歲,薩伯-37:二代機登峰之作,殲-20敬稱長輩,不知火舞

假如依據技能水平、歸納功能等目標給第二代噴氣式戰役機排個坐次的話,能夠這么以為: 在二代機中,蘇聯的米格-25是高空高速功能方面的扛鼎者; 法國的 “幻影”III是規劃美學與飛翔功能相結合的佼佼者; 美國的F-111是首先運用變后掠翼等新技能的開拓者。

它們雖可位居二代機中的頭幾名,但卻紛歧定能奪得 “狀元” 的桂冠。就規劃上的立異以及所選用的技能、設備、動力設備和歸納功能而論,瑞典的薩伯-37才稱得上是第二代戰役機的登峰之作,它的一只腳已提早邁入了三代機的門檻……

提出需求

1959年, 瑞典空軍提出了一個研發全天候、多功能、短距起降戰役機的計劃。軍方對新機的基本要求就是短距起降才能, 能夠在長約500米的小型野戰機場和公路跑道上運用, 滑跑間隔要比薩伯-35“龍” 式更短,一起要求具有較高的最大飛翔速度和較高的機動性, 能夠擔任快速阻攔和空中搏斗使命。

在戰役機的規劃工作中, 有一個不易戰勝的對立: 要想進步飛翔M數, 最好挑選大后掠角、小展弦比機翼, 以下降飛機的波阻。但此類機翼在亞音速狀況時, 升力較小, 誘導阻力較大、功率不高, 致使飛機的作戰半徑縮短、低速功能變差、起降滑跑間隔添加。

而為了習慣遠間隔巡航、亞音速機動飛翔和改進起降功能, 就需求減小機翼的后掠角、增大展弦比。可如此一來, 飛機的超音速功能又將大打折扣。

怎么處理在飛機規劃方面的這一好像難以諧和的對立呢? 經過很多的探索和試驗, 上個世紀60年代, 科研人員總算找到了兩條技能途徑。其一是在后尾式飛機上選用變后掠翼技能; 其二是在鴨式布局飛機上選用近距耦合技能, 運用渦升力給機翼增升, 然后改進戰役機的大迎角機動特性和起降功能。而北歐小國瑞典就成為鴨式布局的開拓者之一。

薩伯-35“龍”式戰役機選用無尾布局,起降功能差

早在規劃成功超音速兩倍的薩伯-35“龍” 式戰役機之后, 薩伯飛機工業公司便已開端考慮一種歸納功能更好的計劃了。研發薩伯-35的過程中, 科研人員發現, 選用無尾三角翼氣動布局雖然能夠使戰役機比較輕易地到達高空、高速的要求, 但低速功能和起降功能卻不行抱負, 雖然 “龍” 式依托大面積的雙三角翼, 緩和了這一對立, 但未能底子上處理該問題。

從其機翼后緣的活動翼面的規劃就能夠看出它的缺點: 在薩伯-35的左右機翼上各有三塊操作面, 這六個操作面均為升降副翼, 沒有襟翼或襟副翼。也就是說, 薩伯-35在起降狀況和需求放襟翼時, 卻難以運用增升設備為它供給額定的升力。

薩伯-37“雷”式戰機

此為無尾飛機的通病, 因為假如下偏襟翼, 雖可取得附加升力, 但也會發生很大的垂頭力矩, 若無外力的協助, 無尾飛機底子無法平衡這一力矩。假如改用慣例的后尾式氣動布局, 襟翼卻是能夠放下來用于增升了, 但平尾需發生較大的負升力才能使飛機昂首, 然后抵消了襟翼供給的部分升力增量。

并且, 后尾式飛機在做跨音速、超音速飛翔時, 因全機焦點劇烈后移, 會導致全機配平阻力的大幅度上升(因為此刻水平尾翼有必要偏轉更大的視點才能使飛機到達所需的姿勢), 這對高速機動是很晦氣的。

為了能夠找到一種抱負的, 能夠很好統籌高、低速飛翔的戰役機氣動外形, 薩伯公司先后研討了100多種規劃計劃。其間一個計劃是在無尾飛機的前機身處設置一個噴嘴, 起降時, 經過該噴嘴向下噴射高速氣流。

