09.26 德国在冷战时期研发的奇葩飞机:“风扇教练”教练机

​ 虽然莱茵飞机制造有限公司(RFB)的“风扇教练”(Fantrainer)早在1977年就首飞了,但该机并没有获得应该有的成功。虽然德国和美国空军试飞员都对原型机给予了好评,但是在沿用美军训练体系的政治压力下,德国空军没有大批量购买这种教练机。最后泰国皇家空军首先看到了这种飞机的潜力,订购了47架作为F-5战斗机飞行员的先导教练机。

德国在冷战时期研发的奇葩飞机:“风扇教练”教练机

“风扇教练”教练机

“风扇教练”最独特的地方在于机身涵道风扇设计,并且与普通的涡桨教练机不同,该机安装了一台罗尔斯·罗伊斯-艾里逊250 C30涡轴发动机(与贝尔“喷气突击队员”直升机相同)。

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奇葩的机身涵道风扇设计

20世纪70年代,RFB的技术总监汉诺·菲舍尔和他的设计团队在之前动力滑翔机和地效翼船的研究成果上开始设计一种安装有中置发动机和齿轮传动涵道风扇的飞机。与螺旋桨相比,涵道风扇在燃油效率、低噪音、对地勤人员的保护方面具有明显优势,这种优势至今仍然存在。事实上,齿轮传动涡扇技术也已经应用在了一些新型客机上,如波音737MAX、空中客车A320NEO和庞巴迪C系列客机。

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RFB涵道风扇飞机的演进

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涵道风扇细节

在“风扇教练”首飞近40年后,一家新公司——风扇喷气公司(Fanjet)买下了RFB品牌和这种卓越的“风扇教练”飞机的所有权利,其中包括设计权、零部件生产和EASA/FAR23认证,以及一架生产标准验证机。

在德国腓特烈港举办的2011年通航展上,风扇喷气航空有限公司的CEO安德烈亚斯·萨特勒邀请笔者去体验一下他们重新推出的风扇喷气600(FJ600)教练机。

随着各国军事预算受到全球经济危机的冲击,航空燃料越来越难保证,培训成本继续飙升,萨特勒的既定目标是重新生产这种极其高效的教练机。

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风扇喷气600

喷气机般的操纵感?

那些涡桨初教机的制造商们喜欢用“喷气机般的操纵感”来做广告语,其含义就是无螺旋桨扭矩效应的飞行和单杆推力操作。前者是螺旋桨飞机在改变空速时出现的副作用,随着油门杆前推,飞机开始加速,增加的螺旋桨扭矩会抬高机鼻并使飞机产生偏航,让飞行员不得不蹬舵来抵消。虽然称职的飞行员在驾驶螺旋桨机时会毫无困难地保持水平直飞,但操纵感和喷气式飞机截然不同。像皮拉图斯PC21和巴西航空工业公司的“超级巨嘴鸟”等的现代螺旋桨教练机都具有自动偏航补偿功能,能减少或消除加速和减速过程中出现的这些副作用。

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螺旋桨扭矩

在功率强大的螺旋桨飞机(拖拉式布局)上,接通动力后大型螺旋桨能毫无困难地拖着飞机进入低速飞行。简单来说,螺旋桨是在缓慢驱动大团空气,而喷气发动机是在快速驱动小团空气。螺旋桨的拉力实际上随着飞机速度的降低而增加,而喷气发动机的推力对空速并不敏感。因此,螺旋桨飞机的最低可飞行空速是一个最佳评估点(即飞机在最小阻力速度和失速速度间的动力输入下是如何响应的)。

登机

所以,FJ600会具有“喷气机般的操纵感”吗?找出答案的唯一方法是试飞该机!

我在一个晴朗的高气压日子抵达了斯图加特东边的霍伊巴赫机场。安德烈亚斯·萨特勒把我介绍给我的检查飞行员——弗兰克·库兹,他是经过欧洲航空安全局批准的德国仅有的4名“风扇教练机”教官之一。

爬进前座舱(学员座舱)的步骤和BAE“鹰”教练机差不多,但无需使用外部登机梯,当然喷气机飞行员会更熟悉这个座舱。通过把推进系统放置在机组后方靠近重心(GC)的位置,座舱设计赋予飞行员的视野和相关操作感觉更接近F-16而不是“喷火”。两块式座舱盖被后座飞行员仪表板上方的单个隔框一分为二,所以每个飞行员都有自己的独立座舱盖。前后座舱盖都向右侧开,FJ600可以打开座舱盖滑行。

一旦登机后,能很明显看出RFB在座舱布局设计上,从德国空军测试团队身上和美国空军下一代教练机(JPATS)的研制工作上借鉴了很多经验。FJ600的座舱给人的感觉像“阿尔法喷气”,只不过更简单一点。

