五千年(敝帚自珍)

主题:【原创】鹤之旅 -- 晨枫

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家园 【原创】七、老树新花

苏-7时苏联空军的主力战斗轰炸机,也广泛出口到第三世界的盟国。但作为战术支援飞机,苏-7的低空低速性能不够好,起飞、着陆速度太快,滑跑距离太长,对跑道要求太高。苏-7的这些问题来自于大后掠翼。超音速飞行时,机头和所有前缘部分形成激波,造成很高的波阻。激波是锥形的,速度越高,锥形越尖锐。机头的激波是无法避免的,但如果机翼也形成很大的激波的话,容易造成极大的阻力。后掠翼通过增大后掠角,使机翼“躲”在机头激波波峰的后面,减小波阻。然而,当速度低下来的时候,激波波阻就不再是主要问题,机翼本身的气动效率就成了问题。机翼是通过气流沿机身前进方向从前向后流动时形成的上下翼面之间的压力差产生升力的,现代机翼的上表面气流在离开机翼后缘时,有一个强烈的下洗作用,这也是产生升力的重要来源。两者之间哪个是升力的主要来源,这个可以争论,但不争的事实是,气流必须从前至后流动才能产生升力。由于极大的后掠角,流经机翼上表面的气流产生一个很大的横向(严格来说是展向,也就是沿着机翼的轴线斜向)流动的分量,造成升力损失,速度越低,这个问题越显著。另一个问题是升阻比,升阻比越高,产生单位升力所导致的阻力越低。超音速飞行要求机翼较薄,也就是说相对厚度较低。但在中低速飞行时,较低的相对厚度使机翼产生单位升力时摩擦阻力增加,导致较低的升阻比。所以中低速飞行时,应该采用较大的相对厚度。在机翼实际厚度固定的情况下,后掠角间接地影响相对厚度。后掠角越大,在前景轴线上的机翼弦长越长,相对厚度也就越低;后掠角越小,自然相对厚度就越高。自然,理想的做法是,在速度较高时,维持较大的后掠角,以减低超音速波阻;在速度较低的时候,机翼后掠角减小,以提高机翼升阻比;在起飞、着陆的时候,机翼基本上变成平直翼,最大限度地提高升力。这就是变后掠翼了。理想情况下,变后掠翼可以完美地解决速度、航程、机动性、起落性能等依靠单一后掠角难以面面俱到的问题。

还在二战战火将熄的纳粹时代后期,德国就开始研究变后掠翼问题。当然,这一远远超前于时代的技术也超过了当时德国的技术能力,样机和技术很快落到了美国手里。战后,美国先后由贝尔和格鲁曼研究变后掠翼技术,但直到1960年,第一架实用的变后掠翼飞机F-111才首飞。这是美苏全面军备竞赛的年代,这当然对苏联航空界是极大的触动。

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变后掠翼的F-111对苏联航空界是极大的触动

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高速突防的时候,大后掠角可以极大地减小阻力

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小后掠角时,可以产生较高的升阻比,达到最省油的巡航

变后掠翼对苏联空军也有重大的战术意义。在美苏疯狂扩充核军备的50-60年代,双方都不能确保一旦开战,空军基地的混凝土跑道还能正常使用。除了大力发展垂直-短距起落飞机外,大力缩短起落距离、降低起落速度也是在残余跑道和滑行道上继续起落的主要技术手段,这是变后掠翼的另一个动力。

苏联空军在1964年下达将苏-7改进成变后掠翼的要求,苏霍伊马上得到新从生产线上下来的一架苏-7,用作改进的平台。

变后掠翼的基本概念并不复杂,但这样一项革命性的新技术也带来了革命性的难题。变后掠铰链和机翼结构强度之类是容易想象的难题,但问题更大的是初看之下想象不到的难题。

基于基本的力平衡,飞机飞行时,重心和升力中心应该大体重合,否则飞机的姿态就要不平衡,就不可能维持正常飞行。飞行时,如果不考虑油耗,重心基本是不变的。但机翼产生升力的升力中心随速度的增加而有所后移。这个问题不大,可以通过压平尾的动作来恢复平衡。平尾的压得动作是通过翼面偏转产生负升力而产生的,所以也形成阻力,这就是配平阻力。机翼后掠角大范围变化时,平尾就不一定有足够的能力恢复平衡,即使能够,也将造成极大的配平阻力,需要对全机的升力、阻力、平尾通盘重新考虑才好。

变后掠铰链的位置是另一个问题。理想情况下,整个机翼都应该可变后掠角,那变后掠铰链就应该设在翼根。在翼根前缘的话,在后掠角减小时,机翼和机身之间要形成一个豁口,为了避免这个豁口,翼根后缘就要进一步延长,这样在增加后掠角的时候就要“切”进机体,在结构上不好办。铰链放到翼根后缘有同样的情况,只是把后缘、前缘和最大、最小后掠角调一个个儿。即使不在乎机体内损失的体积,机体侧面的开槽也增加飞行阻力。所以通常的做法是把变后掠铰链的位置移到机翼上的某一个位置。但这样又多出来了新的问题:铰链位置应该怎么确定。

