谭锋健
20世纪60年代,当时的苏联战斗机出现了两种重要发展趋势,其中之一就是开发高速重型截击机,其高峰便是米格-25;另一个就是采取了当时其他一些国家也在积极开发的技术——变后掠翼设计。变后掠翼技术在一定范围内能为需要以不同马赫数飞行的飞机提供最优的机翼后掠角,苏联人显然也被这一技术所带来的性能优势所吸引,相应开发了一系列变后掠翼作战飞机。
“鞭挞者”诞生记
1963年12月3日,苏联提出要求开发一种新型战斗/截击机,用以代替前线航空兵的米格-21,苏联希望新机原型机能在1965年末开始国家认可测试。当时雅科福列夫和苏霍伊设计局是否参加了这次角逐尚不清楚(苏霍伊当时也在考虑在苏-7基础上应用变后掠翼技术发展苏-17),但米高扬设计局却对此高度重视,专门为此安排了两个设计团队。其中一个设计组在设计方案中验证了变后掠翼技术,该方案后来演变成米格-23。第二个设计组采用了固定三角翼布局,但在机身中部安装了一组升力发动机,以提高短距起降能力。两种方案都采用新型的图曼斯基R-27F-300发动机,配备“蓝宝石”23型雷达,主要武器是4枚中距空空导弹。R-27F-300推力51千牛,加力推力83.3千牛。按照军方对机载高性能大尺寸雷达的要求,米高扬设计局抛弃了惯用的头部进气方式,改用了两侧进气布局。
不过,当时米高扬设计局对两侧进气方案并没有经验,设计人员必须先确定设计参数。设计人员制作的第一个模型称为米格-23M,该机采用扁平的两侧进气口——和变后掠翼的米格-23颇为相似。该方案还借用了Ye-8原型机的尾翼部件,但该机头部空间太小,无法容纳大型雷达。这一方案之所以称作米格-23M,是因为之前的Ye-8已经曾经使用过米格-23这个临时编号——米格-23M后来被用于命名米格-23的一种主要生产改型。历史资料显示,当时米高扬设计局还曾制作过一个备选概念模型,这一模型侧面写有米格-23的字样,采用两侧半圆形进气口和较大的头锥,还装有升力发动机。这一概念方案经过修改,更名为23-01。
1967年4月3日,23-01原型机进行了首飞,那时苏联设计师们已经发现变后掠翼设计具有更大的优势。事实上米高扬本人对变后掠翼技术也颇为垂青,在他的影响下,23-01原型机的试飞工作进行得十分潦草。测试中人们发现采用升力发动机和巡航发动机结合的短距起降设计存在较为棘手的问题,23-01在起降过程中(尤其是降落过程中)稳定性和操纵性较差。由于这一原因,23-01从来没有以低于150千米/小时的速度飞行过,据信该机总计飞行了14次。
1964年12月21日,美国的F-111A进行了首次试飞。此后不久的1965年,米高扬设计局开始设计变后掠翼原型机23-11。很明显,苏联人在变后掠翼的转轴位置完全借鉴了美国人的设计经验,23-11的内侧翼套和F-111A非常相似。苏联人从美国人的设计中领悟到,要想保证飞机低速大攻角时的稳定性,就必须保证流经整个变后掠翼部分上部的气流非常流畅。苏联人甚至照搬了F-111机翼的后掠角设定,起飞和着陆时为16度,巡航时为45度,超声速飞行时为72度。
23-11原计划安装一台R-27F2-300涡轮喷气发动机,这是23-01所采用的R-27F-300的发展型,但发动机的研制进度严重拖后,为了保证整个项目进度,23-11原型机只能装上一台老款发动机临时充数。23-11采用了带有大型附面层隔离板的矩形截面进气道(23-01是半圆形进气道)。