一旦坐进座舱,就能发现视野是不可思议的。座椅高度和位置都能电动调节。目前,这架飞机安装了是拆除装药的Stencil公司的“突击队员”弹射座椅,但很可能风扇喷气公司会寻求使用同样轻量化的马丁·贝克MK15B弹射座椅取而代之。

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FJ600的后座舱

人体工程设计

FJ600的人体工程学设计可以与德国现代豪华汽车相提并论。对于平均身材的飞行员来说,座舱里的所有开关和控制器都触手可及,捆绑安全带也无需专业地勤人员的帮助。座舱的模拟仪表基本来自达索“阿尔法喷气”教练机,清晰易读功能明确,甚至还有一个漂亮的Sinn时钟。

后座舱(教官)布局大致和前座舱差不多,但增加了必要的超控开关。前后座舱盖之间的隔框不是很显眼,座椅仍然在前掠2-3度的机翼前方,这提供了一个很好的视野。机翼前掠也是为了平衡重心,以便在机翼结构中设置整体油箱。

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“风扇教练”的前掠机翼

风扇喷气公司已经委托施特劳宾航电公司为FJ600设计一个玻璃座舱,就像最现代化战斗机那样,新座舱将会有一套尺寸很大的EFIS(电子飞行信息系统)、MFD(多功能显示器)和专用发动机参数显示器。同时也设想了备用的模拟仪表(过载表和尾旋改出转弯指针)。

后续版本可能会包括一个抬头/头盔显示器选项,以及能与地面模拟器集成进行更多高级战术训练的军用架次管理系统。

在转场时,安德烈亚斯透露他已经在使用经批准的苹果iPad EFB(电子飞行包),用于显示仪表进近图表并提供最新导航数据。

启动

发动机启动很迅速,“喷气突击队员”直升机的飞行员很熟悉这个启动过程。在罗尔斯·罗伊斯-艾里逊250发动机稳定在58% N1转速(发动机涡轮转速)40秒后,你就可以松开操纵杆上的启动按钮了,等发电机在线后,我们被允许滑向25号跑道。转弯是依靠差动强大的主起落架刹车实现的,通过使用悬臂式自由前起落架可做急转弯。

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发动机启动

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机背上方的涡轴发动机排气管

起飞

在全功率下,FJ600像喷气机般在跑道上加速,一开始加速较慢,在表速超过40节(74公里/时)后迅速加速。尽管T型尾翼得不到风扇单元的滑流帮助,但升降舵的反应仍然灵敏。由于没有螺旋桨扭矩效应,所以沿着跑道中线滑跑很容易。起落架和襟翼收起后,飞机的爬升率接近910米/分钟,然后我把油门收到80%,进入120节(222公里/时)表速的巡航爬升。

从释放刹车到我们在海拔1220米(离地高度大约是760米)进入顺风边飞行只过去了2分钟,飞机以60%的油门保持着180节(333公里/时)表速,每小时仅消耗140升JET A1燃油。

操控

在被允许进入斯图加特的D类空域后,我们爬升到2134米做一些总体操控性测试。巡航速度下的滚转速率达到了令人尊敬的100度/秒,作120节(222公里/时)的快滚甚至能达到360度/秒的速率。虽然是T尾设计并具有较短的交叉耦合,FJ600的操控还是非常平滑。安装有伺服调整片的控制翼面能提供温和的纵向安定性、强势的方向安定性和中性的横向(放开操纵杆)盘旋稳定性。

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然后我们尝试干净外形失速,在关闭油门时一个警告音响起,提醒飞行员起落架已经收起。这个警告音可以用油门杆后方的一个开关来关闭。轻微抖振会先于失速警告出现,失速开始是可预测的,在83节表速(154公里/时)出现严重抖振和机鼻下坠。标准失速改出操作正如宣传的那样,使用FAR/JAR25不明状态改出技术,只损失了91米高度。

接下来,我们模拟了一个军事椭圆降落航线,在顺风边降落前检查中从160节(296公里/时)表速减速到120节(222公里/时)。在完成了全套检查后,以100节(185公里/时)的表速进入4转弯直到机翼改平,放下起落架和襟翼,故意飞得低于理想下滑道。这是在模拟学员忽视仪表和外部姿态参照。飞机在降落外形下,只用升降舵来修正下滑路径,减小动力输出(保持在20%),然后开始减速。

尽管在正常的81节(150公里/时)表速进近中增大了攻角,机鼻上方视野仍堪称优秀。进一步减速后,音频报警器报出了5节警告,如果置之不理,飞机就会进入严重抖振、机鼻下坠的失速,伴随着轻微掉翼尖(尾旋初期不受控制地向左滚转)。当然,学员通常被要求在出现警告或轻微抖振时就改出。在实际操作中,在非常低的高度进一步减速是愚蠢的。

