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欲与鹰狮试比高—南斯拉夫“小阵风”(一)

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南斯拉夫航空风云录第二辑
  文章摘要:本文力图对南斯拉夫第四代战斗机“新飞机”的研发过程试作浅析,一则探讨飞机本身技术特性,二则探讨其发展的波折艰辛,三则并不会囿于 “新飞机”本身,而是企图以“新飞机”为镜,对世界其它中等实力国家先进战机研发计划的成败得失略作探究。


IP属地:山东本楼含有高级字体1楼2014-09-03 09:49回复
    引子:VTI的雄心
      位于扎科瓦的军用技术研究院(VTI),在南斯拉夫的整个防务研发系统中起至关重要的带头作用,研究范围涉及飞机、导弹、火炮等各个方面。如今为塞尔维亚共和国继承,重要性有增无减,承担了塞尔维亚军队四分之三的武器防卫技术开发。在过去60年里,VTI研究引入了约1500项军用装备。南斯拉夫的崩溃和连年的战乱,使VTI的研发任务受到极大干扰,好在近年来收到数笔研究资金,窘迫处境稍有改善。2009年,是VTI成立61周年,它的两个项目引起了广泛关注,一项是投入约1000万第纳尔研发的“麻雀”UAV研制成功,VTI院长助理德拉甘•武伊奇博士着重强调了“麻雀”项目的民用意义,他认为,“麻雀”有广泛的民事用途,可在防火救灾,地形勘察,交通管制等方面大展拳脚。电子系统部负责人埃里克•米利科上校则直言不讳,指出“麻雀”本来就是为塞尔维亚军队,尤其是特种部队研发,“它是情报控制系统的一部分,其传感器可以为指挥官提供所需的战术情报。”武器进出口集团Jugoimport SDPR进一步证实,塞尔维亚军队已订购了类似机型。第二个项目是出口伊拉克的“燕子”初级教练机的顺利量产,这也是诸多受战火影响推迟的项目之一。军事分析家米罗•拉赞斯基高度评价了这两个项目的意义,“在武器装备和军用技术研发的某些方面,我们重新跟上了世界先进水平”,这标志着VTI军用飞机技术研发能力的恢复。2009年12月6日,VTI声称它已做好准备,一旦资金就位,它可迅速恢复拖延20年之久的超音速战斗机项目。毫无疑问,VTI的雄心远不止于区区UAV和教练机,VTI大张旗鼓想对外界传达的声音就集中在该超音速战斗机项目上,它的呼声如此强烈,迫使人们重新翻开尘封的历史,将目光再度投向“影之先进战斗机”。

    贝尔格莱德郊外,空军技术研究院的T-35亚音速风洞。这张照片由VTI的前主官,退役将军萨瓦•普斯提尼亚提供。空军技术研究院的风洞群涵盖了从亚音速到三倍音速的范围,是进行飞机和导弹研制的必备设施,也是VTI和空军技术研究院共同的骄傲


    IP属地:山东2楼2014-09-03 09:50
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      “超音速”的怨念
        Novi Avion意为“新飞机”(New Aircraft),简称NA,是几近完成却不幸夭折的南斯拉夫第四代单发轻型超音速多功能战斗机项目(对应我国标准的三代半),“新飞机”承担的任务包括制空,对面攻击和侦察等等,它绝非单纯意义上的截击机或是空优机。南斯拉夫原定在1995年得到“新飞机”的首批原型机,二十一世纪头二十年使之成为空军和防空军的主力战机。Novi Avion并非正式名称,而是研发计划和实际工程中使用的代号,在完成并入役后,会被授予官方正式编号。它在南斯拉夫也被特指为“超音速飞机”。首先必须要谈谈这个极易令人忽视的“超音速”概念。独立发展国产或与其它国家合作发展超音速战机,对于各大国及老牌航空强国并不存在过大的困难,对于中等实力的航空新秀国家绝非如此,它们有能力发展自己的一些军用机如教练机、攻击机等,这些飞机最大速度均为亚音速或高亚音速,个别机型偶尔能以特殊构型在极端条件下突破音障,并不能代表其具有真正的超音速作战能力,发展真正的超音速战机意味着从空气动力学到机构结构、控制系统水平乃至工业基础等诸多方面均有较大程度的跃升,这就使它们对“超音速”概念异常看重,不仅会经常在本国的各媒体强调这一概念,其军队及各研究机构在科技发展和项目评估上,也经常使用“超音速”这一词汇。有时甚至在正式报告和研究资料中直接用“超音速飞机”代称先进战机研发项目,这也从侧面反映出它们对国产战机突破音障的迫切渴望。如韩国在尚未真正完成T-50“金鹰”高级教练机时,韩国航空航天工业集团KAI即与政府步调保持一致,迫不急待地在其网站及宣传资料中,骄傲地宣称它是全球第12个掌握超音速战机研发技术的国家。
        南斯拉夫先前的主力喷气战机是F-86和米格-21,抛去政治因素,空军和防空军对主战装备的战技术指标和未来高技术战争的形势进行了长期的研究,认为购自外国的战机并不能很好地吻合本国实际使用需求,再结合经济性的分析,对于研发装备新型国产先进战机的呼声由来已久。鉴于先前的G-4“超级海鸥”轻型攻击/高级教练机和J-22“鹰”式攻击机这两项计划进行较为顺利,在J-22“鹰”式攻击机刚刚建成原型机之际,雄心勃勃的南斯拉夫就将很大一部分技术力量转而投入到“新飞机”项目中——它并非一个独立进行的项目,而是南斯拉夫庞大的武器自给化计划中的一环,计划要求从轻兵器到先进坦克和战斗机全部可以国产,且需具备国际先进水平,南斯拉夫不仅期望通过这个庞大的计划能够彻底摆脱主战武器受制于人的局面,还期望以此拉动国民经济和国家整体技术实力的发展,带动冶金、先进材料、电子、化学、医学(作者注:南斯拉夫以政府工作报告的形式在媒体上公布的资料,此处为原文引用)等各个领域的全面进步。陆军的M-84坦克研发工程和空军的“新飞机”项目,原先是南斯拉夫政府寄予厚望的并列的两大核心项目,随着研发工作的深入开展,南斯拉夫渐渐意识到“新飞机”项目无论是从技术水平还是资金需求上,都要远远高于M-84坦克研发工程。南斯拉夫还期望通过“新飞机”项目,保持自己得来不易的航空成果,保住自己的航空科研力量不致因为缺乏后继的实际项目而造成断档。

