双雇机雇舱设计

主持人 蓝白

专家 中秋

现代作战飞机虽然普遍装备有雷达系统，但正常飞行安全仍然需要目视环境支持。根据拥有现代仪表系统的高速喷气飞机的设计标准，飞行员在座舱里的眼位基本处于平显的中央位置，前向下视角度主要受座高和机头外形的限制，后座飞行员则受前座座椅靠背的限制。双座战术飞机如何为两名飞行员提供较好的工作和观察条件，必须在整个机体设计范围内寻找解决方法。本篇从教练机和战斗机角度谈谈双座舱布局要考虑的因素。

座舱布局的技术因素

中：根据国外飞机设计的标准，飞机设计必须保证飞行员前向和前侧视野。按照航空设计手册的数据要求，运输/轰炸机的前下视野要达到170：战斗/攻击机的低阻力要求比大型飞机高，但座舱前下视野也要在11°～15°范围。现代教练机普遍采用双座布局，包括并座和串座两种。如果采用串列双座布局，后座越过前座的视野垂直角度也要达到50。并座布局的教员和学员在舱内并排，教员可以直观地观察学员的操纵动作，两名飞行员的部分仪表可以通用，教员和学员前视观察条件基本相同，有利于教员对学员进行细致指导。并座布局对飞行训练有利，但两名飞行员并排需要较大的机体截面，对飞机的阻力控制不利，普遍用于低速初级教练机或大型飞机训练机型，不适合跨/超音速教练机使用。俄罗斯开发的苏27KUB采用并座布局，但其设计目标中很大部分着眼于多用途，这与苏24和苏-27IB的用途类似。

串座布局大都选择前学后教的座舱类型，两名飞行员串列坐在机身内，各自具备独立的驾驶和显示系统。串列双舱在轴向上的截面尺寸小，有利于降低飞机的结构重量和阻力，是现有战术教练机的基本座舱布局方式，下面也以串列双座布局作为主要分析目标。

专用教练机训练的是生手飞行学员，教员带飞和姿态监控的作用是决定性的。因此，专用教练机的后舱教员的座位要明显高于前舱，训练等级越低，后座前视角度要求就越高。教练机在气动设计上较偏重于提高升力，正常飞行条件下所需要的迎角相对较小，有利于两个驾驶舱获得相似的前向目视条件。专用教练机的前/后舱仪表和控制设备，除了后舱有超越控制有限设置外，两个驾驶舱没什么区别。

专用教练机大都采用小机头，机头位置只安排体积有限的设备。通过机头和机身的直径差异，使驾驶舱得以采用前低后高的纵向布局。根据公开资料，专用教练机的后座高度差多在0.15～0.35米之间，如美国的T-2和T-38差0.25米，西班牙c101中高级教练机、意大利$21 1中级教练机、意大利MB-339高级教练机分别为0.325、0.28和0.325米，日本的T-2和T-4教练机则为0.28米和0.27米。日本T-1教练机在设计上参考了美国的T-33教练机，较大的机头限制了前后座高度差。L-29虽然机头尺寸不大，却控制了机身尺寸。这两个型号的后座高度差分别只有0.12米和0.15米，后座的前向视野受限。

专用教练机的后座前向视野要求存在一个范围，驾驶舱前后高度差越大，驾驶舱段的阻力也越大。飞机的机头不能无限度缩小，必须在整体设计上妥协。根据数据标准对比，T-38、T-45和米格-AT的前向目视俯角分别为11°、15。和17°，椅位高度差为0，25、0，35和0，4米。座舱位置越靠前，俯视角和后座高度差越大。高速性能最好的T-38为满足减阻要求，不得不减少前视角和后座高度差。这还是对机载设备要求很低，基本不需要考虑火控雷达的教练机，如果是需要设置机头雷达的双座战斗机，前、后座的前向目视俯角必然受更大限制。

学员完成专用教练机训练阶段后，在技术操作方面已达到飞行员标准，进入部队后适应作战飞机的阶段叫改装，即改换装备。机体与作战飞机相同的双座教练机被称为同型教练机，基本都选择对飞行性能影响低的串列双座布局。

