五千年(敝帚自珍)

主题:【原创】鹤之旅 -- 晨枫

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家园 【原创】追逐梦想

进入60年代,追求更快、更高的竞赛进入了双三的阶段。苏联空军在1962年向米亚西斯切夫、雅可福列夫和苏霍伊设计局发布了指令,要求提交双三(三倍音速、三万米升限)的新型高空高速侦察轰炸机设计方案。这是一个比较独特的设计要求,新飞机要求具有侦察、轰炸、反航母和大型战舰甚至远程截击能力,还要求具有发展成超音速客机的潜力。这不是美国的XB-70的同级别竞争对手,而是大大放大而具有有限轰炸、攻击能力的SR-71。

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神秘的苏霍伊T-4侦察轰炸机,可以达到双三

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可惜只飞了9次就下马了,现在在莫斯科郊外的库宾卡航空博物馆供人凭吊

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飞行中,座舱将完全埋入机身中,以最大限度地减小阻力。这是在地面演示飞行状态,地面滑跑或者起落的时候,机头锥是下垂的,好让飞行员看到前方

苏霍伊的T-4方案入选。这是一个技术上十分超前的设计,无尾三角翼和鸭式前翼,采用钛合金和不锈钢构造,像协和式超音速客机一样可下垂的机头,用于在起落时改善飞行员的视界。正常飞行时,座舱完全埋入机身,最大限度地降低阻力。飞行员没有前向的窗口向外观察,完全靠潜望镜和仪表飞行。起飞重量在100到110吨之间,最大速度3000公里/小时,航程6000公里,升限20000-24000米。

T-4的带鸭翼的无尾三角翼设计和机腹发动机舱与美国的XB-70不谋而合,这是相近的设计要求导致的。无尾三角翼省却了平尾,节约了重量。无尾三角翼也在相同的实际机翼厚度情况下达到了很低的相对厚度,降低了超音速飞行的阻力,而又保证一定的翼内容积,有利于增大翼内油箱。无尾三角翼也有利于满足面积律,有利于减小跨音速阻力。这些优点使50年代冲击双二时,无尾三角翼成为最热门的气动布局。但无尾三角翼的襟翼也兼作升降面,起飞、着陆时只能向上翻以保持正确的抬头姿势,而不能放下来用于增升,所以无尾三角翼飞机的起落速度大多较高。采用鸭翼后,可以用鸭翼下翻达到抬头的目的,襟翼也可以下翻以增升,鸭翼下翻产生的升力还有助于进一步缩短起落距离。由于鸭翼的这些好处,60年代以后就很少再有纯无尾三角翼的飞机了,印度的LCA是一个特例。

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美国的XB-70尽管在外观上和T-4相像,两者在技术上和用途上都很不相同

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六发动机的XB-70也比T-4大得多

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长期以来,人们误认为XB-70的翼尖下垂是为了增加方向安定性,实际上这是为了产生压缩升力,一种只有在高速时才能实现的全新的升力机制

和XB-70相比,T-4采用双三角翼,在充分利用大后掠三角翼的超音速性能的同时,内侧后掠角更大的部分起到近似于前缘边条的作用,对中低速性能有所改善。XB-70采用简单三角翼,但翼尖可以下垂,形成倒挂的翼尖小翼一样的效果。但这不是为了方向安定性,而是为了产生压缩升力,也就是用机翼和机体高速对空气冲压产生的动压产生升力。这有别于通常机翼产生升力的机理,可以降低高速飞行时的诱导阻力,但也仅适用于高速飞行,所以中低速度飞行时,翼尖还是要升起来,和机翼齐平,作为普通三角翼的一部分。相比之下,XB-70的气动设计水平更高一点。

T-4最初的发动机为4台R15发动机,这是米格-25的发动机。发动机的位置经过了几次改动。最初设计是翼下吊挂,两台一组,进气口前伸到机翼前缘之前,保证发动机的工作状态。这个方案的发动机远离机舱,有利于最终改装成客机,但两个发动机组吊舱增加了表面积,增加了和空气的摩擦阻力。为了最大限度地降低阻力,最后把四台发动机密集安装在一起,共用机腹下一个吊舱,减小暴露的面积和由此而来的诱导阻力。发动机也改用4台科莱索夫RD36,这原是垂直/短距起落飞机的升力发动机,但其特别高的推重比受到青睐,经过特别耐久性改装后,成为T-4的动力装置,单台加力推力高达15000公斤。

1963年5月23日到6月3日,T-4通过了空军的概念论证。1963年底,部长会议发布决议,正式启动T-4计划,要求1964年完成设计,1968年首飞。后来的历史证明了这个时间表太过乐观了。

1964年初,空军批准了初步设计。10月份,国家航空技术委员会(相当于专管航空的国防科工委)批准了T-4设计,土西诺飞机厂被指派为苏霍伊设计局的协作单位。土西诺开始的时候对这个安排不大乐意,不喜欢影响已经在生产的型号,也不喜欢新飞机的巨大技术挑战。但苏霍伊最终和土西诺建立了良好的协作关系。

与此同时,苏霍伊和TsAGI开始大量的气动研究,对不同的机翼后掠角、展弦比、相对厚度、翼型、机翼形状、机身长细比、鸭翼和垂尾的形状和位置、常规座舱还是埋入式座舱等作了大量的风洞研究,为最终设计积累数据。除了气动设计外,结构设计也在紧锣密鼓地进行。设计局制造了一段21米长的机翼段,带翼内油箱,用于风洞中的颤振研究。为了研究3倍音速下气动加热对材料和结构的影响,5种类型、20件机翼蒙皮也送到TsAGI作气动和热动力学测试,测试导热和疲劳性能。

