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su27发展史(1/2)

作者:武装小兵

    su27发展史

    60年代的战斗机设计师们认为:最大的飞行速度、最高的飞行高度是战斗机取胜的法宝,在未来的空战中,远程导弹的使用将使近距离格斗成为历史。因此,能够携带远程空对空导弹将比飞机的机动性更加重要。但在越南战场上,具备这些特点的美国f-4"鬼怪"战斗机却屡屡被“落后”的米格-21,甚至米格-17击落。美国开始反思这种设计思想,并于1969年开始设计远距离与近距离空战能力并重的f-15,到1974年,第一架f-15a和tf-15a(后改编号为f-15b)正式进入美国空军服役。

    苏联一直在关注着美国的研究。当美国正式开始设计f-15时,苏联认为有必要研制一种在空战能力上至少与f-15相当的制空战斗机,并在1969-1970年间将设汁任务下达给苏霍伊,米高扬和雅可夫列夫三个著名的飞机设计局,1971年,苏联国防部要求未来新型战斗机(pfi)的性能必须相当于美国的f-15,军方对pfi的设计指标是非常苛刻的,要求飞机的最大马赫数在2.35以上;在11000米的最大速度为2...千米/时之间;海平面最大大速度为1400-1500千米/时之间;海平面上最大爬升率为300-350米/秒;实用升限在21000-22000米之间;海平面上不带副油箱航程为1000千米;高高度上不带副油箱肮程为2500千米;使用过载8-9g;从600千米/时加速到1100千米/时的时间在12-14秒之间;从1100加速到1300干米/时的时间为6-7秒:起飞推重比为1.1-1.2。另外,pfi项目还提出了详细的任务与武器要求。总之,未来的新型战斗机将在性能上达到美国f-15和尚在设计的f-16的水平。它的典型作战目标是美国的f-4和f-111、欧洲的“旋风”、“美洲虎”和中国的歼-6。

    pfi项目

    苏霍伊设计局经过一番精心的设计,在1971年早期时候提出了t-10方案,该方案的设计编号最初的t-10原型机方案为苏-27,不过这一编号在当时是严格保密的。鉴于t-10的方案采用了较为独特的腹部进气式布局。为了减小竞争风险,苏霍伊设计局同时还提出了“备份”版的t-10方案,该方案的侧面非常类似美国的f-14,原来的t10被称为t-10-1。巧合的是,同样参与竞争的雅可夫列夫设计局也搞了两种方案,只是其中的一种是另一种的放大型罢了。尽管如此,苏霍伊设计局认为t-10-l的气动性能潜力非常大,因此把它作为重点发展项目,总设计师帕雷尔.苏霍伊亲自领导该方案的选型与发展。

    t-10-l的机翼采用了固定式后掠冀,后掠角为45度。从俯视图上看,整个机翼象是鲨鱼的背鳍。预计两种t10的起飞重量都在18000千克左右,而且已经决定采用双发市局,如果要让起飞推重比达到1.15,推力必须达到20600-20800千克之间,即单发最大推力至少达到10300-10400千克之间。在当时,能达到这种推力的发动机有二种:al-31f,d-30f-9和r59f-300,由于飞机的结构设计还未完成,具体的发动机型号将在以后决定。接下来是武器系统的选择。最初计划为苏-27挂载2枚k-25半主动雷达制导导弹和6枚k-0红外制导近距导弹,并安装-门备弹250发的ao-17a双管30毫米机炮。雷达使用的是米格-23m的sapfir-23mr雷达,对空探测距离为40-70千米,对地为20-40千米;带红外探测追踪传感器和光学/电视瞄准系统的光电系统;头盔瞄准具和两部处理器,可以直接处理雷达和光电系统的数据资料并显示在阴极显示器上。

    另外,导航、自卫、无线电系统也经过了严格的挑选。在综合了这些系统之后,苏霍伊设计局根据风洞实验结果对t-10-1的大概性能进行了计算,结果发现该机无法完全满足空军的要求。苏霍伊设计局便改进了一些没计,如加大起飞重量、减少武器数最,改善了飞机的性能。在此时,飞机也根据要求可以挂载新一代的空对空导弹如k-27和改进过的k-60m。