同样采用串列双座布局的中/高级喷气教练机和战斗机同型教练机，在座舱设计上是否存在区别？

中：两者在设计目标上有区别。

中/高级喷气教练机是培训飞行学员的实飞装备，作为学员技术熟练和经验积累的训练工具。教员的作用是传授和监控学员的动作，教员舱飞行员前向视野要与学员类似，以便教员能够直观了解学员的飞行状态。后座的座舱显示和操纵系统也与前舱相同，教员可以判断前舱学员的仪表状态并进行超越操纵。教练机的前/后舱是真正意义上的双舱。教练机最容易出危险的阶段是在着陆过程中，着陆的位置和姿态错误往往会带来毁灭性结果。中/高级教练机的教员如果没有好的前视环境，不能很好地监控飞机的着陆。

同型教练机是作战飞机的双座型号，其学员并不是需要严格控制的新手，而是具备完整飞行技术能力的合格飞行员，带飞的主要目标是使新飞行员熟悉装备。这意味着教员并不需要监控前舱的全部数据，新飞行员基本能完成正常飞行的操纵，教员只是讲解或对前舱操纵状态进行控制和调整，避免前舱飞行员因不熟悉装备导致操纵误差。同型教练机的带飞重点是熟悉新装备的飞行特性，后舱不需要与前舱完全一致的设备，也不需要有与前舱一致的前向视野，设计标准比专用教练机也要相对灵活。

座舱布局的战术意图

双座同型教练机与单座战斗机的装备比例是否体现不同战术意图？

中：同型教练机早期应该算是简单的增加用途。通过增加一个座舱使作战飞机具备带教功能，又不会影响平台本身的基本性能和用途，成本增加和性能降低幅度也控制在要求范围内。早期双座机靠增加背脊、减少燃料甚至减少设备来满足双舱要求，性能所受的影响则用整体效能来弥补。正是因为双座机不可避免要影响性能，功能又比较单一，因此在装备量上受到很大控制，双座同型教练机往往只有单座型装备量的1/4～1/5，甚至降低到1/6仍能满足需求。随着航空技术的发展和航空兵装备成本的增加，双座同型教练机越来越难以满足单一用途大机群的规模要求，双座机在带飞训练的同时也开始承担起双座战斗机的其它任务。F-4“鬼怪”Ⅱ算是最早的多用途战斗机，双座舱设计虽以对空作战为主，但通过越南和中东战争中的频繁参战，也体现出增加武器操纵员对多用途的作用。飞机性能的提高和机载设备的发展，使多用途战斗机的研制成为可能，独立武器操作员很快成了必需。endprint

EF-2000和“阵风”的单/双座型装备比例已基本相当，承担多用途任务的目的超过了训练要求。欧洲联合研制的“美洲虎”是教练/攻击通用平台，其教练型的前舱依靠占用前部设备和雷达舱实现双座布局，后座相对前座的高度差达到了0.38米，虽然有效控制了双座舱的阻力，却也失去了应用大尺寸雷达的条件。“美洲虎”双座型仅在必要时用于执行战术攻击任务，无法安装大型设备对战斗力的影响不大。

苏联的米格25是强化超音速性能的战斗机，其双座教练型同样是将前座安排在前设备舱位置，通过设置独立的前舱保证气动效果，却完全失去了米格25原本的截击能力。米格-23作为重视飞行速度的战斗机，机体布局很难保证后座有足够的高度差，为了在设置双座舱的同时保持雷达舱，补偿后座前视角度的潜望镜成了后舱标准装备。

随着多用途战斗机装备需求的出现，以F-15E为代表的双用途战斗机开始装备，双座舱不再局限在带飞教练，而是更多体现专业武器操作员的功能。双座型的教练价值并没受到影响，但多用途功能强化了双座机的地位，双座机在机队中的装备比例迅速增加。“阵风”这类新机的双座型比例已经相当于单座，双座舱设置的根本目标变化最终影响了总体装备布局。米格29的双座型是受益于多用途的典型。早期的米格29UB采用双舱布局时，为降低对飞机平台性能的影响，前舱很大部分占用了机头电子设备舱的空间，为此将单座型的雷达换成了小型的测距器。虽然平衡了双座需求和内部空间，但没有火控雷达的米格29UB失去了全天候和中距空战能力，只剩下在昼间执行近距格斗的空战能力。米格29UB的改进措施对教练机的影响不大，苏联空军也能保证低战斗力教练型的足够装备规模。随着大规模战争危险的降低和装备规模的减少，新型米格-29改进型侧重于多用途发展。米格29SMT/M和米格-35的设计中，双座舱的位置明显向机体后段移动，通过降低后座前向视野的方式，换取了保留与单座同样的机头和雷达系统的条件。