1967年6月10日,第一架23-11原型机进行了首次飞行,在第二次试飞过程中,变后掠翼机构进行了各个后掠角度的变化测试。第三次试飞中,23-11实现了超声速飞行。7月9日,在多蒙德多沃航空展上,23-11的亮相引起了全世界的关注,也就是从那时起西方为该机起了一个例行绰号“鞭挞者”(Flogger)。如今这架对苏联航空技术具有划时代意义的23-11原型机已经成为莫尼诺空军博物馆的珍贵藏品。
23-11为后来的量产型米格-23奠定了基础,最终苏联空军终于拥有了“鞭挞者”。最初苏联人只是希望生产一种纯粹的高速截击机,并没有过多考虑空战。1969年5月21日,第一架生产型米格-23首飞。在制造了几种过渡型号后,最终定型的米格23M于1972年开始服役,此时的米格-23已经演化成具备良好机动性和更大推力发动机的优良防空战斗机。事实证明,米格-23M是一种相当成功的飞机,先后生产了几个改型,其中一些至今仍在服役。
美国在越南战争中的经验证明,战术攻击机在现代战争中发挥着越来越大的作用,为此苏联人又在米格-23基础上增加了新的对地攻击设备,并对机首部位进行改进。更换了新型发动机,发展出战术攻击机米格-27。1970年8月20日,米格-27原型机首次飞行,北约组织仍然称之为“鞭挞者”。
另外,苏联人还曾经计划在上世纪70年代中期生产的米格-23ML基础上开发一种舰载型米格-23,该机最初被称为米格-23A,计划安装一台R-29-300发动机,可作为战斗机、轰炸机、攻击机甚至侦察机使用。为便于在航母上起降,米格-23A改善了驾驶舱视野,采用了更坚固的起落架,安装了着陆钩,并将原有的单片折叠式腹鳍换成了两片式。米格23A原定在1972年完成,拟用于1160工程中的苏联海军航空母舰,这艘航母将采用蒸汽弹射起飞以及拦阻着陆装置。但由于1160工程因困难重重被迫放弃,米格-23A也随之一起寿终正寝。
5年之后,米高扬设计局再次提出了米格-23K(23-32)航母舰载机方案,该机仍然是在米格-23ML基础上改进而来并借鉴了米格-23A的经验。不过,和米格-23A相比,米格-23K增大了机翼面积,采用了双开缝襟翼,进一步改善了起降性能,座舱盖也加大,还具备了空中加油能力。但最终没能获得苏联海军的青睐。
变翼升级·“装配匠”
苏霍伊苏-7是一款成功的战斗轰炸机,但随着美国F-111变后掠翼计划的出现,苏霍伊设计局也开始尝试开发变后掠翼作战飞机。中央空气流体动力研究院(TsAGI)和苏霍伊设计局进行了接洽,提出了在苏-713上安装可变后掠角的外翼段的想法。1963年TsAGI对这种构型概念作了大量吹风试验,依据这一思想,苏霍伊设计局制造了S-221验证机,将苏-7原来63度后掠角的固定翼换成了带有旋转轴的可动外翼(外翼的旋转轴距离机身距离较远),外翼最小后掠角为30度,最大后掠角为63度。
1966年上半年,苏联人为苏-7BM也安装了可变后掠翼,同年8月2日,改装
后的飞机完成了首飞,飞行测试效果良好。虽然机翼结构的复杂增加了飞机的重量,同时减少了飞机的燃油携带量,但在小后掠角状态下,飞机巡航的续航能力却有了较大增加。虽然该机实际上还只算是研究机,但试验的积极结果鼓舞了苏联人。他们要求将该机投入生产,并将其命名为苏-17。许多人认为,苏-17应该算是第二代苏-7,技术的改进延长了苏-7服役的时间。除了变后掠翼,苏-17和苏-7最大的区别在于前者从座舱到垂尾之间有一条延伸的凸起。西方将苏-17称作“装配匠”B,而将苏-7B重新命名为“装配匠”A。此外,苏联人还相继开发了苏-20和苏-22,这些变后掠翼飞机主要作为对地攻击机使用。
