蘇27設計怎麼樣?出發點不錯,但成果與代價不成正比

2021-02-21 講武堂

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蘇27戰鬥機是俄羅斯有史以來設計最出色的戰鬥機。這是一種雙發、超音速、高機動性能空中優勢戰鬥機,用來與美國研發的 F-15」鷹「戰鬥機進行對抗。其擁有相當出色的超視距交戰能力以及由優秀的低速大迎角機動性能帶來的近距格鬥能力。通過所裝備的雷達與極具隱蔽性的紅外搜索與追蹤系統,可以使用一系列雷達或紅外製導飛彈。也擁有一套頭盔瞄準系統,飛行員只需要看向目標就可以將其鎖定。除了強大的空對空作戰能力。也可以裝備炸彈和無制導火箭彈去完成對一些對地打擊任務。

蘇27戰鬥機,脖子細長,線條流暢,類似白天鵝

蘇27飛機集中了高機動和超遠航程,以及十幾個飛彈掛點於一身的優秀戰鬥機,飛機個頭大,燃油多,航程遠,掛點多,造就了無以倫比的作戰潛力,為此衍生了大量大改型,蘇27sk單座戰鬥機,蘇27UB雙座教練機,蘇30雙座戰鬥轟炸機,蘇34並列雙座攻擊機,蘇33艦載戰鬥機,終極精裝奢侈版本蘇35多用途戰鬥機,除了俄羅斯和前蘇聯加盟共和國大量裝備外,中國也引進大量生產,並成為世界上最大的蘇27家族飛機最大用戶,除了直接進口的蘇27sk和蘇27UB,蘇30mkk和蘇35戰鬥機外,還在俄羅斯提供的產品基礎上研發了殲11B單座戰鬥機,殲11BS雙座教練機,殲15艦載機,殲16戰鬥轟炸機。

殲16戰鬥轟炸機,中國空軍的攻擊主力之一,從俄羅斯蘇30MKK上仿製而來

在這個奇蹟的背後,隱藏著什麼樣的秘密,飛機研發有啥值得吸取的經驗教訓,讓我們一起打開蘇27的面紗,一睹不為人知的面目。

這飛機的產生得從美國的著名飛行板磚F15戰鬥機說起,這個飛行板磚來源於飛行諺語:只要推力夠,板磚也能飛。

F-15戰鬥機是美國空軍最有名的三代戰鬥機,雙發超音速高機動空中優勢戰鬥機,這種戰鬥機的優點是爬升快加速快,三代機第一,火控雷達指標優良,能攜帶多枚超視距飛彈和紅外製導空空飛彈作戰,亞音速格鬥性能很突出,弱點是機翼設計保守,沒有採用邊條翼增加升力,主機翼前緣為了省事,沒有採用前緣襟翼增加升力降低阻力提高機動性,飛控設計相對比較落後,採用了控制增穩飛控系統,沒有採用三代機普遍採用的電傳飛控系統。

F-15戰鬥機,氣動和飛控設計落後,但是靠無敵的雷達發動機和先進設備和材料橫掃

雖然氣動設計和飛控設計比較落後,但是這是一種很恐怖的戰鬥機,採用了大量鈦合金和高強度鋁合金等先進材料和設備,在先進發動機F100的推動下,無與倫比,為了追求極致的高速和亞音速機動性能,飛機做的機體很輕,內油不多,內油航程很普通,比二代機F4好不了多少,美國人的思路就是依靠兩臺無敵的發動機,減重少油,儘量提高平臺機動性,氣動和飛控基本停留在二代機水平上,還是隨便吊打別人的三代機。

在滿足客戶正常使用要求的前提下,飛機越小越好,越輕越好,這是設計師的常識

1969年,美國FX計劃結束,產生了號稱108:0的F15戰鬥機,以此同時,密切關注美國動向的俄羅斯人也開始迅速行動,最後多家競標,最後產生了米格29和蘇27這兩種機型。

蘇27飛機從最開始設計就採用了先進的一體化升力體構思,領先於別的競爭對手

俄羅斯人在之前的英法合作協和飛機山寨版本圖144飛機上得到啟發,做升力體布局,比常規布局有巨大的優勢,而且之後美國F14戰鬥機的成功也預示著,升力體設計,機翼吊艙,雙發大間距非常有優勢,內油很少,超大航程。

最初的米格29方案,和F15非常像,不過機翼和邊條還是走升力體的路子,最後被蘇27帶歪了

最後得到的結果是,風洞數據非常完美,可以滿足高速高機動超大內油航程,然後蘇27就上馬了,由於升力體布局的巨大優勢,米格29也從原來的簡單模擬F15,改成總體抄襲蘇27,不過是一個不太成功的矮矬窮版本。

米格29戰鬥機,蘇27的同胞兄弟,個頭小,布局類似,但是設計粗糙,但是出活快

原本客戶要求的戰鬥機,航程就是2500公裡,6發飛彈,結果總師忽悠客戶,有個完美的布局可以保證高機動和掛載12飛彈外,還可以做到4000公裡的航程,對於這多出來的1500公裡的餡餅,客戶連一口伏特加都沒喝就吞下去了。