尺寸和空间的限制

轻型战斗机机体空间限制更大，对双座设计是否存在更大影响？

中：以中巴联合研制的FC-I轻型战斗机为例，虽然在理论上可以依靠JL-9承担训练任务，但双座型战斗机的带飞价值是难以忽视的，增加一个座位也可以提供比较高的灵活性。FC-1已经确定发展双座型，但FC-I是起飞重量10吨级的轻型机，仍然遗留了原本米格-21的特征，平台存在机体小和空间不足的问题。米格-21的教练型虽然设备并不多，但有限的机体仍然造成了紧张的空间限制，尤其是中机身油箱与后座舱的矛盾非常紧张。增加后座后，设备和燃料不得不放到背脊中，全天候米格21也采用了同样的大背脊结构。F-5系列是美国研制的“国际型”战斗机，其二代型号F-5E是单座超音速战斗机，但在研制双座教练型F-5F时，为了在保证基本飞行性能的同时设置双舱，只能将机体的长度增加了1.2米。可见小机体在双座舱设计时的难度之大。

苏联战术飞机双舱设置的方式有两种。一种是类似西方同类飞机的米格-2IU的串座，虽然也有比较大的背脊，但双舱的高度差很小，后舱靠潜望镜获得好的前向视野。另一种是米格25/29的双座教练型布局，通过减少甚至取消机头的雷达天线空间，在机头前位置设置半埋的学员舱，教员舱仍然维持在单座类似的位置，通过减少设备来避免气动变动对性能的影响。

西方战斗教练机采取的措施大体相似。法国“幻影”F1的总油量仅有4300升，双座型增设的后座就占用了450升燃料的空间。F-16为了增加后座驾驶位，不得不挤占部分机体后设备舱和燃料空间，教练型采用了加大尺寸和长度的水泡座舱，虽然机体重量只增加略超过200千克，却减少了537千克的燃料载荷。强化多用途能力的F-16双座型，为了恢复燃料和设备条件，将部分设备移到座舱后新增的背脊中。F/A-1 8的机体空间比F-16充裕，但F/A-18B的燃料载荷仍然比F/A-18A低6%，约300千克。机体内部空间问题是双座机面对的重要制约。同时，中、轻型战斗机的机体长度小，从驾驶舱到发动机段之间的距离小，增加双座后的后座已经接近发动机前端，需要采用过渡段满足气动整流需要，从后舱到机身之间过渡也会促进背脊的产生。EF-2000的机体长度较小，座舱后的突起比较明显。相对而言，机体较狭长的F/A-18则在轴向显得空间充裕，机身的变化不大，只是明显增加了座舱盖的高度和长度，减阻和减重效果相对更加有利。F-15拥有更加充裕的内部空间，在开始设计阶段就预留了后座舱的空间，增加后座对机体结构基本没有产生影响，结构重量增量也控制在接近座舱本身的幅度内，是双座系列化改进中难得的正面典型。

FC-I与米格-21相比，在双座设计上的局限性如何？

中：FC-1的机体空间虽然比米格21要充裕得多，但轻型战斗机燃料和设备空间紧张问题同样存在，RD-93-的长度也比同类的EJ-200/F-404大。FC-I基础设计上并没考虑到双座型，飞机尺寸就那么大，如果在单座飞行员舱位后增加后座舱位，必然要占用后设备舱和机体主油箱空间。双座FC-1要保证战斗力，就必须维持基本燃料载荷，减阻、增容要求使FC-1双座型也存在大尺寸背脊。双座FC-1模型的机体背脊布局与Jl-9接近，结构和气动技术相对比较成熟，解决问题的方法也很直接，对飞行性能的影响也是这个规格战斗机设置双座必然的代价。

