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以色列“狮”式歼击机  

2007-01-19 11:52:33|  分类: 装备科技B |  标签: |举报 |字号 订阅

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我国自行研制的歼-10歼击机与以色列的“狮”式歼击机有几分相似,海外曾经谣传在歼-10的研制过程中得到过以色列的技术援助,在这里登出此文。

以色列是中东一个人口不足500万的蕞尔小国,建国后在与周围阿拉伯国家不断的战争中磨练出一支善战的军队和一个不断发展壮大的高科技军事工业体系。

以色列从1948年接收第一种战斗机以来,陆续装备英国、法国和美国研制的作战飞机。上世纪五六十年代,以色列空军依赖法国提供的战斗机,如以色列的第一种2倍音速战斗机“幻影”IIIC。然而,1967年6月5~10日的“六日战争”后,法国拒绝交付以色列已付款购买的50架“幻影”5战斗机,从而迫使以色列决心发展自己的战斗机。1971年,以色列研制的多用途战斗机“幼狮”(Kfir)样机完成试飞计划。该机为仿制“幻影”5,并在其基础上大幅改进,装美国的J79发动机,前置鸭翼,性能比“幻影”5有很大提高。该机大量装备以色列空军。

“幼狮”的样机刚完成试飞计划,以色列飞机工业公司就开始考虑发展其后继机型,以适应新技术的发展。

十年探索

在“幼狮”样机刚完成试飞计划以后的近10年中,以色列飞机工业公司依靠自己的技术力量和资金,坚持研究探索新一代飞机,中间经历了许多周折。

从改进“幼狮”到双发方案最初的基本方案确定新飞机是一种以空战为主的小尺寸、低成本轻型战斗机。由于以色列是小国,又刚仿制出“幼狮”,基本设计思想依然围绕着改进“幼狮”而展开,确定了立足于用涡升力获取最大升力,提出了类似于“幼狮”的固定前翼近距祸合鸭式布局。但进一步的工作因第二次中东战争而中断。1974年,中断的布局设想具体化,基本设计原则是采用已经验证的“幼狮”的气动力布局并确定选用美国当时正为F-15和F-16研制的F100发动机。但是最终方案交空军审定时,空军认为其性能低于F-16而予以否决,并表示将直接采购F-16。

为提高性能,设计人员考虑将原有的单发方案改为双发,并初步选择英国罗罗公司的RB-199或美国通用电气公司的GE-404。另外就是完全改变飞机外形和气动布局,彻底摆脱“幼狮”。为寻求新气动布局,进行了不同机翼与进气道布局的选型。因选用的发动机都为涡扇型,对进气道诱发的气流畸变十分敏感,因而大迎角气流畸变特性是进气道形式选择的重点。设计人员按皮托型、二元型和有可动锥的轴对称型进气道形式分别设计了不同的全机布局进行风洞试验,以评估各方案的流场畸变特性。进气道尽可能放在低位置,以减少大迎角时机翼诱发的上洗流的影响。试验中还进行了各种机翼、前翼和垂尾匹配的鉴定。

经过全面评估,设计人员确信这种双发布局的性能可以超过F-16。但飞机的尺寸必须加大。可是到了1979年秋,因为预算上的原因,这种意见又被否决。

LO-33方案确定基本构型设计人员被迫再次转向小尺寸的单发布局。根据前3个阶段的经验,最终确定的飞机基本构型为三角形机翼带近距藕合全动前翼,腹部进气。选用美国通用公司 F404 一级的发动机作为动力,再结合先进的飞行控制、航空电子和结构技术来弥补小尺寸的缺点。LO-33 方案得到了赏识,国防部于1979年末向政府提出以这个小尺寸方案为基础,自行研制战斗机以替代采购F-16。两个月后,政府批准了这个方案,并责成国防部、空军和以色列飞机工业公司组成联合工作组进行具体设计,空军很快地提出了使用要求和设计指标,并将新机定名为“狮”(Lavi)。至此,该计划才正式纳入轨道。

苛刻的要求

空军提出新飞机作战性能不能低于F-16,要有单座和双座两种型别,后者为教练型。外挂和空地作战半径应不低于 F-4。除配备空空、空地雷达,还应装载综合电子设备和具备低可探测性、高机动性、高速突防性等高战场生存能力。不难看出,以色列空军有意将“狮”塑造成先进的多用途战斗机,以代替以色列空军的麦道A-“天鹰”,麦道F-4“鬼怪”II和“幼狮”等机型。

