苏霍伊的另类五代机解决方案（上）——苏-47/S-37“金雕”前掠翼验证机

在前掠翼上，机翼表面气流向翼根方向流动，正好与后掠翼相反，这提高了升力

前掠翼则完全不存在翼尖先失速问题，相反是翼根先失速，这意味着在大攻角下，前掠翼的副翼始终能保持有效操控

　　苏霍伊的工程师为什么要采用非传统的前掠翼布局呢？因为与后掠翼相比，前掠翼具有很多可贵的优点：

　　-升阻比更高，尤其在低速时。

　　-配平阻力低，使亚音速巡航升阻比更高，航程更远。

　　-升力更大，有效载荷更大。

　　-更好的低速操控性和起降性能。

　　-更低的失速速度，从而提高了低速飞行安全性。

　　-极佳的尾旋特性（几乎无法进入尾旋）。

　　-翼身连接后移创造出更大的机身内部空间，能从容布置内部弹舱，这有助于隐身。

　　-前掠翼布局能在宽泛的速度范围内保持稳定性，所以适应同样宽泛的任务剖面。

前掠翼简史

　　前掠翼的历史可以追溯到20世纪40年代。世界上第一种前掠翼飞机是德国的荣克斯Ju 287四发轰炸机，其原型机（Ju 287V1 RS+RA）在1944年8月16日首飞。在荣克斯公司的计划中，Ju 287A生产型将能达到815公里/小时的最大速度。战争末期，Ju 287V2和V3原型机被苏联红军缴获，后在苏联组装后试飞。

世界上第一种前掠翼飞机是德国的荣克斯Ju 287四发轰炸机

其中第三架（LL-3）就采用了前掠翼设计，机翼1/4弦长前掠角45度

　　战争一结束，苏联也开始了自己的前掠翼研究，研究把这种机翼用于高机动性战斗机设计的可行性。1945年，格罗莫夫试飞院的飞机工程师帕维尔·弗拉基米罗维奇·齐宾制造一系列火箭动力 验证机来研究未来战斗机的气动布局。这些验证机被一架飞机拖曳至高空，然后到释放进入俯冲飞行，在固体燃料火箭助推器的推进下加速到跨音速。其中第三架（LL-3）就采用了前掠翼设计，机翼1/4弦长前掠角45度。在1947年的测试中，LL-3达到了1150公里/小时的速度，即0.95马赫。

　　但前掠翼会出现气动发散现象，一时无法应用在实际设计中。当前掠翼飞机增大攻角时，外翼段会在气动载荷的作用下往上方扭转，这反过来进一步增大气动载荷，导致机翼变形量继续加大。于是飞机在特定空速和攻角下就会变得不稳定，如果此时空速进一步增加，施加在外翼段上的气动载荷会超过结构强度极限，最终折断机翼。当时的技术和结构材料并不能制造出合适的前掠机翼，如果一味增加强度，那么增加的重量也就抵消了前掠翼带来的所有好处。

　　所以直到上世纪70年代中期碳纤维复合材料（CFRP）问世后，前掠翼概念才死灰复燃。空气动力学家门在如何使用碳纤维制造飞机研究中发展出一种机翼刚度的计算办法，攻克了前掠翼的气动发散难题。使用碳纤维复合材料制造的前掠翼能通过调整碳纤维的铺设 ，优化机翼刚度分布，从而彻底消除外翼段的不良扭转。

前掠翼会出现气动发散现象

使用碳纤维复合材料制造的前掠翼能通过调整碳纤维的铺设优化机翼刚度分配，从而彻底消除外翼段的不良扭转

美国航空专家通过计算发现，如果把F-16改成前掠翼布局，转弯速率将提高14%，作战半径增加34%，起降性能提高35%

　　巧合的是，美苏两国的研究机构在下一代战斗机研究中都评估了前掠翼设计。美国航空专家通过计算发现，如果把F-16改成前掠翼布局，转弯速率将提高14%，作战半径增加34%，起降性能提高35%。