后座舱的前视要求是教练机的硬指标，但要在单座机上改造双座机的难度很大。根据公开数据，中国航空系统在研制歼-6的双座教练型时，面对后座舱高度受机体限制的问题，采取了前低后高的方法尽力争取后座空间。歼教-6前座飞行员头靠高度降低了40毫米，后座椅位高度增加了70毫米，合计取得的后座高度差勉强超过0.1米。歼教一7的双座舱布局与歼教-6大体相似，尺寸有限的机体同样限制了座舱高度差，像米格21U即使采取加大背脊的措施，后座也不具备有效的前视角度，歼教-7存在同样的问题。为满足后座前视要求，歼教-7采用了苏联战斗教练机标准的潜望镜，后舱教员通过潜望镜提供的条件，能将视线中心线扩大到机头25米位置，在有限角度内与前座视线大体重合。endprint

战斗机改装设计双座舱时，增加后座和座舱盖的重量和阻力是必须的代价，但机体整流和空间限制产生的背脊结构，所增加的阻力和重量则是附带的代价。F-15和F/A-18那样无背脊的双舱布局自然对性能最有利，但很多机型受到内部空间和气动限制，必须增加背脊来弥补增加后座舱的影响。如果不考虑内部空间的限制，后舱的高度就是背脊高度的标准，为了限制背脊对结构和气动的影响，势必要对后舱的高度做出限制，换言之就是必须限制后舱的高度差。很多双座战斗机的后座前向视野不佳，没有飞行训练功能的型号甚至放弃了后舱前视要求，如米格31后座就几乎不具备有效的前视条件。

双座目视条件对整体布局的影响

苏27的同型教练机苏27UB在外形设计上与其它重型战斗机的同型教练机差异很大。请谈谈其设计原因。

中：苏27UB相比其它类似机型的双座教练机，最大差异就是突起的后舱形成的驼背。对比美国类似标准的双座型F-15B/D，苏-27UB的双舱尺寸远大于直接的串座，前机体设置双座所需结构空间和重量也更大，增大机体的体积势必增加阻力。苏27UB基本重量比苏-27S增加了超过1吨，平飞阻力也有明显增加，但动力性能却无改善，致使整个飞行性能指标都受到影响，尤其是以爬升率为代表的机动性指标降低最明显，性能衰减比例要超过西方同类三代机的双座改型。

苏27UB串列座舱的大背脊布局对结构和气动的影口向都很大。按俄罗斯公开的资料数据，苏27UB航程比苏-27S降低了近15%，爬升率降低了约12%，盘旋半径则增加了6%，综合性能削减远比F-15A/B的对比明显。苏-27UB为什么要设置如此特殊的后舱呢？这就要从苏27系列的整体布局说起。苏-27最明显的特点就是那个下俯的机头，鹰隼样的机头给观者很强的视觉冲击。但从飞行气动角度可以知道，这样的角度在飞行中会产生巨大的阻力和偏转力矩。苏-27是如何解决这个问题的？如果从机头位置向后去观察机翼和进气道，可以发现从进气道下沿到机翼弦线，都处于与机头轴线基本平行的状态，这就说明苏27在正常平飞时机头是水平的，而中/后段机身和机翼带有固定的迎角，利于平飞时形成足够大的升力，这也是苏27气动设计与采用类似布局的米格29的主要差异。米格-29之所以采用占用机头的双座舱，是因为这个型号的内部空间本身就很紧张，单座驾驶舱后的空间只能留给宝贵的燃料，只有牺牲对专用教练机价值略低的火控雷达。

苏27平飞状态的机头轴线也是处-于水平状态，是否会影响前向视野？

中：是的，这使苏27的前向视野没有地面停放时那么好。苏27的前向俯视角度在同代机中并不算好。根据平飞数据对比，同样平飞状态下的F-15/F-16的前向目视俯角均为150，苏-27则只有13.5°。苏27平飞时的前机体呈前高后低的状态，为了不影响机头雷达设备，苏27UB大幅抬高了后舱高度，但在平飞时后舱仍没有足够的目视高度差，后舱4°的前向视角只能满足最基本的目视条件，不过比起需要靠潜望镜观察的米格29要好很多。

苏联前线战斗机采用大规模装备和大规模使用的世界大战标准，米格29的机体和发动机寿命远比苏27低，机载设备和成品也更为简单廉价。作为前线战斗机，米格-29UB这样没有全天候和拦射作战能力的战斗机，仍然能够承担昼间空中优势任务，低成本也可以装备数量更加充足的战斗机，双座教练机的作战功能仅是增强机队的规模，简化设备对整体战斗力的影响很小。

