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LCA这个名字,对于绝大多数航迷来说并不陌生,不就是印度的“Light Combat Aircarft(轻型战斗机)”嘛!但如果说“Tejas”,恐怕不少人要愣一下——什么东西?事实上LCA只是项目代号,Tejas才是这种飞机的官方名称。我们对两种名称反应的差异,实际上体现了一种主观心态:印度就应该是贫穷落后的国家,因此搞出来的飞机也一定是垃圾。所以当我们知道印度在进行LCA项目之后就一笑置之,不再关心后续发展,当然也就不会留意它的官方名称Tejas。由于LCA发展一路坎坷,断断续续的不利报道更加重了我们的轻视心理。然而我们的祖先早已告诫我们:“他山之石,可以攻玉。”印度同样是发展中国家,LCA研制过程中得到的经验教训,对于我们具有重要的借鉴意义。笔者正是基于这一立场撰写此文,权作引玉之石。

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坎坷道路

和我们一样,印度作为昔日文明古国之一、今天的发展中国家,强烈的民族自尊心使之迫切希望在世界上占有一席之地。作为强国的标志之一,发达的航空工业必不可少。印度人希望能够通过研制一种先进作战飞机,促使印度形成综合性科研/工业制造能力,最终目标是建立新的技术基础,从而覆盖与作战飞机设计和制造相关的所有领域。简而言之,就是以点带面,以项目需求拉动整个航空工业,实现自我发展的良性循环。这其实也是印度发展航空业的战略和心理背景。

为了实现发展航空工业的战略目标,历史上印度曾经有过一次尝试——即并不成功的HF-24 Marut(风神)超音速战斗轰炸机(1956年开始设计)。这一飞机是由著名的库特·谭克教授(纳粹德国空军Fw.190战斗机的设计师)率领的团队负责设计的。然而除了机体设计得到正面评价之外,Marut可以说彻底地失败了,性能完全达不到要求——谭克教授在二战后似乎一直在走下坡路,未能表现出与其名声相称的能力,此前他帮阿根廷设计的“Pulqui II”战斗机(由Ta.183改进而来)也以失败告终。需要特别指出的是,Marut是国防研究署(DRO)提出的项目,由印度航空技术有限公司(HAL)负责研制,从研制到最后退役,都没有得到印度空军的肯定——类似的事情同样发生在LCA的研制过程中。

LCA计划总体进展

Marut虽然不受空军欢迎,但印度仿制的英国“蚊蚋”战斗机却在1965年和1971年印巴战争中表现出色,于是印度人再次产生了自行研制世界一流技术水平的轻型战斗机的想法。进入1980年代,印度空军开始考虑过时的米格-21和Ajeet(“无敌”,即印度仿制的霍克“蚊蚋”战斗机)机群的换代问题,希望采购一种廉价的轻型多用途飞机来满足未来(2000~2020年)的作战需要。印度空军中的米格-21飞机数量最多,它的替代者要求高速、加速性好、机动力超群、可分散配属、可短距起降,并且配备高性能航电设备和多种武备,至少具备有限的精确武器制导能力,飞机价格要低,维护性可靠性都要达到现代飞机水平。

1980年,LCA计划对外公布。但这时的LCA只是国防研究与发展署(DRDO,原国防研究署)脑子里的东西,既没有具体方案,也未获得政府和军方的首肯。直到1983年,印度政府才正式批准了轻型战斗机(LCA)计划。1984年,为了指导和管理LCA的研制和生产,组建了具有高度自主权的航空发展局(ADA)(隶属印度国防部)。印度发展本土航空工业的第二次尝试拉开了序幕。Kota Harinarayana博士被任命为LCA计划总监,T·G·Pai博士担任项目总监,并主管技术开发与海军型的研制工作。1985年,印度空军发布了对一种轻型超音速多用途战斗机的采购要求,这可以看作是印度军方对LCA计划的正面回应。