但以上要求从技术角度看是极为苛刻的。用一种尺寸不大于F-16的轻型战斗机,担负起类似F-4这类典型双发远程攻击机的空地任务,谈何容易。为此,设计人员排出的设计优先程序为:空地任务,先进布局,单双座的最大通用性。并以LO-33为基础,确定了以下设计思想。

其一,三角机翼加近距祸合前翼——这样,可充分利用“幼狮”的经验,只是将“幼狮”的固定前翼改成了全动式。其二,腹部进气——这是借鉴了F-16 的设计和使用经验,在大迎角时流场畸变小,最适合于涡扇发动机。进气道为简单皮托型。其三,采用翼身融合体——除了能减小阻力外,还有明显的结构上的好处,结构重量轻,还可增加有效机内容积。其四,放宽静稳定度——飞机每放宽静稳定度1 % ,最大持续转弯率的性能就可改善1.5 % ,而最大瞬时转弯率和起飞升力系数可改善3%~4%。

“狮”要同时满足最大的瞬时和持续机动性,最好的跨超音速加速性,以及最大军用功率下的低空突防性。这对一架小尺寸飞机确是一种严峻挑战,即要取得零升阻力、超音速波阻和跨音速机动升阻比之间最佳折衷。为此设计人员采取了一系列先进气动设计。

其一,高性能机翼。展弦比2.3,前缘后掠角54°,机翼的三元外形由50个不同剖面构成。其二,用飞行控制计算机(FCC)控制的随动布局,各操纵面可以按不同的飞行条件和外挂构形编制偏转程序,使飞机获得最佳载荷分布,能在极宽的迎角范围内都有较好的阻力极线。操纵面系统包括全动前翼,高权限机翼前缘襟翼和后缘内外升降襟副翼。其三,采用了超音速面积律设计机身。

于细微处见功夫

“狮”主要设计点放在了空地任务上,因而必须考虑能容纳多种类型外挂;大挂载能力;任务半径大,续航时间长以及在全外挂条件下低空高速突防。

切尖翼梢和翼梢导弹“狮”的翼梢弦长为1.15米,不仅能加挂翼梢导弹,还可减缓机翼外段的气流分离,改善阻力性能。翼梢导弹不仅起到端板作用,增加机翼有效展弦比,而且零升阻力的代价也要小于翼下加挂方案,发射后对全机的重心和压力中心飘移的影响也较小。小翼展、大后掠和低位置机翼。机翼翼展8.8米,是基于外挂布置的最小尺寸。从最小干扰阻力和安全投放考虑,两个邻近外挂间的距离最好在1.2~1.25米之间。而大后掠角的前缘也是基于可减小外挂间的阻力,同时更符合面积律要求,跨音速阻力相对较小。至于把机翼放在下位置,利于消除内外挂(通常为大副油箱)与机身的干扰,同时也便于放置起落架。

起落架大部分作战飞机的主起落架要么放在机身中(如F-16、F-18、“幻影”F-1),要么放在机翼中(如“幼狮”、“幻影”2000、F-4、F-5),都需占用较大空间,也减少了外挂点数量。“狮”则充分利用了下机翼和翼身融合体的特点,独具匠心地把起落架设在翼身融合区内,既节省了空间,也便于安排更多的外挂点。和“幼狮”相比,翼下挂架从4个增加到6个,机身外挂从5个增加到9个,总外挂点从9个增加到15,增加近一倍。

半保形外挂舱由于起落架位置很巧妙,使机身腹部气动外形很有利于外挂布置。“狮”采用了半保形外挂吊舱,和常规外挂吊舱相比,阻力可减小40%。由于“狮”的外挂点多,因而对全机的重心和压力中心飘移的影响很大。这就要求有高权限的操纵面和飞行操纵系统。“狮”的全动前翼完全能满足最大后重心时的低头力矩和起飞时的抬头力矩。

驾驶员座舱座舱采用气泡式风档,视野良好。但没有采用类似F-16的大倾斜座椅和侧杆控制,而选择了传统的垂直座椅和中置控制杆。倾斜座椅会抬高飞行员的膝盖,侧杆操纵有三个缺点:大大占用了右舷空间,使控制面板布置困难;在训练中教练无法知道学员的握杆位置;如果飞行员右手受轻伤,就不能驾驶飞机返回基地。而采用中置操纵杆,飞行员可以不太困难地用左手控制飞行。

“狮”机内燃料容量3330升(2722千克),比F-16少16%。然而,据称“狮”可以较轻的机体重量和低燃料消耗的发动机来弥补。采用单点高压的燃料补给系统以实现快速转换,同时具有伙伴式的空中加油能力。为了完成飞行测试计划,“狮”原型机上装备了门门式加油杆。此外,机翼内侧还可携带两个2548升副油箱。

