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控制简陋、双座抛盖、座椅不佳——飞豹事故伤亡率高的三大主因

图:弹射座椅工作原理

在我国的现役战术飞机中,歼轰七飞豹曾经多次出现过前后座飞行员双双牺牲的严重事故。单纯从技术角度来分析的话,气动外形/飞行控制的总体设计过于保守、双座舱抛盖设计不利于弹射救生、配套的通用型弹射座椅性能不佳,是导致这种局面的三个最重要原因。

一:机翼对附着气流的控制能力不足,易于引发飞豹失速

飞豹基本设计成型于1977年,受限于当时技术水平,较为先进的气动和控制设计例如通过边条翼引入涡流升力、翼身融合处理、电传飞控系统等均未考虑。而在当时的方案选择中,为了将设计难度和风险减到最少,设计单位又选取了其中最为保守的一个方案,这就是后来飞豹易于失速的祸根。

控制简陋、双座抛盖、座椅不佳——飞豹事故伤亡率高的三大主因

图:歼轰7A型的814号原型机,注意机翼前缘没有机动襟翼

升力归根结底来自升力面(以下均以机翼为例)上下表面气流由速度差引起的压力差,依照气流速度高的地方压力较小的规律,增大升力就要设法提高机翼上表面气流的流速。当机翼的与迎面气流的夹角(迎角)增大时,气流通过机翼上下表面的路程之差也随之增大;这便意味着机翼上下表面气流速度差的增大,或者说升力的增大。

这就是为什么战斗机要强调大迎角能力。但迎角太大以后,巨大的压力差就会撕裂、揉碎原本附着在机翼上的规则气流,留在机翼上表面的都是很多紊乱的小分离漩涡;这时候机翼上下表面的规则气流之间的压力差就会迅速减小,飞机就进入丧失升力的失速状态。

控制简陋、双座抛盖、座椅不佳——飞豹事故伤亡率高的三大主因

图:升力的本质就是机翼上下表面的压力差(上),加大迎角能加大升力,但过头就会引起气流分离导致失速(下)

失速现象在扇叶设计不佳的劣质电风扇上也能见到:气流突然无法继续附着在扇叶上,电扇突然声音变得很大,振动也强烈起来(分离漩涡的振动);虽然还在高速转动,但风力却变得极其微弱。试想一下,在空气中吃不住力的不是扇叶,而是飞机的机翼,那会发生什么样的事情?答案就是飞机打着转往下掉,俗称尾旋,不能及时改出这个状态就只能坠毁。

控制简陋、双座抛盖、座椅不佳——飞豹事故伤亡率高的三大主因

图:814号样机飞行表演时的坠毁过程瞬间,后舱飞行员弹射成功,前舱飞行员壮烈牺牲

推迟机翼失速极限的办法有很多,战斗机里最常用的手法就是机动襟翼;它可以通过灵活改变机翼的弯度,兼顾平飞时的低阻力与大迎角时的高失速极限。但是机动襟翼需要进行电气化的自动控制,它是根据空速等传感器数据来自动工作的;当时设计单位认为风险较大,放弃了这一设计。

控制简陋、双座抛盖、座椅不佳——飞豹事故伤亡率高的三大主因

控制简陋、双座抛盖、座椅不佳——飞豹事故伤亡率高的三大主因

图:F16的襟翼控制策略。机械飞控飞机也可以采用机动襟翼,比如我国在歼7E/G上的应用就很成功。

最终飞豹由于欠缺机动襟翼(它后缘的襟翼不允许高速下使用,也无法自动调节,只能用于起飞和降落),而且本身机翼设计受时代水平限制并不很好;飞行中机翼容易形成气流分离,对失速比较敏感,很容易进入尾旋。虽然在机翼外侧设有锯齿,老飞豹上还有翼刀,但都没有太明显的改善作用。