如计划发起者所期望的那样,印度本土航空相关机构、部门多数都参与了LCA的研制。整个的研制工作由ADA划分为600个工作单元,由全国50家公司与机构分工完成。主承包商是HAL,它接受ADA的直接领导,负责LCA的总体设计和总装工作,同时负责相关子系统的系统集成与调试。其它子系统则交给相关实验室或国家机构负责,如国防材料研究室研制发动机用超合金,国家物理试验室研制碳纤维,国家航空试验室作疲劳试验,印度斯坦航空公司作静力试验,印度技术学院研究复合材料结构,作系统模拟试验。LCA计划在初始设计阶段只有600名工程技术人员,到全尺寸发展阶段时已增加到2000多人。

按照最初的设想,只有在暂时无法独立研制的关键系统上才向国外采购,并且也是尽量争取合作研制而非单纯仿制。尽管如此,由于技术薄弱,在关键技术上LCA仍需要外国技术支持。1986 年通用电气公司(GE)签约向印度提供 F404-GE-F2J3 发动机以装备技术验证机(Technology Demonstrator,TD)和原型机(Prototype Vehicle,PV),按计划F404 最终将被印度国产的GTX-35VS“Kaveri”发动机代替。1987年10月印度选择了达索公司为 LCA 计划的咨询顾问,以1000万美元的价格向达索聘请30名工程师进行技术援助。达索同时为LCA计划提供了部分技术、信息、数据以及计算机软件等。1998年美国空军航空系统分部同意为LCA提供技术和后勤支持(但由于印度核试验,这一支持随即中断)。

根据ADA的进度表,LCA于1987年第二季度开始概念设计,于1988年底完成。来自简氏航空年鉴的信息显示,预定首飞日期在1990年4月左右,预定服役时间为1995年。然而如我们今天所看到的,ADA的进度表成为世界上最不准的时钟之一。由于对技术瓶颈估计不足,缺乏现代战斗机的研制经验,研制预算不足,以及始料未及的外界因素影响(如印度核试验引发的制裁),LCA的研制进度表自发布之日起就一直在不断地拖延,不断地修改,而每一次修改都导致研制费用大幅上涨,这一恶性循环直到今天仍未结束。

LCA于1990年冻结设计,但就在此时政府负责评估的委员会发现其设计在几个关键技术领域存在问题。这个发现迫使印度政府作出决定:首先制造两架技术验证机,以确保所发现的问题是可以解决的,这就是后来的TD1和TD2的由来。1991年中开始制造第一架验证机。

1993年6月,印度政府批准LCA进入全尺寸工程发展阶段(FSED)第一阶段,预算经费218.8亿卢比——在验证机尚未出厂的情况下批准飞机进入FSED,这个决定实在令人诧异。

经过漫长的4年半制造过程,第一架技术验证机(TD1,生产序列号KH2001)终于在1995年11月17日出厂,还是比修订过的时间表晚了9个月。此时的进度表预定TD1于1996年6月完成首飞,但进度表“走不准”规律继续发挥作用——首飞推迟到1997年年初,接着被推到 1998 年 6 月,然后是 1999 年 2 月。1999年4月,TD1号机开始地面测试。1999年5月,LCA计划得到追加的1.25亿美元的研制经费。印度国防部长费尔南德斯于2000年 8月宣布:“LCA 完成所有地面测试,它将于两个月内首飞。”但系统集成测试和滑行试验一直拖到 2000 年年底,进度表继续“走不准”。TD1在地面一直待到2001年1月4日,才终于完成首次试飞——此时距该机出厂已经过去了5年!

第二架技术验证机TD2(KH2002)于1998年8月14日出厂。该机原定于2001年9月首飞,但推迟到2002年6月6日完成。

2001年11月,鉴于LCA TD1试飞成功,印度政府批准LCA进入FSED第二阶段,预算经费330.2亿卢比。按计划,第二阶段将制造5架原型机(PV1到PV5),其中PV5是双座教练型(根据最新的消息,有可能取消一架单座原型机,双座教练型编号可能改为PV4,下文仍沿用以前的编号)。来自简氏航空年鉴的消息称,计划中的4架单座原型机将包括1架海军型原型机PV4。此外,还将生产8架有限生产型(LSP)LCA。原本计划从PV3开始安装国产Kaveri发动机,但现在看起来已经不可能。

