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歼7、歼8的航程总结与全寿命周期内的升级改造(附老照片)

一说中国的二代机,普遍认为的一个缺点就是腿短,说的最多的一个理由就是使用的涡喷发动机比较耗油。

歼-7、歼-8从研制到现在已经50年,大规模服役也已经30多年。早期服役的机型已经退居二线,有的机型如歼-8A/E已经退役。歼-7、歼-8的很多信息也通过外贸或者当事人的回忆传播开,航程在专业圈里是公开的秘密。可能是因为保密,或者觉得没有什么营养,反正知道的人也不说,要么就是酒桌党加了不少料在里面。但是通过对公开信息的归纳总结也足以看清它的面目了。

《“战隼之父”谈“战隼”》一文中提到,战斗机黑手党是通过分析战斗机的载油率与航程之间的关系来规划新一代战斗机的,能量空战的主要速度段也是战斗机巡航的速度段。从这个角度看,研究战斗机的航程是一件有趣的事情。历史总的趋势是进步的,知道已有的成就,对分析中国的新一代战斗机也有好处吧。

歼7、歼8的航程总结与全寿命周期内的升级改造(附老照片)

一、歼-7、歼-8的航程

歼-7是米格-21的中国仿制版。米格-21F的航程是1300km

米格-21为了减小迎风面积减小阻力,采用了机头进气设计。从进气口到发动机喷口,一根管道贯穿机身首尾。虽然获得了比较好的升阻比,减少了结构重量,也存在着机身空间狭小,可供安装机载设备和油箱的容量小,航电设备落后,内部携带燃油量少。

歼-7/歼8与涡喷-7

中国用掌握的机身软油箱技术改进了歼-7的燃油系统,增大了机身携带燃油量。歼-7的机身载油从米格-21F-13的1500kg增加到了1838kg。虽然仿制的涡喷-7发动机还不够给力,起飞重量也增加了,航程却没有下降。

沈飞参考歼-7的经验研制了歼-8。歼-8和歼-7一样仍然采用机头进气,但机体更大,机身内部载油达到了歼-7的2.8倍。

配套改进的涡喷-7甲发动机的油耗降低了13%,最大军用推力增加了12.8%,达到了43.15KN。

由于发动机的单位油耗更低,载油量和载油系数更大,歼-8的航程是歼-7的1.5倍,约1950km,基本解决了歼-7腿短的问题。

涡喷-7甲研制成功后,又发展出了单发型的涡喷-7乙。从歼-7II开始,随着单位油耗更低,推力更大的涡喷-7乙的安装,歼-7系列不带副油箱的航程也达到了1900km。歼-7II的机动性好,重量轻,发动机油耗低,航油经济性明显好于前苏联生产的米格-21系列改型,效费比高,这对军费缺乏的第三世界国家是非常有吸引力的。

歼-7/歼-8与涡喷-13

虽然,歼-8的机头比较大,可以安装雷达。但是,毕竟机体较重,购置和使用费用都比较昂贵。所以,中国空军当时还是希望能够有一种更便宜的飞机作为补充。

1969年,前苏联开始出售米格-21SM的出口型米格-21MF。和米格-21F-13比,米格-21MF放大了机身直径,能够安装机载雷达和升级的航电,机体结构得到了加强,机体重量和起飞重量有所增加,飞行阻力增大,但携带了更多的燃油,航程仍然保持在了1300km。同时,通过换装推力更大的发动机,和放宽机体使用强度,米格-21的机动性与早期型相当。

中国从罗马尼亚弄回来了一台米格-21MF安装的R-13-300发动机进行仿制,成果就是涡喷-13。涡喷-13的推力比原准机低,单位油耗也要低一些。

1989年交付中国空军的歼-7III,是参照米格-21MF根据中国工业的现实条件自行设计的高空高速截击机。歼-7III的研制过程中,米格-21MF的机体只是作为参考,具体的设计和生产是根据中国已有的生产条件和工艺进行的。所以和原准机相比,歼-7III的机体重量更轻,机身内部燃油更多(2787:2290),起飞重量有所增加,所以航程也更远,达到了1740km。