“击剑手”的故事
在1961年苏军批准苏霍伊苏-7B服役时,就向苏霍伊设计局提出要求,开发一种能够胜任精确空中打击的全天候攻击机。经过初步考察,苏霍伊设计局发现,如果采用苏-7平台,其较小的尺寸显然无法容纳全部任务所需的电子设备。
1962年到1963年,苏霍伊设计并制造了一架称作S-6的全尺寸样机模型,该机采用三角翼,拟安装两台图曼斯基R-21F-300涡喷发动机,座舱为串列双座布局。苏联军方对模型进行了审查,但由于当时数字化导航/攻击系统研制进展缓慢,因此S-6也就此搁置。
1964年,苏霍伊开始设计S-58M,据说该机是苏-15截击机(工厂代号S-58)的改进型。就在此时,苏联空军提出要开发一种具备短距起降能力的低空攻击机,该机应具备低空超声速巡航能力。要实现这一点,飞机需要安装两台图曼斯基R-27F-300加力涡喷发动机用于巡航,使用4台柯列索夫RD-36-25涡喷发动机用于短距起降。鉴于需要安装大尺寸的“猎户座”雷达,因此前机身宽度加大,这让并列双座成为可能。为了测试这种6台发动机方案,苏联人专门把第一台苏-15原型机改装成S-58VD试验机,在1966~1969年间进行了多次飞行试验。
1965年8月24日,该项目正式立项,内部编号定为T-6。首架原型机T-6-1在1967年5月完成,并于7月2日进行了首飞。最初的试飞中,T-6-1没有安装4台升力发动机,直到1967年10月才装上。短距起降试验数据表明,升力发动机会占用储油空间,从而影响航程。此外,由于安装了升力发动机,机身下方难以布置外挂点,而且飞机从短距起飞状态过渡到平飞状态过程也难以控制。
1968年8月7日,T-6考虑改用变后掠翼方案。据此设计的T-6-2I在1970年1月17日首次试飞,测试一直进行到1974年,结果表明该机完全可以投入现役。1975年2月4日,T-6被正式批准服役,命名为苏-24。苏-24采用上置的变后掠翼设计,固定的翼套部分前缘后掠角为69度-苏,24的机翼后掠角有4种选择:起飞和着陆时为16度,巡航时随高度不同为35度或45度,低空高速突防时为69度。变后掠翼设计赋予了苏-24良好的短距起降性能,其着陆速度为230千米/小时,比质量轻很多的苏-17还低。
苏24采用两台土星/留里卡AL-21F-3A加力涡喷发动机,单台推力109.8千牛。苏24采用并列双座设计,进气道位于机身两侧,早期“击剑手”A型的进气道还带有调整板,可以让苏24在高空达到时速2320千米(2.18马赫)的高速度,升限则可达到17500米。但实际上苏-24几乎只执行一种任务,即低空高速突防,所以调整板作动机构遂被取消,以降低重量和利于维护。
苏-24“击剑手”是上世纪七八十年代苏联最先进的全天候遮断/攻击机,总计生产了约1400架。今天阿塞拜疆、白俄罗斯、哈萨克斯坦、俄罗斯、乌兹别克斯坦和乌克兰等国仍然装备有大量苏-24,其中俄军拥有大约477架。
米高扬Ye-155
上世纪50年代末期,米高扬设计局曾计划开发一种多用途战斗机,该机要能兼顾截击机和侦察机。1958年苏联人就绘制了这种新型战斗机最初的草图,但全面设计工作直到1959年中期才真正展开。不久设计人员就发现只有采用新型的机载设备和制造技术才能满足性能要求。
防空军提出的截击机和空军提出的侦察机性能要求接近:最大速度3马赫,实用升限20000米。据此苏军高层在1960年决定设计一种飞机来满足二者的要求。1961年2月苏共中央委员会和部长会议联合发布意见,要求米高扬设计局开发这种新型飞机。这种截击机被称作Ye-155P,侦察型则被称作Ye-155R,两者都准备采用米库林及其助手图曼斯基设计的R15B-300轴流涡喷发动机。