2003年5月4日,LCA被当时的印度总理瓦杰帕伊命名为Tejas (“敏捷”,在梵文中的含义为“光辉”)。当天TD1和TD2进行了首次公开展示,同时第一架原型机PV1举行出厂典礼。

PV1于2003年11月25日首飞成功。

第二架原型机PV2于2005年12月1日首飞成功。截至该次试飞结束,2架验证机和2架原型机共计试飞475次,飞行时间263.34小时。

根据一向走不准的ADA进度表,PV3应该和PV2一起在2003年首飞,PV5在2004年首飞,2006年(后推迟到2007年底)交付半个中队的LCA,形成初始作战能力,2008年具备完整的作战能力。但PV2首飞已经推迟至去年底,后续计划必然会进一步推迟。根据印度议会国防常务委员会最新的报告,LCA服役日期已推迟到2012~2015年。

舰载型LCA的设计方案于1999年批准,但印度政府迟至2002年中才批准海军型进入工程研制。根据LCA计划总监Harinarayana博士所说,舰载机的预研工作包括舰载型飞行控制律、大行程起落架、滑跃起飞技术等在1998年时仍未批准,那么其预研启动时间不会早于1999年,甚至可能迟至2002年。在原型机PV4下料之前,将制作一架虚拟样机进行评估。PV4原定于2004年首飞,此后还可能制造一架原型机共同完成上舰试飞工作。舰载型LCA预定于2006年服役。显而易见的是,进度表再次保持了自己走不准的特色。

2005年3月,印度空军参谋长表示,印度空军不久将从印度斯坦航空有限公司订购20架LCA,总价为4.444亿美元,随后还有可能订购同等数量的飞机。预计首架LCA交付印度空军时间伪2008年,正式服役日期为2012年。

飞控系统的研制

1992年底,位于班加罗尔的国家航空实验室(NAL)(根据印度自己的评价,国家航空实验室在LCA的研制过程中扮演了“主要的支持者”的角色)组建了由Srinathkumar博士领导的控制律研究组(CLAW),负责飞行控制律的研究工作。这个时间很奇怪,因为此时距TD1开工建造已经有一年半了,而这种先天静不稳定的飞机没有飞控系统是不可能上天的。这只能归咎于缺乏现代飞机的研制经验和管理方面的问题。当然,也有可能是印度人曾经试图从其他公司(如达索)购买成熟产品但无果而终——对于这种可能性,笔者迄今没有看到任何可以证实的信息。

1993年,ADA宣布选择洛克西德·马丁公司为LCA四余度电传飞控系统的研发合作伙伴。这个选择并不令人意外,毕竟印度既无设备又无经验——根据当事人的回忆,研究组当时甚至连用于工程设计的地面实时模拟器都没有,直到1994~1995年间才搞到一台;而研究组成员只是在理论上理解了控制律,但对如何将飞控要求转换成实际的代码仍然一无所知。

虽然名为合作,但整个飞控系统基本上是洛·马飞控系统分部研制的,包括飞控系统最主要的部分数字式飞控计算机(DFCC)。但即使是实力强大如洛·马,也无法凭空变出一个飞控系统来赶上TD1的制造进度。所以1995年TD1出厂的时候就是一个空架子,飞控系统还在洛·马的计算机里面。直到1996年7月,飞控软件才在Calspan公司的F-16D VISTA 变稳机上验证通过。

1998年5月,印度因核试验遭到美国制裁,与洛·马的技术合作随之中断。派往美国的技术人员全部遣返,研究资料遭没收,已经完成的两台飞控计算机以及由印度人组装的相关测试设备被禁止带出美国。据当时印度媒体报道,印度政府曾经与美国政府谈判,要求归还在洛·马的两台飞控计算机,但遭到美国政府的拒绝——与“和平典范”计划何其相似!

