歼-10 是“狮”式的拷贝吗?(转)

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在歼-10 还没有揭开神秘的面纱的时候,歼-10 的身世就成为人们热衷的话题,其中歼-10 和“狮”式的渊源更是人们所津津乐道。今天歼-10 已经是一个熟悉的身影,但“歼-10 是‘狮’式的拷贝所以美国对歼-10 了如指掌”的传言依然是一个不灭的鬼魂,在扰乱着人们的视听。


“狮”式也称“拉维”,这是以色列在 80 年代研制的一种轻型的单发、单座、鸭式布局战斗机,采用美国普拉特惠特尼 PW1120 发动机,其机腹进气口和 F-16 如出一辙,所以给人以这是 F-16 的变型的印象,实际上“狮”式和法国“幻影 III”的渊源更深。


美国力挺以色列、成为以色列的主要军火供应国家,这还是在 1967 年的六天战争前后开始的。在 60 年代前期,以色列曾从法国获得一些“幻影 III”战斗机,这是一种轻型的单发、单座、三角翼战斗机,具有出色的高空、高速性能,适合 60 年代的空军作战思想。但法国的戴高乐政府为了不得罪阿拉伯国家,对以色列实行军火禁运,以色列无法获得更多的“幻影 III”。另一方面,六天战争中,“幻影 III”表现出色,尤其在用于对地攻击中,以色列开始寻求自制“幻影 III”的途径。瑞士获得法国的技术,正在组装自用的“幻影 III”,一名同情犹太人的高级工程师向摩萨德秘密移交了大量技术文件,以色列就以此为基础,研制了“幼狮”战斗机。


由于以色列无法获得法国原装的“阿塔”发动机,所以改用美国的 J79,以色列正在大批进口的 F-4“鬼怪”式战斗机也用同样的发动机。另外,为了改善“幻影 III”无尾三角翼的起飞、着陆速度偏高、滑跑距离偏长的问题,“幼狮”后来加装了一对固定的小鸭翼,作为“大功率”扰流片,在机翼上表面产生有利涡流,增加升力,不仅改善起落着陆性能,也改善机动性,代价是一定重量和阻力。“幼狮”是一个成功的设计,但固定的鸭翼只能对一定的速度和飞行姿态最优化,进一步的优化取决于可动的鸭翼。


在“幼狮”的时代,以色列空军的空战主力是美国的 F-4“鬼怪”式战斗机,“幼狮”主要作为对地攻击飞机,兼有空战能力。在以色列空军的空战主力升级到 F-15 和 F-16 战斗机的高低搭配之后,“幼狮”也需要相应的升级。这是以色列试图建立独立的国防工业的时代,不仅有意设计制造更加适合以色列需要的装备,也有意涉足高科技工业。于是,以色列根据“幼狮”的经验,着手设计新一代的“狮”式战斗机。

这依然是一架无尾三角翼加鸭翼的飞机,具有优良的低空高速突防性能。和“幼狮”相比,“狮”式的鸭翼是可动的,保留了鸭翼的优点,但大大扩展了最优工况的范围。同时代启动的欧洲“阵风”、“台风”、“鹰狮”战斗机也不约而同地采用了鸭式布局,利用可动鸭翼极大地改善机动性。


F-16 的机腹进气口在 80 年代领导潮流


“狮”式的进气口设计如出一辙


机腹进气口是 80 年代的时尚,包括波音 LWF 也采用了


“狮”式的另一个重要特点是像 F-16 一样的机腹进气口。70-80 年代是战斗机强调机动性高于速度的年代,大迎角飞行是提高盘旋性能的主要途径,但大迎角时需要保证进气口能“兜”住气流,不使发动机“喘不上气”。机腹进气口有助于利用前机身的预压缩作用对发动机进气气流进行整流,改善大迎角机动时发动机的工作条件,所以成为高机动战斗机的流行布局,F-16 在量产飞机上首先使用。另一个做法是用翼根大边条提供类似的预压缩作用,F-18 是这一风格的先驱,当然,边条的作用不止预压缩,还包括在大迎角下产生机翼上表面有利涡流,提高升力。