      1.5马赫风洞里可视化的气流
        “新飞机”项目大体上可以分成两个阶段,第一阶段是南斯拉夫以自己的力量,即在空军和国防部的支持下,以VTI为首,牵头“猎鹰”和乌特瓦等大型工厂投入概念研究、技术预研和项目评估;第二阶段是实际工程阶段,演变成了国际合作项目,法国的达索公司成为非常重要的项目合作伙伴,这一阶段,“新飞机”的总体布局有了脱胎变骨的变化,达索将自己的“阵风”的部分设计应用到了上边,使它在外观上看非常象是一种单发缩小版“阵风”,这就是它的绰号“小阵风”来源。1991年已完成了包括座舱在内的部分原型机体,随着南斯拉夫的解体,航空工业分崩离析,归属于不同的政治实体,不可能进行统一的协作,战火的点燃,使它们再也收不到研究款项,“新飞机”项目遂告中止。南斯拉夫原计划生产150架以上的“新飞机”,取代陈旧的米格-21和J-21“鸢”式攻击机,并看准了90年代中期以来的先进轻型战斗机市场,认为可以通过严格的成本控制,使“新飞机”的价格低于同等性能水平的西方战机,从而能大展拳脚,博得数以百架的出口业绩。


      IP属地:山东3楼2014-09-03 09:52
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          南斯拉夫一直关注瑞典JAS-39的进度和机体性能,在各科研单位的学报和论文上进行了集中并长期的探讨,这点并不足为怪,它们国力有限,又都有强烈的国防自主愿望,因此,开发的飞机有相当的类比性,都集中有限的国力研究装备一具中等推力先进涡扇发动机的超音速战斗机,并非常强调这种战斗机的多用途性。瑞典实力较强,国际环境优良,可以得到英美等国的技术援助,因此JAS-39的进度最快,发展前景最为明朗,公开的技术资料较多。当代战斗机普遍都具备多种用途,可以灵活变更配置,执行多种任务,回到80年代初70年代末再重新审视,当时战斗机的多用途性并没有那么容易扩展,即便瑞典非常强调简化机种,深谙一机多型的理念, 在70年代末,瑞典空军的对地攻击、防空及侦察任务仍然是分别由三种不同的Saab-37衍生型来完成,尽管Saab-37本身性能不错,但是多用途概念依然表现得非常模糊,三种机型执行三种任务显得还是不够灵活。于是在Saab-37入役后不久,瑞典决定立即展开新一代战机JAS-39的研发,将一机多型的理念深化为一机多用,即采用数字化计算机和数字化总线,以计算机程序适应不同的外挂配置就可以执行不同的任务。南斯拉夫在开发“新飞机”的极早期的概念阶段,一机多用的理念也与JAS-39不谋而合,特别强调以一种飞机执行多种任务。