遭到制裁的时候,洛·马和印度的技术人员正在进行飞控系统最后的集成和调试工作,按计划还需要1年才能完成。美国人估计,在技术合作中断后,依靠印度自己的技术力量需要更长的时间——事实上如我们所见,印度在飞控系统上花了比1年多得多的时间。

1999年,印度转而向米格和莫斯科飞机生产联合企业求助,希望对方协助完成飞控系统最后的集成和测试工作,但由于未知原因,印度人的希望落空了。后来CLAW继续在ADA和英国BAE公司的实时模拟器上研究飞行控制律,并在ADA和HAL的“微鸟”和“铁鸟”测试平台上测试。但实际上飞控系统中最难的部分已经由洛·马完成了。

TD1飞机第一阶段12次试飞结束,是LCA飞控系统发展的一个里程碑。虽然试飞中没有复杂的机动动作,但验证了飞控软件的正确性和可靠性。据说,试飞员均给予飞控系统最高评价(“Level 1”)。有试飞员表示,在最困难的起飞/着陆阶段,他甚至感觉LCA比同样采用电传飞控的幻影2000更容易操纵。应该说,这是一个相当高的评价。不过考虑到所有的评价均由CLAW的成员转述,未免让人有“孩子是自家的好”的感觉。有意思的是,来自DRDO的技术人员在接受《防务周刊》采访时表示,LCA的飞控软件无法满足要求。

2001年9月22日,对印度的制裁宣布解除,印度随即向BAE系统控制分部订购飞控系统必需的大气数据传感器,并于2003年中交付,这显然有助于推动印度的飞控系统研发进程。

Kaveri发动机的研制

LCA 预定使用国产小涵道比涡扇发动机GTX-35VS“Kaveri”。印度燃气轮机研究院(GTRE)负责此项研究已有 10 年历史。Kaveri有3级风扇、6级高压压气机(带可调的进气导流叶片及二、三级定子)及单级高、低压涡轮。该发动机采用环形燃烧室和常规收敛-扩散喷管。

第1台测试用发动机被称为Kabini,只包括核心模块。完整的Kaveri于1996年开始台架测试。第3台首次在前三级压气机上加装可调进气导流叶片。根据Harinarayana博士的说法,第5台(纯为地面测试建造的最后一台)已经接近生产型发动机的重量。总的来说发动机发展过程较为顺利,不过还是有一台Kaveri在班加罗尔的测试平台上爆炸,使发展进程略有拖延。

燃气轮机研究院总共制造了17台Kaveri原型发动机,根据计划将于1999年开始飞行测试。据Harinarayana博士介绍,印度和俄罗斯签署了协议,从1998年8月开始,从俄罗斯租用图-16改装的空中试车台,以进行Kaveri的飞行测试(测试发动机位于机腹吊舱内)。测试是在茹科夫斯基机场进行的,测试环境包括相当于 0.9 马赫、11,000 米高度下的高进气气压和温度条件。在不同高度、马赫数下测试了压气机特性、喘震裕度及空中开车等科目。据报道截至2003年初已经完成1200小时空中试车(试验要求8000小时)。

据报道,斯奈克玛和欧洲喷气发动机公司(Eurojet)为Kaveri发动机的研制提供了技术援助。Kaveri发动机就在法国超音速风洞和班加罗尔的高高度测试实验室内进行了测试。按照设计要求,Kaveri发动机在高温和高海拔条件下也应该具有良好的性能。LCA 也将配备航油起动机以方便在简陋的野战机场使用。起动机已经在高海拔条件下测试通过,以保证在同巴基斯坦的边境冲突中,LCA 可以在高海拔、高温度机场作战。