在研制涡喷-13的同时,作为歼-8II的配套动力,涡喷-13AII是与涡喷-13同期并行展开的项目。涡喷-13AII是以涡喷-13设计为基础,利用涡喷-7乙成熟使用的加力燃烧室和高温涡轮进行改进的型号,最大军用推力41.19KN,最大加力推力63.45KN,耗油率降到与J79相当的水平。

歼-8II在将歼-8I的机头进气方式改为两侧进气的同时,起飞重量增加到了15288kg,对气动效率进行了优化,提高了巡航升阻比,机身载油4200kg。歼-8II的航程比歼-8I有所增加,不带副油箱的航程达到了2150km(带2枚霹雳-11和2枚霹雳-5E),与幻影2000、米格-29、F/A-18C/D这些三代机相比也是毫不逊色的。

1990年代中期服役的歼-7E安装的是一台涡喷-13F发动机。涡喷-13F是为满足歼-7II提高推力要求,在涡喷-13AII基础上对热端涡轮、加力燃烧室做了多方面改进而成的新型发动机。涡喷-13F的加力稳定器改成了沙丘驻涡结构。涡喷-13F的推力大,寿命长,单位油耗比涡喷-13AII又有所降低,达到了涡扇发动机的水平。

歼-7E航程达到了2200km(带2枚近距离红外格斗弹和挂架)。

二、影响歼-7、歼-8航程因素

1、发动机的进步是航程增长的最主要动力

涡喷-13F与涡喷-7相比,最大军用推力增加了12.8%,单位推力耗油率降低约30%。

低油耗的好处是显而易见的。较低油耗意味着更长的续航时间和更长的航程。

更大的推力意味着更大的起飞重量,可以携带更多的燃油。

推力不足会导致单位功率不足,影响飞行速度。歼-7III推力不足的问题,一直到涡喷-14“昆仑”发动机研制成功才解决。

2、机体结构的有效利用能够显著增加燃油的携带量

中国利用橡胶软油箱对歼-7的燃油系统进行改进,提高了机体填充率,增加了燃油携带量。歼-7的燃油容积比米格-21F增加24%,歼-7III比米格-21MF增加21%。话说,像歼-8这样的筒子结构都能够装4200kg燃油,新一代隐身战斗机总比它有潜力吧

3、重量的控制很重要。起飞重量的增加意味着阻力的增加,耗油率增加,单位能量减小速度降低,需要更大的推力进行补偿。米格-21的后期型,机体进行了放大,增加了航电设备,起飞重量的增加幅度超过了发动机增加的幅度,虽然载油率增加了不少,但航程基本还是1300千米。歼-7III的航程增加,除了内部载油量增加、发动机耗油率下降外,机体减重也有不小的贡献。

4、米格-21后期型增加了机体直径,机翼形状和面积没有变化,阻力增加升力不变,升阻比下降。

虽然歼-7III的载油系数比歼-7II(0.338:0.25),但由于推力不足、升阻比下降、发动机耗油率较高,它的航程反而不如后者。

5、对歼7/歼8f的升级与改进

由于涡喷-7和涡喷-13早期型的使用寿命都较短,所以歼7、歼8f的全寿命周期内需要更换1次以上的发动机。随着发动机性能的提升,战斗机的性能、经济性也随之提升。

歼-7II可能换装了涡喷-13F,歼-7III(C/D)换装了涡喷-13FI,歼-8B的改进型换装了涡喷-13B和涡喷-14“昆仑”发动机。它们的航程又有所增加。

由于歼-7、歼-8采用大三角翼,纵向配平能力不足,不能够挂大号副油箱,其最大转场航程不如幻影-2000、F-16等三代战斗机。歼8f通过采用电传操纵系统解决了这个问题。

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