        1983年,“猎鹰”工厂描绘的“新飞机”的主要特征

        “新飞机”的三视图,主机翼为双三角翼,注意机身后部的双腹鳍清晰可见,达索在第二阶段介入后,将双角翼改为大三角翼,取消了腹鳍


        IP属地:山东5楼2014-09-03 09:57
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          “新飞机”的气动布局
            在70年代末至80年代末,是世界航空史上的鸭式喷气战斗机的黄金时代。这是因为鸭式飞机具有自己的特点,鸭式飞机一般采用大后掠的三角机翼,纵向面积分布较好。另外由于没有平尾及其支持结构,机身后部外形光滑流线,所以鸭式飞机的超音速阻力较小。鸭式布局较之平尾和无尾布局更容易实现直接力控制,这对提高战斗机的对空和对地的作战效能有很大的好处;鸭面差动配以方向舵可实现直接力控制;由于鸭式飞机一般采用大后掠小展弦比机翼,升力线斜率较低,所以鸭式飞机的低空驾驭性较好。总的来看,鸭式布局较好的机动性能可以满足战斗机的防空作战要求,又兼具良好的对面攻击潜力,是一种比较理想的多用途战斗机布局,因此世界各国,尤其是欧洲国家在研发新一代的多用途战斗机时,注意到了这些优点,纷纷投入力量到先进鸭式战机的研发。1979年西德提出TKF-90概念;1982年,JAS-39项目正式开展;1983年,法国政府授予达索合同,研究ACX (Avion de Combat eXpérimental)——试验战斗机,1985年,法国正式退出欧洲战斗机,推出技术原型机“阵风A”;1986年4月,“台风”验证机EAP下线,同期还进行的鸭式战机项目还有以色列的AREI和LAVI、南非的CAVA、中国的歼-10等等。
            南斯拉夫当然不会无视鸭式布局的优点和各国发展鸭式战机的潮流,因此早在“新飞机”预研阶段就确定了它是一种鸭式飞机。1962年9月,南斯拉夫收到了首架MiG-21F-13型战斗机,随后,Mig-21系列战斗机成为南斯拉夫的主力战斗机。经过长期的使用,南斯拉夫对于Mig-21的优劣了如指掌。南斯拉夫人认为尽管它有着2马赫的极速,但它缺乏中距拦射能力且机动性拙劣,并不能胜任现代空战,对地攻击能力也非常不足,在“新飞机”项目中,南斯拉夫明智地适当放宽了对飞机极速的要求,确定了“新飞机”极速只需大于1.7马赫,转而强调飞机必须具有良好的亚、跨音速机动性能,必须成为真正的空中优势战斗机。
            成也鸭翼,败也鸭翼。鸭式布局确实可以做为一种比较理想的多用途战斗机布局,更高的技术标准也意味着更高的技术难度。从气动布局而言,南斯拉夫先前的这两种喷气战机都是常规布局,以教练机和攻击机的标准衡量,气动性能堪称优良,在较大的速度范围都具有较好的飞行品质,对于战斗机而言,其气动性能的要求无疑上了一个新的台阶,采用鸭式布局难度很大,需要长期的风洞吹风和测试,如中国继承于歼-9的歼-10,对这种布局做了上万小时的吹风,瑞典也并非在JAS-39第一次采用鸭式布局,法国和欧洲战机集团各成员国,这些老牌航空发达国家,拥有先进的测试设备和深厚的技术底蕴,在这方面也不可一蹴而就,真正发展实用战斗型号之前,均需花巨资做长期的工作,摸透鸭式布局的气动性能特征,即便如此,从实验室里得到的数据和真实状况下也相差甚远,需要建造验证机继续摸底测试,各国亦在试验中付出过机毁人亡的惨重代价。南斯拉夫先前的飞机并没有采用过鸭式布局,VTI在贝尔格莱德的空气动力研究中心,拥有包括3倍音速风洞在内的5座风洞,涵盖了从低速到高速的不同阶段,可以对飞行器的空气动力特性进行较为完整的吹风测试,此前进行过飞机和导弹项目的研究,皆属常规布局,在并无深厚预研技术背景的基础上,想在短短数年内,完全依靠自己的技术力量,直接将鸭式布局应用于具体型号,工程难度之大堪称世界罕见。其第一阶段采用了近耦布局,主机翼的外形是双三角翼,与各国早期的某些试验型号相似,而与各国后来实际投入的实用型号有较大区别。萨博公司在研制JAS-39时,提出了许多方案,其中的2108方案与“新飞机”早期确定的布局非常相似。

