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客观地看待台湾IDF战斗机
送交者: 方方 2002年02月06日17:08:10 于 [军事天地] 发送悄悄话


  出于众所周知的原因,IDF在大陆网友中的评价一直很差。笔者当年写“歼
-7MG vs IDF”一文时,也是带有不少感情色彩在内。现在重拾旧话,是
希望突破局限,从客观的角度重新认识这种毁誉参半的战机。当然,分析中主观意
见可能仍难避免,还请各位同好(特别是台湾来的网友)多多指正。

  ◆定位

  在《IDF之父——黄孝宗的人生与时代》一书中提到,“IDF最主要
的任务是保卫台海的领空,掌握防御区域内的空中优势。所以IDF武器的系
统设计属于一种‘空优战机’型。设计上优先考虑:紧急升空拦截的速度,飞
行操作反应灵敏度,先进的空对空导弹以及电子系统,具有不论任何角度都能
发射导弹,击落敌机(“天剑Ⅰ”型导弹)以及最先进中程超视距和射后不理
的作战能力(“天剑Ⅱ”型导弹),具有全天候作战及高空俯视低空来袭敌机
的能力等需求。同时面对现实的国际情况,为了要尽量争取国外政治和技术上
的协助,IDF在设计上不过份强调远程作战和攻击性的能量。”

  换句话说,IDF的原定设计目标其实是一种近程制空战斗机,或者说,
和早期型的米格-29B相似。从设计特点来看,IDF的设计人员确实是在
向着这个方向努力的。

  ◆设计特点分析

  ◇总体布局

  IDF的总体设计具有典型的第三代战斗机的特征,采用了当时非常流行
的边条翼正常式布局,肋部进气,翼身融合设计,单垂尾,双发。先进气动设
计的优点就不再赘言了,总的来看,设计者追求机动性的意图非常明显。唯一
不那么令人满意的恐怕就是双发设计了。对于这种轻型飞机而言,付出的阻
力、重量上的代价都是得不偿失的。不过,对于设计人员而言,也确实是迫于
无奈,因为美国人不肯提供大推力涡扇发动机,只能拿到小推力级的TFE-
1042-70,比首选的F404差远了。这后来也成为后来IDF被抨击
的主要靶子之一。

  ◇局部特点

  一、机翼


  虽然有通用动力公司的人作顾问,也提供了F-16的设计图纸作参考,
但IDF的机翼设计却不像F-16,反而和F/A-18类似,采用边条翼
加中等展弦比小后掠机翼,其机翼1/4弦线后掠角非常小。这种设计意味着
什么呢?

  大迎角时,边条翼涡流对机翼产生的有利干扰随机翼后掠角呈驼峰形变
化,在大约40度后掠角左右达到最佳。这主要是由于小后掠角机翼大迎角性
能不好,失速迎角小,即使结合边条翼也效果不彰;而大后掠角机翼大迎角性
能好,大迎角时其自身的前缘涡流同样可以起到边条涡的作用,边条翼虽然也
起了作用,但相对作用较小。因此,第三代战斗机采用边条翼布局的多结合4
0度左右的后掠翼,以期获得最大的有利干扰。例外的迄今为止就是F/A-
18和IDF。


  中等展弦比小后掠机翼具有升力系数大,升力线斜率高的优点。对于要求
从舰上短距弹射起飞的F/A-18而言,采用这种机翼设计可以理解。没有
这种要求的IDF采用这种设计,就颇为耐人寻味了。这种机翼即使有边条翼
有利干扰,失速迎角也不会很大。但在失速之前,它的升力系数较大。在亚、
跨音速区,其诱导阻力较小,最大升阻比大(主要是诱阻的作用)。但另一方
面,大展弦比导致其超音速零升阻力系数大,超音速时焦点后移量大,配平阻
力也将加大。由于影响超音速性能的主要是零升阻力系数和最大升阻比,因此
这种机翼的超音速性能并不好。

  由此我们可以得出一个推论:IDF的设计性能优势区是中小迎角,亚音
速范围。由于边条翼的涡升力作用不明显(很大程度上只起延缓机翼失速的作
用),机翼大迎角升力特性相对较差,可以预计其典型的近距空战战术是基于
常规机动。而对于超音速性能,IDF顾及不多。如果要执行高速截击任务,
IDF就比较吃力了。

  二、翼面积

  笔者手中有3个数据,一个来自台湾网站:24.26平方米,一个来自
国外一英文网站:24.2平方米,另一个是大陆出版的九九年版《简明世界
飞机手册》:21.00平方米。考虑到手册的权威性,这里暂时采信手册的
数据21.00平方米。如果哪位同好有权威而准确的数字,请即指正。

