樊 宇,张玉虎,李庆谊
(空军航空大学初训基地,辽宁 阜新, 123100)
军用教练机是专门用于训练部队空勤人员的军用飞机,按照研制途径,可分为两类:一类是作战飞机的训练改型,如单座教练机的双座教练机型等;二是为学员训练专门研制的专业教练机。本文主要研究配装单发螺旋桨发动机为学员训练专门研制的军用教练机,其中螺旋桨式发动机包括活塞发动机和涡轮螺旋桨发动机。
PC-9 是瑞士皮拉图斯飞机制造公司生产制造的单发螺旋桨发动机、下单翼、前后串连座椅的教练机(见图1)。1982 年5 月开始设计,第一架于1984 年5月首飞, 第二架于1984 年7 月首飞,1985 年获得特技飞行许可证。 PC-9 广泛装备于缅甸、沙特阿拉伯、澳大利亚、克罗地亚、斯洛文尼亚、阿曼、德国、墨西哥等多个国家。 1996 年5 月,获得皮拉图斯授权的美国豪客比奇飞机公司参加美国空/海军联合初级教练机系统(JPATS)的投标,在PC-9 的基础上改进研制出美国版的PC-9MK2 ,即教练机领域的T-6A“德克萨斯人II”(见图2)。 韩国空军参考PC-9,研制KT-1 型涡桨教练机。
图1 PC-9
图2 T-6A
巴西“巨嘴鸟”教练机EMB-312 是巴西航空工业公司为巴西空军研制的初级教练机(见图3),1978 年开始设计, 第一架和第二架分别于1980 年8 月和1980 年12 月首次试飞,1983 年开始交货, 巴西空军装备的“巨嘴鸟”编号T-27 为训练型,A-27 为对地攻击型。EMB-312 装备于埃及、伊拉克、洪都拉斯、秘鲁、阿根廷、法国、伊朗、委内瑞拉、安哥拉等多个国家。英国肖特兄弟公司(Short Brothers)于20 世纪80 年代根据空军需求,在EMB-312 基础上改型,生产出S-312 T1 教练机。 在“巨嘴鸟”之后,巴西航空工业公司又推出性能更加优异的EMB-314 “超级巨嘴鸟”(Super Tucano),EMB-314 是EMB-312 的加强型(见图4),首架原型机于1992 年升空,该机型设计时更加注重对地攻击使用的需求,且专门发展了轻型攻击型ALX (Trainer and Light Attack Aircraft)。 2011 年底,在美国空军轻型螺旋桨攻击机选型竞争中,巴西“超级巨嘴鸟” 轻松战胜比奇飞机公司AT-6 教练机(前文提到的T-6A“德克萨斯人II”的对地攻击型),巴西航空工业公司和美国内华达山脉股份公司合作开发了A-29“超级巨嘴鸟”,A-29 在阿富汗战场上多次亮相。
图3 EMB-312
图4 EMB-314
2016 年5 月, 世界首架全碳纤维材料制造的奥地利钻石公司DART-450(见图5)首飞成功。 除了采用全碳纤维外,DART-450 配备了侧杆操纵。
图5 DART-450
2019 年初, 中电科芜湖钻石公司研制的TA-20初级教练机 (见图6) 搭配成都赫尔墨斯公司SMART-210 综合航电系统首飞成功。TA-20 教练机的总体设计源于DART-450,中电科芜湖钻石公司之所以能够引进该机技术,并成功研发TA-20,主要缘于2017 年万丰奥特控股旗下的万丰航空工业有限公司全资收购了奥地利钻石飞机公司,拥有了该公司的股权和管理权。
图6 TA-20
据defence-ua 网站2022 年2 月4 日报道,奥地利飞机制造商钻石工业宣布其新的DART-750 发动机不再选用乌克兰马达西奇公司的产品,而决定采用加拿大普惠公司PT6A-25C 发动机,以促进飞机在西方市场的推广。 DART-750 的基础也是DART-450。
根据2018 年出版的资料, 俄罗斯国防部已经确定选用雅克-152 替代雅克-52。 雅克-152(见图7)是俄罗斯雅科夫列夫设计局最新研制的单发涡轮螺旋桨串列双座初级教练机。 2016 年9 月29 日首飞的俄罗斯伊尔库特制造厂生产的雅克-152 样机配装的是德国RED 股份有限公司功率为368Kw 的A03 V-12 活塞发动机。
图7 雅克-152
2021 年举行的俄罗斯“军队-2021”论坛上,乌拉尔民航厂的展台,静态展示的UTS-800 教练机(见图8)原型亮相,俄罗斯技术集团透露,UTS-800 教练机在2021 年底进行首飞。 从外观上看,UTS-800 和雅克-152 是相似的,UTS-800 教练机动力装置是一台俄罗斯国产的VK-800SP 涡轮螺旋桨发动机,起飞功率最高900 马力(662Kw),连续输出功率为810 马力(596Kw)。
图8 UTS-800
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世界上大部分国家装备的军用螺旋桨教练机,都源于瑞士PC-9 系列和巴西“巨嘴鸟”系列,源于瑞士PC-9 的T-6A 装备于美国空海军和欧洲—北约联合喷气机飞行训练项目。巴西“巨嘴鸟”系列在世界上装备国家多,数量大。 DART-450 采用的整机碳纤维和侧杆操纵设计代表了军用螺旋教练机的材料和技术发展方向,且DART-450 的“中国版”TA-20 已经在国内试飞。 雅克-152 曾经是雅科夫列夫设计局与航空工业洪都签约合作研发的项目,因此这四款教练机具有很强的代表性。下面对这几款典型的军用螺旋桨教练机的性能进行比较。