设计人员还曾评估过两侧进气和双垂尾布局的总体方案。前者虽然更有利于外挂,但因进气道内流场较差和重量代价大而被排除。后者确实显示了更好的大迎角方向稳定性,但因结构改动大,风险性也大,所以也被放弃了。

试飞及生产计划

“狮”全尺寸发展阶段开始于1982年10月。按计划,以色列空军需要超过300架“狮”(包括60架双座型),全尺寸发展阶段包括5架原型机(编号B-01~B-05),前两架为双座型,后三架为单座型。

B-01于1986年12月31日首飞。试飞员认为其操纵性非常优秀,飞机具有高度的着陆抗侧风稳定性。B-02于1987年3月30日试飞成功。B-01和B-02后驾驶舱安装了测试装备,这时还没有装备全部的电子设备并进行空气动力测试。

B-01和B-02进行了超过80次飞行。测试时,这两架原型机速度最高达到马赫1.45,最大迎角达到了23°。其它许多系统,包括数字飞行控制系统也进行了测试。

后三架原型机安装了定型后带有升降舵补助翼的机翼,并且有完整的电子系统。正当B-04和B-05接收最后定型的机翼时,“狮”项目被取消。

第一架生产型飞机原本计划于1990年交付使用,1992年具备初始作战能力。如果全力运转,一个月可以生产12架。“狮”将成为以色列空军九十年代最重要的战斗机。

武器

“狮”的武器挂架大都采用半保形结构以减少阻力,每边机翼有两个固定外挂点,机身内侧的一对挂架携带2548升副油箱。此外还有一对翼尖挂架和7个机腹挂架(三对前后布置,一个位于中轴线上)。主要的空空武器是以色列研制的近距红外格斗导弹“怪蛇”3,此外还有一门位于右舷机翼根部的30毫米“德发”552(改良型)单管转膛自动机炮。该炮随“幻影”5A进入以色列,以色列军事工业公司获得授权生产该炮,并广泛装备以色列的各种军机。

空对地武器包括美制AGM-65B“小牛”导弹和以色列飞机工业公司研制的“加百利”(Gabriel ) IIIAS雷达制导反舰导弹。该导弹于1985年服役,弹重560千克,射程33千米,带重150千克的半穿甲弹头。它采用固体火箭发动机和雷达高度表,飞行高度控制在20米,并且可以由“狮”选择中途路线修正。在末制导阶段,可俯冲攻击目标的水线位置。此外,“狮”还可以携带Mk81、Mk82、Mk83、Mk84 等常规炸弹。

下马

“狮”项目的开发和生产总计花费约20亿美元,其中40%依靠美国政府经济援助。“狮,,的单价在1500万~1700万美元之间。由于采用了大量现成的技术,该机总的研制成本较低。

在第一架原型机首飞前,乌云已经开始聚集了。有大约80家美国公司通过许可向以色列提供技术。1983年,美国政府拒绝提供许多重要设备(例如机翼)的出口许可。美国不可能提供资金和技术给一个可能威胁到F-16C/D 和F/A-18C/D出口的战斗机项目。

1987年8月30日,以色列经济萧条,国会投票以微弱优势否决了继续发展“狮”式战斗机。

以色列政府在取消“狮”项目的报告中提到,继续在国防部长基金支持下发展第三号原型机B-03,以测试完善电子设备,以便将来作为一套完整的体系出口“狮”的系统。但以色列空军强烈反对。

在“狮”项目取消后不久,以色列军事防卫机构曾提出称之为“狮”2000的计划,称它是一种下世纪的新型战斗机。

虽然飞行性能测试并未完成,但是“狮”的主要性能至少同F-16C/D相当。总的来说,受制于国力所限,以色列这样的国家要完全独立研制一种高性能战斗机是不可能的,因为很多高技术的部件,包括发动机都要依赖美国。但如果把以色列飞机工业公司比喻成一个厨师的话,那他是非常优秀的。虽然很多原料是现成的,并且自己做不出来,但经这位优秀厨师的一番设计和搭配,呈现出来的则是一道精美的菜肴。

1989年,一位《国际飞行》杂志的编辑试飞了“狮”,并且发表了他在1991年“沙漠风暴”期间的飞行体验。他写到:“现在,当联军在海湾作战的时候,他们却没有他们真正需要的飞机。我所知道世界上最好的飞机却从未成军,这是多么无奈的事呀。”这也许是对以色列国防工业和令人扼腕的“狮”式战斗机最好的褒扬。

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