  这个翼面积相对较小,很大程度上是由于采用中等展弦比小后掠机翼所
致。考虑到这种机翼的超音速性能不佳,笔者认为,机翼面积的选取有向超音
速性能折中的意味。因为作为强调机动性的战斗机,低翼载是当时技术条件下
追求的重要参数之一。只是飞机的零升阻力和诱导阻力都是和机翼面积直接相
关的。为了降低翼载而加大翼面积,必然导致阻力增大,不利于改善飞机本来
就不甚出色的超音速性能。

  不过这样一来,IDF的翼载明显偏大,正常起飞翼载即达453.57
(千克/平方米),空战翼载也达416.43(千克/平方米)。即便按照
最大的翼面积计算,也分别达到392.62(千克/平方米)和360.4
7(千克/平方米)。这将严重影响IDF的盘旋性能,特别是瞬时盘旋性
能。

  三、根梢比

  IDF的根梢比不大,这也是这种机翼的典型特征。根梢比变化对机翼性
能的影响类似后掠角。此外,根梢比小的机翼,翼尖气流不易分离,有利于飞
机纵、横向稳定;但同时也造成机翼弯矩大,结构重量增加。IDF原本采用
全金属结构,这种设计对飞机重量无疑有不利影响。IDF结构超重,这也是
影响因素之一。虽然后来在尾翼和襟副翼上采用了复合材料,但飞机重量依然
居高不下。


  四、直轴平尾

  直轴平尾是美式飞机的传统设计。台湾空军原来使用的F-5E就是直轴
平尾,F-16也是直轴平尾,应该说,这对IDF的平尾设计提供了很好的
参考和借鉴。这种平尾重量轻,受力简单,对机身结构设计有利。不过,由于
后掠角不大,其颤振特性较差,一般都会采用切尖或配重方式来改善。只是,
IDF的设计人员似乎对此太大意了。早期六架原型机中,平尾没有采用两种
改善方式当中任何一种。结果很快就付出了代价——10002号原型机和试
飞员武克振上校丧生。印象中,似乎是跨音速飞行时机翼尾流引起平尾颤振,
造成一侧平尾结构损坏,导致飞机失控。事后IDF全部采用切尖平尾,并加
大了平尾下反角。

  由这件事也可以看出,飞机设计需要丰富的经验和大量的试验数据。“照
猫画虎”是一条捷径,但在这背后必须要知道为什么要这么画,否则必然付出
代价。大陆从歼-6开始,一直到歼轰-7都是采用斜轴平尾。估计很大程度
上就是因为我们用了几十年,对这种平尾的特点已经摸透了,设计时得心应
手,风险比陌生的直轴平尾小得多。

  五、进气道

  IDF采用肋部进气的固定式正激波进气道。由于有边条提供预压和遮
蔽,这种进气道的大迎角进气效率较好。只是,固定式正激波进气道的高速性
能不好,超音速时阻力大增,发动机推力下降。IDF采用这种设计固然有简
化结构、减轻重量的企图,但采用此类设计的战斗机一般都不强调截击能力,
而IDF却不能不考虑——在IDF之前,有F-5E和F-104G搭配,
由F-104G担负拦截任务,IDF却没有可供搭配的机型。就笔者所知的
皮毛,当初方案论证时似乎有可调进气道方案,为何最终放弃?是否有考虑到
设计超音速可调进气道的技术风险问题呢?大陆造了几十年战机,真正自行研
制的超音速进气道恐怕还是刚刚公开的歼-10——到目前为止还没听说有谁
指出歼-10的进气道是仿制谁谁谁的。以汉翔和“中科院”当年的技术水平
和设计经验,自行设计超音速进气道实在有点勉为其难了。F-16虽然设计
出色,也同样是正激波进气道。以美国人的习惯,也不会轻易将进气道设计技
术教给台湾。

  说到底,其实是一个权衡取舍的问题。以IDF的情况而言,采用固定进
气道是利多于弊。不过,对于可能是今后十几年内唯一的制空战斗机而言(以
当时的形势来看确实如此),要牺牲相当的超音速性能来换取更好的亚音速性
能和更高的可靠性,设计人员需要有相当大的勇气和魄力才行。在此笔者深表
佩服!