“狮”式还采用了类似 F-16 的气泡式座舱盖,极大地改善了飞行员的视界,有利于掌握战情。但要是因为进气口和座舱盖就断言“狮”式是 F-16 的派生,那就过于武断了。机腹进气口和气泡式座舱盖是这一时代的潮流,波音用于竞争 LWF(最后通用动力 F-16 得标) 的方案也是差不多这个样子的,莫非波音也是抄袭 F-16?那时候还没有 F-16 呢。事实上,“狮”式的美国合作伙伴是格鲁曼,和研制 F-16 的通用动力没有关系。


中国在研制歼-10 的过程中借鉴了多少“狮”式的技术,这个问题在解密之前人们只能猜测。事实是,“狮”式的气动是格鲁曼帮助以色列做的,以色列或许对总体设计有贡献,但关键的风洞、结构数据都是格鲁门做的,如果计划不取消的话,最终的制造格鲁曼也占一半。“狮”式的发动机是美国普拉特惠特尼的 PW1120,这是 F-15、F-16 使用的 F100 发动机的涡喷型,以色利就是想向中国提供技术也无从提供起。“狮”式的电传飞控的软硬件是美国利尔-西格勒的,这也不是以色列所能提供的。除了 Elbit 的雷达、飞控和座舱管理软件的编程,以色列可以提供的实际上是有限的。


歼-10 不是从中国和以色列在 80 年代建立军事技术合作关系后才开始的。早在 70 年代,中国在研制歼-8 的同时,就并行研制过歼-9。这也是一架鸭式飞机,成飞在这个过程中获得了很多宝贵的经验。80 年代的时候,中国航空工业对先进战斗机的设计和使用都只有肤浅的认识,以色列对 F-15、F-16 已经有了相当的使用经验,又在“狮”式战斗机的研发中获得了一些设计经验,这些对中国都是很宝贵的,有极大的借鉴意义,但借鉴和拷贝是有本质差别的。


借鉴和拷贝最大的差别在于技术路线的主导思想。拷贝是全盘照抄,从战术要求、设计依据到技术原则全盘照搬,照搬不了的才用反向设计或者功能替代。从米格-21 到早期歼-7 就是一个拷贝的过程。借鉴则在战术要求、设计依据、技术路线上以我为主,只在具体细节上借鉴别人的成熟经验。或者说,拷贝最多可以做到按照教科书上的例题举一反三,但借鉴就是根据教科书的启迪进入科研了。那歼-10 是如何借鉴的呢?歼-10 采用了和“狮”式相似的机腹进气口和鸭式布局,但歼-10 和“狮”式的相似之处到此为止。



歼-10 也采用了机腹进气口,但这是可调的,这是由歼-10 的不同战术定位所决定的


由于中国的国情,歼-10 不是以对地攻击为主,而是以防空截击和制空作战为主,不仅强调机动性,也需要高空高速性能,因此歼-10 采用了可调进气口。也就是说,歼-10 的进气口具有可调斜板,用于控制进气的激波位置。战斗机尽管可以超音速飞行,但燃烧在本质上是亚音速的,发动机的压气机也是一样,在超音速气流的吹拂下,压气机实际上变成风车,压缩作用大大降低,整个发动机的效率急剧恶化,所以发动机进气必须把气流速度从超音速降低到亚音速。进气道里的调节斜板像门板一样,在大风天可以半掩以挡一下风,使风速降低后才进入房间。进气道里的斜板也起同样的作用,可以根据速度不同改变挡风量。采用可调进气道的飞机具有较好的超音速飞行性能,但采用不可调或者固定的进气道的飞机不是不能达到超音速,而是进气道和发动机很难对较大的速度范围优化,要么侧重降低中低速飞行时的阻力,牺牲发动机的工作效率,用发动机压气机吸收超音速进气;要么侧重超音速飞行的进气激波位置控制,牺牲中低速性能。F-16 战斗机强调中空中速性能,对高空高速性能有所牺牲,所以采用固定的进气口。“狮”式也是一样,没有高空高速的要求,所以采用固定进气口。F-22 强调隐身,不愿装设会增加雷达反射特征的可调斜板,但 F-22 的发动机异常强劲,靠蛮力就可以在非加力状态下达到超音速巡航。一般战斗机没有那么强劲的发动机,对隐身也没有那么苛求,只有用可调斜板帮发动机一把,改善超音速飞行性能,歼-10 正是这样。


