“山鹰”这一性能越改越差 为什么却越卖越好?

珠海航展马上就要开始了,各路媒体和军迷也是摩拳擦掌。不过让军迷有些失望的是,中国航空工业此次的展品中,旗舰产品居然是FTC-2000G。虽说FTC-2000G前不久刚刚首飞,但是毕竟是一种低端的攻击/战斗/教练机。可以认为是在所谓“海山鹰”基础上改进的。尽管如此,FTC-2000G仍然是一架有故事的飞机。这次,我们先说说它的前身,“山鹰”教练机的那些事。

“山鹰”这一性能越改越差 为什么却越卖越好?


早期山鹰采用双三角翼布局,起降性能得到很大提高,起飞滑跑距离只需要400米。

上世纪90年代开始,贵航集团就开始酝酿对歼教-7歼击教练机进行大改,研制一种接替该型机的后继型飞机。当时的歼教-7主要有两大缺点,第一是后舱视野太差(当然前座也不好),这源于米格-21的基本设计。二代机的一个设计目标就是达到“双2”,也就是最大飞行速度达到2马赫级,最大飞行高度达到2万米。要实现2倍音速飞行,一方面要提高发动机的超音速性能,另一方面就要大大降低超音速飞行的阻力。而超音速飞行阻力主要是基波阻力。为此,米格-21使用了57度后掠角的三角翼,为了降低零升阻力,尽量把座舱做得比较矮,最大横截面比较小,它可能当时飞机中超音速阻力系数最低的型号。米格-21的双座教练型座舱自然也不太可能高出多少,极大限制了教官的观察视野。

第二个缺点是起降性能差,起飞离地和降落接地速度都超过了300公里/小时,起飞和降落滑跑距离大约1千米。歼-7使用的57度后掠角的三角翼。大后掠角的三角翼的起降性能天生的差,因为三角翼的升力斜率低,在相同速度、相同迎角下,要比平直翼、梯形翼的升力小。

三角翼飞机要降低起降速度减小滑跑距离就要提高起降迎角。使用无尾三角翼的幻影2000为了提高,降落迎角高达17.5度,还用了电传操纵。而起降迎角又受制于机尾擦地角的影响,不能太大,所以大多数三角翼飞机起降速度比较高,歼教-7大概是所以教练机中速度最大的。

当时贵航的经济效益也比较差,没有什么大项目。于是就瞄准歼教-7换装,砸锅卖铁“赌”了这一把。另外,客观来说,和沈飞、成飞相比,贵航的技术实力是偏弱的。为此,当时的中航一集团还专门请顾诵芬院士来为新型歼教机把脉。1998年12月,贵航完成了新高教方案论证阶段的初步工作,包括总体设计状态等工作。

后座座舱视野不佳不行就加高后座舱,然后变机头进气为两侧进气,机头做得比较细长,这样下视视野就比较好了。最终形成的气泡型座舱和整体式前风挡,大幅度增加了前后舱视野。其中前舱下视角为14度,后舱正前方下视角为5度。视野的问题基本解决。

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当年的航空一集团和后来的中航工业公布的“山鹰”数据有些差异,说明技术状态仍在不断调整,这是后期公布的数据。最大速度已经降低到了1.5马赫。

改善起降性能,就要从机翼上做文章。作为一种歼击教练机,必须要保持超音速飞行能力,另外,贵航的技术力量有限,财力也不多,不可能在机翼上投入太多精力。于是该机使用了中国已经具备一定基础,而且在90年代比较时髦的双三角翼,看看“阵风”和“台风”最早的验证机,它们都使用了双三角翼。

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首飞状态的“山鹰”。

双三角翼内段后掠角比较大,外段后掠角比较小,这样内段的高速性能比较好,失速迎角大,外段的展弦比也比较高,适合亚音速飞行,兼顾了超音速降阻和亚音速巡航效率。

当时,中国的歼-7E也使用了双三角翼,但是“山鹰”的双三角翼不是直接用的歼-7E的。“山鹰”的双三角翼翼面积更大,展弦比更高,外段的后掠角似乎更小一些,升阻比应该更高一些。由于等效后掠角减小了,升力斜率有所提高(也就是相同速度、相同迎角下,升力增大)有利于起降。另外,由于双三角翼的采用,翼面机加大,起降翼载荷降低,展弦比增大,这同样有利于提高起降性能。该机正常起飞重量7.8吨,起飞离地速度和着陆接地速度都降低到了260公里/小时(早期有资料称这两个数据分别为250公里/小时和230公里/小时)。

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网上早起流传的一个“山鹰”的三视图,但实际上该图并不准确。实机三角翼后缘并无前掠。图片来自网络。

当然,有得必有失。按照当时的航空一集团的宣传材料,“山鹰”的最大飞行速度从歼教-7的2.0马赫降低到了1.8马赫。而后期的宣传材料显示其最大速度为1.5马赫。一方面,座舱加高,使得最大截面积增大,增加了波阻,尽管加长机头,保持较大的机身长细比,其零升阻力系数仍然增加不少。另外增大了展弦比,降低了机翼后掠角,也使得飞机的波阻增加,加之涡喷-13发动机的推力无法大幅度提高,使得最大速度降低。当然,作为一款教练机,1.5马赫的最大速度不是严重的问题。很多三代机,甚至F-35这种四代机,最大飞行速度也只有1.6马赫。重要的是,最大速度降低了,起降性能上去了,亚音速巡航效率上去了,飞机操控容易了,自然就好卖了。

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早期试飞的“山鹰”,双三角翼很明显。

“山鹰”于2000年首先以模型形式在珠海航展上展出了。它最初的代号是FTC-2000。这种带有明显外贸性质的代号表明,它仍然是一个当时中航一集团甚至贵航集团(后改为贵飞公司)的一个“私生子”。实际上2002年3月,该机才在中航一集团内部立项,按照重点型号管理,暂定名教练九

由于前期工作做的比较充分,加上贵航“611工作方式”(也就是一周6天,每天11小时),2003年12月13日“山鹰”正式首飞。当年“山鹰”首飞时,由于起降性能差别太大,据说绕了5圈才降了下来,而飞机余油已经不多。当时幸亏安排了双飞行员首飞,后座能提供心理支持。否则的话,结果还真不好说。这里就体现出了双座飞机的优势。我们经常看空军战机编队远海训练,发现苏-30出去为轰炸机护航的次数最多,一些歼-10在远海巡航、加油也大都采用双座型,这就是双座的好处,后舱给前舱提供心理支持。

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服役后的“山鹰”,机翼有了新的变化。

说到试飞,“山鹰”还创造了另外一个记录,它是国产飞机中,第一种在定型阶段由中国试飞员自主完成尾旋试飞的型号。当然,这还得益于中国借助俄罗斯早先在三角翼飞机尾旋试飞技术上的突破。总体来看,“山鹰”的双三角翼和三角翼尾旋试飞应该有一定的继承性和相似性。据官方报道,试飞员李吉宽在试飞尾旋期间,还多次发生发动机停车的事故。不过在他看来,这也算不了什么“先该尾旋再启动发动机,没什么难的。”说得跟开车似的。“山鹰”的尾旋试飞的突破,也为近年来中国空军在教练机上开展尾旋训练奠定了基础。

有意思的是,最后装备客户的歼教-9,不完全是一个双三角翼布局,而在气动上又有了新的变化。那山鹰是靠什么手段击败猎鹰的,在气动上又有哪些新的改动,我们有时间可以专门说说。


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