据印度自己的设想,生产型Kaveri发动机加力推力将达到80千牛,超过斯奈克玛的M88-2发动机,与生产型“阵风”上配备的 M88-3 升级版相当。来自燃气轮机研究院的信息称,未来Kaveri发动机改进型将采用更先进的单晶涡轮叶片,而非现在采用的定向凝固涡轮叶片。这种先进的涡轮叶片是由燃气轮机研究院和防务冶金研究实验室合作开发的,它将使得发动机涡轮前温度提高到1577℃。改进型Kaveri发动机将达到M88的技术水平,单级压气机增压比达到4,总增压比27,采用更短更轻的发动机燃烧室,发动机不加力推力将可以保证LCA进行超音速巡航。此外,燃气轮机研究院还在开发多轴推力矢量喷管,以及数字式发动机控制系统,印度人希望这些努力可以改善Kaveri发动机的操纵性能,并帮助提高LCA的敏捷性,甚至期望通过应用推力矢量技术来取消垂尾,以改善其隐身特性。燃气轮机研究院甚至还计划开发Kaveri发动机的非加力型,以装备未来先进教练机。此外还有一种利用Kaveri核心机,加装高涵道比风扇的型号,可能用于其它用途。

不过,所有上述一切目标,目前仍停留在纸面上。至少到2001年为止,Kaveri发动机仍未达到预定的推重比——据Harinarayana博士说,Kaveri当时总重达1200㎏,需要减重250㎏!换句话说,Kaveri发动机比设计指标超重26.3%。对于如此严重的超标,要想“减肥”到预定重量,几乎是不可能的。

按照最初的计划,F404-GE-F2J3将只装备TD1和TD2两架验证机,而后续的原型机以及生产型都将安装Kaveri发动机。1998年4月9日,F404-GE-F2J3首先在TD1验证机上进行了地面试车。但Kaveri发动机的蜗牛步仍然无法赶上LCA本已缓慢的研制进度。迄今为止4架LCA全部装用F404发动机。

外界最初认为,2架TD 机、所有5架PV机和8架早期生产型都将配备美制 F404 发动机。不过2002年2月,美国政府批准了40台F404-GE-F2J3的出口许可,这一事实表明,Kaveri定型仍遥遥无期,而LCA的前几个批次的生产型都将安装美国“芯”。现在外界对Kaveri发动机投入使用的预计日期已经推迟到了2007年。

关键材料的研制

在LCA上采用的复合材料占有相当大的比例,设计目标是占机身重量的45%,因此对减小飞机重量起到关键性的作用。另一方面,LCA的复材应用领域不仅限于传统的非受力区域,部分重要结构件也采用复合材料制造,还应用了热固化、热粘接技术。事实上技术验证机的任务之一就是验证复材结构的可行性、可靠性。

考虑到印度在LCA之前没有大规模应用复合材料的实例和经验,公开资料也未见提及复材研制单位(相对于对设计软件AUTOLAY的大肆宣传,官方媒体在复材生产上的沉默令人起疑),因此不排除ADA从法国获得相关技术甚至直接进口复合材料的可能性,因为““阵风”机翼大部分部件和机身的一半都采用了碳纤维复合材料。

LCA的复材结构是由位于孟买的航天工程部负责研究的。据称,在该部门负责执行的“LCA复合材料结构研发计划”中,“对于破损安全结构的基础研究以及将实验成果实用化,为国家计划作出了突出贡献”,并因此获得“AR & DB”25周年研究杰出贡献奖。

2002年7月14日,ADA向印度的信息系统技术有限公司购买了名为AUTOLAY的软件及其知识产权。AUTOLAY是一种综合型自动化商用软件,用于设计和开发结构系统领域的3维层压复合材料部件。事实上AUTOLAY软件并不是从此时开始才用于LCA计划,早在1995年ADA就已经开始应用这一软件。2002年这次公开采购与宣传,意味着印度人自己的复材设计软件经过7年的发展与完善,已经成熟,得到官方的认可,并试图将其推向世界市场,以获得商业上的成功,从而完成自我发展的良性循环——这正是LCA发展的战略目标之一。

先进合金是LCA材料研制的另一个重要方向。LCA所用的金属材料中75%是国产的,应用材料包括高强度铝-铜合金、铝-锌合金,可焊接的铝-镁合金,特种钢材,钛-铝-钒合金,镍-钛形状记忆合金等,参与研制开发的单位多达14家。