雖然經過風洞吹風試驗發現, 從機頭處噴射高速氣流, 供給動力升力和俯仰力矩的技能存在缺點, 難以有用, 但它啟發了規劃人員的思路: 起降時, 盡量用正升力配平飛機, 能夠取得所需的高升力, 然后縮短噴氣式戰役機的滑跑間隔。那么, 什么樣的計劃能夠做到這一點呢? 答案是: 挑選鴨式(前翼式)氣動布局。

鴨式 (前翼式) 布局飛機能夠一起滿意戰役機對高、低速功能的要求, 因為這種布局能很好地統籌超音速飛機所需的細長體外形和完成短距起落所需的高配平升力系數。

一方面, 細長鴨式布局在由亞音速過渡到超音速時, 其焦點移動而引起的安靖度增量要較后尾式小, 這對高速機動飛翔是有利的。另一方面, 在大迎角出場或飛翔時, 它又能發生比一般無尾式和后尾式飛機更高的配平升力, 闡明它亦合適低速飛翔。

處理對立

鴨式布局比后尾式布局及無尾式布局的優勝之處在于: 它的俯仰力矩可由飛機重心前的正升力面 (鴨翼) 供給。這真是一箭雙雕: 既平衡了飛機, 又添加了升力。那么, 為什么曾經人們很少在戰役機上選用鴨式氣動布局呢? 這是因為 鴨式飛機存在著不易處理的難題。

假如把平尾 (鴨翼) 放在主翼的前面, 全機焦點將隨之大幅度移動。為確保必要的安靖度, 飛機的重心也需向前調整。這樣, 就導致鴨翼與全機重心間的間隔比平尾近得多。因為力臂短, 要想供給相同的操作力矩, 就需支付更大的力 (負荷), 然后使它的配平才能遭到約束。并且實踐證明, 無論是增大鴨翼面積, 仍是拉大鴨翼與主翼的間隔, 都不能處理這一對立。

而瑞典人在研發薩伯-37“雷” 式飛機時, 上述缺點得到了必定程度的戰勝和緩解。作為M數為2一級的飛機, 薩伯-37沒有選用雜亂的增升辦法就使起降滑跑間隔縮短到500米以內,到達了短距起落的要求。這一效果引起了國際上廣泛的留意。

選用鴨式布局的殲-10

“雷” 式飛機選用的是薩伯飛機工業公司創造的近距耦合鴨式布局, 運用前后翼間脫體渦的有利攪擾完成了高升力。

薩伯公司是怎么運用脫體渦取得高升力的呢? 這要從對三角翼的研討講起。雖然早在上個世紀50年代初, 人們就規劃出了選用三角翼的噴氣式戰役機, 但對它的理論研討并不深人。

后來, 人們經過很多的試驗、剖析發現: 45度以上的大后掠角薄翼, 在迎角很小時氣流就會早年緣別離, 并卷成一個流經機翼上外表的脫體旋渦。

此脫體渦的渦心壓力很低, 因為上下壓力差的效果, 使得機翼的升力有所進步。其數值, 要比理論核算的效果大不少。假如把大后掠角三角 形的鴨翼和主翼按近距耦合方法配備, 在兩個翼面間構成有利攪擾, 鴨翼脫體渦的運用功率會更高, 取得的渦升力也更大。

將鴨翼近間隔置于主翼的前上方 (或正前方)時, 前翼脫體渦因被吸人主翼上外表的低壓區而變得愈加強勁有力, 渦心也更為安穩, 然后延遲了旋渦的決裂, 并進步了前翼的失速迎角和升力線斜率。

薩伯-37的第五架原型機

前翼脫體渦不光能在前翼上生成渦升力, 并且在它掃過主翼上外表時亦給主翼誘導出一個渦 升力。前翼渦的存在還有助于操控在主翼上構成的前緣渦, 延遲了主翼的失速。

因為這些有利攪擾的存在, 近距耦合鴨式飛機的失速迎角和最大升力系數均明顯進步, 升力線斜率也有所增大。其失速迎角可達30度以上, 而一般后尾式飛機的失速迎角只要十幾度。這關于擴展機動飛翔規模和改進超音速飛機的起降功能, 都具有重要意義。

