紅色“女武神”,蘇聯T-4超音速遠程戰略轟炸機發展簡史

1961年7月,蘇聯航空節上兩架米格-21戰鬥機伴隨M-50轟炸機公開登場,這款據稱裝備核動力並能實現無限巡航的轟炸機讓西方著實一陣緊張,隨後北約給它取了個“野蠻人”的綽號。實際上M-50轟炸機於1957年就已經首飛成功,這是一款雙座四發後掠翼超音速轟炸機(也是蘇聯超音速轟炸機的試驗過渡型號),當然超音速只是名義上的因為試飛之後最大飛行速度只能達到0.99馬赫。

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M-50轟炸機

原因首先是發動機推力不足,再加上這個時期蘇聯對於高速飛行器的特性缺少認知,從而導致了氣動佈局的不合理也造成很大問題。雖然後期換裝了大推力發動機,不過由於導彈制勝論的興起改進的M-52版本一直未能順利升空,也就沒能最終實現超音速飛行的設計目標。

M-50轟炸機可以攜帶30噸彈藥攻擊美國本土或航空母艦,為了實現高空高速超遠程的目的採用了細長機身加大三角翼設計方案。發動機的安裝也很有意思,兩臺D-15渦輪噴氣發動機吊裝於兩側翼下,另兩臺則安裝在兩側翼尖上。

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M-50轟炸機


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跨洋打擊

M-50轟炸機上還運用很多新技術,包括:鈦合金骨架、特殊的起落裝置和自動駕駛儀等,而且操作簡單機組成員只需要兩人。從設計數據看200噸的起飛重量、1950千米/小時的最大飛行速度(理論上)、7400千米的航程在當時看似相當不錯,但這些紙面上的性能基本沒能實現。雖然M-50轟炸機設計最終失敗,但是對於超音速飛行的遠程轟炸機而言積累下來的經驗和技術就相當重要了,很自然的就應用到下文要講到的T-4超音速轟炸機上。

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M-50轟炸機

研製背景

上世紀50-60年代,隨著冷戰開啟美蘇全球爭霸在各個領域展開,特別是核武器出現後為了獲得優於對手的戰略威懾能力,雙方在戰略轟炸機研製方面你來我往好不熱鬧。這個時期的戰略轟炸機從螺旋槳逐漸過渡到噴氣式、從高亞音速進入超音速時代,美國也從二戰末期的B-29一路狂奔研製出B-47、B-58轟炸機。而蘇聯面對壓力也毫不示弱,從仿製B-29的圖-4開始陸續推出圖-16、米亞-4轟炸機,不過和B-58的超音速飛行能力相比高亞音速還是存在一定差距。

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米亞-4對比B-48轟炸機

而且美國人的腳步跨的相當大,在B-58中程超音速轟炸機之後又開始了XB-70“女武神”超音速遠程戰略轟炸機、SR-71“黑鳥”高空高速戰略偵察機的研製。見過XB-70照片的小夥伴們都會被這個龐大而又性能出眾的機型所震撼,1964年首飛,在隨後飛行測試中達到了3馬赫的最大飛行速度以及21500米的最大飛行高度,這在人類航空史上是創紀錄的第一次。

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XB-70“女武神”超音速戰略轟炸機

XB-70最大起飛重量250噸,在6臺YJ-93-GE-3加力渦噴發動機驅動下(單臺加力推力高達14060公斤),可以實現最大3馬赫飛行速度,11.34噸的載彈量以及超過8000公里的航程。這種性能參數在當時不可謂不高,不過有點遺憾的是XB-70試飛過程由於和F-104相撞導致墜機,隨後又由於地空導彈的迅速發展戰場生存率下降最終下馬。當然這些都是後話,最要緊的是當時美國人強大的戰略轟炸機研發能力讓蘇聯很有壓力。

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XB-70“女武神”超音速戰略轟炸機

研製歷程

冷戰期間美蘇雙方一貫奉行勢力均衡乃至短期超越原則,蘇聯在這種壓力下必須儘快完成新一代超音速戰略轟炸機的研製。初始設計目標是要一款能以三倍音速進行遠程飛行的偵察、攻擊平臺,不僅要有遠程偵察、攻擊和空中攔截能力,還能在必要時充當超音速運輸機(多用途從來都是省錢的最終目標)。

