這將決定它是否是按照隨控布局進行設計,電傳飛控能否最大限度發揮其優勢。

  尾容量

  尾容量和平尾效率成正比,不同特點的飛機,設計人員選取的尾容量也有相應差別。我們來看看其它飛機的尾容量:米格-21 0.237,米格-23 0.483,蘇-27 0.220,F-4 0.258,F-15 0.232,F-16 0.203,F-22 0.197。這裡面,米格-23尾容量最大,因為機翼全後掠時焦點移動太大,必須加大尾容量以保證此時的縱向操縱能力。放寬靜穩定度飛機的尾容量都較小,其中又以蘇-27最大,因為要保證超音速機動能力,同樣要有足夠的尾容量(也正因為如此,蘇-27脫開電傳後其縱向俯仰率高得驚人,連加裝TVC的F-16/MATV也比不上);F-22最小,除了TVC的因素外,大幅放寬靜穩定度也是一種重要原因。

  筆者對FC-1尾容量進行粗略估算之後,不禁大吃一驚——估算尾容量只有0.21!

  這意味着什麼呢?如果前述估算誤差不大的話,那就意味着FC-1很可能就是一種按照隨控布局設計的飛機,設計之初就已經考慮了放寬靜穩定度,而不是象最早推測的那樣到後期改進時再放寬。這樣就可以回答前面飛控系統中提到的問題。但是這和公開報道FC-1採用電傳操縱的時間明顯不符。令人懷疑,長期以來有關FC-1採用傳統操縱系統的宣傳會不會就是一個幌子,目的只是要巴基斯坦投錢進來?

  載油係數

  載油係數對飛機的續航能力影響甚大。根據公開資料計算,FC-1的機內載油係數並不高,約0.25。但其轉場航程卻遠達3000公里,這只能解釋為利用外掛燃油實現的理想狀況。如果執行典型作戰任務,FC-1要麼因為外掛燃油而限制了掛載方案的多樣性,要麼因為燃油不足而限制了作戰半徑。採用RD-33發動機的米格-29早期型,機內載油係數約0.27,其機內燃油航程只有1700公里。或可作為一個參照。

  載重係數

  載重係數可以說明飛機的續航能力和外掛武器的能力,還能說明飛機機體、發動機、機載設備的研製水平——即在滿足作戰性能要求的前提下,它們的重量是否輕。FC-1的載重係數同樣不樂觀,僅0.89,略高於米格-23的0.81,不如F-4E的0.94,而F-15、F-16則高達1.4以上。即使是米格-29早期型,其載重係數也達到了1.22左右。這說明FC-1仍然大量採用常規技術製造——雖然成飛確實擁有複合材料製造技術。

  這裡不得不提到2002年出現的一篇對巴基斯坦工程師的採訪,該工程師提到,FC-1的過載限制是+8G,但“later maybe it would be verified for 8.5(最終將達到8.5)”。如果結構設計和材料都沒有改進的話,這種改變意味着飛機結構重量的減輕。不考慮其它因素,僅從數字估算,相當於飛機空戰重量減輕了約5%強,合400多公斤。這可不是一個小數目。若此說屬實,那麼除了說明FC-1還有相當的改進空間外,也說明目前FC-1的設計確實未臻完美——那多出來的400多公斤重量是怎麼來的?這是個頗耐人尋味的問題。

  從這些特點我們可以看到,FC-1在設計中確實貫徹了自上而下的設計策略,“高效費比低風險”的設計思想始終得到貫徹。設計重點在於提高飛機的氣動性能,或者說,相對於FC-1“多用途”戰鬥機的稱謂,該機其實更着重於空戰性能的提高,而對地攻擊能力只是“兼顧”而已。

  迷霧重重

  自FC-1 01架原型機首飛以來,媒體的報道簡直可以用“鋪天蓋地”來形容。對相關人士的採訪、虛實莫辨的言論、網絡流傳的小道消息以及試飛過程中出現的一些耐人尋味的現象,仿佛給FC-1罩上了一層詭秘的濃霧。在空前開放的媒體報道下,FC-1卻仿佛離我們更遠了。在這重重迷霧之下的FC-1,究竟是什麼樣的呢?