机翼油箱是飞机油箱的重要部分,为了尽可能减轻活动的外翼段,外翼段的翼内油箱只好取消,这样就大大降低了总的机内载油量。机翼的翼下挂架也是重要的挂载武器的地方,外翼段可变后掠角,如果武器挂架固定,那挂载的武器就随着外翼段后掠角的改变而不再指向前方,不仅造成极大的阻力,也造成瞄准上的困难。苏-7的主起落架位于机翼下,将承力很大的主起落架设计在活动的外翼段内是不可思议的。这些都指向一个方向:减小外翼段。但外翼段太小了,也就失去变后掠翼的意义了。

这些问题都是可以解决的。外翼段可以增加翼内油箱,代价是重量。不光是本身的重量,变后掠铰链也要强化。外翼段翼下挂架可以做成随外翼段后掠角活动的,永远保持指向前方,代价是挂架的机械复杂性和重量,变后掠铰链同样要强化。主起落架可以移到机身,成为外八字形,代价是技术复杂性和起落时的横向不稳定性。还有一个问题就是后掠角和速度和飞行状态的匹配。后掠角按速度和飞行状态无级调节可以达到最优匹配,但控制律复杂,需要大量的测试和优化。控制律的实现也复杂,需要复杂可靠的电子控制系统,这对还处在机械控制年代的苏霍伊是一个很大的难题。

然而,苏霍伊的使命不是不计代价设计一架全新的飞机,而是尽可能保持苏-7的简单和有效,尽快形成实战能力。

出于综合考虑,苏霍伊只把翼展的一半做成变后掠翼,从原主起落架以内的翼段为固定的。后掠角在30度、45度、63度三个位置上由飞行员根据飞行状态手动固定。这样虽然是历史上最半吊子的变后掠翼,但最大限度地简化了复杂的技术问题,达到了极大地改善起落和中低速性能的目的,也最大限度地保留了原苏-7的生产线,实在是大巧若拙。

这也是苏联第一架生产型的变后掠翼飞机,苏霍伊的设计局编号为S-22I,清除地揭示了苏-7的渊源,I代表变后掠翼。1965年开始具体设计,66年完成改装,1966年8月2日,伊柳辛首飞成功,后米高扬、科洛伏希金和苏联空军的若干试飞员也参加试飞。1967年7月9日,库库谢夫驾机参加纪念10月革命50周年的多莫达多沃航空表演,S-22I首次在公众面前露面。1967年底试飞结束,和苏-7BM相比,飞机增重1000公斤,空重达到9480公斤。更要命的是,变后掠翼吃掉了很多翼内油箱的体积,机内载油量减少了404升。试飞中还发现了在大迎角情况下,机翼容易在无明显征兆的情况进入颤振。不过就一般飞行而言,试飞结论是操控性良好,起落性能明显改善,起落速度降低50-60公里/小时,建议投产。生产型S-22I被定名为苏-17。

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苏-17从苏-7改进而来,是苏联第一种变后掠翼战术飞机

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活动的外翼段只有翼展的一半,虽然不能充分利用变后掠翼的优点,但也避免了很多变后掠翼的毛病,还极大地简化了从苏-7的生产转型

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苏-20是苏-17M的出口简化型

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苏-22是苏-17M2的出口简化型

苏-17在1967年9月决定投产,依然定点在新西伯利亚。批量交付在1969年开始,在苏-7停产前还平行生产了一段时间。算上改进型和出口型,生产一直延续到80年代前期。生产型的空重进一步增加到9950公斤,后期达到10000公斤,载弹量3000公斤。

在生产期间,苏-17得到不断的改进。1970-71年间,新型的留里卡AL21F发动机研制成功,直径小,重量轻,推力大(军用推力7800公斤,加力推力11200公斤),油耗低,性能全面超过苏-7和基本型苏-17的AL7F。改用AL21F的苏-17定名为苏-17M。发动机舱周围空出来的空间用于增装燃油,载弹量增至3500公斤,航电也有所改进。苏-17M在研制中有一个小插曲。新增的空速管和原有的都在机头右面,设计师没有意识到增加这么小小一根的空速管会有什么问题,但试飞中发现,大迎角飞行时,两根空速管集中在一起,竟然引起右面机翼提前进入失速。还好这容易更正,把新增的空速管移到左面,两面就平衡了。苏-17M在1972年12月15日试飞,伊萨科夫驾机。1973年完成试飞,随即投产。出口型苏-20在航电和武器系统上缩水,其他和苏-17M相同。苏-17M和苏-20的生产在1976年结束。

苏-17M2加强了航电和武器系统,提高了对地攻击精度,1974年3月试飞,75年投产,76年停产。出口型更名为苏-22,不光航电和武器系统缩水,发动机也换装推力更大但直径和油耗也更大的图曼斯基R29发动机,维修工作量也提高。这和米格-23共用,对使用米格-23的盟国比较方便。1975年下半年开始试飞,1976年投产,1980年才停产。

