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[原创] 中国下一代高级教练机解析[9P]

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1楼大中小发表于 2013-6-13 19:22 只看该作者

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中国下一代高级教练机解析[9P]

   2013年5月底，南昌某机场跑道上传来发动机巨大的轰鸣声，紧接着，一架蓝白相间涂装的高级教练机，像一支离弦之箭冲出起飞线，昂首飞上了蓝天，地面响起了热烈的掌声。至此，承载了无数人梦想的L-15“猎鹰”高级教练机或即将开始批量生产并装备部队，据称，中国军方装备的“猎鹰”可能被命名为“教练-10”型高级教练机，首批“教练-10”将装备中国空军。一般来说，飞机设计定型是按照装备研制总要求，对新型空军装备进行全面考核。申请设计定型的标准和要求是：①经过设计定型试验（包括试验基地试验和部队适应性试验），证明产品的性能达到批准的战术技术性能和作战使用要求，不得遗留重大质量问题。②设计图样及文件完整、正确、协调。③产品配套齐全。④构成产品的所有配套设备、零部件、元器件、原材料、软件等有供货来源。“教练-10”完成相关定型后，将很快进行批量生产，有望在3个月内实现批量生产型号的新机首飞。
教练机是培养飞行员的专用飞机。教练机分初级、中级和高级三大类，满足飞行学员循序渐进的训练要求。其中，高级教练机大多具有优良的特技飞行性能，还具有基本的武器和战术训练能力。随着歼-10、歼-11等第三代作战飞机的大批服役，以及未来第四代隐形战斗机的装备，中国空军的教练机急需与时俱进。洪都公司的“猎鹰”高级教练机是融合了多项最新航空技术的新一代教练机，采用双发双座，具有先进的气动布局、高度综合的航空电子系统、国内先进的电传控制系统和高密度的结构布局，具备第三代战斗机的大迎角机动飞行能力和高敏捷性。“教练-10”装备部队以后，中国航空兵飞机训练数量和技术上都非常滞后的情况将获得极大的改变。
   据消息人士称，“猎鹰”的05架在2009年经过适量的调整试飞后与03架飞机一起进入鉴定试飞阶段，并在2009年完成了AJT状态基本型技术鉴定。AJT状态即高级教练型状态，这一状态配装两台非加力型涡扇发动机，AJT状态主要用于飞行学员在飞行学院的高级训练，有利于全面地提升飞行学员的能力素质和飞行技能，帮助他们掌握基本武器的使用和基本作战动作，进行部分战术训练，增强对未来训练任务的适应能力。根据超级大本营军事网获得的消息，中国军方采购的首批“教练-10”将采用两台非加力型涡扇发动机，而非此前传闻的加力型涡扇发动机。
   在世界各地的航展上，人们会饶有兴致地看到三架很相像的高级教练机：俄罗斯的雅克-130、意大利的马基M-346、中国的洪都L-15。但仔细观察，这三架飞机都有一些不引人注目但很重要的差别，这是为什么呢？雅克-130、M-346和L-15依然采用常规布局，保留了高垂尾、前低后高的串列双座和中等后掠的机翼，但改用双发动机和中单翼，这是由新时代对教练机更高的要求决定的。第三代战斗机特别强调机动性，采用静态不稳定的气动设计、电传飞控和用大屏幕显示器代替传统仪表的玻璃座舱，这些特点在很大程度上影响了新一代高级教练机的设计。第三代战斗机的典型包括F-15、F-16、F-18、米格-29、苏-27等，这在俄罗斯被称为第四代，现在美国也改口称第四代，但在中国还是被称为第三代。传统高级教练机用于基本飞行训练依然很合适，改装玻璃座舱后也可以帮助学员及早适应现代战斗机的座舱环境，但由于基本技术的局限，已经难以使学员体验第三代战斗机的电传飞控和大迎角飞行。在冷战时代东欧国家“社会主义分工”体系下，捷克负责高级教练机的研发和制造，苏联和华约空军大量采用捷克的L-29、L-39教练机。90年代初，苏联空军正在大量换装米格-29和苏-27，老旧的捷克教练机已经不能达到训练要求，同时面临大量教练机老化需要更新的问题，　这时适逢苏联和华约解体，俄罗斯为了肥水不流他人田，决定自己研发教练机，大迎角飞行、可变稳定性的电传飞控和玻璃座舱成为主要的设计要求。雅克福列夫设计局的雅克-130最终入选，成为俄罗斯的新一代高级教练机，并得到阿尔及利亚、越南、利比亚等国的采用。