  翼刀

  01架原型機出廠的時候,機翼上那對翼刀幾乎令所有人跌破眼鏡。一時間,網絡上熱心探討者有之,疾言厲色者有之,某雜誌還專門撰文講述“翼刀不是落後的象徵”。一片沸騰。然而事隔半年,03架首飛,航迷們驚喜地發現曾經以為要和FC-1長期相伴的翼刀居然消失了!而且據說01上面的翼刀也沒了。又是一番熱鬧。

  那麼翼刀如此迅速的出現然後消失的原因何在?在楊偉總師訪談錄裡面有這麼兩句話:“風洞試驗時,我們設計了很多邊條,有十幾種,邊條能夠在一定條件下產生強的脫體渦,提高飛機的升力,但同時會帶來力矩的非線性,目前選擇的這種邊條應該說綜合效果最好。”“翼刀對改善力矩非線性特性有一定好處。”

  根據這段話,筆者認為:翼刀在這裡起抑制邊條渦的流動和發展的作用。這樣一來,帶來的非線性力矩影響也減小了,當然渦升力也同樣減小了。這比較符合楊總的說法。01首飛之前,國內沒有研製大邊條飛機的經驗,出於對平尾和後邊條低頭效率的擔心,而加裝了翼刀,削弱渦升力,也是一種保險措施。在01試飛過程中,發現沒有出現可能的強烈抬頭趨勢——這個試飛員可以感覺得到,高G機動時不需要強烈推杆,於是考慮取消翼刀。只是,翼刀如此倉促地出現和消失,給人以完全不同風格的感覺,更象是激進的商業促銷和保守的科研試飛兩種態度交互作用的結果。

  抬頭問題

  01首飛照片一出爐,立刻有人發現該機離地時平尾偏角相當大,幾乎達到向下偏轉的極限。這對於實際上處於輕載狀態的首飛原型機來說並不正常。很快,對首飛試飛員雷強大校的採訪也證實了這件事。根據雷大校的說法,在高速滑跑試驗時就發現了飛機抬頭困難的問題,但氣動外形已無法大改。於是利用電傳飛控系統的優勢,預置平尾下偏角,解決抬頭難的問題。這實際上是一種打補丁的手段。對飛行員而言,操縱感覺是正常了,但實際問題並沒有解決。

  對於超音速戰鬥機而言,起飛抬頭並不是平尾設計的極限狀態,最大過載機動和超音速機動/配平時對平尾的配平要求更高。預置平尾偏角只是解決了起飛抬頭問題(而且是在飛機輕載、重心非前限的情況下),在其它極限狀態下,平尾將由於預支了部分配平能力而無法提供足夠的抬頭力矩。此外,預置平尾偏角還將導致飛機配平阻力增大。因此對FC-1而言,如果不徹底解決抬頭問題,其各方面性能特別是機動性將由於平尾配平能力限制而受到嚴重影響——有朋友提出舵效問題,但在相同條件下,配平能力的下降並不因舵效而改變。

  筆者以為,這種情況可能是由於前機身超重,造成重心偏離設計位置所致。最理想的解決方法當然是前機身減重,以及調整內部布局,後移重心。從前述載重係數來看,FC-1仍然有相當的減重空間的。此外還可以仿效當年蘇-27原型機的“減重——補強”方法,只是要走到這一步就比較無奈了。最不好的方法就是在後機身增加配重,這實際上是以犧牲飛機性能為代價來解決配平問題。

  當然,還有一種可能性就是和前述翼刀一樣,也是一種保險措施——在前機身增加配重,以縱向靜穩定的構型來保證試飛和表演的安全——若果真如此,不能不說這配重委實加得大了點兒。