隨後蘇聯航空工業幾大設計局提出各種機型供選擇,參與競爭並提交單位包括:米亞西舍夫、雅科夫列夫、蘇霍伊、圖波列夫設計局,經軍方和航空工業部科技委員會論證後,最先被淘汰的是雅科夫列夫設計局。

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左上雅科夫列夫、右上圖波列夫、下圖蘇霍伊

方案基本明確後大家圍繞超音速飛行最重要的指標——速度展開了討論,對於飛行速度形成了兩種意見:第一種認為飛行速度達到2000-2300公里/小時就可以了,速度小意味著在材料使用上要求較低,可以採用鋁合金製造價格也便宜。而另一種意見則認為飛行速度要達到3000-3200公里/小時才能滿足任務要求,不過3馬赫的高速將會帶來嚴重的氣動加熱問題,機體主要部件必須採用不鏽鋼和鈦合金製造(無形中增加了死重影響航程和載彈量以及成本)。但是戰鬥民族比較認死理,考慮到作戰任務的需要3馬赫的意見被接納,蘇霍伊設計局的方案最符合要求於是被採用。

1963年4月,蘇霍伊設計局完成代號“T-4”的設計藍圖,從圖紙顯示T-4擁有前置鴨翼和細長的三角翼,並採用四臺單臺推力達15000公斤R-15BF-300或RD17-15發動機。基本性能進一步明確為:最大起飛重量100-110噸,最大航程6000公里,飛行高度20000-24000米,最大飛行速度3000-3200公里/小時。從下面這張效果圖看T-4和XB-70造型相當接近,不過發動機數量少了兩臺。

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T-4轟炸機效果圖

雖然目前只是圖紙機,但規劃中表現出來的武器配置、電子技術、性能參數等都很符合蘇聯空軍作戰需求,而且該機型的順利研發還將對未來類似機型的發展提供參考。得到首肯的T-4轟炸機方案緊鑼密鼓的開始研製,預計1964年完成初始設計,1968年實現首飛。

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T-4轟炸機三視圖

1963年到1965年間T-4轟炸機進行大量風洞試驗(累計進行了20多種氣動佈局試驗以確定最終氣動外形),包括機翼後掠角、駕駛艙以及整流罩的不同設計,鴨翼以及垂直尾翼等動力學問題。還有飛機的整體佈局如:發動機安裝位置、武器系統、機身結構等,統統都進行了反覆研究確認,對於超音速和亞音速的設計差別是非常大的,一些技術經驗都需要長期積累。

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氣動佈局之一

在實物測試中蘇霍伊設計局也下了大血本,1966年曾在蘇-9殲擊機上改裝出一架100Л試驗機進行測試,主要用於驗證T-4轟炸機的機翼部分。

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蘇-9試驗機

經過大量吹風研究表明,T-4在以3000公里時速飛行時將產生嚴重的氣動加熱,機體前緣部分表面溫度高達300度。這對於機體材料以及相關部位設備的耐高溫性能提出很大要求,在蘇霍伊設計局協調下各科研機構對耐高溫合金、非金屬材料、特種橡膠等以及它們的製造工藝,還有機載儀器設備的防熱保護進行了大量研究,最後收穫的成果除了T-4使用外也在米格-25等機型中得到應用。

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米格-25

1966年之後T-4開始進入實質性開發階段,1969年完成原型機的機體制造,蘇霍伊果然是慢工出細活,在之後的整整兩年間完成了內部設備的安裝調試。當然這麼長時間不僅是安裝設備而已,和機體安裝同步包括配套電子設備、武器系統以及發動機都進入實質生產階段,這就是航空大國的優勢研發新機型極少出現飛機等發動機、等配套設備的無奈和尷尬。