苏27是装备苏联防空军的高性能战斗机，自然有着与尖端技术相适应的成本，装备规模很难达到满意的标准。作为国土防空战斗机使用时，苏27S要直接面对攻势护航的F-15A战斗机，空战性能不能不好。但防空军战斗机最大的对手是轰炸机，是美军B-52、B-1B这些飞机。苏27UB的飞行性能比苏-27S差，对付F-15会困难些，对付轰炸机却没什么难度。苏联防空军研制高机动远程防空战斗机时，要求在无雷达引导时独立作战，这就需要为机组增设专门的雷达操作员。苏30最初的设计就是防空军的专用拦截机，利用苏27UB的双座舱配置雷达和武器操纵员，机动性能的下降不会影响国土防空的拦截功能，附加的空中加油设备则可抵消航程降低的缺陷。

按照国外同类同型教练机的座舱分析，后座教员的前向视野都不好，尤其是在带迎角着陆过程中，部分型号完全不具备前向观察条件，需要靠潜望镜或前座平显摄像机提供支持。EF-2000虽然机体布局与苏27UB不同，但大尺寸座舱盖和突起的背脊的作用相同。“阵风”双座型也存在整流的背脊，只是向后收缩的幅度要明显大于EF-2000。早期战斗机的功能相对比较单一，教练型的装备比例也不算高。现代战斗机的机载设备复杂，机体内部空间更加紧张。尤其是多用途战斗机装备思想被广泛接受后，先进战斗机双座型的同型教练机色彩大幅度减少，作战机组的配合功能要求得到强化，战斗机双座型的设计方法也开始逐步趋同。

苏30MK作为苏-27的多用途改进型，后舱的主要功能是武器操纵。多用途也必然会产生结构增重，但苏30MK作为以出口为主要目标的机型，没有条件像米格29M那样在结构上大动干戈，直接利用苏27UB/30的机体最为经济。苏27的气动底子始终是优势，苏27UB就算降低后的飞行性能也大体上过得去。苏27UB只是单纯的给苏27S增加教员舱，苏-30MK则是利用苏27UB的机体改造多用途战斗机，强化外挂载荷并引入部分苏24的武器。苏30MK是俄罗斯专门为出口开发的机型，直接利用苏27UB设计就是为了简单便宜，争取进度以获取用户，也方便使用苏27的国外用户维护保养。苏30MK不是俄规划中的多用途战斗机项目，整体设计完善度不如苏27M和苏271B，如果俄罗斯设计师有必要的时间和资源去细致发挥，苏-30MK可能不会直接采用苏27UB的座舱布局。

如果排除时间和经济因素的限制，按照多用途功能应如何设计苏30MK？

中：例子还是有的，那就是昙花一现的苏33UB。苏-33UB是为俄海军开发的舰载教练机，也是目前世界上唯一的重型舰载教练机。苏33UB采用了与苏34相似的并列座舱，但与内部空间大得出奇甚至宣称有卧铺和厕所的苏34相比，苏-33UB的座舱布局算得上是局促紧张，也没安装苏34座舱那套钛合金防护装甲。苏33UB保持了与苏33/27S相似的雷达罩和中段机体，只在座舱部分增加了机头中段的直径，安置了与苏24布局相似的两套座椅。

按照苏33UB的技术特点看，用于驾驶的座舱空间并不大，两名飞行员共用部分仪表和设备，驾驶位内部宽度还不到1.5米，结构改动比苏34的座舱小得多。同时，苏33UB的座舱不影响单座型雷达舱和中机身的设计，为双座付出的结构重量和阻力代价都不大，却获得了相当于苏34的座舱条件。苏33UB两名飞行员都有良好的前向视野，不但有利于训练和交替驾驶，也更适合承担战术攻击和长时间突防任务。F-111和苏-34都是并座布局的战术攻击机，苏34的并座设计虽然在对地功能上更完善，但在结构和气动上付出的代价更大，又失去了格斗空战性能。苏33UB在驾驶舱布局上具备苏-27UB和苏34的优点，不考虑舰载就没必要设置增升的前翼，结构重量和阻力并不会比串座的苏27UB高，与单座型结构标准化程度也更高。如果俄罗斯设计师有足够的时间和资源，按照苏33UB驾驶舱设计的苏-30MK，综合飞行性能也许会比现在的苏30MK更强。endprint