Ye-155P的设计摒弃了以往米高扬战斗机头部进气道和圆柱形机身等经典特点,改为两侧矩形进气道,事后证明这样的选择是正确的。风洞试验表明,后缘平直的梯形机翼能够让飞机在2到3马赫的速度时拥有合适的升阻比,而且这样的机翼结构较轻,还能提供足够的翼内载油量。早期方案曾计划采用单垂尾和鸭式前翼,以提高全动平尾的配平效率,后来又变成了双垂尾和低平尾。在经过了对各种方案的评估后,最终Ye-155最终方案出炉,这就是日后的米格-25。
至于侦查型的Ye-155R,最初设计师们曾打算把它设计成一种变后掠翼飞机。在最大后掠角时,大幅后掠的主翼会靠近平尾,构成近似三角翼的布局,以改善飞机的高速性能,而在较小的后掠角时,飞机又能具备较好的机动性、续航性和短距起降性能。Ye-155R最初设计为双座,领航员位于飞机最前方,驾驶员在其后。但双座设计加上变后掠翼增加了飞机的最大起飞重量。实际上Ye-155R仅仅是用来执行高速照相侦察任务,高机动性对它并不具有更多的实用价值。经过评估,领航员的设置被认为属不必要,于是苏联人放弃了变后掠翼的双座方案,选择了单座固定翼方案。
图波列夫148方案
为了改进原有的图-128“提琴手”远程截击机,图波列夫设计局在放弃图-138方案后,不得不开始考虑其他的设计思路。这项工作开始时,恰逢另一项被称作145工程的变后掠翼轰炸机项目也在进行,于是图波列夫设计局便把变后掠翼技术用在了148方案上。1965年148方案开始设计,当年秋天全面设计已经展开。除了采用变后掠翼设计外,148方案装备的两台VD-19R2涡喷发动机,在机翼最大后掠角时能让飞机在50到100米高度上以1400千米/小时的高速飞行,在高度16000到18000米时,最大飞行速度可达2500千米/小时。148的设计起飞重量比图-128要小,因此该机的起降性能要显著优于后者。据估算148方案只需要800米跑道就能升空,而且可以使用三级机场和未铺路面的野战跑
道。与之相比,早前的图-128至少要滑跑1350米才能升空,最多只能使用二级机场。除了执行远程截击任务,148方案还可以对敌方后方纵深的空中交通情况进行侦察和袭扰,可以用空地导弹打击地面目标、执行高低空侦察任务、携带常规活核弹实施战术轰炸,以及作为近距支援飞机。经过研究,苏联人认为,该机的航程受速度影响很大,虽然可以通过空中加油把航程增加30%~40%,但即使在最小后掠角情况下,148方案也不可能实现4800千米的航程,因此最后决定放弃该计划。如果图-148真的被制造出来,会成为苏霍伊苏-24这类新型攻击机的有力竞争对手。
“逆火”横空
1962年起,苏联超声速轰炸,侦察机图-22“眼罩”开始进入苏军服役,但不久就发现了很多问题,还导致了几次坠机事故。除了超声速飞行时机体表面过热,图22最大的问题就是操纵性很差,其着陆速度比过去的轰炸机高出整整100千米/小时。而且着陆时机首上扬明显,非常容易发生擦尾事故(后来加装了电子辅助稳定装置后这一问题得到缓解)。在苏联人部分解决以上问题后,飞行员仍认为图-22不易驾驶,而且该机的维护保养非常麻烦。
图-22采用55度后掠翼。这种大后掠角对减小跨声速阻力固然有效,但也导致该机着陆速度较大,起降滑跑距离很长。和准备替换的图-16相比,图-22并没有成功实现性能提升,在某些方面(比如航程和起降性能)甚至还不如图-16。于是,就在图22开始服役后不久,图波列夫设计局就开始考虑对其进行改进。
