天空舞者

2014-05-12 20:02云中月
现代兵器 2014年3期
关键词:矢量航展机动

云中月

苏-35BM战斗机是苏-27家族的新成员,有着优美的气动外形和大推力矢量发动机,具有“侧卫”家族中顶尖的飞行性能。在巴黎和莫斯科航展上,苏-35BM通过一系列过失速机动将自己的优异性能表现得淋漓尽致,成为最耀眼的明星之一。下面,笔者对巴黎航展上苏-35BM最精彩的表演动作做一简要回顾,着重标明哪些是过失速机动。

表演动作分析

起飞后,苏-35BM先以筋斗开场。在筋斗的后半段横滚180°改平进入俯冲,随后拉起,重复先前的动作。在筋斗顶端突然增大攻角,将机身改为垂直俯冲的姿态。这是整个表演过程中的第一个过失速机动。

苏-35BM改平之后,向左拉出盘旋上升。回转改平,向下俯冲的一刹那,突然增大攻角,机身绕速度矢量旋转了起来,类似于失速尾旋。和通常充满危险性的尾旋动作不同,因为苏-35BM有推力矢量发动机,这一动作在可控范围内,安全性大增。苏-35BM在机鼻对准下一步机动的航线之后推杆低头,轻松改出。这是表演过程中的第二个过失速机动。

经过一系列的横滚机动,苏-35向左横滚,进入360°急盘旋,可以清晰地看到后缘襟翼也向下偏转,提高升力,机翼上表面被边条拉出的强筋涡流覆盖,之后改平,再垂直拉起爬升,紧接一个“尹麦曼”回转。俯冲过程中,该机向右做了两圈滚筒机动。注意,这和普通的横滚机动不一样:横滚机动的轨迹近似于一条直线,而滚筒机动在横滚的同时还要在升力的作用下划大圈,轨迹近似于螺旋线。随后,苏-35BM做出小坡度盘旋,将机身对准跑道方向,在观众正上方向左做出上升转弯,逐步将机身拉到垂直,收小发动机油门,空速越来越低,逐渐的几乎静止在空中。然后,该机在保持机体上仰姿态的情况下向下掉高度,换句话说实际上是“尾巴朝前”飞行。这是一个标准的尾冲动作,也是表演过程中的第三个过失速机动。由于这个动作是在人群正上方完成的,观众的尖叫声不绝于耳,也从另一个角度证明了苏-35BM表演的观赏性。注意,尾冲机动并不是拥有推力矢量发动机飞机的专利。但是推力矢量可以提供额外的低头力矩,保证战机以更快的低头角速度退出动作,增大了安全性。

苏-35BM在改平过程中向右做出小坡度盘旋,增速之后开始了另一个急转,转了约90°之后突然增大攻角,让机身绕速度矢量滚转,直至变成上扬状态。这是一个类似于F/A-18E的“猫鼬”机动,观众的掌声再次响起。随后,苏-35BM加速通场,垂直拉起筋斗机动。得益于高清摄像机拉近视野的转播,我们可以见到苏-35BM在筋斗顶端转动了推力矢量喷管,这样有助于提高攻角、减小筋斗半径。这一动作很类似于F-22的“动力筋斗”,前半程爬高,后半程急减速,让后半程的筋斗半径明显小于前半程。这样一来,改出的高度就明显高于进入高度,方便恢复能量接下一个动作。

随后,苏-35BM经历一系列滚转和小坡度盘旋,结束了约6分钟的表演,小航线下滑着陆。总的来说,这是一场观赏性极高的飞行表演,很好地表现了该机在低速、高攻角下的可操纵性和指向灵敏性,其中的不少机动动作都具有很高的实战价值。

与“猛禽”一较长短

苏-35BM与F-22虽然不是一个级别的对手,但在过失速机动能力方面却经常被拿来比较。F-22同样具有推力矢量装置,具备在低速任意改变指向的能力。下面,笔者将二者在相同机动中的表现做一简要比较。

需要注意的是,苏-35BM在巴黎航展的表演内容大多已经在早先几届的莫斯科航展上表演过。所以,笔者在选取比较材料时不会局限于巴黎航展的表演内容,毕竟苏-35BM在前几届航展可能有更精彩的表现。如果一个机动动作被多次表演过,笔者将选取历届航展中完成速度最快的。而F-22的表演选取范围是2006至2008年由Moga少校在美军本土和英国范保罗航展的飞行展示。