　　格鲁曼公司在1981年开始研制Model 712（X-29A）前掠翼验证机，两架X-29A在1984年12月14日开始试飞。但不知何故美国没有沿这个方向继续发展下去，试飞结束后一架X-29A被移交给NASA进行气动研究，另一架被封存。

　　美国第五代战斗机仍采用传统的后掠翼设计，后掠翼的一个主要缺点是飞机在机动中翼尖会首先失速，随着攻角进一步增大，气流分离会不可避免地蔓延到整个机翼表面，除导致升力降低外，飞机会最终失速。前掠翼则完全不存在翼尖先失速问题，相反是翼根先失速，这意味着在大攻角下，前掠翼的副翼始终能保持有效操控。

　　前掠翼飞机的大部分升力由内翼段产生，这不仅降低了机翼的弯曲载荷，从而能加大机翼的展弦比，还提高的升力系数，降低了机动时的诱导阻力。而且大展弦比机翼还有增大航程的好处。

　　还有一点要指出的是，相对于传统的后掠翼设计，前掠翼飞机具有更低的前半球雷达反射面积。美国人把这个现象地利用在全球唯一量产的前掠翼飞行器——AGM-129空射巡航导弹上，从隐身原理上看，这是因为前掠翼前缘反射的雷达波被弹身遮蔽所致。

美国人把这个现象地利用在全球唯一量产的前掠翼飞行器——AGM-129空射巡航导弹上，从隐身原理上看，这是因为前掠翼前缘反射的雷达波被弹身遮蔽所致

　　考虑到上述所有优点，苏霍伊设计局的工程师们最终为自己的设计选择了前掠翼。这是一种具有一定隐身能力的超机动战斗机，内部代号S-32。不过这个代号之前已被苏-17“装配匠-C”使用过，再次使用的原因可能仅仅是为了迷惑西方情报机构。这个设计也获得了一个非官方绰号：Berkut（金雕）。设计团队在该机上大量采用了苏联最新的航空科技，如静态不稳定气动布局、新一代致动器和大型机身部件制造新技术。

“金雕”的诞生

　　苏联最优秀的两个航空研究中心——中央流体力学研究院和西伯利亚航空研究所参加了S-32的气动研究，此外，中央流体力学研究院还对一个米格-23前掠翼模型进行了风洞试验，西伯利亚航空研究所也测试了类似的前掠翼苏-27模型。随着风洞测试小时的积累，S-32的气动布局逐渐成形。

中央流体力学研究院还对一个米格-23前掠翼模型进行了风洞试验，西伯利亚航空研究所也测试了类似的前掠翼苏-27模型

　　苏霍伊设计局采用高科技的滑翔模型来检查这种气动布局的飞行特性，这些模型也被用于研究飞机的失速和尾旋特性以及失速和尾旋改出技巧，机载计算机能操纵模型进入持续大攻角飞行而不陷入尾旋。测试表明S-32的大攻角持续飞行时间是苏-27的3-4倍！

高科技滑翔模型

　　在上述研究的成果基础上，苏霍伊开始着手研制全世界第一种前掠翼超音速战斗机。这是一项十分艰巨的任务，除前掠翼设计的复杂性外，设计局还要分心于其他项目，如带矢量喷管和鸭翼的苏-27M先进改型。有趣的是，苏-27M和S-32两个项目在相互影响，相互借鉴了对方的结构和设备以降低研制成本。因此S-32显示出很明显的苏-27血统，反之，为该机研制的一些先进系统也被应用在苏-27M和苏-30MK上。

　　S-32项目的负责人是苏霍伊总工程师米哈伊尔·波戈相，苏霍伊总设计师米哈伊尔·西蒙诺夫负责监督和协调。虽然“金雕”最后成为苏霍伊自行筹资的项目，但在波戈相的主持下，该项目最后成功进入原型机制造和试飞阶段。1998年3月波戈相被任命为苏霍伊航空军工集团综合体（AVPK Sukhoi）的总经理后，他的副手谢尔盖·科罗特科夫成为前掠翼项目的总工程师。

目前正为T-50测试发动机的苏-27M 710号