二:双座抛盖设计需要消耗更多的救生时间

飞豹作为战斗轰炸机,在执行任务时主要都是在中低空、甚至是超低空活动。一旦出现失速,往往没有挽救飞机的机会,而是必须马上进行弹射逃生。但双座飞机的弹射本身就相当麻烦,后、前座必须拉开弹射时的间隔,否则弹射座椅的火箭喷流互相烧毁座椅伞具烧伤飞行员、前后飞行员相撞、伞具空中纠缠的概率会非常高。

控制简陋、双座抛盖、座椅不佳——飞豹事故伤亡率高的三大主因

图:K36系列座椅为了适应并列双座布局,添加了弹射轨迹发散功能

美国针对这种问题开发了弹射轨迹发散技术,在座椅弹射以后通过侧向火箭等动力使前后座椅向左右不同的方向交错飞行,使弹射间隔可以缩短到0.5秒。而缺乏这种设计的飞机,不只是飞豹,也包括苏27、苏30在内,需要0.9~1.2秒的时间。而且飞豹系列飞机一直沿用了抛盖弹射设计,抛除座舱盖本身又需要0.3~0.4秒的时间。而这多出的零点几秒、一秒多的时间,在战斗机低空弹射时往往就是生与死的差别。

控制简陋、双座抛盖、座椅不佳——飞豹事故伤亡率高的三大主因

图:抛盖弹射

我国曾有一次教八飞机双座弹射,后舱飞行员先行弹射获得成功;而前舱飞行员弹射时就已经错过时机不幸牺牲。这样的事故,在飞豹上也出现过。2011年10月14日,陕西蒲城,试飞院一架编号814的JH7A原型机在飞行表演时坠毁,前舱试飞员余锦旺牺牲,后舱飞行员在触地前一刻弹射逃生

三:HTY-6通用型弹射座椅性能不佳

我国自主开发了两款服役的第三代弹射座椅,歼10由于采用了高过载座舱设计,座椅后倾达到22度,因此为它专门开发了一款性能较高的HTY-5座椅。而歼11B/歼15等型号,则装备了苏27系列原装的K36D座椅基础上开发的仿制型,这个系列的弹射座椅性能也是国内最好的。尤其是高速救生能力,K36系列的性能在全世界范围内都是独一无二的领先。

控制简陋、双座抛盖、座椅不佳——飞豹事故伤亡率高的三大主因

图:HTY-6弹射座椅

而新飞豹上适用于13度后倾设计的第三代HTY-6弹射座椅,因为主要作为装备二代机的通用型装备开发,性能比较有限,不论是高速救生能力还是低空救生能力,都和歼10上装备的HTY-5差距很远。

被人们津津乐道的零零弹射能力,其实只是第二代弹射座椅的基本要求。而第三代弹射座椅的关键,在于根据弹射时的高度、速度、姿态等条件不同,选择最合适的开伞方式和延迟时间,尽可能减短飞行员从启动弹射到开伞的时间。

比如飞机高速弹射时,如果飞行员一弹出去就开主伞,巨大的气动阻力和减速过载能够直接就把伞衣撕碎、把飞行员甩扯到致伤致死;必须先开稳定伞,再经过一段时间的延时,姿态稳定速度减小以后才能开主伞。但如果低空弹射还照搬这些动作顺序和延时,飞行员等不及开伞就要摔到地上。

相较于HTY-5的三要素(速度、高度、时间)电子程控器,HTY-6采用了简化的双要素机械控制器,只能根据弹射时的高度、速度来确定开伞,控制水平在三代弹射座椅里是最简陋的。这使它在面临低空复杂姿态——比如飞机侧翻、甚至倒扣状态下的弹射时,性能表现比较弱,需要更大的高度才能完成对飞行员的安全救生。

由于气动和控制设计过于保守,缺乏对机翼气流的控制能力,飞豹本身就容易进入失速尾旋状态。而由于它主要在中低空甚至超低空活动,一旦失速飞行员就很难有挽回飞机的机会,必须弹射。而弹射系统本身性能的不足,又明显降低了飞行员的救生成功率。飞豹的几次严重事故,都是由这三个因素联合作用引发的。

血洒长空,英魂铸剑;愿为国捐躯的英雄们安息,愿未来的装备越来越先进完善。

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