  從03試飛的照片來看,起飛時平尾偏角已經有所減小,這是一個令人欣喜的現象。希望最終FC-1能徹底解決配平問題,取消平尾預置偏角。

  迎角傳感器

  03的迎角傳感器仍然採用和01相同的風標式傳感器,外觀上唯一不同的是03的迎角傳感器周圍標出了風標的偏轉範圍。根據照片估算偏轉範圍為:>+60度/<-30度。

  這說明了什麼呢?這個範圍當然不是飛機穩定可控的飛行迎角範圍。因為迎角超過35度後出現的不對稱機頭渦,使得任何沒有不具備大迎角三軸控制能力的飛機都無法穩定飛行。那麼迎角傳感器採集這種遠遠超出正常飛行範圍的數據幹什麼?一個可能的解釋是:飛機的電傳飛控具有在這樣的迎角範圍內改出非正常狀態的能力——否則這些數據對飛控計算機而言根本毫無用處。若果真如此,那麼對所有希望FC-1具有良好機動性甚至超機動性的同好而言,倒算得上一個好消息。因為這要求飛機在超出正常迎角範圍後仍然具有保持穩定飛行的能力(雖然不一定可控),以及足夠的俯仰控制能力(包括後邊條產生的低頭力矩),要不然飛機一下子就進入深失速或螺旋,再好的飛控系統也無能為力了。

  結語:路在何方

  FC-1原本是為巴基斯坦空軍量身定做的,但依靠巴基斯坦空軍一家的訂貨,顯然無法形成規模效益,開發成本分攤到每架飛機上,價格也是巴基斯坦無法接受的。於是成飛的眼光轉向國際市場。

  根據宣傳材料,成飛對FC-1的定位是:作為米格-21、F-5等二代戰鬥機的後繼機,兼有較好的對空和對地攻擊能力,效費比較高的低價位戰機。隨着第三世界國家裝備的第二代戰鬥機逐漸到壽,即將大批退役,FC-1這個級別的輕型戰鬥機市場確實擁有較大的市場潛力。但問題是,FC-1在這個市場上有多少競爭優勢呢?

  瑞典薩伯JAS-39和美國退役後廉價傾銷的F-16C/D將是FC-1面對的最強大的競爭對手。FC-1剛剛開始試飛,這兩種飛機卻早已投產並遠銷多國,性能均是有口皆碑。F-16的主要優點是:性能全面,經過實戰檢驗,價格低廉(當然啦,傾銷嘛)。但缺點也明顯:機體陳舊,剩餘結構壽命有限;發展潛力已近枯竭,難以採用新技術以對抗未來威脅;重量較大,對大多數中小國家空軍並非最佳選擇。就性能而言,JAS-39更具威脅性,因其兼有F-16的大部分優點而沒有上述主要缺點。它的問題主要在各國空軍傳統和習慣方面。薩伯飛機的傳統市場是北歐,當然近年來已經有所突破,獲得南非和少數東歐國家的訂貨,但要進入大多數第三世界國家空軍還有一段路要走。

  FC-1能否和這兩種飛機一爭高下?

  筆者以為,在總體作戰能力方面,當前的FC-1仍然遠遜於F-16C/D。一方面,從公開資料推測,FC-1的機動性仍未達到第三代戰機中較好的水平。另一方面,也是最重要的方面,即FC-1武器不配套,不全面。對空武器方面,FC-1目前可以配備的近距格鬥導彈有:美制AIM-9L/M、以制“怪蛇“3/4、國產PL-7/9以及俄制P-73;中距導彈有:美制AIM-7、俄制P-27,如果用戶要求還可以配備以制“德比”、俄制P-77“發射後不管”導彈以及南非的V-4“射水魚”,H-4“猛禽”(但AIM-120就不必指望了,美國不會允許中國造的戰機發射它最先進的導彈)。對比對空武器的五花八門、琳琅滿目,FC-1配備的對地武器恐怕只能用“寒酸”來形容:57mm和90mm火箭發射巢、各種彈徑的非制導航彈,充其量再加上激光制導炸彈、AGM-65(巴基斯坦裝備的)。前些年國內演習片斷中不乏昂貴的蘇-27使用火箭彈和非制導炸彈進行對地攻擊的鏡頭——就憑這個能說服用戶FC-1具有良好的對地攻擊能力嗎?當然,可以從國際市場採購。現在市場上比較出色、且附帶條件較少的對地攻擊武器系列主要來自以色列、俄羅斯。但即使是號稱注重商業信譽的以色列,也不得不看美國臉色行事——“費爾康”預警機是最典型的例子。至於俄羅斯,除了後勤保障體系方面的問題,同樣有政治因素限制——巴基斯坦就絕對不敢將俄系武器作為主力,而中國始終拒絕與伊爾庫茨克飛機生產聯合體合作生產蘇-30MKK(該廠生產印度的蘇-30MKI)也有這方面的考慮。由此可見,FC-1雖然號稱“多用途”,但由於武器不全面不配套,實際上是“一條半腿”走路,還是一種以對空作戰為主,兼具簡單對地攻擊能力的戰鬥機,綜合作戰能力仍難以與F-16匹敵。