歼-10 进气口上唇用 3 对加强杆,这不是设计师或者制造、材料上的无能,而是合理的设计选择


F-16 进气口上唇没有加强杆,但进气口内照样有


幻影 2000 的进气口内壁上也有加强杆


歼-10 进气口上唇和机体下表面之间有 3 对加强杆。这既增加了阻力,也给人以结构不够坚固以至于必须亡羊补牢的印象。歼-10 进气口的上唇突出,这是可调进气口的要求。由于可调斜板的机械结构,这部分相对较重,结构应力较大,矩形截面也不利于结构刚性。要加强这部分的结构,要么猛用料,以重量换阻力;要么用加强杆,以阻力换重量;两者没有绝对的优劣,完全取决于在阻力、重量、成本等方面的折中考虑。F-16 和“狮”式采用固定式进气口,椭圆形的截面也有利于结构刚性,可以不用加强杆。但 F-16 的进气口内是有加强杆的,台湾的 IDF 进气口侧面也是有加强杆的,只是歼-10 的加强杆比较显眼罢了。说歼-10 由于工艺和材料不过关而只得采用加强杆是可笑的,机翼和鸭翼的受力不比进气口上唇更大?机翼和鸭翼也解决了,这有什么解决不了的?歼-10 的 3 对加强杆从前到后增加扭转,显示了设计上的精心,这有碍观瞻的加强杆实际上还有些许整流作用,帮助理顺隔道里呆滞气流的泄放。


“狮”式采用的是近距耦合鸭翼,重在涡升力


“台风”采用远距耦合鸭翼,重在配平和俯仰控制


歼-10 采用独特的中距耦合鸭翼,在涡升力和配平、俯仰控制之间兼顾


鸭式布局自然意为在前机身两侧有一对鸭式前翼,但鸭翼的不同位置决定了设计思想的异同。鸭翼可以有两个作用:1、提供可控的涡升力,2、配平和俯仰控制。可控涡升力在前面已经提到,配平和俯仰控制就是另一回事了。飞机有重心和升力中心,要是两者完全重合,飞机在天上就是平衡的。事实上,如果忽略燃油消耗、弹药投放等因素,重心是基本固定的,但升力中心随速度、飞行姿态等移动,需要动用平尾(常规布局)或者鸭翼(鸭式布局)来恢复平衡,这就是配平作用。有意识的增减配平作用,自然就导致飞机受控地俯仰,这就是俯仰控制作用了。鸭翼虽然这两个作用都可以做到,但不同位置的鸭翼对两者有所侧重。鸭翼靠前称为远距耦合,由于力臂长,用较小的鸭翼就可以实现配平和俯仰控制作用,这样鸭翼造成的阻力和重量较小。适合高速飞行;坏处是远离机翼,难以形成涡升力。欧洲“台风”采用的就是这样的远距耦合鸭翼,为了提供涡升力,只好在鸭翼和机翼之间另外加了一对小小的扰流片。远距耦合鸭翼还有阻挡飞行员侧下方视界的问题。鸭翼靠后布置的话,自然就使近距耦合。近距耦合的鸭翼常常和机翼有所重叠,鸭翼后缘在机翼前缘的头顶上。近距耦合的鸭翼产生涡升力的作用明显得多,有利于提高机动性,但力臂短,配平和俯仰控制作用降低,需要增加鸭翼面积,导致阻力和重量增加。鸭翼和机翼在上下有所重合,两者之间的气动干扰增加阻力。法国“阵风”、以色列“狮”式采用近距耦合。英法在鸭翼问题上南辕北辙,不知道是不是当年分道扬镳的因素之一,导致了今天的两风。中国歼-10采用两者之间折中的中距耦合,兼有两者的优点,当然也兼有两者的缺点。工程设计本来就是折中,鸭翼位置的选取不是时尚,而是设计思想使然。