    1972年,空军召开了第一次与pfi有关的设计局会议。在会议上,各设计局都提出了自己的方案,如苏-27(当然还有“备份”版的t-10),米格-29(当时该机采用高单冀,两侧进气和单发结构,此时的米格-29还不是我们印象中的那种米格-29)和雅克-45轻型战斗机、雅克-47重型战斗机。两个月后,召开了第二次pfi会议,米高扬设计局映示了新设计的米格-29,并且起飞重量为12800千克。而雅可夫列夫设计局的方案由于将发动机布置在机冀上、容易因发动机故障导致飞机失事而被淘汰。但真正有关pfi的决定将在第三次会议上公布。米高扬设计局在此次会议后,提出了一个意见:将pif项目分解成两个**的项目,即同时发展苏-27那样的多任务重型故术战斗机,和米格-29那样的轻型战术战斗机,它们将使用统一的主要设备和武器。这是自1971年以来的,苏联空军和飞机制造工业首次面临这样一种情况:80年代的苏联空军战斗机群将由两种飞机组成!就象美国空军计划的那样。

    让我们先偏离一下主题。美国空军在yf-15开始试飞后,就认为f-15过于昂贵,不可能经受得住大规模战争中的大量消耗,因此必须有另外一种飞机与之配合;简而言之就是由重型的f-15担负争夺和掌握制空权的任务,而由另一种便宜的战斗机与敌方战斗机进行空中格斗。这种轻型战斗机的武装不必很强,只要能带两枚近距导弹和机炮就行了,但它的机动性要好。1972年1月,美国的“轻重量战斗机”计划开始实施,这就是后来的f-16。事实上,苏军的多次研究也表明:截击任务要求飞机能够保持与地面指挥所之间得通讯联系、同时必须具备高性能的爬升率和加速性,另外还必须装备有可以上视和下视的大功率雷达;如果是掩护任务,就要求飞机有较大的航程;而在近距离格斗空战中,高敏捷性、推重比、大速度才是最重要的。在当时,这些高性能要求很难在同一种飞机上有效地结合起来。从另一方面讲,也没有什么限制说空军只能装备一种战斗机。于是,事情就这样决定了:空军未来的主力战斗机将由两种机型构成,一种是多任务的重型战斗机,它必须有能力控制敌方防线后战役纵深(250-300千米)范围地区的制空权---这个指标与美国空军给f-15的指标一样;另一种是轻型的战术战斗机,它的作战范围主要在敌我交战的前线或敌后战术地域(100-150千米)争夺制空权---这个指标也同f-16一样。

    多用途重型战斗机有很大的燃料携带量,并且要增加远程导弹的数量(增加到4枚)、可资料上传的导航系统,先进的通讯和自卫系统;同时它还必须能执行截击。而轻型战术战斗机则必须容易制造和操作,如果没有什么特别问题的话,稍加地面训练的飞行员也能操作它,它的武器只需要2枚远程导弹和相应的近距离格斗武器。在生产花费上,生产l架重型战斗机的资源可以生产2架轻型战斗机,由这两种战斗机组成的战斗机群(轻型战斗机与重型战斗机的组成比率大约为7:3)将得到最大的效费比。在1972年末,苏霍伊和米高扬设计局都得到了各自的合同,以发展苏联空军未来的下一代战斗机---苏-27和米格-29。

    原型机的制造

    根据国防部的命令,苏霍伊设计局又开始了t-10原型机方案的起草工作。首光要从大量的制造中的t-10-1、不同的(不完整的)外形结构中选出一种理想的基体。在1970-1975年间,苏霍伊设计局挑选了大量的模型,以试图找到起落架和进气道的最佳结构。最后采用了一种三轮车式的起落架结构,这种设计很稳固,起接架的各个系统全部由液压系统来控制。进气道和发动机舱的组合也很让人头疼,经过人量的试验和计算,还是采用了将二波系进气道分开布置在机身边条翼下的布局。另一个大麻烦是苏-27的重量限制问题,注意的焦点都集中在如何减少飞机的重量上。经过精心安排,实际起飞重量仅增加9千克!这种重量上的“斤斤计较”使飞机的飞行性能没有发生行什么明显的变化。

    根据空军的要求,新型战斗机必须具备大航程,并且苏-27的航程必须比对手大10%。这样,美国的f-15在没有外挂油箱时航程为2300千米,苏-27至少要达到2500千米,这使苏-27至少要携带5.5吨燃料。但根据苏联的有关强度标准的要求,任何飞机都必须携带达自身燃料重量的80%的备份燃料,这就使飞机重量又增加了3.5吨之多。其实苏霍伊设计局并没有打算让苏-27多飞1500千米,但有关规定使苏-27不带副油箱便可以飞行4000千米。