为了便于训练飞行员,苏霍伊设计了双座型的战斗教练机,垂尾加大,机身也有细微的改变。但把后座封起来,用于增装250升燃油和航电,这就成了苏-17M3。1976年到1981年间生产,出口型为苏-22M。

1975-76年间,苏霍伊为苏-17配装了一体化的综合导航-攻击系统,大大加强了对地攻击能力。进气锥固定,增装激光测距、微光电视等光电设备,还配备了火控计算机。1980年投产。这是苏-17的最后型号。

这期间,同为变后掠翼的米格-23B和米格-27战斗轰炸机也相继投产,但和苏-17相比,米格的成本较高,换装时间较长,苏联空军对延续使用苏-7的生产和保障设施和飞行员训练更感兴趣,苏-17及各种改进型成为苏联空军在70年代的主力战斗轰炸机,一直到阿富汗战争期间还在继续使用。尽管苏-17已经是相对陈旧的老技术,苏联飞行员对它的皮实和载弹量很满意,尤其是在炎热的高原沙漠中,苏-17的出动率高于更先进的苏-25和武直。

苏-17/20/22参加的战争很多,但干的都是力气活,不大引人注目。不过在1981年8月19日,利比亚的两架苏-22和美国海军的F-14在地中海的锡德拉湾上空对上了。锡德拉湾是地中海突入利比亚的一个口袋,在70年代,利比亚宣布对锡德拉湾的全部具有主权,在口袋的口上拉了一道“死亡线”,任何越过的舰船和飞机都格杀勿论。美国正看卡扎非不顺眼,拒绝承认利比亚这种在公海上拉一道线就划归己有的做法,时不时开一艘军舰进去挑衅,名曰宣示公海的自由通过权。里根或许刻意树立牛仔形象,但他是一个粗中有细的家伙,先挑卡扎非这个软柿子捏,有意在锡德拉湾升级,把“福雷斯特”号和“尼米兹”号航母开了进去演习,刺激卡扎非。不知天高地厚的卡扎非也针锋相对,出动米格-25抵近侦察,还有从米格-23到幻影F-1到苏-22的各色飞机,试图确定航母的确切位置。双方使劲玩猫捉老鼠的游戏,但一直没有开火。但到了19日上午,“尼米兹”号上第41“黑色王牌”中队的两架F-14在巡逻中,接到“鹰眼”预警机的通报,两架苏-22刚从特里波利附近的奥科巴本纳菲空军基地(前美国空军惠勒斯空军基地)起飞,正在高速飞来。两架F-14前往拦截,但利比亚的苏-22在300米的距离上突然抢先迎头发射K-13(北约代号AA-2“环礁”)空空导弹,但是没有打中。紧接着,苏-22和F-14的队形高速对穿而过,苏-22企图高速溜走。F-14立刻鹞子翻身,抢占阵位,从后方发射AIM-9L“响尾蛇”空空导弹,两架拉起中的利比亚苏-22先后被击中,飞行员跳伞逃生,其中一人的伞没有打开。利比亚的苏-22的战术不能算完全愚蠢。利比亚没有可以和F-14相较量的战斗机,苏-22的机动性不及F-14,但速度较快。要缠斗是没戏的,但要是迎头对飞的时候打对方一个冷不防,打下了最好,打不下,乘极高的相对速度逃逸,等F-14掉转头来了,说不定已经逃出“响尾蛇”导弹的射程。F-14要加速追的话,苏-22本身的速度就可以保证F-14追不上。不过算盘没有打到的是美国飞行员的战技术意识高超,动作敏锐,还没等苏-22逃出射程,就抢先锁定目标、发射导弹。F-14锁定苏-22的时候,苏-22已经死定了。如果利比亚派两个双机编队,前后拉开距离,F-14就不大好随便鹞子翻身了。当然,那样的话,美方可能也会派更多的战斗机迎击。

在随后的利比亚救援落水飞行员的时候,两架利比亚米格-25以1.5倍音速高速冲向航母,做出要攻击的样子,但F-14前往拦截的时候,米格-25掉头跑了;F-14刚返身,米格-25又掉头回来,直到F-14再次用雷达锁定,米格-25才悻悻地返航。这段冲突在电影《Top Gun》里被极大地戏剧化了,Tom Cruise出了大名,两架F-14中的长机现在在加州里根博物馆里,作为永久收藏,也算是里根的军功了。

在阿富汗,圣战者游击队以阿富汗-巴基斯坦边境的高山深洞作基地,利用两边普什图人的亲缘关系作掩护,不断出击打击苏军。这些高山深洞今天给美军和北约盟军造成同样的头痛。苏-22被大量用于追缴边境上的游击队,有时就飞过境了。为了加强巴基斯坦的防空,并对抗在阿富汗的苏军,美国军援了巴基斯坦一批F-16。这批F-16的故事多多,至今依然是巴基斯坦空军的主力。这些F-16的战果就是三次击落越境的阿富汗空军苏-22,其中可能有的是苏联飞行员驾驶的。

1995年秘鲁和厄瓜多尔的边境冲突中,两架秘鲁的苏-22被厄瓜多尔的幻影F-1击落,两名秘鲁的飞行员都没能跳伞逃生。

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