在小迎角狀況, 不偏轉的鴨翼無法發生脫體渦, 此刻同主翼間只要較弱的晦氣攪擾, 而無有利攪擾, 致使全機升力略有下降。

但隨著運用迎角的增大, 前翼對主翼的有利攪擾量將逐漸大于晦氣攪擾量。升力線斜率隨之進步。當飛機的迎角到達4度左右時, 近耦鴨式布局飛機的有利攪擾便超過了晦氣攪擾。

此刻, 它的全機升力系數已高于獨自機翼的升力系數。而當迎角到達16度左右時, 它的全機升力將高于獨自前翼與獨自主翼升力之和。

鴨式布局的飛機還有一個長處, 因為主翼和主起落架的方位比較靠后, 機身尾部短, 擦地角能夠規劃得比較大, 這有利于飛機以大迎角 (14度~18度) 起降。

而一般后尾式飛機的后機身相對較長, 擦地角往往只要8度~12度左右。這幾度可用迎角對進步飛機的起降配平升力系數, 縮短滑跑間隔影響很大。

薩伯-37進犯編隊

效果經典

正是因為充分發揮了近距耦合鴨式布局的增升潛力, 薩伯公司精心打造的薩伯-37“雷”式戰役機才成為了國際上第一種以慣例的方法完成短距起降的戰役機。

該機的起降功能滿意瑞典軍方提出的目標, 滑跑間隔操控在500米以內, 完全能夠在坐落密林深處的公路跑道上升空和下降(當然, 縮短著陸滑跑間隔還有反推力設備的奉獻)。

1962年2月, 經過對100多個規劃計劃進行詳盡挑選后, 薩伯公司終究敲定了薩伯-37“雷” 式戰役機的外形。這是一個在國際軍機史上史無前例的計劃: 它挑選了一個大后掠角三角形前翼和一個大面積的切邊三角形主翼, ニ者依照近距耦合的原理配備, 鴨翼坐落主翼前上方不遠處, 以取得最佳的有利攪擾。

薩伯-37的鴨翼帶有4度安裝角, 這樣的規劃, 會使全機的零升阻力稍有添加, 但能確保在小迎角平飛時用正升力平衡飛機, 因而, 實踐的配平阻力并不大。其鴨翼的前緣后掠角為58度, 后緣帶有“前襟翼”, 在起飛、著陸狀況, “前襟翼”可下偏30~40度, 用于發生更大的升力和昂首力矩, 以縮短滑跑間隔。

該機的主翼與一般的切角三角翼不同, 它將翼根而不是翼梢切去了一塊, 使得機翼內側的前緣后掠角減為45度, 而外翼段的前緣后掠角則保持在60度左右。

如此規劃有幾個優點:

一是減少了主翼在前翼下洗(前翼發生升力時引發流經主翼的氣流向下運動, 形成主翼升力下降)最嚴峻的區域內的面積, 下降了主翼的升力丟失。

二是減小了主翼根部的后掠角和弦長, 下降了亞音速時主翼的誘導阻力和摩擦阻力, 改進了全機升阻特性。而在超音速狀況下, 飛機并不會因為主翼內側的后掠角比較小而添加波阻, 因為激波的攪擾已由前翼和機頭承當了, 主翼內翼段前緣處的流速已減為亞音速。

三是這樣的平面形狀可確保有較大的翼面積, 這有助于下降飛機的翼載荷, 改進機動功能和起降功能。

滿載彈藥的薩伯-37,兩枚 RB-71(天空亮光)中距彈和四枚 RB-74(AIM-9L)搏斗彈

薩伯-37的機載電子體系也可謂先進。其機載設備悉數分裝于50個“黑盒子” 內, 總重約600公斤。機上配備了X波段脈沖多普勒雷達、數字式中心核算機、大氣數據核算機、平視顯示器、數字式主動飛翔操控體系、主動速度操控體系、飛翔姿勢參閱體系、電子對抗體系、通訊電臺和戰役機數據鏈設備、慣性/多普勒導航設備、雷達高度表等等。大部分的航空電子設備可與中心數據處理中心相連接, 用于火力操控、導航、主動駕駛、燃油耗費等的核算與操控。