世界典型军用螺旋桨教练机有以下几个特点:①研制时间早,型号服役时间长。PC-9 教练机和EMB-312 教练机均为20 世纪80 年代初首飞,到现在依然在生产销售,并且衍生出很多的新型号。 ②装配涡轮螺旋桨发动机,弹射座椅,飞行性能和座舱环境与后续机种衔接较好, 可根据客户需求改装成轻型攻击机。③价格昂贵,但使用寿命长,长期费效比高。 瑞士PC-9 根据配置不同单价500~800 万美元(2007 年),美国T-6A 根据配置不同单价420~620 万美元(2005年),PC-9 韩国版KT-1 教练机单价300~850 万美元(2007 年)。 EMB-314 “超级巨嘴鸟”单价500~800 万美元(2007 年),EMB-314 “超级巨嘴鸟”武装教练型(AT-29)单价936 万美元(2008 年)。1999 年,中国向埃及出口喷气式中级教练机K8E 生产线, 计划生产80 架,总金额3.45 亿美元,单机价格约431 万美元,同年代捷克L39 中级喷气式教练机单价530 万美元。以上列举的典型军用螺旋桨教练机价格要高于喷气式中级教练机,主要原因是这些教练机都装配了涡轮螺旋桨发动机,涡轮螺旋桨发动机属于涡轮燃气动力装置,价格并不比涡喷、涡扇发动机便宜。这几款典型军用螺旋桨教练机的经济性主要体现在使用年限、每飞行小时的费用上。例如:EMB-314 训练型的使用寿命为18000 飞行小时,PC-9M 训练型的使用寿命约为16000 飞行小时,T-6A 的使用寿命在16000~18000 飞行小时之间,PT6A-68 涡轮螺旋桨发动机首翻期4500 小时,按照每飞行小时的费用来进行计算,这几款典型军用螺旋桨教练机具有较高的性价比。
中国很早就关注世界军用螺旋桨教练机。1986年6 月,皮拉图斯公司一行12 人,携一架PC-9 教练机,在沙河机场进行飞行表演并与中国的技术人员进行座谈,中方派出5 名飞行员与瑞士试飞员进行了评定性飞行,PC-9 的性能受到中方人员的好评,当时PC-9 的价格为200 万美元。 随着时代发展,雅克-152 出现了,雅克-152 是雅科夫列夫设计局与航空工业洪都双方共同设计、共享知识产权、分享国际市场份额的产品。 航空工业洪都项目型号代号为“L7”,并首先生产出了试飞试验样机, 参加了2010 年珠海航展地面静态展示,并于当年完成了测试性内部首飞,后生产3 架样机用于加快试验和试飞,后来两国军方用户需求差异增大,合作终止。 目前,中国航空工业进入了“20 时代”,歼20、运20 等先进飞机大量列装部队,仅从中国航空工业的技术层面看,研制一款并不属于尖端装备的螺旋桨式基础教练机并不难,有军事专家认为,关键之关键在于缺乏一款性能和加拿大普惠公司PT6A 发动机相似,最大功率在600~1200Kw的国产涡轮螺旋桨发动机。通过上文对世界典型军用螺旋桨教练机的介绍可以看出,不管是瑞士PC-9 系列教练机,还是巴西“巨嘴鸟”系列,装配的发动机都是加拿大普惠公司PT6A 系列发动机,DART-450 的后续改型DART-750 也计划采用PT6A 系列发动机。PT6A 系列发动机自1964 年投入市场以来, 至2003年已交付31304 台,单价22.5~50 万美元(2004 年),是世界上应用最普遍的涡轮螺旋桨发动机,用于世界上160 个国家5599 家用户12700 多架中小型军、民用固定翼飞机,我国的运12 飞机上就装备了PT6A-27 发动机。
中国航空发动机工业虽然与世界发达国家相比还存在一定的差距,但中国并非没有可供选择的国产涡轮螺旋桨发动机。根据《民航经济与技术》1999 年5月报道,航空工业总公司第608 研究所和南方动力机械公司等单位共同设计、生产、制造了涡桨9 发动机,使用功率500Kw, 其目标是取代国产运12 运输机上正在使用的PT6A-27 发动机。2018 年珠海航展,中国航空发动机集团有限公司展出了不少涡轮螺旋桨发动机,其中有两款可应用于2~5 吨的轻型飞机或无人机, 第一款就是基于涡桨9 的民用版型号AEP-50E(见图9),其最大功率为500Kw,外形尺寸1507×460×510mm,质量168kg。另一款为AEP-80(见图10)涡轮螺旋桨发动机,其性能输出功率是800Kw,800Kw 级涡轮螺旋桨发动机完全可以和PC-9 采用的PT6A-62(708Kw)发动机相比。
另外,轻型弹射座椅也是世界典型军用螺旋桨教练机的标配,且价格昂贵,中国能够独立自主研发弹射座椅,但轻型飞机的弹射座椅没有现成的产品,其研制过程和研发生产成本都会对中国发展军用螺旋桨教练机带来影响。
对于军用螺旋桨教练机,必须在飞机性能、座舱显示、弹射救生和控制环境方面与后续高级教练机充分衔接,才能使飞行学习曲线更为平滑,提高训练质量和训练效益。 研究世界典型军用螺旋桨教练机,可为新时期军事作战背景下构建合理教练机体系提供参考。