  上面提到關鍵系統的供應問題——在筆者看來,這實際上是FC-1的另一個致命弱點。

  自軍刀II開始,直到今天的FC-1,整個計劃始終受到航電、武器系統的困擾。由於FC-1航電立足國外,不可避免地受到國際政治關係的干擾。先是1989年中國和西方關係惡化,儘管飛機平台設計還在緩慢推進,但發動機、航電等引進項目全部落空,超-7幾乎成了空殼子。後來雖然俄羅斯介入,提供了一條可靠性存疑的發動機供應渠道,但航電設備卻始終是空中樓閣。在90年代末期,就看到航電供應廠商流水般地換來換去。別的不說,廠商名倒是記住了不少。到了2002年,航電系統仍未能確定,結果飛機武器系統也無法確定,FC-1進度一拖再拖,迫使成飛不顧電子系統的滯後,先完成FC-1機體的生產和試飛.。

  十幾年來的曲折經歷,想必給中巴雙方都留下了深刻的印象。1982年馬島海戰,殷鑑不遠。事後有人說,只要阿根廷再有5枚“飛魚”……那麼FC-1呢?如果被切斷航電和武器供應,結果又會如何?我們一直強調,FC-1對於那些不希望受到美國限制的國家是一個不錯的選擇,但只要無法建立起航電、武器系統的穩定供應渠道,那麼無論在戰場還是在市場,無論FC-1設計水平有多高,性能有多好,都可能因為這個致命弱點而一敗塗地——一如同阿喀琉斯的腳後跟。

  筆者以為,FC-1要想最終成為一種在戰場和市場上都出色的多用途戰鬥機(如果“出色”的定義不是只有區區一、兩百架產量的話),就必須解決上述兩個關鍵問題。但專門為FC-1研製航電、武器、甚至發動機系統,不僅開發費用高昂,而且時間上也來不及。出路何在?

  首先,要變更觀念。

  高效費比飛機不等於“低價+中等性能”。歷史上幾乎沒有哪種中等性能戰鬥機能賣出去,F-16/79、F-20是最好的例子—只有F-5E例外。但那是冷戰期間國際政治軍事形勢使然,非F-5E之能。何況,經歷了90年代多次空中戰爭之後,質量取勝的觀念早已深入人心,對於大多數無法建立數量優勢的中小國家空軍更是如此,中等性能戰機的處境也因此更加尷尬。

  必須進一步提高性能,但增加的成本如何解決?利用擴大的市場來消化——最近的例子,JSF如果沒有超過3000架的市場需求,價格根本不可能控制在3500萬美元以下。以當前而論,目標不應該只限定在巴基斯坦區區一、二百架訂貨上,要把目光放遠一些,例如中國空軍和其它仍在使用F-5E、米格-21的空軍。如果競爭獲勝,產量不會少於1000架。這樣的生產規模,可以使我們對FC-1作進一步的改進而價格不變和只有小幅度上升。

  第二,搶占國內市場。

  一直不明白成飛為何沒有努力爭取國內訂貨的跡象,即使在宣傳上也看不出來。這和西方公司的做法大相徑庭。很多時候對方只是在探討合作意向時,西方公司就已經把飛機塗上對方空軍的機徽、拉出去作展示了,即使談不成,也可以壯壯聲勢,擴大影響。

  就FC-1而言,就算當初是專門為巴基斯坦開發的,但時過境遷,形勢已經完全不同了。空軍戰略的轉變,使得我們比以前任何時候都迫切需要多用途戰鬥轟炸機。蘇-27/30、殲-10固然是相當不錯的選擇,但價格高昂,裝備數量不可能很多。並且將這類飛機用於對地面非高價值目標的打擊實在有浪費之嫌,一旦被擊落就更加得不償失。前面提到大多數中小國家無力建立數量優勢,但我們不同,與之相反,我們更需要相當數量的飛機來替換退役的殲-7、強-5。和巴基斯坦空軍要求不同的是,這種飛機對空性能要求一般,但對地性能需要更加突出。