和当时的米高扬设计局一样,图波列夫设计局也被变后掠翼的优点所吸引。正是在这样的指导思想下,设计人员开发出变后掠翼的图-22M。1969年8月30日,首架原型机图-22M0进行了首次飞行,也就是在这一时期,北约意识到了该机的存在。
1972年,首批生产型图-22M2开始制造,该机机翼更长,许多地方进行了重新设计,机身采用面积律设计,机组成员从图22的3人变为4人,采用了和F-4“鬼怪”一样的两侧进气道,主起落架也被设计为收入机翼根部附近的翼套内。1976年首飞的图-22M3体现了更多的改进,除了使用了新型NK-25发动机,还改用了和米格25“狐蝠”相似的楔形进气道,机翼的最大后掠角更大,机首也进行了改进,安装了新型雷达和导航,攻击系统。
图-22M3的机翼后掠角可以在20度到65度之间变化,相应地最大翼展为34.28米,最小翼展23.30米。机翼后掠角20度时翼面积为183.6平方米,65度时则为175.8平方米。图-22M3具备更好的低空高速突防能力和高空巡航性能,直到今天仍然是俄罗斯空军重要的突击装备。
最后的“海盗旗”
图-160的外形让人很容易想起美国B-I“枪骑兵”,虽然两者都采用了变后掠翼设计,但实际上图一160的飞行速度要高于B-1B。航程和载弹量都大于后者。图-160是苏联设计的最后一种战略轰炸机,该机在苏联战略航空装备中占据重要地位,至今仍在生产,现在至少有16架在俄空军中服役。由于多采用通体白色的防反光涂装,因此图-160被俄军飞行员亲昵地称作“白天鹅”。
图-160是美苏之间超声速重型战略轰炸装备较量的结果。1967年,苏联决定开发一种足以匹敌美国XB-70“瓦尔基里”的超声速战略轰炸机,新机要求达到3马赫的高速度。但没过多久,苏联人就发现研制这样一种飞机不仅造价高昂,而且制造技术相当复杂,于是苏联人退而求其次,决定降低设计指标(实际上在美国,XB-70项目也因技术问题被最终取消)。1972年,苏联开始研制一种新型变后掠翼重型轰炸机,新机设计最大速度为2.3马赫,其设计目标就是应对美国B-1轰炸机。当时图波列夫设计局的160M(采用了加长的飞翼布局以及图-144的部分特点)、米亚西舍夫的M-18和苏霍伊的T-4都参加了竞争。米亚西舍夫提出的M-18方案采用了变后掠翼设计,被认为是最为优良的,但苏联航空工业主管部门最终认定,只有图波列夫设计局能够实现这一复杂的设计。1973年,图波列夫设计局被指定来在米亚西舍夫原始设计的基础上开发新型战略轰炸机。
1977年,美国取消了B-1A项目,但苏联轰炸机项目仍在继续。也是在这一年,图-160的设计方案获得批准。1981年12月18日,图-160原型机进行了首次飞行。“海盗旗”采用了翼身融合设计和变后掠翼技术,机翼后掠角变化范围为20度到65度,采用了前缘全展向襟翼,后缘则装有双缝襟翼,飞机采用线传操纵系统。机翼展开时翼展55.70米,机翼面积为400平方米,最大后掠角状态下翼展为35.60米,机翼面积为360平方米。图-160高空最大速度可达2.05马赫,不进行空中加油情况下航程为17400千米,机内可载燃油130吨,能够让飞机在9000米高度以850千米/小时(0.77马赫)的速度连续飞行15小时。直到今天,“海盗旗”仍然是俄罗斯空中战略力量的中坚,但它也和美国“枪骑兵”一样,只能在孤寂中继续飞行——在“海盗旗”之后,世界上再也没有变后掠翼作战飞机投入使用。
责任编辑新浜