          萨博公司在研制JAS-39时,提出了许多方案,这是被放弃的2108方案
            鸭式布局带来的麻烦不仅在于空气动力学本身,还有密不可分的控制系统。南斯拉夫先前技术水平最高的G-4“超级海鸥”和J-22“鹰”都采用传统的机械-液压控制系统,较为简单,与技术复杂的线传控制系统有天壤之别。鸭式布局先天就是一种静不稳定布局,要想充分发挥鸭式布局带来的优良机动性能,甚至是想要鸭式飞机能正常的起飞着陆,必须采用FBW——线传控制系统。在摸清鸭式布局的气动性能之后,第二步才是编写合适的控制率,不仅要在实验室进行大量的计算,还需要在技术验证机上做大量的实际测试,逐步修正数据,扩展飞机的性能包线,即使同为鸭式布局的飞机,不同型号飞机的控制率也完全不同,绝无可能原样照搬。鸭式布局的气动特性尚未完全摸透,意味着第一步就未能走稳,想要在此基础上编写出合适的控制率,造出合用的线传控制系统,无异于建立空中楼阁。航空技术实力更为强大的瑞典在编写控制率方面也遇到了不小的麻烦,最后还是靠美国的技术支援解决。
          发动机
            各个分系统中,发动机算是最不是问题的问题。原因在于和其它中等国家一样有自知之明,南斯拉夫并没有实力,也没有意愿独立发展一种先进的中等推力先进涡扇发动机。南斯拉夫先前直接采购外国整机,后来的国产战机也是设法获得外国公司的授权,在国内生产。“新飞机”从立项伊始,就决定直接采用外国发动机,然后使之国产化。从1983年的规划来看,“新飞机”最开始使用的动力装置为95千牛等级,还要求这种发动机经济性突出,有模块化结构,事实上最开始南斯拉夫中意的是“幻影2000”上使用的M53发动机。M53共有12个单元体组成,采用了独特的三支点单转子结构,与双转子结构相比,这种结构零部件少,结构简单,便于维修。但重量较大且性能较差,且直到多年后M53-P2推力的等级才上升到95千牛。因此M-53没有撑过预研阶段,在实际工程阶段南斯拉夫开始寻求新一代发动机。

          M53原定作为“新飞机”的首选动力


          IP属地:山东6楼2014-09-03 09:59
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            进气道
              “新飞机”采用类似F-16的腹部固定几何形状进气道。“猎鹰”工厂认为经过优化后,固定进气道可以在大多数情况下保证进气效率,它的结构较为简单,对技术水平的要求较可调式进气道更低,相对容易自行掌握,它在性能方面的某些损失是可以接收的。瑞典的JAS-39在研制阶段方案众多,也有机腹进气道布局,瑞典在方案评审中早就认识到了机腹进气道布局对于第四代作战飞机的重要意义——显然更有利于飞机做大迎角机动飞行,但是鉴于本国的作战飞机没有采用过这种布局,出于稳妥考虑和技术继承因素,在JAS-39的最终方案中选择了技术相对保守的两侧进气道布局。殊途同归,南斯拉夫也很早就认识到机腹进气道布局的优点,尽管其科研实力弱于瑞典,倔强的南斯拉夫科研工作者还是始终坚持采用陌生的机腹进气道布局。
              “猎鹰”工厂的报告中强调了“新飞机”的座舱将为飞行员在全方向提供良好的视野,应对措施之一就是座舱盖将尽量少用框架。“新飞机”也会采用“零-零”弹射座椅。南斯拉夫长期使用美制和苏制战机作为机队主力,在国产战机中使用过英国的弹射座椅。总结长期的使用经验和性能对比后,南斯拉夫对马丁•贝克的产品评价相当高。
              报告指出,为了使“新飞机”能安全顺利地在昼、夜及复杂气候条件下执行各种任务,必须保证它具有时代水准的高技术机载设备,尤其是电子设备。“新飞机”的雷达除了须具备对空和对地功能外,还须具备地形规避功能以使“新飞机”具有超低空渗透-打击能力;“新飞机”还将加装激光测距仪,对目标进行快速精确测距;装备前视红外系统,在夜间和不良气候条件下执行静默搜索-攻击任务。高度集成化的综合航电火控系统必不可少,它需要能够快速处理交换各种数据,对各个传感器系统搜集来的数据统一进行管理,并将之显示于座舱。“新飞机”还需装备支援各种武器的先进攻击-导航系统和其它各种必须的设备。

            报告中的“新飞机”结构剖视图,有力地表明了南斯拉夫科研工作者对“新飞机”的研究已进入了较为深入的阶段


            IP属地:山东7楼2014-09-03 10:00
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              欲与鹰狮比高-南斯拉夫“小阵风”(一)
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              欲与鹰狮比高-南斯拉夫“小阵风”(二)
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              欲与鹰狮比高-南斯拉夫“小阵风”(三)
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              IP属地:山东来自Android客户端8楼2014-10-12 19:10
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                南斯拉夫国小,但航空业较强。以前读过相关的文章就被吓到了。


                IP属地:山东来自Android客户端9楼2014-10-14 14:29
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                  这个布局太像J10了


                  IP属地:上海来自Android客户端13楼2017-07-31 00:49
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