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特技

一旦熟悉了轻微抖振后,我们在1980米高度用80%功率和160节(296功率/时)表速评估了一个最大性能水平转弯。结果得到了轻微抖振下的3g过载和70度坡度角,以及130节(240公里/时)表速。这个360度转弯在20秒内完成。

我们在做特技时限制最大功率80%,以及正向过载,避免使发动机和风扇负荷过度。FJ600在整个过程中的表现都很沉着,令人愉悦。使用升降舵以180节(333公里/时)的进入速度做筋斗、桶滚、半水平和古巴8字时获得了一致的俯仰控制感觉。风扇喷气能做+6g和-3g的机动,并且获得了FAR23的全尾旋认证。一个四圈尾旋需要1220米的改出高度,凭借几乎占据垂尾弦长一半的方向舵,尾旋改出很快速且可预测,而且向螺旋反方向偏转副翼这点和许多喷气式教练机也相同。

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低空

凭借166千克/平方米的实用翼载,FJ600在低空经常遭遇气流动荡的环境中提供了良好的乘坐舒适性。机鼻上方视野远好于所有其他涡桨竞争者,更接近一线战斗机。这在导航/瞄准航线中增强了飞行员的态势感知,也有助于防止空中相撞。

掉头飞向霍伊巴赫机场后,我们模拟了一个发动机相关的紧急状况。我们在机场上空914米的高度飞了一个迫降练习(PFL)航线。最佳滑翔速度是110节(204公里/时)表速,在顺风边放下起落架和一阶段襟翼。在地面轻风中,较浅的视线角达成了期望结果,拉平很容易控制。

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降落航线

蛤壳式减速板安装在风扇罩两侧,通过油门杆上的拇指开关操作,可以短暂张开会张开更长时间。无论是哪种情况,由于减速板靠近重心位置,所以不会出现明显的俯仰波动。此外,减速板也可以和襟翼一起用于在改出中控制下降速度,或在动力短场进近中减小降落滚转。

然后我们飞了各种进近,包括正常降落和无襟翼降落,即使在无襟翼降落中,FJ600也能向两位机组提供良好的机鼻上方视野。这架飞机能很好应付霍伊巴赫低空越来越热的气温,速度偏差不大,横向控制良好。到我们降落时已经飞行了50分钟,只烧掉了80升燃油——平均每小时96升。与“阿尔法喷气机”或“巨嘴鸟”教练机相比,FJ600的耗油率优势是显而易见的。

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低速

所以,回到一个大问题:FJ600的低速操控性到底如何?该机在2130米高度的平直飞行中(干净外形,油门慢车)从180节(333公里/时)表速减速到90节(167公里/时)——故意低于110节(204公里/时)表速的最小阻力速度(VMD)。在90节表速下还能把机鼻抬起以30米/分的爬升率爬升,直到降到80节(148公里/时)表速后才无力继续爬升。此时速度再降低就会触发失速警告器,所以我们把功率增加到75%来维持速度。

接下来我们做了干净外形下的模拟仪表进近,我们在标准进近功率设置(20%)中再次减速到低于最小阻力速度的90节表速。我们的下降速率是152米/分,并稍稍增大攻角以模拟失去动力情况下的下滑道校正。随着下降速率降低到91米/分,额外的阻力导致速度稍稍降到85节(157公里/时)。

然后我们把油门推到全功率,防止进一步损失的高度和速度并开始模拟复飞。飞机在8秒内进入平飞,功率80%,然后开始以152米/分的爬升率加速到90节表速。短短三秒后爬升率就突破了305米/分。

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结论

那么FJ600到底像不像喷气机?嗯,比如较好的存速性能、相当慢的发动机加速率、以及在任何转速下都没有扭矩问题。但是,该机的飞行轨迹过于稳定,以及低速操控性更像涡桨飞机。当然,这对于初级训练和短场跑道起降来说不是坏事。

有一点必须明确一下,和“风扇教练”设计时的那些60年代战斗机相比,现代战斗机的发动机涵道比更高。如果选择FJ600作为初教机的话,那么学员之后换装BAE“鹰”T.2/阿莱尼亚阿马基M346高教机会比现在的活塞/涡桨初教机更简单。

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风扇喷气600是一架了不起的教练机。即使以现在的配置,在正确的操纵下该机也能模拟更快的飞机。在座舱经过适当升级后,该机具有从根本上模糊军用初教机和高教机定义的潜力。

由于购置和飞行成本较低,FJ600也可用于民航飞行员恢复或太空旅游训练,而不是目前使用的烧100LL汽油的活塞特技机、饥渴的冷战战斗机或不切实际的和昂贵的地面全动态模拟器。

鉴于目前的经济环境,以及持续国防开支削减、燃油安全和环境问题,具有独特卖点的FJ600市场前景看好。


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