  目前來看,FC-1是我們近期能夠獲得的最好的飛機平台之一。如果能夠進行適當改進,拿下國內訂單,對整個FC-1計劃將帶來莫大收益。

  1)我軍裝備基本要求之一是不能受制於人。FC-1要獲得國內訂貨,就必須解決關鍵設備的國產化問題。這必然促進相關系統的國產化進程,並且有關的費用還可以分攤到國內訂單上,等於是“搭順風車”。一旦國產化問題解決,前述“腳後跟”問題也就迎刃而解。

  2)國內市場潛力巨大,形成的規模效益將大大降低FC-1的單機成本。成飛也因此有了更大的發揮餘地——或者在保持現有價格(或略高)的基礎上進一步提高飛機性能,根據用戶要求提升其對空或對地能力,和F-16、JAS-39競爭;或者在保持現有性能的基礎上進一步降價,和先進高教(如雅克-130、T-50等)的戰鬥機改型競爭。

  3)本國空軍的訂貨是效益最高的免費廣告。對用戶來說,開發國空軍的訂貨比什麼承諾和保證都有效。

  第三,改進設計,挖掘自身的發展潛力。

  在發展潛力方面,主要包括飛行性能提升和航電水平提升。

  對於前者,由於FC-1改用電傳飛控系統,使得今後只需付出相對小的代價就可以獲得性能的大幅度提升(如進一步放寬靜安定度、採用推力矢量技術等)。而在重量方面,FC-1也大有潛力可挖。如前述載重係數僅0.89,這顯然是採用傳統材料的結果。如果能大量應用複合材料,就可以大幅減輕結構重量,或者在維持原重量的情況下加強結構增大載彈量,再或者在增加大量設備之後仍維持原有飛行性能。總之,用戶擁有極大的彈性可以自由選擇,這一點是極具吸引力的。

  對於後者,筆者認為體現在兩方面,即預留的設備擴展空間和軟硬件接口的標準化。對於預留的設備擴展空間,主要考慮是FC-1源自殲-7II,而殲-7II機體填充密度幾近飽和,如果FC-1沿用殲-7II的部分設計,就可能有空間不足之虞,這是應當盡力避免的。對於接口標準化,做過PC升級的朋友相信都會有深刻印象——即插即用型設備普及以來,PC升級變得相當快捷迅速,大大提高了效率。航電設備亦然。事實上JSF在這一點上做得是比較出色的。雖然不能指望FC-1達到JSF的水平,但如果能儘量做好,不但前述兼容問題迎刃而解,而且對於FC-1今後迅速升級提高戰鬥力具有不可估量的作用。不僅如此,如果能藉此契機開發出一套有中國自主知識產權的接口標準,那麼對於中國航空今後走向世界都將具有深遠的影響。

  以上是筆者對FC-1一些改進方向的設想。如果能夠完成,那麼FC-1不僅在機動性上可以超越F-16後期型(需要說明的是,F-16後期型的機動性實際上不如F-16A/B)達到第三代戰機中較好的水平,在綜合作戰能力方面與F-16相比也不遑多讓。考慮到對大多數中小國家空軍而言,最適宜的是8-10噸級的戰機,加上FC-1在結構壽命等方面的優勢,即使價格上升到1500萬美元,對於用戶而言仍是極具誘惑力的。樂觀點想,除了中國戰機的傳統客戶外,可能還有一部分現裝備F-5E、米格-21的國家會成為FC-1的用戶。最差的情況,1500萬美元,F-16中期型的作戰能力,也足夠吸引中國空軍(當然接下來就是巴基斯坦空軍),以作為低檔戰機配備普通部隊。

  寫了這麼多,分析對也好錯也好,設想合理也好荒謬也罷,歸根到底一句話:希望FC-1能順利定型,在藍天上寫下屬於它自己的輝煌!

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