  六、发动机

  IDF遭人诟病最多的,就是它的发动机。“推力不足”几乎成了IDF
的一块招牌了。按照中国大陆一九九九年版《简明世界飞机手册》,IDF发
动机加力推力只有37.2千牛,以此推算,IDF根本不可能达到所说的性
能水平。因此大陆网友一向将IDF的性能斥之为“胡说八道”。而台湾方面
的数据则大不相同,发动机加力推力达到42.2千牛,总推力提高约10千
牛,自然不存在“推力不足”的问题。

  根据笔者目前搜集到的资料,前面说的认识上的差距,实质上只是资料更
新的问题。IDF原型机装用的是TFE1042-7发动机,其加力推力就
是大陆手册上的数据。而IDF批生产型装用的是TFE1042-70发动
机,加力推力则是后来的42.2千牛。大陆《航空知识》九十年代中曾详细
介绍过IDF,当时用的发动机数据就是TFE1042-7的,性能数据却
是IDF批生产型的或是其设计指标,自然让人疑窦丛生。之后笔者所见的公
开出版物和权威资料就再未更新过这个数据。

  七、机载设备


  IDF的机载设备多自国外引进。例如电传系统和仪表是美国爱理德·西
格诺公司本迪克斯分公司提供,LN-39惯导来自美国利登公司。只有GD
-53雷达虽是自通用电气的AN/APG-67改进而来,却是台湾真正拥
有“自主知识产权”的产品。这也是引进F-16和幻影-2000后,ID
F赖以生存的希望——因为前二者的火控系统改进必须依赖国外,只有IDF
的GD-53配合TC-2可以不受限制地获得超视距空战能力。

  对于IDF的“万国牌”设备,大陆网友颇不以为然。没错,这种采购模
式容易受制于人。不过,换个角度看,如果这些设备全部自制,结果是什么
呢?首先,迁延日久。以电传系统为例。世界上很多采用电传操纵系统的飞机
在试飞过程中都摔掉了原型机,原因都是“飞行员诱发振荡”。这可以算是隐
藏在飞控程序中的“高级错误”。要避免或排除这种错误,除了丰富的经验,
还需要一些运气。即便象美国人那样轻车熟路,还是因为这个原因摔掉了YF
-22原型机。汉翔航太和“中科院”并没有研制此类设备的经验,若自行开
发,风险和进度都是难以预料的。其次,耗资巨大。为了生产这些设备,必须
建立昂贵的生产线。且不说是否有这个技术能力,单是前期投资就够吓人了。
IDF现在价格已经高达2400万美元,要再把这笔投资加进去,那就真的
是“跳楼价”了——只不过跳楼的是台湾空军罢了。


  其实,IDF走的和JAS-39是一样的路子。不过,JAS-39走
得更好,单价还不到2000万美元。

  ◆性能评估

  这里相关参数的计算采用大陆的方式,而非西方方式。例如空战重量计算
采用使用空重+60%机内油+空战负载,而非西方常用的按机内半油方式计
算。最大爬升率我们一般按正常起飞总重计算,西方则按空战重量计算,差距
明显。这里同时按2种方法计算。

  数据来源以中国大陆九九年版《简明世界飞机手册》为准,但发动机加力
推力采用42.2千牛的数据。

  ◇IDF数据

  翼面积:21.00平方米
  使用空重:6486千克
  机内载油量:1950千克
  正常起飞重量:9525千克
  最大起飞重量:12247千克
  正常外挂载荷(对空):907千克
  最大外挂载荷(对地):3901千克
  最大爬升率:254(米/秒)
  发动机总推力:8612千克

  ◇计算数据

  空战重量:8745千克
  正常起飞:推重比:0.904翼载:453.57(千克/平方米)
  空战状态:推重比:0.985翼载:416.43(千克/平方米)
  无外挂载油系数:0.23
  载重系数:(最大起飞重量-使用空重)/使用空重=0.89
  估算零升阻力系数:0.013
  估算正常起飞重量时最大爬升率:233(米/秒)

  首先,根据IDF机翼设计特点推测其空战优势区在中、小迎角,亚音速
范围。但其推重比在第三代战斗机中处于中等偏下的位置,翼载则偏高。这使
得它即使在自己的空战优势区内,盘旋能力、爬升能力也不如典型的第三代战
斗机(如F-16)。估算的零升阻力系数略大于F-16,这和它采用双发
设计不无关系。由于影响加速性的主要就是零升阻力系数,因此其亚音速加速
性可能也略逊于F-16。