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T-4原型機


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T-4原型機

時間快進到1971年12月,神秘而又充滿吸引力的T-4終於揭開面紗開始進行試驗測試,在經過地面長時間複雜考驗後即將迎來新的大考——原型機首飛。

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T-4原型機

1972年8月22日T-4(編號101)成功首飛,試飛員是被授予“蘇聯英雄”稱號的伊柳申(王牌試飛員)以及資深導航員阿爾費羅夫,先後進行了9次試飛(累計飛行時間10小時20分鐘)。對於T-4的評價是:具備良好的可操控性和穩定性,在起降中的表現都相當出色。下圖是試飛期間釋放減速傘降落中的T-4原型機。

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T-4原型機

他們先後進行了9次試飛,認為T-4具備良好的可操縱性和穩定性,無論是起飛與還是著陸的表現都可圈可點。在伊柳申的駕駛下T-4試飛就達到12000米高度,同時成功突破音障達到1.3馬赫圓滿完成試飛任務。

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試飛結束

試飛結束後伊柳申和阿爾費羅夫受到地面人員熱烈歡迎,畢竟這是蘇聯航空史上巨大的驕傲之一,超音速遠程戰略轟炸機可不是誰都能造。

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試飛結束

經過大量試飛科研人員發現T-4轟炸機部分鋼質零部件無法適應高強度工作環境,於是只能改用造價更加昂貴的鈦合金以此來排除隱患,這麼做的代價就是成本急劇上升這也是導致該機下馬的重要因素之一。

在101號機全力研製試飛過程(用於空氣動力學和飛行表現測試),包括102(用於為空中導航設備的研發積累經驗)、103號機(側重導彈相關的試驗)也都在快速的生產裝配中。1973年102號機裝配完成並計劃於當年底進行試飛,而103號機也預計在1973年完成,計劃於1974年進行測試,甚至104、105(電子設備平臺)、106號機(綜合偵察和攻擊能力測評)也都在做足準備隨時啟動改型研製。當然,如果都按蘇聯人的設想能夠走完整個流程,那麼T-4轟炸機絕對是一款性能卓越的平臺機型。

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T-4原型機

機體結構

T-4戰略轟炸機採用雙三角形下單翼和無平尾佈局,機長44.5米、翼展22米、機高11.2米,外部造型和XB-70相似,大小尺寸和B-1B接近,不過和文中開頭提到的M-50相比偏小。機體設計細長,駕駛艙之前的圓錐形機頭在起飛著陸過程或者在地面停放狀態都可以下垂,使飛行員視野得到保證。在機頭兩側有一對梯形鴨翼,鴨翼控制面有55度的前緣後掠角,雙三角形機翼從前翼延伸到後方總面積達295.7平方米。

下圖左邊紅框處是T-4戰略轟炸機,邊上是M-50轟炸機,下方是米亞-4轟炸機,右上角中間位置是圖-16轟炸機,幾種機型對比大小很明顯。

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T-4戰略轟炸機

機翼後緣是全翼展的升降副翼,總共分為四段都可以獨立操縱,而面積較大的垂直尾翼兩側沒有平尾,垂尾後緣方向舵分為上下兩截也都可以獨立操縱。

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T-4戰略轟炸機三視圖

雷達和導航儀器位於駕駛艙前方機頭內,上面覆蓋絕緣天線屏蔽器並設有維護艙口,駕駛艙都位於機身的上半部分。除起降時機頭下垂使飛行員具有良好視野外,通常情況下依靠儀表飛行,不過有意思的是駕駛艙居然裝有潛望鏡(用於輔助外視)。T-4配備了K-36彈射座椅,由於機組成員只有兩名和前期米亞-4、圖-16相比彈射逃生概率大很多。

下面這張照片就很明顯了,在飛行中只能依靠儀表飛行(潛望鏡開始起作用),畢竟外面溫度有點高。

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T-4戰略轟炸機

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T-4戰略轟炸機

T-4戰略轟炸機配備四臺RD36-41渦輪噴氣發動機(單臺加力推力16000公斤比XB-70配套發動機更強),四臺發動機並排安裝發動機短艙內。

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T-4戰略轟炸機

機載設備相當豐富,包括慣性導航系統、遠距前視雷達、側視雷達、光學、紅外、無線電設備等,而且進入70年代後機載設備的配套性以及自動化程度都非常高。正是由於採用大量先進的航電系統,機組乘員只有飛行員和領航員(兼操作員),兩人就可以完成所有的飛行以及作戰任務。