T-4的巨大技术困难不仅对苏霍伊是巨大的挑战,苏霍伊也 受到航空界同事对T-4在技术上过于激进的指责。图波列夫在一次航空工业部的技术评审会上说:“苏霍伊绝不可能研制成功这样一架飞机。我知道,因为他是我的学生。”苏霍伊巧妙地回答说:“正因为我是你的学生,所以我能够做到。”

1965年时,全尺寸分系统的研制全面展开,燃油系统、液压系统、机械控制系统、起落架、操纵面、鸭翼、简化的无线电系统、电气系统、武器系统,都处在不同阶段的设计之中。1966年12月,苏霍伊终于向苏联空军展示了T-4的全尺寸模型。1967年1月17日到2月2日,空军审查T-4 全尺寸模型,模型具有可拆卸的武器舱和电子设备舱,便于今后的升级和任务变更。

T-4的正常起飞重量最后为101吨,最大起飞重量122.9吨,远远小于美国的XB-70,但又远远大于米格-25或者SR-71,相当于中型轰炸机的重量。航程略为增加到6200公里,速度还是3000公里/小时。

1966-68年间,T-4一号机在土西诺制造。一架图-16被用于测试发动机,另有伊尔-18、图-104、图-22、安-12用于测试不同的电子系统和天线,包括通信、导航、攻击、天线气动加热、照相、红外、导弹等测试。一架苏-7改装成代号100L的机翼研究机,专门用来研究拟议中的T-4机翼在真实大气中的性能,最终优化机翼设计。100L还用来测试飞控和稳定性、操控性。

1969年,一号机的最后装配开始。装配持续到1971年,1971年12月才移交试飞准备。同时,二号机送TsAGI作静态试验,鸭翼和电子设备舱做270摄氏度的高温试验。首飞前,55%的静态试验已经完成。

1972年4月20日,伊柳辛开始做跑道滑跑试验,共进行了12次,其中包括两次模拟起飞失败的加速到拉起速度之前马上减速滑跑。1972年8月22日,伊柳辛驾驶一号机完成首飞,以后做了9次试飞,完成第一阶段的试飞。试飞表明,T-4具有良好的操控品质,基本飞行性能良好。4余度模拟电传飞控操作轻便稳定,切换到机械备份的动作也正常,但机械操控十分沉重,对飞行员的技术要求也很高。试飞中达到1.28倍音速,最高飞到12000米。事后数据分析,飞行性能符合设计,预计后续试飞可以达到整个设计包线。结构检查没有发现疲劳和损坏。

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伊柳辛和机组人员在首飞成功后下机,接受人们的祝贺

一号级的下一阶段试飞将集中在系统测试、最大速度是的操控性和稳定性。二号机在1969年开始制造,1972年还是装上分系统,1973年完成。准备1973年第4季度首飞,主要测试导航系统。三号机也开始了制造,准备1974年第3季度首飞,主要测试武器系统。四号、五号、六号机的准备工作也在进行中。但这时,苏联空军改了主意,1974年1月22日,T-4下马了。一号机转交莫斯科郊外的Monino航空博物馆,二号机交莫斯科航空学院作为教学用,三号机拆毁回收废金属。

T-4下马的原因和美国XB-70一样。防空导弹、具有上射能力的空空导弹使高空高速不再是可靠的突防手段,使导弹达到双三远远比使飞机达到双三容易。如果需要,导弹还可以达到双四。但飞机要更进一步就十分困难了。双三的技术困难使T-4的研制一拖再拖,未来大批生产的成本也将非常可观。据说格列奇科上任国防部长时,部下向他报告:“要是你还想要大批生产米格-23的话,只有把T-4下马”。权衡考虑,连挥金如土的苏联空军都受不了T-4的高成本,最后只好下马了。

在还没有下马之前,苏霍伊还考虑过T-4的改进型T-4M,这是一种携载导弹的导弹载机,用于高速抵达发射点,在防区外发射空地导弹。为了增加航程,巡航改用亚音速,三角翼改为变后掠翼,可以30度后掠角巡航,70度后掠角超音速突防。变后掠翼也大大改善了起落性能。

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T-4M采用变后掠翼,以改善起落和巡航性能

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其他还是基本的T-4

T-4的终极设计是T-4MS,同样采用变后掠翼,可以达到洲际航程。变后掠翼在最大后掠角时,整体像一个巨大的锲形。发动机分两组左右布置,两组发动机之间的“扇形尾”控制面充当升降控制面。结构材料大量采用钛合金,机头锥采用更耐高温的陶瓷材料。三人制机组具有单独的弹射救生椅。

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更为先进的T-4MS则要求达到洲际航程

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发动机分开布置,导弹和挂载放到机内的武器舱

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说不定设计时还有一定的隐身考虑

T-4的客机也没有走下纸面。从已知的简略介绍来看,T-4客机采用简单三角翼,发动机舱移到机翼下,进气口前伸到机翼前缘之前。客舱分前后两段,每段载客32人,每排4座,以便于结构设计和制造。客舱相当于一个压力容器,单一的较长的压力容器在刚性和耐压上都不如几个分开的较小的压力容器,当然这样设计的代价是旅客的方便性和舒适性受到损失。后期设计方案把发动机集中到机腹,翼尖可以像XB-70一样下垂,不知道是不是受到XB-70的影响。

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T-4超音速客机的T-4的基本设计已经有很大的差别了

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这是T-4客机的另一个方案,和基本型比较接近,但采用下垂的翼尖,不知道是补偿方向安定性,还是也在动压缩升力的脑筋

T-4之后,T-10(最后定型为苏-27)开始概念设计。这是苏霍伊健在时关注的最后一架飞机,但设计刚开始,苏霍伊就去世了。1975年12月25日,苏联科学院主席团将第一枚图波列夫金质奖章追授给苏霍伊,以表彰他的贡献。


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