还在二战战火将熄的纳粹时代后期,德国就开始研究变后掠翼问题。当然,这一远远超前于时代的技术也超过了当时德国的技术能力,样机和技术很快落到了美国手里。战后,美国先后由贝尔和格鲁曼研究变后掠翼技术,但直到 1960 年,第一架实用的变后掠翼飞机 才首飞。这是美苏全面军备竞赛的年代,这当然对苏联航空界是极大的触动。

变后掠翼的 F-111 对苏联航空界是极大的触动

高速突防的时候,大后掠角可以极大地减小阻力。小后掠角时,可以产生较高的升阻比,达到最省油的巡航

变后掠翼对苏联空军也有重大的战术意义。在美苏疯狂扩充核军备的 50-60 年代,双方都不能确保一旦开战,空军基地的混凝土跑道还能正常使用。除了大力发展垂直-短距起落飞机外,大力缩短起落距离、降低起落速度也是在残余跑道和滑行道上继续起落的主要技术手段,这是变后掠翼的另一个动力。

苏联空军在 1964 年下达将苏-7 改进成变后掠翼的要求,苏霍伊马上得到新从生产线上下来的一架苏-7,用作改进的平台。

变后掠翼的基本概念并不复杂,但这样一项革命性的新技术也带来了革命性的难题。变后掠铰链和机翼结构强度之类是容易想象的难题,但问题更大的是初看之下想象不到的难题。

基于基本的力平衡,飞机飞行时,重心和升力中心应该大体重合,否则飞机的姿态就要不平衡,就不可能维持正常飞行。飞行时,如果不考虑油耗,重心基本是不变的。但机翼产生升力的升力中心随速度的增加而有所后移。这个问题不大,可以通过压平尾的动作来恢复平衡。平尾的压得动作是通过翼面偏转产生负升力而产生的,所以也形成阻力,这就是配平阻力。机翼后掠角大范围变化时,平尾就不一定有足够的能力恢复平衡,即使能够,也将造成极大的配平阻力,需要对全机的升力、阻力、平尾通盘重新考虑才好。

变后掠铰链的位置是另一个问题。理想情况下,整个机翼都应该可变后掠角,那变后掠铰链就应该设在翼根。在翼根前缘的话,在后掠角减小时,机翼和机身之间要形成一个豁口,为了避免这个豁口,翼根后缘就要进一步延长,这样在增加后掠角的时候就要“切”进机体,在结构上不好办。铰链放到翼根后缘有同样的情况,只是把后缘、前缘和最大、最小后掠角调一个个儿。即使不在乎机体内损失的体积,机体侧面的开槽也增加飞行阻力。所以通常的做法是把变后掠铰链的位置移到机翼上的某一个位置。但这样又多出来了新的问题:铰链位置应该怎么确定。

机翼油箱是飞机油箱的重要部分,为了尽可能减轻活动的外翼段,外翼段的翼内油箱只好取消,这样就大大降低了总的机内载油量。机翼的翼下挂架也是重要的挂载武器的地方,外翼段可变后掠角,如果武器挂架固定,那挂载的武器就随着外翼段后掠角的改变而不再指向前方,不仅造成极大的阻力,也造成瞄准上的困难。苏-7 的主起落架位于机翼下,将承力很大的主起落架设计在活动的外翼段内是不可思议的。这些都指向一个方向:减小外翼段。但外翼段太小了,也就失去变后掠翼的意义了。

这些问题都是可以解决的。外翼段可以增加翼内油箱,代价是重量。不光是本身的重量,变后掠铰链也要强化。外翼段翼下挂架可以做成随外翼段后掠角活动的,永远保持指向前方,代价是挂架的机械复杂性和重量,变后掠铰链同样要强化。主起落架可以移到机身,成为外八字形,代价是技术复杂性和起落时的横向不稳定性。还有一个问题就是后掠角和速度和飞行状态的匹配。后掠角按速度和飞行状态无级调节可以达到最优匹配,但控制律复杂,需要大量的测试和优化。控制律的实现也复杂,需要复杂可靠的电子控制系统,这对还处在机械控制年代的苏霍伊是一个很大的难题。

然而,苏霍伊的使命不是不计代价设计一架全新的飞机,而是尽可能保持苏-7 的简单和有效,尽快形成实战能力。

出于综合考虑,苏霍伊只把翼展的一半做成变后掠翼,从原主起落架以内的翼段为固定的。后掠角在 30 度、45 度、63 度三个位置上由飞行员根据飞行状态手动固定。这样虽然是历史上最半吊子的变后掠翼,但最大限度地简化了复杂的技术问题,达到了极大地改善起落和中低速性能的目的,也最大限度地保留了原苏-7 的生产线,实在是大巧若拙。

这也是苏联第一架生产型的变后掠翼飞机,苏霍伊的设计局编号为 S-22I,清除地揭示了苏-7 的渊源,I 代表变后掠翼。1965 年开始具体设计,66 年完成改装,1966 年 8 月 2 日,伊柳辛首飞成功,后米高扬、科洛伏希金和苏联空军的若干试飞员也参加试飞。1967 年 7 月 9 日,库库谢夫驾机参加纪念 10 月革命 50 周年的多莫达多沃航空表演,S-22I 首次在公众面前露面。1967 年底试飞结束,和苏-7BM 相比,飞机增重 1,000 公斤,空重达到 9,480 公斤。更要命的是,变后掠翼吃掉了很多翼内油箱的体积,机内载油量减少了 404 升。试飞中还发现了在大迎角情况下,机翼容易在无明显征兆的情况进入颤振。不过就一般飞行而言,试飞结论是操控性良好,起落性能明显改善,起落速度降低 50-60 公里/小时,建议投产。生产型 S-22I 被定名为苏-17。

苏-17 从苏-7 改进而来,是苏联第一种变后掠翼战术飞机

活动的外翼段只有翼展的一半,虽然不能充分利用变后掠翼的优点,但也避免了很多变后掠翼的毛病,还极大地简化了从苏-7 的生产转型

晨枫 原载 Part13

苏-20 是苏-17M 的出口简化型

苏-22 是苏-17M2 的出口简化型

苏-17 在 1967 年 9 月决定投产,依然定点在新西伯利亚。批量交付在 1969 年开始,在苏-7 停产前还平行生产了一段时间。算上改进型和出口型,生产一直延续到 80 年代前期。生产型的空重进一步增加到 9,950 公斤,后期达到 10,000 公斤,载弹量 3,000 公斤。

在生产期间,苏-17 得到不断的改进。1970-71 年间,新型的留里卡 AL21F 发动机研制成功,直径小,重量轻,推力大(军用推力 7,800 公斤,加力推力 11,200 公斤),油耗低,性能全面超过苏-7 和基本型苏-17 的 AL7F。改用 AL21F 的苏-17 定名为苏-17M。发动机舱周围空出来的空间用于增装燃油,载弹量增至 3,500 公斤,航电也有所改进。苏-17M 在研制中有一个小插曲。新增的空速管和原有的都在机头右面,设计师没有意识到增加这么小小一根的空速管会有什么问题,但试飞中发现,大迎角飞行时,两根空速管集中在一起,竟然引起右面机翼提前进入失速。还好这容易更正,把新增的空速管移到左面,两面就平衡了。苏-17M 在 1972 年 12 月 15 日试飞,伊萨科夫驾机。1973 年完成试飞,随即投产。出口型苏-20 在航电和武器系统上缩水,其他和苏-17M 相同。苏-17M 和苏-20 的生产在 1976 年结束。