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眼镜蛇、落叶飘等过失速机动对于五代机和格斗空战的意义

原标题:眼镜蛇、落叶飘等过失速机动对于五代机和格斗空战的意义

11月6日上午,珠海航展进行了首个展览日的飞行表演。如果要评选出当日飞行表演中最夺人眼球的“首席网红”,歼-10B矢量推进技术验证机(下简称歼-10B TVC)肯定会高票当选。在短短15分钟的表演时间内,歼-10B TVC先后表演了“眼镜蛇”、“落叶飘”等著名的特技飞行动作,其表演之精彩赢得满堂喝彩,并引发了国内外对于中国航空技术发展的关注。而歼-10TVC的表演在广受瞩目的同时,也将“过失速机动”这个概念代入公众视野当中。

说起过失速机动,只要稍微对现代航空技术有点了解的人都能说个一二,如“弗罗洛夫法轮”、“钟”、“落叶飘”等等,最不济的也能说出个“普加乔夫眼镜蛇”。这些概念虽然是“侧卫”系列战斗机炒火的,但往根上倒腾并不算新鲜。所谓过失速机动,指的是在飞机实际迎角超过失速迎角时进行的机动动作。在这种状态下,飞机要实现从平飞到大仰角飞行的转换,迎角也迅速增加到30°到40°左右的失速迎角,在减速过程中甚至会达到70°以上。随即,飞行员控制飞机迅速进行机头朝向的变换,在机头指向预定方向后再改出机动动作并恢复平飞状态。上述过程听着十分简单,但具体实施起来,可不是什么飞机都能干得出来的——当然,对于飞行员来说也一样。

图注:11月6日在珠海航展上进行“眼镜蛇”机动表演的歼-10B TVC(摄影:军网英文/杨盼)

瑞典于上世纪50年代设计的Saab-35“龙”式战斗机已经能进行类似“眼镜蛇”的准过失速机动。到上世纪70年代,原联邦德国的MBB公司率先开始了对飞行包线上过失速区内机动能力、以及此类能力对空战的作用的研究。到80年代,原联邦德国航空技术专家赫伯斯特率先提出了“超机动性”概念,随后美德两国联合研制了X-29A、X-31A、F-18HARV等用于过失速机动研究的机型。1989年的巴黎航展上,苏联试飞员普加乔夫驾驶苏-27战斗机表演了“眼镜蛇”机动,由此过失速机动正式走入公众视野。

从视觉效果上来说,过失速机动可以说是进行飞行表演的不二之选——虽然倒飞、横滚、尾冲这些动作也非常考验飞行员和飞机的“基本功”,但战斗机在进行飞行表演时飞行高度动辄二百米以上,沿轴线进行的自身机动和飞行轨迹变化不显著的失速机动很容易被观众忽略。所以,当歼-10B TVC表演“眼镜蛇”和“落叶飘”时,地面观众一片欢呼是非常正常的,即便不懂航空技术、也不知道实现这些机动的技术难度者,也能明显看出这种动作的“高大上”。然而视觉效果是一回事,实战意义是另一回事。自从过失速机动诞生的那天开始,对于这种这种机动究竟是“决斗中的杀手锏”还是“纯粹炫技玩票”就一直争论不休。

图注:美国三种用于过失速机动验证的机型,自上至下分别为F/A-18HARV、X-31A和F-16 VISTA。说起来,美国是过失速机动研究的起源地之一、同时也是最早为过失速机动专门设计验证机、以及最早将过失速机动运用于战斗机设计的国家,但对过失速机动的反对声音同样起源于美国,这实在说不清是美国人“看透”了过失速机动还是单纯的“精神分裂”。

在过失速机动刚刚开始流行的时期,人们曾经对于这种动作的战术意义津津乐道。当时主流观点认为,过失速机动在近距空战时具有特殊作用。具有过失速机动能力的一方,能够利用此类机动迅速改变位置和机头指向,从而使自身摆脱不利位置或更快地抢占有利位置。然而近十几年来,过失速机动正在成为一个不尴不尬的存在。诚然过失速机动能够迅速改变飞机的飞行状态,但随之而来的问题也是非常明显的——在进行过失速机动后,飞机的高度、速度等关键性姿态数据都会大幅下降,哪怕恢复平飞状态后也不再占据速度和高度上的优势。如果是在格斗作战中出现这种情况,那几乎可以认定就该等着被对方当“肉鸡”了。

另外,由于需要迅速改变推力方向,因此实现过失速机动离不开TVC技术。然而从目前的实战结果来看,TVC的表现有点过于悲剧。2008年,印度空军派出苏-30MKI参加美国空军的“红旗”军演,此次演习中苏-30MKI在格斗对抗中使用了TVC,结果却被美军的F-15C死死咬住,甚至美军飞行员还能明确地追踪到苏-30MKI在使用TVC转弯后因推力损失造成高度迅速下降的轨迹。可见,至少是在苏-30MKI这种能实现部分过失速机动的四代机上,TVC运用起来效果没那么理想。作为过失速机动的基础的TVC用了竟然还不如不用,这确实让人感觉有点尴尬。