大迎角飞行有两个问题。一是提供足够的升力，推迟机翼失速；二是为发动机进气提供可靠的预压缩，保证可靠进气和发动机的正常工作。第三代战斗机广泛采用的大边条一箭双雕，一方面形成有利涡流增加升力，另一方面“兜”住迎面气流，保证稳定进气。雅克-130采用了大迎角和翼根进气口，欧洲的MAKO和韩国的T-50也采用了类似的布局。翼根进气口决定了不再能采用下单翼，所以雅克-130采用了中单翼。下单翼从机体底下贯穿，机体“坐”在机翼上，重心高于横滚的支点，有天然的欠稳定趋势，所以通常机翼适当上反，也就是说，翼尖上挑，以补偿这个欠稳定趋势，上单翼从机体顶上贯穿，机体“吊”在机翼下，像重锤一样，有天然的过稳定趋势，所以机翼通常有所下反，也就是说，翼尖下垂，以抵消过稳定趋势，改善机动性。中单翼在机体中间“贯穿”，实际上是两侧机翼结构对接在机体框架上，在结构上不如上单翼或者下单翼的贯穿结构简洁、坚固、轻巧，但在横滚稳定上是中性的，在气动上也避免了两者需要机翼上反或者下反的问题。机翼上反或者下反都使升力矢量偏离垂直，机翼的升力效率有所损失，在产生同等升力的情况下阻力有所增加。不过中单翼较难采用翼下起落架，通常只能用较重、较复杂的机体下的外八字起落架。现代战斗机大多采用中单翼，雅克-130符合这一潮流。由于不要求超音速，雅克-130的机翼前缘后掠不大，只有30度，翼尖放弃原先的小翼设计，改用固定的翼尖挂架，既作为机翼的颤振阻尼，又增加了一对武器挂架。
由于教练机没有沉重的电子设备平衡重心，不要求超音速飞行也使得进气道设计比较简单，可以使用短直的进气道，教练机通常将发动机适当前移，靠近升力中心，便于稳定性和机动性的综合考虑。由于发动机靠前，喷管位置也靠前。如果需要像战斗机那样在机尾喷气，就需要加长喷管，增加重量；在中机身侧下直接喷气，尾梁结构需要防热处理，但重量增加相对较少，所以教练机经常采用这样的“腋下”喷气，M-346也不例外。
上世纪90年代是俄罗斯经济极端困难的时代，雅克福列夫无力完成工程开发，只好向西方寻求合作，意大利的马基飞机公司加盟，负责将雅克-130提升到西方标准，包括换装西方发动机和航电。马基还获得向西方和除俄罗斯、独联体外的世界其他地区销售的权利。马基公司是意大利老牌的教练机制造厂家，在西方和亚非拉有不错的口碑。90年代的西方也面临教练机升级的问题，马基缺乏合适的产品，也没有足够的财力和技术独立研制，于是和雅克福列夫一拍即合。雅克福列夫和马基很快就因为种种原因分手了，但马基在分手前获得雅克福列夫的全套设计，以此推出了马基M-346，所以和雅克-130相似就不奇怪了。事实上，两者的主要几何尺寸是等同的，起飞重量也基本相同。
马基公司是意大利老牌的教练机制造厂家，在西方和亚非拉有不错的口碑。90年代的西方也面临教练机升级的问题，马基缺乏合适的产品，也没有足够的财力和技术独立研制，于是和雅克福列夫一拍即合。雅克福列夫和马基很快就因为种种原因分手了，但马基在分手前获得雅克福列夫的全套设计，以此推出了马基M-346，所以和雅克-130相似就不奇怪了。事实上，两者的主要几何尺寸是等同的，起飞重量也基本相同。除了采用霍尼韦尔F-124涡扇发动机和全套西方航电，M-346和雅克-130最大的差别在于翼根上表面一对竖立的小翼。这对鲨鱼背鳍一样的小翼很是特别，在五花八门的飞机世界里很是独特。雅克-130的基本设计采用了大边条、高垂尾和翼梢小翼，但取消翼梢小翼后，马基对大迎角飞行状态下的方向稳定性不放心，特意增加了这么一对小翼，将大边条产生的涡流导向垂尾两侧，增加垂尾的作用。马基无意也无力做大改，只有采用这样的止痛膏设计来弥补。M-346也回到雅克-130截掉翼尖时的状态，没有翼尖挂架，降低阻力，颤振用加强机翼刚度来解决，增加的重量和取消翼尖挂架所降低的阻力相抵。少了一对武器挂架反映了M-346不如雅克-130那么强调以作战飞机为副业的特点。M-346也取消了平尾的前缘锯齿，减小阻力。