最後結果,F-15花了5年時間就出來,而蘇27,幾乎花了20年才出來,單純從對抗時效的角度來說,徹底失敗,而且,關鍵的機動性指標,也不佔優勢。

蘇27飛機設計根本思路有問題, 飛機內部空間太多,蘇霍伊設計局不是像正常飛機設計師一樣,儘量縮小飛機尺寸減輕重量,提高性能,而是把多餘的空間全部都拿來裝平時經常用不上的超載油,結果機體笨重不堪,嚴重影響了飛機機動性能,而且,這麼設計,也使得飛機沒有外掛副油箱,任務靈活性很差。

外掛副油箱出擊,這是大部分三代戰鬥機機共同的選擇,作戰前丟掉,保證最高機動性和戰鬥力

蘇27戰鬥機,正常飛行就加5噸油,剩下的5噸油空間基本不用,這叫超載油,除了超遠程攻擊或者轉場,正常基本用不到這麼多的內油,歐美設計師,正常都是儘量將飛機體積縮小,內油儘量減少,遠程任務基本靠外掛副油箱或者空中加油機餵奶,這麼做的好處就是,飛機重量輕,機動性好,而且對發動機的壓力小,可以比較容易做出高可靠長壽命的發動機。

由於總師選擇了一個超級愚蠢的思路,10噸內油,而他們的老對手F15A,內油才5噸多點,由於這個大麻煩,殼子大了不止一圈,機體重量暴漲,加上要和輕裝上陣的F15直接對抗,不得不對發動機提出了變態的要求,要知道,俄羅斯人那時候基礎工業材料,大多比美國落後一代以上,結果他們的提出的指標,發動機推比8,推力12.3噸,而且推力比美國F100發動機大20%之多,要知道,我國渦噴7發動機,就推力增加幾百公斤就花了九牛二虎之力。

AL-31發動機的研發過程,真是可歌可泣,經歷了無數次死亡然後重生,一切都歸於過於變態的要求

在這個變態的要求下,俄羅斯航空發動機廠家,不出意料的,一次又一次跪了,油耗高,超重,壽命短,可靠性差,整個研發期間,發動機廠家和變態的要求搏鬥,史無前例的換了一次又一次總師,架構換了一個又一個,最後結果犧牲了壽命和可靠性,最終穩定湊合能用,除了推力達標外到處都不達標:重量不達標,推比不達標,油耗不達標,壽命不達標,可靠性不達標,幾乎20年過去了,這時候,美國隱身戰鬥機F22競標基本結束了。

換個思路,假如蘇霍伊設計師,採用儘量縮小機體,內油做適當減少的情況下,飛機發動機推力10噸多點就可以夠用,估計飛機能提前7 8年就出來,F15,在1975年開始小批量生產,蘇27同樣也裝5噸內油的話,飛機小很多,難度也不算大,發動機也比較輕鬆,晚不了幾年就可以面世。

而且從氣動選型來看,蘇 27飛機最大問題是,沒摸清邊條後掠翼的特徵,用了力學特性最差的後掠翼,同樣展弦比三角翼根弦長度大多了,結構也比較強,翼展也較小,阻力也較小,亞音速巡航的升阻比大,但實際上三角翼展弦比一樣的話,升阻比一樣的,根稍比增大還能減小阻力。

蘇27飛機設計,機翼選擇比較失敗,機翼剛度比較差,造成滾轉性能差,掛重載能力也受影響

相同時候出來的飛機,米格29,雖然是後掠翼,但是根稍比取值大一點,但是根稍比取值大一點,毛病就小多了,而且結構也能做的更緊湊,這個基本是學習F15經驗的。

作死的不止這麼一點,為了保證4000公裡的大航程,而且還要全面壓倒F15這種天方夜譚式的要求,飛機結構做了一輪又一輪修改,而且誇張的是為了儘量壓榨任何一點設計優勢,蘇27飛機幾乎實驗了所有可能的部件結構和布局,簡單點說就是,借用蘇27飛機這個項目,蘇霍伊設計局基本把戰鬥機上能做的設計選項全部拉出來花錢花時間做了個遍。

簡單舉例就是:就飛機座艙蓋,蘇27飛機就做了正常的風擋前開式,和向後滑動式,還有側開式等等所有可能的花樣,實際上,壓根用不著,座艙蓋如此,飛機機翼,機身,起落架,到處如此,反覆折騰N次,直到客戶等不及為止。

為了總師定下的超高指標,蘇27飛機做了海量的實驗,花費了無數的金錢和時間

整個飛機修改的數量之多之頻繁,樣機製造了20多架,多架墜毀機毀人亡,在人類的航空史上幾乎絕無僅有,一架噴氣戰鬥機從開始提出方案到批量花了幾乎20年時間,大家都開玩笑:俄羅斯人用4倍於F15的時間和金錢,造就了一個大部分指標差5-10%的豪華戰鬥機,當然,除了盤旋好一點點,腿長一大截。

實際上,10噸內油4000公裡航程,12個掛點,9g機動戰勝F15戰鬥機,美國人自己在那個時候都做不到,何況基礎工業和設計水平差距更大的俄羅斯人。

蘇27戰鬥機的超大油量和超多掛點,不太適合空戰,而比較適合做遠程攻擊機

蘇27戰鬥機,最後的結論是,跟著美國人F-15學,但是沒有學到美國人設計的精髓:少油雙大推瘋狂減重。跟著F16學,學了邊條和飛控,但是機翼選擇失誤,真是扼腕嘆息。

志存高遠,但是不可好高騖遠。

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