众多部门中,位于海德拉巴德的Midhani是关键单位之一。Midhani为仿制的米格机提供各类特种金属材料,在航天、核武器领域也可见到Midhani的产品。在LCA计划中,Midhani将负责提供飞机所需的不同等级的钛合金、耐热合金等材料,它已经为此开发了超过50种金属材料并获得军用航空器适航认证中心颁发的适航证。而Midhani的另一个关键作用在于为Kaveri发动机提供所需的关键部件。用于压气机的钛合金、用于涡轮的大直径超耐热合金铸件均出自Midhani。也正因为如此,Midhani需要为Kaveri发动机的重量问题负上一定的责任。Harinarayana博士说Kaveri发动机需要减肥的话,正是针对Midhani说的。这将是Midhani未来努力的主要目标——虽然看起来实现的可能性很小。

技术验证机、原型机和未来改型计划

如前所述,由于LCA可能存在技术隐患,印度政府要求首先制造技术验证机以降低风险。TD1和TD2的目标就是验证LCA采用的五大核心技术的可行性和可靠性,包括:复材结构机翼、飞控系统、玻璃座舱、高性能多模雷达和推进系统。不过从当前的情况来看,TD1和TD2只完成了部分技术验证任务,还有相当部分的验证任务是由后续的原型机(PV)来完成的。

TD1于2001年1月4日首飞成功,试飞员是 ADA 下属国家试飞中心(NFTC)的 Rajiv Kothiyal 中校,飞行时间18分钟。印空军参谋长 A. Y. Tipnis 上将从伴飞的“幻影”2000 上目击了整个试飞过程。到2001年6月,TD1完成第一阶段共计12次试飞,最大飞行高度8000米,最大迎角18°,最大马赫数M0.71。在此期间确认了飞机和系统的设计指标,在部分飞行包线内确立了初步操纵品质。短暂修整期间,TD1将改进飞行控制软件和机身燃油系统(参照TD2标准,以增加机内载油量),之后开始第二阶段试飞,逐步扩展飞行包线。TD1原计划2002年1月完成首次超音速试飞,但一直推迟到2003年8月1日才完成。

作为第二架技术验证机,和TD1相比,TD2在很多关键机体部位上都有所不同,机载设备也更多了:空重减轻;机内载油量略有增加;改进环境控制系统,以减小座舱噪音水平;首次配备印度国产平显,该平显由CSIO公司生产,具有较大的视角、三倍的亮度、更好的可靠性和冗余性;用国产综合通讯系统(1台LRU【注1】)更换老式通讯系统(3台LRU),重量减轻17㎏,体积缩小43%,提高了性能和可靠性;TD2还首次配备武备研究发展机构(隶属DRDO)为 LCA 研制的弹射系统,该系统含常规火箭动力弹射座椅和抛盖系统,后者据报道已得到马丁·贝克公司的测试认可。

TD2于2002年6月6日首飞成功,试飞员是NFTC的Tarun Banerjee中校,飞行时间30分钟。此时TD1已开始第二阶段试飞,TD2的加入将有助于缩短试飞进程。2003年11月27日,TD2在其第66次试飞中突破音障,最大马赫数M1.1,该次试飞时间52分钟。

PV1和前两架验证机相比,最大的改变是采用了原始设计的全复材结构,其复合材料重量占机身重量的45%(TD1为30%),复合材料蒙皮覆盖面积达机身表面积的95%,方向舵转轴也改为复合材料,铝合金的重量由 57% 降为 43%。来自ADA的数据显示,PV1的重量因此减轻了约746㎏——这个幅度高得吓人!不过这也说明,TD1和TD2对复材结构的验证试飞是不全面的,而且当初TD1在地面趴了5年,其原因除了飞控系统外,还有一个就是复材结构问题。所以复材结构的最后验证试飞将由PV1来完成。此外,PV1的飞控软件也有改进,允许飞机最大马赫数达到M1.4(TD1和TD2也将按此标准进行改进)。

2003年11月25日,PV1由Suneet Krishna少校操纵首飞成功,飞行时间43分钟。此时TD1和TD2已试飞124架次,飞行包线扩展到高度11000米、最大马赫数M1.2。


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