图注:2008年,印度空军曾派苏-30MKI赴美参加“红旗”军演,并与F-15C进行模拟格斗,然而期间开启TVC的苏-30MKI表现并不尽人意。

按照目前的普遍观点,过失速机动最为人诟病的问题在于能量损失太大。这个问题其实不难理解——飞机改变姿态时本来就需要消耗能量,更何况是快速进行大角度的机动。以在过失速机动中属于“入门级”的“眼镜蛇”机动为例,将一架飞机从正常的平飞状态迅速改编为机身垂直于地面的“旱地拔葱”已经需要完全开启发动机的加力燃烧室(即便如此也不是什么飞机都能做出这个动作),更何况还要将机头拉向与水平面120°左右的角度。非但如此,为了恢复姿态,在完成机头上扬并后仰后还要减小发动机推力乃至关闭发动机来恢复正常的平飞姿态,期间十几吨乃至二三十吨的飞机可以说在短短几十秒内推重比从超过1迅速降到接近于0,这能量损失的规模,想想都吓人啊。

那么有没有能让过失速机动产生实际效用的方法呢?当然有。理论上来说,只要飞机在进行过失速机动后能够尽快恢复能量和速度,过失速机动的效果就相当明显了。只不过,要做到这一点非常困难:在飞机的速度猛然下降几百千米/时、高度也掉下几十甚至上百米时,想迅速恢复进行过失速机动之前的能量状态,需要的可不仅仅是“大力出奇迹”。某种程度来说,过失速机动其实是在“折腾”飞机。如果要求过失速机动具有一定实际作用,首先要确保发动机和推力控制系统足够泼辣和灵敏、能够确保在进行过失速机动后快速提供推力,同时飞机的气动布局要能够实现较好的升力效率,其次飞控系统还能快速相应改变飞行姿态的指令。如此说来,过失速机动在实战中的运用哪有那么容易,很多人质疑过失速机动是“花拳绣腿”,也就情有可原了。

图注:苏-37战斗机完成“普加乔夫眼镜蛇”机动的动作轨迹示意图。不难看出,完成这个动作需要在极短的时间里完成加大推力到大幅缩减推力甚至关闭发动机的全过程,其间飞机的能量损失程度可想而知。

而由此来看,有希望“拯救”过失速机动的,恰恰就是第五代战斗机。众所周知,第五代战斗机强调的四个“S”其中之一就是超机动性(Super Maneuverability),自然而然,这个概念被加入五代机的定义后,各国在发展新一代战斗机时都很注重过失速机动能力。而F-22和歼-20等五代机,也确实很容易做出过失速机动,而且受惠于空气动力学、航空发动机技术和飞行控制技术的发展,第五代战斗机能够实现的过失速机动动作幅度比四代机范围更大,进行激动后恢复正常飞行状态也更快,这就使得过失速机动的实际意义开始显现出来。

具体来说,歼-10B和苏-30MKI一类的四代机平台虽然气动设计出色,但毕竟发动机比F-22和预期中的“完全体”歼-20差一截,相比于五代机的升力体布局在机体所能提供的升力效率上也有所不如,飞控系统的设计应该也有差距。因此也就不难得出结论:即便四代机能够完成过失速机动,付出的代价也可能过大、难以在机动后恢复正常能量状态和飞行状态,实战意义自然要打个折扣;相比之下,五代机无论软硬件都更适合过失速机动发挥作用,因此过失速机动在五代机上实战效果明显比四代机更明显。如果套用网游中的说法,同样放大招,40级的玩家或许会掉一半的血,而60级的玩家可能只需要掉几滴,那么大招对于哪个级别更有用就不言自明喽。

图注:珠海航展上进行编队飞行表演的歼-20。相比于歼-10B,歼-20无论是硬件还是软件条件都更适合进行过失速机动,在进行过失速机动后恢复状态也更快,因此可以认为过失速机动对五代机具有一定实战意义(摄影:军网英文/杨盼)

而在本届航展上回答记者关于“歼-20是否用上了有矢量推力的国产发动机”时,歼-20的总设计师杨伟笑答“你怎么能知道没有用呢”,也就是说,虽然珠海航展上歼-10B TVC的表演效果堪比好莱坞大片,但随后登场的歼-20才真正是TVC技术和过失速机动的受惠者——这么一看,倒是有点姐妹俩同拜高人求学武艺,先由天赋略差的姐姐学习秘籍看看管不管用,待把秘籍摸得差不多透了以后再对天赋异禀的妹妹口传心授的意思。对于歼-20这种“满级玩家”来说,过失速机动这种“大招”,或许在实战中真能发挥很特殊的作用呢。

图注:【设计对白】歼-10B TVC:“20妹啊过失速机动的独门绝学我替你摸透了,以后基本功就靠你自己练喽!”(作图:司马闹腾)

总之,不论围绕过失速机动会引起多少口水仗,对于第五代战斗机来说,过失速机动能力只有作用大小的问题,而没有有用还是无用的问题。这也符合航空技术发展的一般规律——一些“超前研究”的技术,或许在研究时难以产生实际效益,但随着技术的发展其作用会越来越显著。很显然,歼-20就是早在设计之初就考虑了过失速机动的应用,因此能够在TVC技术成熟并装机后实现具有实战意义的过失速机动,这也体现了“装备一代、研制一代、预研一代”的中国式智慧。返回搜狐,查看更多

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