    到了1975年,苏-27的初期设计工作终于结束了,苏-27战斗机的空气动力结构、机体设计已经完成,基本设计思路也已经找到,现在是制造原型机的时候了。在长长的挑鼻内是雷达舱。座舱及风挡内可以看到360度全向视野,另外还有一个后设备舱。前起落架被安装在座舱下、红外传感瞄准系统安装在座舱正前方的机身下沿中轴线上。两台发动机被安装在机身下沿中轴线对称布置的发动机舱内,发动机舱之间的空间可以用来挂载空对空导弹。为了能让发动机在各种速度和高度上都能在最好的状态下工作,进气道被装在机冀边条冀下,并安有进气导流板,以控制在各种角度上的进气量。飞机总共有8个武器挂架:机身下发动机舱之间有2个、进气道下各有l个,每边主翼下各有2个,除了主翼下最外侧的挂架只能携带100千克级的近距格斗导弹外,其他挂架都可以挂载250-300千克级的远程空空导弹。

    尽管制造中的原型机比设计指标中的更大,更重,飞机的基本性能却没有大的改变,如正常起飞时翼载为375千克/平方米,起飞推重比1.15也与设计一致。飞机的空重为14300千克,在挂载武器并装上正常的燃料(5300千克)时起飞重量为22100千克,满载燃料时的最大起飞重量为25700千克。机长19.65米,翼展14.7米,机翼面积59.4平方米,在地面上的飞机高度5.87米。

    一波三折的发动机研制

    苏-27的动力系统计划采用2台大功率的新一代可加力的涡扇发动机,但这种发动机的技术要求非常高:如果要让飞机在起飞和空中格斗中的推重比超过1,发动机在打开加力时推力达到12500千克,这比al-21f-3高出了12%;但同时发动机的单位油耗必须低,否则就不能满足飞机的大航程要求,与当时大量生产的al-21f-3相比,新型发最后选择了al-31f涡扇发动机动机的油耗至少要降低25%。同时,苏霍伊设计局也没有足够的时间供他们“慢慢”研制。经过研究,设计人员们决定采用3级低压、9级高压和高、低压涡轮各1级的结构(“3+9+1+1”方案),涡轮要进行抗热增强设计(与al-21f-3相比,工作温度要高350-400度),最后决定采用单晶结构的转子叶片。但在1970年初,苏联获得了f-15的f100-pw-100发动机的资料,根据这些资料,决定在al-3lf上采用4级风扇、12级高压和高、低压涡轮各2级的基本结构。新结构的al-3lf发动机在1974年8月完成了第一台,但在测试中发现它还存在结构缺陷。留利卡只能再次考虑原来的“3+9+1+1”方案方案,但4级风扇已经设计完毕,于是也被加在了这个“3+9+1+1”方案上,这样,al-3lf发动机的压缩机机构部分就有些类似另一种著名的发动机---为米格-29研制的rd-33。

    从制造单晶涡轮转子的苏联航空材料制造厂传来了一个坏消息,该叶片在进行热实验时发现无法满足热强度要求,假如要冷却的话就只能从压缩机中引气。那样做既降低了发动机的推力,又增加了油耗。这样,al-31f就赶不上t-10-1的试飞了。一直到t-10-3/t-10-4制造出来的时候,al-3if才满足了性能要求,正式成为苏-27的动力系统.但就整个原型机来说,这只是确定了飞机的外形。

    航电及武器系统的研制

    电子设备与武器的挑选‘‘‘光有外形和发动机的飞机是不能作战的。为了让t-10-1具备作战能力oeps-27光电火控系统,苏霍伊设计局开始为它挑选航空电子设备和武器。按照pfi项目中的规定,苏-27和米格-29的主要设备必须是一样的。但由于对苏-27的使用要求更为严格,空军对苏-27的航空电子和武器又提出了更高的要求:新型的多模式雷达必须具备很强的抗干扰能力和全周上视/下视追踪目标的能力;可以利用多种设备追踪目标;新的数字式数据处理器。装备新型的光电追踪红外瞄准具,并且在使用该设备瞄准时可以发射近距导弹和机炮;座舱内要装上平视显示器和单色阴极显示器。根据情报
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