在世界各地的航展上,人们会饶有兴致地看到三架很相像的高级教练机:俄罗斯的雅克-130、意大利的马基 M346、中国的洪都 L-15。但仔细观察,这三架飞机都有一些不引人注目但很重要的差别,这是为什么呢?

这三兄弟怎么样,像不像?

教练机是用于训练新飞行员的,高级教练机用于训练高级学员,但依然需要便宜、可靠、操控平和、耐粗暴操作、具有很高的出动率,而对续航时间、航程、载弹量的要求不高,对机动性的要求也和战斗机不可同日而语,就象优美的体操跟斗和迅猛的武术跟斗之间的差别一样。除了训练基本飞行技能,高级教练机也扩展到训练战斗机的基本战术动作和武器使用技巧,这就是所谓的战斗机导入教练机(Lead In Fighter Trainer,简称 LIFT)了。由于教练机的使用费用较低,高级教练机也用来帮助已经不在第一线做日常飞行的老飞行员保持飞行技能,飞行和武术一样,需要“拳不离手”。所以教练机的作用超过航校,远及战斗部队。

M346 的座舱已经高度玻璃化了,比先进战斗机也差不到哪里去

除了基本的飞行仪表,即使高级教练机也不需要太复杂的电子设备,所以大多不装备雷达、红外等战斗机必备的系统。超音速对飞机和发动机的要求较高,提高了造价。但随着航空技术的进步,超音速飞行不再是一个关口,对于飞行员的操作不再有特别的要求,基本上就是多推一点油门的问题,所以传统高级教练机大多不要求具有超音速性能。这些要求决定了典型教练机的基本布局:

常规布局:技术成熟,造价较低

单发动机:重量轻,省油,造价较低

中等偏小后掠角的机翼:高亚音速或者跨音速飞行不需要太大的后掠角

下单翼:缩短起落架的长度,降低重量,降低造价

高垂尾:提高方向稳定性和螺旋改出能力,提高大迎角下的操控能力

前低后高的串列双座:改善教官的前方视界,培养学员的独立操作能力

高级教练机世界里的长青树英国的“鹰隼”式就是这样的一架飞机,70 年代问世以来一直在世界上广受好评,至今畅销不衰。但雅克-130、M346 和 L-15 打破了这个高级教练机气动布局的常规。

三十多年来,英国“鹰隼”式教练机一直是世界上高级教练机的标杆

雅克-130、M346 和 L-15 依然是常规布局,保留了高垂尾、前低后高的串列双座和中等后掠的机翼,但改用双发动机和中单翼,这是由新时代对教练机更高的要求决定的。

第三代战斗机特别强调机动性,采用静态不稳定的气动设计、电传飞控和用大屏幕显示器代替传统仪表的玻璃座舱,这些特点在很大程度上影响了新一代高级教练机的设计。第三代战斗机的典型包括 、、、、 等,这在俄罗斯被称为第四代,现在美国也改口称第四代,但在中国还是被称为第三代。传统高级教练机用于基本飞行训练依然很合适,改装玻璃座舱后也可以帮助学员及早适应现代战斗机的座舱环境,但由于基本技术的局限,已经难以使学员体验第三代战斗机的电传飞控和大迎角飞行。在冷战时代东欧国家“社会主义分工”体系下,捷克负责高级教练机的研发和制造,苏联和华约空军大量采用捷克的 L-29、L-39 教练机。90 年代初,苏联空军正在大量换装米格-29 和苏-27,老旧的捷克教练机已经不能达到训练要求,同时面临大量教练机老化需要更新的问题。这时适逢苏联和华约解体,俄罗斯为了肥水不流他人田,决定自己研发教练机,大迎角飞行、可变稳定性的电传飞控和玻璃座舱成为主要的设计要求。雅克福列夫设计局的雅克-130 最终入选,成为俄罗斯的新一代高级教练机,并得到阿尔及利亚、越南、利比亚等国的采用。

F-18 是第一架采用大边条的战斗机,这是边条引起有利涡流的计算机仿真图像

大迎角飞行时,大边条为发动机进气提供预压缩作用,帮助发动机正常工作

大迎角飞行有两个问题。一是提供足够的升力,推迟机翼失速;二是为发动机进气提供可靠的预压缩,保证可靠进气和发动机的正常工作。第三代战斗机广泛采用的大边条一箭双雕,一方面形成有利涡流增加升力,另一方面“兜”住迎面气流,保证稳定进气。但大边条迫使进气口采用翼下或者翼根的位置,翼上进气口不仅不能得到进气预压缩的作用,还可能由于处在大边条引起的低压区内而导致进气障碍。雅克-130 采用了大迎角和翼根进气口,欧洲的 MAKO 和韩国的 T-50(和苏霍伊 战斗机同名,但两者是孙二娘和林冲的差别)也采用了类似的布局。

翼根进气决定了雅克-130 不再能采用下单翼,退而求其次采用中单翼

翼根进气口决定了不再能采用下单翼,所以雅克-130 采用了中单翼。下单翼从机体底下贯穿,机体“坐”在机翼上,重心高于横滚的支点(也就是机翼和机体的对接点),有天然的欠稳定趋势,所以通常机翼适当上反,也就是说,翼尖上挑,以补偿这个欠稳定趋势。上单翼从机体顶上贯穿,机体“吊”在机翼下,像重锤一样,有天然的过稳定趋势,所以机翼通常有所下反,也就是说,翼尖下垂,以抵消过稳定趋势,改善机动性。中单翼在机体中间“贯穿”,实际上是两侧机翼结构对接在机体框架上,在结构上不如上单翼或者下单翼的贯穿结构简洁、坚固、轻巧,但在横滚稳定上是中性的,在气动上也避免了两者需要机翼上反或者下反的问题。机翼上反或者下反都使升力矢量偏离垂直,机翼的升力效率有所损失,在产生同等升力的情况下阻力有所增加。不过中单翼较难采用翼下起落架,通常只能用较重、较复杂的机体下的外八字起落架。现代战斗机大多采用中单翼,雅克-130 符合这一潮流。

出于缩短尾喷管的考虑,喷管缩到“腋下”