在惊世骇俗的苏-27之后,俄罗斯一直试图研发新一代战斗机,与美国的F-22相抗衡。米格I.42生不逢时,早夭了。苏霍伊S-37采用特异的前掠翼布局,也无疾而终了。直到2010年1月29日,苏霍伊T-50揭下神秘的面纱,世界才得以看清俄罗斯下一代战斗机的真实面目。从那时开始,人们对T-50的各种分析、猜测就没有间断过。8月27日开始的2013年莫斯科航展上,T-50公开露面,进行了三机密集编队飞行,使人们近距离见识了这架代表了当代俄罗斯航空技术最前沿的先进战斗机。

在2013年莫斯科航展上,三架T-50做密集编队飞机

T-50代表了未来几十年俄罗斯战斗机技术的前锋,自然引人注意

  如果说米格I.42是苏联时代按照高机动性思路继续发展、对以F-22开始的隐身潮流只有有限考虑的话,苏霍伊T-50则是在对F-22做了充分研究分析后推出的针对性设计。T-50的大量设计细节依然是保密的,但苏霍伊设计局为T-50获得了大量专利,从部分公开的专利文件中,可以对苏霍伊的设计思想和部分技术一见端倪。

米格设计局的PAK-FA竞标方案

  苏霍伊的设计师们是从对F-22庖丁解牛开始的。当然,在专利里不是这么说的,而是从一个与F-22十分相似的基准设计开始,对此分析,然后提出改进。在此全面、仔细分析F-22之后,苏霍伊设计师们得出结论:F-22的窄间距双发布局使得推力转向只能用于俯仰控制,无法用于偏航或者滚转控制,没有发挥出全部效用。这是对的。F-22的两台发动机间距很近,用差动推力实现偏航控制的力臂太短。同样,用于滚转控制的力臂也太短。另外,间距太小的两台发动机之间没有空间布置武器舱,所以F-22只能把武器舱分散成4个,两个大型的主要武器舱在进气口下利用S形进气道让出的空间,另外两个小型的专用于近程空空导弹的武器舱布置在进气道外侧。对于S形进气道,苏霍伊设计师们也有不同想法,这增加了长度和重量,最重要的是,这不利于复杂飞行条件下进气道流畅畸变的控制,一旦在过失速飞行时出现推力转向失效,很不利于恢复稳定,这使得F-22被迫采用特大的垂尾,以补偿大迎角飞行时的偏航稳定性。

T-50是从对F-22庖丁解牛开始的

但也对苏-27有明显的继承

尤其是宽间距双发加中央升力体构型

  另一方面,像苏-27那样采用宽间距双发和推力转向相结合的话,就具有足够的偏航和滚转控制能力,有利于发挥推力转向的全部潜力。苏霍伊设计师的想法是有道理的。传统上,宽间距双发一旦发生单发停车后,最害怕的就是出现不可控平螺旋,电影《壮志凌云》里汤姆克鲁斯扮演的主角在紧跟长机但吸入废气而单发停车后,就是因为无法改出平螺旋而失事,后座飞行员跳伞失败而丧生。但另一方面,有意利用宽间距双发之间的力臂,可以主动利用双发的差动推力,也就是用两侧发动机提供大小不同的推力,来形成偏航力矩,实现有控制的平螺旋。T-50继承苏-27的设计传统,采用宽间距双发。已经公开流传的视频证明,T-50可以在高空做稳定可控的平螺旋,这是一个创举,也是宽间距双发才容易做到的特技。

  宽间距双发的另一个好处是“中央机翼”。苏-27的双发之间是宽大的“隧道”,与弧形的背部形成具有很大弦长、事实上宽大肥厚但相对厚度依然适中的“机翼”。由于两侧发动机舱像向下的翼刀一样拦住下表面空气的横向流动,这个“中央机翼”的升力效率还相当高。有说法在大迎角飞行时,可以产生40%的升力,是苏-27特别优秀的大迎角飞行能力的奥秘所在。事实上,可以说苏-27是围绕这个“中央机翼”设计的,机翼、发动机舱、尾翼等都是“外接”上去的。

对于T-50来说,中央升力体刚好成为天然的机内武器舱空间

  肥厚的“中央机翼”也是天然的机内武器舱。与苏-27相比,T-50的“中央机翼”加厚,分成一前一后两个天然的机内武器舱。前武器舱更深,也离重心较近,可以容纳大型机载武器,武器投放对重心的影响也较小。后武器舱较浅,只适合于挂载空空导弹,由于武器重量相对较小,投放后对飞机重心的影响也较小。

  当然,宽间距双发不是没有缺点的。除了机体结构外,发动机是战斗机上最沉重的单个部件。两台沉重的发动机间距很大地横向布置,导致显著的横滚惯量,不利于迅速横滚,影响敏捷性。宽扁的“中央机翼”也增加了湿面积,导致较大的超声速阻力。边条位置和机翼的后掠事实上也迫使T-50采用相对短直的进气道,只有用发动机前的屏风一样的雷达屏障帮助隐身。美国的F-18E/F和在JSF竞标中落选的X-32也采用雷达屏障,达到一定的隐身效果,但最终难敌F-22、F-35和欧洲“台风”那样可以完全屏蔽发动机正面的较长S形进气道的隐身效果。雷达屏障还损害进气道的总压恢复,在极端情况下,致密的雷达屏障可以完全阻挡入射的雷达波,但也完全阻隔了进气,当然实际上这是不可能的,雷达屏障要进气顺畅和阻挡雷达波之间这种。T-50还采用多波系可调进气口,有利于超声速飞行,但作动机构、进气道内侧(面向附面层泄流槽)、外侧和下侧的放气门的开口进一步损害了隐身性能。T-50还继承了苏-27的设计,在进气道内设置有防异物格栅,在野战机场起飞、着陆时可以放下,阻挡地面杂物进入发动机。

但宽间距双发也决定了较短较直的进气道,T-50只有退而求其次,用雷达屏障解决这个问题

后体阻力则由大型尾锥解决

  但是宽间距双发布局最重要的问题是,宽大的喷口间距使得后体阻力显著增加。这里有两个方面的问题。一是面积律。面积律要求飞机横截面积沿纵长平缓变化。喷口之间的宽大结构使得机尾横截面积较大,到此突然截断会造成横截面积的跃变,显著增加跨声速阻力。第二个问题是机尾的低压区。发动机喷流在离开喷口之后,有一定的“发育”和膨胀。窄间距双发的喷流最后汇合,双发之间没有显著的低压区。宽间距双发的喷流之间则存在显著的低压区,在机体上形成机头高压向机尾低压的压力,这就是额外的阻力。为了解决这个问题,苏-27在双发喷口之间增加了一个长大的尾锥,用占位阻止低压区的形成,降低了后体阻力,但增加重量,也影响短距滑跑起飞时的及早拉起。T-50也不能免俗,同样有这样一个尾锥,尽管形状上压扁、缩短了一些。