為了能夠精確地引導飛機在小型機場和狹隘的公路跑道上下降, 機上還特別安裝了先進的戰術外表著陸體系, 微波著陸引導體系。

該機裝有一門30毫米口徑的“厄利孔” 機炮。 在其機身下有3個外掛點, 機翼下有4個外掛點, 可帶著“天空亮光” 中距空對空導彈、AIM一9L近距空對空導彈、RB04E/RB05A空對地導彈、“博福斯” 火箭、航空炸彈、航空魚雷等兵器。

掛載RB05進行兵器試驗的薩伯-37原型機

薩伯-37是第二代戰役機后期類型中罕見的幾個配備了渦扇發動機的機型之一。 該機所選用的RM8渦扇發動機是由上個世紀60年代初聞名的JT8D民用發動機改進而成的 (加裝了沃爾沃航空發動機公司自行規劃的加力燃燒室) , 加力推力可達12000公斤左右。

這種動力設備的推重比只要5.4~5.6, 并不比其時所用的渦噴射動機高, 但在巡航飛翔時比較省油。因而, 雖然“雷” 式飛機的展弦比較小, 最大升阻比偏低, 但仍能確保作戰半徑到達500公里~1000公里。

該機的動力體系還運用了一項立異性的技能——引射噴管/反推力設備。在亞音速巡航飛翔時, 引射器前部的進氣口翻開, 運用尾噴管處的高速噴流的抽吸效果, 將緊貼機身的外部氣流吸人后再排出,以下降機身的底阻。

在超音速飛翔時, 封閉這個進氣口, 把引射器作為超音速噴管運用。而在飛機下降時,引射器體系可變成反推力設備, 用以縮短飛機的著陸滑跑間隔。為了確保安全, 在空中飛翔或當主起落架機輪觸地時, 反推力設備都不會敞開。只要在前機輪觸摸跑道, 前起落架緩沖支柱遭到緊縮后, 在液壓體系的制動下, 反推力擋板才會主動翻開, 發動機噴流經過引射器管壁和尾噴管之間的3條環狀開縫折向前方, 以發生阻撓飛機行進的反效果力。

薩伯-37的翼展為10.6米, 機長 (含空速管)16.4米, 機高5.9米, 主翼面積46平方米, 主翼展弦比2.45, 正常起飛分量15000公斤, 運用過載8G, 最大平飛速度M數2, 最小平飛速度約210公里/小時, 有用升限18500米。

因為選用了高升力規劃和反推力設備, 該機的起飛滑跑間隔僅為400米, 而著陸滑跑間隔也不過500米。這種多用途作戰飛機的標價僅為350萬美元(1973年幣值) , 與同期的西歐、美國的戰役機購置費比較, 仍是比較廉價的。

翼載荷、推重比、升阻特性、操穩質量是影響機動功能的幾個關鍵因素, 而衡量戰役機機動功能好壞的一個重要參數是最大速度與最小速度之比。從薩伯-37的外形、動力設備和機載電子體系的特色看, 明顯已到達了規劃意圖。 試驗和試飛效果表明, 它的可用升力系數大、翼載荷低、氣動阻力小。

其最大配平升力系數要比選用無尾布局的薩伯-35“龍” 式戰役機高出50%。其最大速度與最小速度之比能夠到達10以上。該機的機動功能無疑是十分優異的, 在二代機中處于領先水平。

選用鴨式布局的殲-20

當然, 近距耦合鴨式布局飛機也還存在缺點: 配平困難的對立沒有得到底子的處理。薩伯-37在著陸時, 雖然前翼的后緣襟翼已下偏至極限 (約40度) , 但主翼的后緣仍不能放下, 反而需上偏8度左右, 以協助前翼配平。這就約束了它的運用規模和功能的發揮。

為了戰勝該問題, 進一步發掘近距耦合鴨式飛機的潛力, 在后來的年月里, 國際各國的工程規劃人員又展開了多方面的深入研討, 取得了不少效果。有些已逐漸運用于第三代、第四代戰役機的規劃, 使它們的功能得以持續改進。■

聲明:本文摘編自《中國空軍》月刊 文/空軍專家傅前哨
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