  其次,IDF的小后掠翼在中小迎角内其升力系数大大高于三角翼,达到
最大升力系数的迎角也不大,在这个迎角范围内对三角翼具有明显的优势。但
一旦超过这个范围,IDF的机翼将失速,而三角翼的升力系数仍持续增长,
并且所能达到的最大升力系数要比小后掠翼大得多。因此,对于普遍采用三角
翼的大陆军机来说,在亚音速区格斗时,如果不能进入大迎角机动状态,必定
被IDF克制。遗憾的是,现役国产军机当中,只有歼-7E(歼-10就不
提了,免得又被当成香蕉)有可能在近战中和IDF抗衡。其推重比略小于I
DF,翼载低得多,估算的零升阻力系数接近F-16,珠海航展表演时迎角
拉到接近40度。从数字上看,双方还有得一拼。歼-8Ⅱ、早期歼-7/8
都很难进行大迎角飞行,若与IDF格斗难免吃亏。但就象台湾一名F-10
4飞行员在文章中说的,“如果缠斗不过别人,为什么一定要缠斗”?对于这
些飞机而言,克制IDF只能利用自己高空高速性能好的优势,打了就跑。


  第三,IDF机内载油量不高,其无外挂载油系数明显低于第三代战斗机
平均值0.283。笔者认为,这是IDF能在结构超重的情况下,以推力不
大的两台发动机获得较高推重比的主要原因。这和当年苏联在发动机工艺不如
美国的情况下通过减油提高飞机机动性的策略很相似,只不过IDF这样设计
的初衷却是出于政治原因。不管怎样,这种手段确实有效地提高了IDF的机
动性,但也为此付出了续航性能的代价,并将成为制约其发展的一个重要原
因。

  第四,IDF载重系数不高,和第三代战斗机(平均值1.25)相比仍
有相当差距。载重系数可以说明一架飞机的续航能力和外挂武器的能力,同时
还能说明飞机机体、发动机、各种机载设备的研制水平,即满足作战性能要求
的前提下其重量是否轻。就这点来看,IDF虽然在设计中吸收了很多F-1
6的优点,但由于设计、材料、工艺等方面的原因,使得飞机重量偏大,而负
载能力却较弱。从数值来看,IDF这方面和第二代战斗机在一条水平线上。

  勿庸置疑,IDF的机载设备、武器是比较先进的,但就设计和制造水平
而言,笔者认为应该在二代后期和三代早期之间,其机动性能也介于二者之
间。

  ◆使用问题

  如前所述,IDF最早是作为空中优势战斗机研制的。但由于各方面条件
限制,IDF的超音速能力不佳,这使得它还不能出色地扮演一个空优战机的
角色,反而更像F-16A的“轻型格斗战斗机”的概念。而在现实使用中,
随着F-16和幻影-2000装备台湾空军,IDF转而开始执行战斗轰炸
机的任务。这样一来,原本不甚突出的航程和载弹量的缺点就变得明显了。这
种使用与设计脱节的情况在历史上不是没有,而战机结局一般不会太好,至少
是不怎么讨用户喜欢的。

  ◆未来发展的问题

  看过一些说法,认为IDF主要问题在发动机,只要换发,性能就将有一
个大的飞跃,前途一片光明。不错,目前影响IDF的一个主要因素是发动
机,但换了发动机就OK了吗?在笔者看来,影响IDF未来发展的根本问题
还不在发动机上,而在于它当初设计时为自己留下了多少发展空间。

  IDF是一种轻型飞机,重量不大,机内冗余的可用空间有限。以目前的
重量水平,翼载已经达到一个较高的水平。如果换发,结构重量、燃油重量都
要增加。如果还要加强对地攻击能力,结构还要进一步加强以便加大载弹量。
这些重量增量必将导致IDF性能的下降,IDF能否承受这种下降幅度?新
增的燃油还要挤占机内空间,新增的机载设备也需要空间——有没有这么大空
间?这些问题都够设计人员头痛的了。


  当初米格-29为了获得高机动性而采用减油手段。结果呢?自米格-2
9B之后就开始在背脊加装一号燃油箱,后来又取消格栅式进气道以获得机内
空间加装燃油。结果以机动性下降的代价换来了加装机载设备的空间和续航性
能的改善(改善程度也是差强人意)。一直到重新设计的米格-35出现,才
有了完全解决问题的希望(至少在纸上是解决了)。

  IDF的改进是否会步米格-29的后尘呢?一种飞机的优缺点在初始设
计时就基本决定了,后期的改进只是程度上的改善,不可能有根本性的变化。
如果指望通过局部改进获得一种新的高性能战机,笔者认为可能性很小。

  总的来说,笔者认为,在当时的条件下,IDF的设计是比较好的。通过
权衡取舍,IDF获得了比较满意的性能,实现了大部分预定目标。应该说是
比较成功的设计。但是否优秀呢?那就是“仁者见仁智者见智”了。在笔者看
来,没有留下足够的发展空间是IDF最大的败笔。

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