自旋下降 苏-35BM的这一机动经常用来展示其傲人的机首指向能力。自转一周,意味着周身360°的敌机均在其锁定范围内,具有一定的实战价值。F-22也有类似机动。所不同的是,F-22在自旋过程中会改变旋转方向,先向左旋转一周,再向右旋转一周,表现出了高度的可控性。曾经有网友将F-22某次急速自旋的视频与苏-35BM直接对比,得出前者自旋角速度更高的结论。笔者认为这种比较意义不大:即使最先进的火控系统,搭配先进的大离轴角格斗空空导弹,对目标也需要几秒钟才能完成锁定。如果自旋速度过快,很可能尚未锁定目标就“转过头”。相比之下,稳定且可控的自旋才有更高的实战价值。所以,与其单独比较自旋速度,不如比较旋转过程中的可控性。可控性高的自旋,应该做到该转时转,该停时停,该改方向时改方向。F-22的表演较好地贯彻了这一宗旨。相应的,苏-35BM虽然尚未在表演中展示中途改变方向的能力,但考虑到其推力矢量多出一个偏航控制功能,如果不出意外的话,应该也有这样的能力。

下俯改出 这是一个经常被航空爱好者忽略的动作细节:静不稳定飞机在过失速机动的末端,受气动力的干扰,往往会出现不可抑制的上仰。在F-22和苏-35BM飞行表演的高清视频中,都可以看到两者将推力矢量负偏,加速机头下俯改出。这也是拥有推力矢量的自旋下降与常规飞机尾旋测试的根本区别之一,前者的改出速度更快。

F-22曾经在2006年表演的某次猛烈推杆中达到过近200°/秒的低头速率,几乎是“眼镜蛇”一类机动动作抬头速度峰值的3倍(对于静不稳定的飞机而言,低头速度通常低于抬头速度)。飞行员Moga少校感到短暂黑视,所幸此时高度不算很低,没有发生事故。但这也从另一个侧面表现了F-22惊人的俯仰轴敏捷性。

动力筋斗 所谓动力筋斗,是指前半程用常规筋斗机动的方式做上升转弯。在筋斗顶点,亦即速度最低点,用推力矢量增大攻角,协助完成筋斗。苏-35BM在莫斯科和巴黎航展多次表演这一机动,转完360°筋斗约耗时18~19秒。而反观F-22的类似机动,在筋斗顶点拉到了不可思议的攻角,导致后半段的半径急剧收缩,360度筋斗仅耗时10~11秒。endprint

尾冲 观众对这一机动并不感到陌生,苏-27、K-8等机型也曾多次表演。在爬升的顶端,飞机保持机头向上的姿态依靠地球重力下落,相当于机尾朝前飞行,随后低头改出。和这类没有推力矢量的飞机相比,F-22和苏-35BM的最大特点在于可以用推力矢量协助低头改出,速度更快。苏-35BM从上仰50°到下俯50°过程中,通过高清视频可以清晰地看到推力矢量已经处于较大幅度的负偏角,几乎是在全力改出了,全程耗时约3秒钟。而F-22从上仰90°到下俯90°的时间更短,仅耗时约2秒。

从以上对比可以看出,两者的机动动作质量大致接近,而F-22在俯仰轴上表现出了更好的敏捷性。当然,苏-35BM以后的表演可能有更好的表现,让我们拭目以待。

官方数据分析

苏霍伊在巴黎航展给出的苏-35BM宣传手册中提供了部分数据,和飞行性能有关的数据如下:正常起飞重量(带2枚RVV-AE中距空空导弹,2枚R-73E近距空空导弹):25300千克;最大机内油燃料(11500千克)高空航程:3600千米;高度1000米加速(载荷条件为50%标准战斗燃料)、1100~1300千米/时:8秒;1000米爬升率:大于280米/秒;最大速度:高空2.25马赫,低空1400千米/时;最大过载9g。

下面,笔者将苏-35BM与单座基本型苏-27SK做一比较:苏-27SK携带2枚R-27R、2枚R-73E空空导弹和5270千克燃料的正常起飞重量为23430千克。考虑到RVV-AE比R-27R轻75千克,苏-35BM的正常起飞重量(无外挂)比苏-27SK高出2吨以上。但是,苏-27家族的正常起飞重量并不包括满载机内燃油,而苏霍伊也没有给出苏-35BM的正常起飞载油。苏-27SK正常起飞油料5270千克,是其满载油9400千克的56%。如果苏-35BM是按照同样的比例,起飞载油约6400千克,那么其基本空重比苏-27SK高出约1吨,即18吨左右。目前,苏-35BM空重并没有官方的统一说法,所以以上仅是猜测。笔者认为以上的估计误差不会很大,原因有二:

一是可以从原苏-35的情况做一验证:原苏-35比新苏-35增设一副鸭翼,空重增至18400千克。考虑到可动鸭翼与操纵机构约有300~400千克,而117S的干重量比AL-31系列也有一定提高,推力矢量喷管又会使单发增重约110~120千克,因此新苏-35空重仍会维持在略大于18吨的水平。有观点认为苏-35BM的复合材料可协助减重,但需注意,百分之十几的复合材料用量减重幅度仅有数十千克,并不会显著影响估计的结果。

二是可以从航程与载油系数(燃料重量/总重量)方面考虑。苏-35BM基本继承了苏-27SK的气动外形,可认为二者的巡航升阻比近似相等。苏-35BM和苏-27SK都取高空航程,则巡航剖面近似相同。苏-35BM使用11500千克燃料的航程,比起苏-27SK使用9400千克燃料的航程,略提高了70千米(后者为3530千米),117S的单位油耗不大可能比AL-31F进一步恶化。因此,苏-35BM使用11500千克燃料的载油系数,比起苏-27SK使用9400千克燃料的载油系数,应该近似相等。因此,同样可以验证出苏-35BM空重应介于18~19吨之间。

从爬升率来看,只有一个模糊的1000米“大于280米/秒”,并不知道是略大于,还是显著大于。作为参考,根据米格-29A操作手册,该机在50%燃油、外挂2枚R-60空空导弹时的1000米高度爬升率是310米/秒,属于三代机的顶尖水平。因此,可以认为苏-35BM至少是较为接近三代机顶尖水平的。

然后是加速性:苏-35BM在1000米高度、50%标准载油(非满载油)、1100~1300千米/时(0.916~1.083马赫)加速,耗时8秒。相应的,米格-29A仅需5秒;而F-16C Block30在更高的1524米机内满油时,同马赫数区间加速仅耗时4.8秒。笔者认为这与117S的推力有关。根据土星设计局的展板介绍,117S的全加力推力并不是14500千克,而是14000千克,之前流传的14500千克实际上是“特殊模式”。我们知道,很多俄机在起飞时可以用特殊模式小幅增加推力维持十几秒(如苏-33和米格-29K),所以计算性能时究竟取的是最大加力还是短时间的特殊模式,我们并不知道。

从最大飞行速度来看,苏-35BM低空速度与苏-27SK持平,应该是相同的动压强度限制,而高空速度小幅下降了0.1马赫。另有报道称,苏-35BM已经在试飞中不开加力达到了1.2马赫级别的超音速巡航。

苏-35BM最大机动过载达到了9g,考虑到结构有增强,该机有较大可能已经消除了苏-27系列的跨音速过载陷阱。

总的来看,以上是不反映推力矢量作用的常规飞行性能,已经处于现役三代机中较为靠前的位置。如果考虑到推力矢量的作用,苏-35BM的飞行性能确实十分优异。但是相比而言,F-22优异的机动能力将是挑战者们永远的梦魇。2013年“红旗”演习中,改装了专属头盔瞄准具HEA的英国皇家空军“台风”战斗机面对只有平视显示器的F-22依然小输。而早在2006年,国内某研究机构在仿真分析后认为,如果仅以机炮战为依据,F-22在缠斗中能够独自对付2架苏-37(原苏-35的推力矢量改进型)而不落下风。其关键在于F-22在每个机动结束之后可以迅速恢复能量紧接下个机动。新一代苏-35BM增强了动力,其能否扭转这一局面,让我们拭目以待。

(编辑/笔啸)endprint

猜你喜欢
矢量航展机动
“数”说中国航展
What Are the Different Types of Robots?
机动三轮车的昨天、今天和明天
物理矢量和标量学习中需要厘清的几个问题
力的矢量性的一个例子
海军航母编队启航执行机动训练任务
三角形法则在动态平衡问题中的应用
矢量三角形法则在物理解题中的应用
第44届巴黎航展掠影
巴黎航展精彩镜头