亚跨音速加速性瞬盘性方面FC-1不一定比LCA强


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与FC-1同时期设计年代最早是瑞典JAS-39战机

印度的LCA战斗机虽然立项时间很早,除了1998年后一段时间内由于核试验遭到美国制裁之外的大部分时间里外部条件非常优越,但是研制进度却异常缓慢,尤为怪异的是虽然1995年就生产出第一架技术验证机TD-1,但是直到2001年才完成首飞。到目前为止LCA的研制历程已达23年之久,却仍没有完成原型机的制造和试飞工作,定型更是遥遥无期,很多人都怀疑LCA研制完成之时在战场上还能发挥什么作用,印度政府的新战斗机采购案更令LCA前景黯淡。LCA在气动布局上比较另类,选择了展弦比特别小的外凸双后掠无尾三角翼布局,体现出该机的作战要求和设计思想都是与众不同,具有浓郁的印度特色。该机为了保证雷达天线的尺寸和飞行员视野,头部十分高大,最为代价是迎风面积和面积分布都不理想,在零升阻力必然有比较明显的增加,不过LCA设计最大马赫数仅为1.6,在阻力方面做一点折衷也是可以接受的。LCA的机翼设计十分复杂,平面形状是外凸双后掠,内段后掠角较小,外段后掠角十分大,这种形状的三角翼除了LCA之外只有瑞典的J37飞机使用,但是J37是近耦合鸭式布局的飞机,主翼形状作外凸则前缘转折处首先分离出涡流,而其位置恰好与鸭翼涡流相互作用,有鸭翼涡加强主翼涡,主翼涡反过来稳定鸭翼涡的妙用。LCA飞机并没有鸭翼,将机翼涡流的位置向外移动对于保持外翼段的升力,避免翼尖失速是有好处的,但是外翼后掠角选得如此之大,一方面对翼尖失速是不利的,另一方面诱导阻力非常大,大后掠三角翼的主要好处是超音速阻力小,超音速气动中心移动小,对无尾三角翼飞机来说,展弦比小的大后掠机翼相对来说可以提供比较长的升降副翼配平力臂。如果说LCA由于重视超音速性能而需要设计成大后掠角的话,似乎该机的速度指标并不高,采用对低速性能牺牲很大的极小展弦比大后掠机翼仿佛很不划算,即便对跨音速加速性有较高需要也似乎并不需要用如此大的后掠角,当然LCA飞机的设计人员对此必然有一个必须如此设计方为最优的理由。内翼段前段切去,后掠角减小,一方面可能是前述调整涡流位置需要,也可能是调节气动中心或者面积分布的需要;另一方面如不将此段切去,前端必然延伸到座舱两侧,一来挡住了飞行员向两侧下方的视野,二则结构设计上会把前梁接头前移,而座舱段是没有加强框的大开口结构,势必无法承受前梁传来的载荷;当然也有可能是以上诸条综合考虑的结果。LCA机翼有复合弯扭,从内到外翼型安装角变化十分明显,外段前缘有扭转,这样的设计可以提高机翼在小迎角下的升力,改善大迎角翼尖的分离,减小亚音速诱导阻力。机翼前缘有复杂的三段式前缘缝翼,后缘为襟翼和副翼,前缘缝翼放下时,在改变翼型弯度的同时,使下表面高压气流通过缝隙流向上表面,为上表面补充能量,有移动升力线和改善大迎角分离的效果,是比前缘襟翼更为有效的增升手段,不过缝翼的结构也较为复杂。目前主翼采用大后掠三角翼的新型战斗机多数采用双段式缝翼,缝翼分段一方面是机翼弯扭后缝翼结构的需要,另一方面对放下的角度可以做分别优化,但是LCA的三段式前缘缝翼也是独特的设计,似乎非常希望改善飞机的低速性能,不惜付出结构复杂化的代价。关于LCA的资料往往称该机前缘内侧有涡流发生装置,但是在实际飞机上却观察不到,前缘翼根部开有下方进气道的附面层放出缝,从F/A-18飞机的经验看,附面层放出缝放出的气流在大迎角有改善稳定性的作用,但是这个设计显然并非涡流发生装置,也许是计划使用涡襟翼一类比较前卫的设计但是在现有的原型机上尚未使用。LCA飞机的进气道为机翼屏蔽的皮托管进气道,有较长的附面层分离板但是形状不太像有固定压缩斜板的功能,这个进气道设计与F-CK-1比较相似,在性能特点上也是接近的。LCA后机身逐渐收缩,与安装同系列发动机的JAS39的情况比较类似,虽然在垂尾根部也设计了减速伞舱,但是没有出现与FC-1类似的后体设计。飞机垂尾顶部有切尖,方向舵铰链线后掠角度很小。笔者以为LCA在设计上的特殊之处是由于设计者对矛盾的设计要求采用了特殊的折衷手段所致,飞机设计中经常出现为不同要求而折衷的情况,但是通常会采取在确保达到指标的前提下取中间设计参数的做法,而LCA的设计人员则似乎打算通过把满足两种要求的手段都用到极致来满足要求。目前还不清楚LCA能否达到设计要求,不过这种强行满足要求的做法也许是因为印度缺乏设计一种多设计点优化的高性能现代战斗机所需的经验基础所造成的。从LCA的气动布局看其原本重视的短距起降能力可能并不会很出色,受大后掠无尾布局大迎角从后缘开始分离的影响,大迎角操纵性也不会很好,飞机的全机阻力总的来看亚跨音速范围可能比较好,飞机的爬升加速性能也许比较接近F-20的水平,但是包线右端恐怕不会理想,飞机翼载荷较小,瞬盘性能可能会比较类似幻影2000的表现,但是大的诱导阻力必然是飞机的持续机动性低下。如果把LCA与FC-1比较的话,FC-1的气动布局表现出设计者比较丰富的经验,估计FC-1在包线较大范围内都对LCA有一定的优势,尤其是在包线两端,但是在亚跨音速加速性和瞬盘性能方面FC-1就不一定占优。



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