进入21世纪，中国空军迅速换装第三代战斗机，也面临着以米格-21为基础的歼教-7已经不适合飞行员训练的局面，南昌洪都飞机公司研制了L-15高级教练机。在研制过程中，洪都得到了雅克福列夫的技术帮助，L-15和雅克-130在外观上相像不是偶然的。但和M-346不一样的是，L-15不是雅克-130的简单翻版，L-15要稍大、稍重一点，更重要的是，L-15在气动设计上有一些微妙但重要的差别。　L-15要求达到超音速，最大速度达到1.4倍音速。为此，L-15采用了AI222的加力版。喷气发动机的喷流本来就温度较高，但加力燃烧进一步提高了喷气温度。为了避免炽热喷气对机尾结构的烧灼，也为了加长进气道以便于进气速度降低到亚音速，同时为了放宽静稳定度以改善机动性，L-15把发动机后移，喷管位于机尾，像战斗机一样。但这样重量增加，对电传飞控的要求也较高。L-15的大边条比雅克-130更加饱满，大迎角飞行状态下的增升效果更加显著，但设计要求也更高，否则会导致不可控涡流，弄巧成拙。L-15没有用M-346那样的翼根小翼，说明了洪都的气动设计水平更高，不需要借助于增加阻力的翼根小翼就可以达到优秀的方向稳定性。和“经典”F-18相比，改进的F-18F也采用了这样的所谓哥特式大边条。
　  L-15的机翼平面形状也和雅克-130有所不同，后缘略微前掠，使升力中心前移，这是和放宽静稳定性一致的，有助于加强机动性。L-15和M-346一样，取消了平尾的前缘锯齿，但L-15的垂尾根部前伸，改善了螺旋改出性能。L-15的这一系列改进是和L-15的定位有关的。L-15不满足于高级教练机，而是要极大地加强作为LIFT的作用。现代战斗机的电子设备和武器系统越来越复杂，相应的战术动作也越来越复杂，新飞行员需要很长的时间才能训练到位，使用昂贵的战斗机太浪费，于是产生了LIFT这个概念。新飞行员有问题，已经不在第一线的老飞行员也有类似的问题，需要适当的平台练手，保持熟稔，LIFT也很合适。不过有效的LIFT需要具备全套的电子设备和武器系统，但这使得本来便宜的教练机也变得昂贵了，这里面有一个度的问题，真理逾越一步就成为谬误。L-15还有成为低档战斗机的雄心。由于优秀的大迎角机动性能和具备M1.4的超音速能力，L-15有比雅克-130或M-346更加优秀的补充中小国家正规战斗机数量不足的潜力，但同样有成本控制和性能缩水之间的平衡问题，否则就失去意义了。
      90年代在凄风苦雨中的雅克福列夫诞生的一枝奇葩如今演化成三枝异秀，在俄罗斯、西欧和中国盛开。虽然英国“鹰隼”依然畅销，但面对这蓝天三剑客的步步紧逼，已经凸显老态。欧洲MAKO只听脚步声，不见丽人来，十年怀胎终成死胎是完全可能的。韩国T-50虽然是单发，但在系统配置上更加强调LIFT，没有采购和使用上的成本优势，在迪拜落败于M-346之手只是开始。马基拥有西方传统的人脉，中国通过洪都K-8和成飞FC-1正在亚非拉新兴市场攻城掠地，俄罗斯在前苏联影响范围内依然很有号召力，未来世界的天空会是这蓝天三剑客翻飞的舞台吗？这是一个很有趣的问题。
   除了训练基本飞行技能，高级教练机也扩展到训练战斗机的基本战术动作和武器使用技巧，这就是所谓的战斗机导入教练机（Lead In Fighter Trainer，简称LIFT）了。于教练机的使用费用较低，高级教练机也用来帮助已经不在第一线做日常飞行的老飞行员保持飞行技能，飞行和武术一样，需要“拳不离手”。所以教练机的作用超过航校，远及战斗部队。