給大家看兩張T-4駕駛艙照片,從設備分佈看相當簡潔和現代飛機相比基本沒什麼不同,由於時代的限制沒有大屏顯示器等。

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駕駛艙


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駕駛艙

升級改型

蘇霍伊設計局對T-4戰略轟炸機未來的預期相當看好,除了原型外還提出了變後掠翼的T-4M超音速偵察轟炸機、T-4MS、T-4МС超音速戰略轟炸機方案。

1967年到1969年蘇霍伊參與了變後掠翼遠程超音速偵察轟炸機的設計,在基本保持T-4發動機、機載設備、材料工藝不變的情況下,將T-4改為可變後掠翼結構。降低了高空高速指標同時兼顧亞音速飛行狀態定型編號T-4M,不過由於性能提升有限沒有獲得軍方垂青。

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T-4M超音速偵察機


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T-4M超音速戰略轟炸機

1967年當美國人提出“先進有人駕駛戰略轟炸機計劃(AMSA)”時,也就是後來的B-1戰略轟炸機方案,這是一種具有高速超低空突防能力的新型戰略轟炸機。對於美國的舉動蘇聯同樣在審視己方不足後提出了新的戰略轟炸機計劃,這次競爭者中同樣的蘇霍伊設計局推出的版本是T-4MS。

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T-4MS超音速戰略轟炸機

T-4MS採用包括現在都非同尋常的帶可變後掠翼三角飛翼佈局,這種造型使機身足夠大也足夠厚,能夠容納更多的燃料飛的更遠。而且機組人員以及武器彈藥和輔助系統都可以內置,基本實現了初級版本的隱形設計,同時新佈局改善了低速狀態下操縱和飛行品質,和T-4用到潛望鏡以及機頭下垂設計完全不在一個檔次。當機翼完全向後掠時主翼前緣後掠角72度,主翼向前轉動到頂時前緣後掠角30度,每個機翼在發動機吊艙尾噴口有四片副翼,可以使飛機完成俯仰、滾轉和偏航控制等。

T-4MS採用4臺RD-36-41(單臺推力16000公斤)或NK-101發動機(單臺推力20000公斤),最大飛行速度3200公里/小時,實用升限24000米,最大載彈量可達45噸(可以攜帶2-4枚Kh-45空地導彈和24枚Kh-2000導彈)。由於可變後掠翼帶來的性能提升,以900公里時速飛行最大航程可達14000公里,以3000公里時速飛行最大航程可達9000公里。

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T-4MS超音速戰略轟炸機

T-4MS型號的設計在當時絕對是驚人之作,已經達到蘇聯高空高速突防機型設計上的一個新高度,後續還有一個T-4MC超音速戰略轟炸機的改型,不過終歸只停留在圖紙上具體性能不詳。

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T-4MC超音速戰略轟炸機

性能參數

T-4超音速戰略轟炸機,最大起飛重量125噸、載油量57噸、最大飛行速度3200千米/小時(巡航速度3000千米/小時)。實用升限20000-24000米、最大航程7000千米,攜帶2枚空對地導彈。

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T-4超音速戰略轟炸機效果圖

結語

設計之初的T-4定位以及性能都符合當時的需求,但是研發過程由於各種原因導致進度嚴重滯後,一味追求高空高速所帶來的技術難題也是麻煩不少。驚人的造價影響採購(有“143噸黃金”的外號,基本等同於T-4最大起飛重量),而整個計劃耗時9年時間也低估了現代戰場迅速的變化,隨後圖波列夫改進而來的圖-22M閃亮登場,以及圖-160的登臺研製都直接促成了T-4的謝幕。

紅色“女武神”,蘇聯T-4超音速遠程戰略轟炸機發展簡史

T-4超音速戰略轟炸機

1974年,趕追XB-70而來的T-4“紅色女武神”戰略轟炸機迎來了和前者一樣的命運,作為蘇聯第一架實現3馬赫飛行速度的機型,只留下一架原型機被放置於莫斯科航空博物館供人參觀。

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T-4超音速戰略轟炸機


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