飞机设计中,最重要的就是机翼。歼-10 的机翼和“狮”式也不相同。“狮”式的三角翼后缘后掠,更像近似三角翼的大后掠翼。这样的设计使升力中心靠后,提高飞机的静态稳定性,有利于低空抗阵风和气流突变的影响。歼-10 的三角翼后缘略微前掠,升力中心相对靠前,有利于提高机动性。“狮”式和歼-10 对机翼平面的不同选取反映了两者对作战任务定位的不同。从正面看,歼-10 机翼有一个明显的扭转,靠近翼根的地方迎角比靠近翼尖的地方更大,使升力沿翼展的分布更加有利,改善结构受力情况。歼-10 和“狮”式机翼受力设计的另一个显著的不同点是翼尖的处理。“狮”式采用翼尖导弹挂架,一方面增加导弹挂架的数量,另一方面兼做翼尖配重,改善机翼的颤振特性,代价是翼尖阻力。歼-10 没有采用翼尖挂架,而是采用像 F-15 一样的圆弧倒角,降低翼尖阻力,抗颤振问题由机翼本身的刚度来解决。


在次要的细节上,“狮”式采用大型气泡式座舱盖,比较特别的是单座、双座采用同样的大型座舱盖。在追求速度而动力不足的年代,座舱“埋”在机身里以减小阻力,但飞行员的视界受到很大的影响,米格-21 甚至用后视镜聊作弥补。以 F-15、F-16 为代表的第三代战斗机采用高点式座舱、气泡式座舱盖,飞行员的座位高高在上,座舱四周环览无余,极大地提高空中格斗中的态势感知,大推力的发动机则弥补了有所增加的阻力。为了使高大饱满的座舱盖达到较好的流线型,F-15 单座和双座的座舱盖在外形上稍有不同,但“占地面积”是一样的,单座型只是把后座空间用作额外的燃油或者电子设备。“狮”更进一步,单座、双座的座舱盖完全一样。进一步简化了生产和备件。歼-10 没有这么极端,单座和双座的座舱空间和座舱盖完全不同。


歼-10 的机头锥截面接近圆形,有利于加大安装雷达的空间,显示了歼-10 强调空战能力的设计思想,包括全天候和超视距空战能力。“狮”式的机头锥截面接近扁椭圆,这是由“狮”是以对地攻击为主的要求所决定的,对雷达尺寸的要求没有那么高,对飞行员的前下方视界的要求反而很高。F-16 也是一样,F-16 最初的设计只要求安装最简单的雷达但要求具有最优秀的视界,主要用于好天候目视格斗。


飞机的气动特性由外形决定。飞机的外形千变万化,但即使初看外形相似的话,细节的差别也可以使两架飞机南辕北辙。F-15 和米格-25 在外形上颇有相似之处,但两者在设计思想、技术水平、战术使用各方面天差地远。“台风”、“阵风”、“鹰狮”是同时代的鸭式战斗机,它们之间差别也很大。歼-10 即使在设计上借鉴了“狮”式,但结果也已经是完全不同的一架战斗机了。除了上面所说的气动设计上的差异,在尺寸和重量上,歼-10 明显高于“狮”。在发动机上,歼-10 采用推力和尺寸都更大的 AL-31 涡扇,而不是已经落后于时代的涡喷。美国要是对歼-10 知根知底的话,肯定不是从和“狮”式的表面相像来的,两者的实质性的差别太大了。



米格-25 是双发、双垂尾、锲形进气口



F-15 也是,F-15 是抄米格-25 的吗?


在外国人眼里,中国字都是一样的花里胡哨,颜真卿和王羲之的字没有多少差别,都是一样的笔画,都跟画似的。当然我们知道,这两家的书法完全是两回事。歼-10 和“狮”式也是一样,不要被两者外观上的某些相似所迷惑,而忽视了两者之间的千差万别。



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