首飞中的T-50
五代机心脏病何时治愈
就像俄罗斯三代机一样,从五代机研制和试飞中,听到最多负面消息的就是发动机。由于没有美国和西方诸国在发动机研发方面技术合作机制,俄罗斯人在发动机技术探索中一直独自前行,尽管凭借其强大的情报系统,俄罗斯人总能从西方先进发动机上找到技术灵感,但航空发动机是一项细活,唯有在技术细节的不断打磨,才能打造性能、寿命、可靠性和使用性优越的产品。俄罗斯人在发动机技术方面差的恰恰是细节上的精雕细刻,其推力尚能与美欧发动机接轨,但其使用维护性、可靠性方面则相去甚远,而使用寿命更是存在数量级上的差距。
随着苏-27系列战机在技术上的成功,俄制三代发动机AL-31F在技术上也日臻成熟,14吨级左右的推力对于三代机而言或许可以称得上动力强劲,但对五代机而言,要实现超音速巡航与超机动性,这个量级的推力显然是远远不够的,俄罗斯人必须为他的下一代战机设计一款更大推力的发动机。为米格1.42而研制的AL-41系列发动机启动并不晚,但发动机的研发周期大致需要20年,上世纪80年代末启动的AL-41发动机计划,由于技术与经费问题,前期的技术探索步履蹒跚,随着米格1.42计划的下马,该计划更加境遇不堪,等到21世纪初五代机项目确立之时,AL-41计划已经成了T-50计划最大的拖累。等到T-50首飞之时,该发动机依然无法堪用,只能使用过度型产品AL-31的改进型,而本已成熟的矢量推力技术,也没能在2010年的首飞中使用。

T-50现使用的117发动机名义型号是AL-41F1,但却是AL-31的改进型
2008年,在T-50战机即将首飞之际,由于各项技术都已基本定位,俄罗斯人对T-50的首装充满信心,从设计局到俄罗斯政府员,对外发布的都是2013年首装的消息,这样的自信实属罕见,这既体现了俄罗斯人追赶美国五代机的决心,也表明了其在相关技术方面的长足进步。但AL-41发动机在最后时刻显然出了问题,直到2011年的莫斯科航展上,尽管T-50以双机高调亮相,但发生的地面事故,还是将AL-41的问题暴露无疑,而T-50的首装也由2013推迟到了2015年。

而真正的AL-41F则是全新的可变旁通比设计,被称为“YF-120斯基”
不过,今年的莫斯科航展上,T-50的惊艳表演似乎透露出了某种信息,种种迹象表明俄罗斯人似乎在发动机技术上取得了实质性的突破,借助于优越的矢量推力技术,T-50的表演可谓惊世骇俗,其超机动性不仅超越了三代机升级版苏-35,一些经典的超机动动作,甚至连F-22也难以完成,T-50成为世界最顶尖的超机动战机。

T-50在2013年莫斯科航展上进行了精彩的表演
如何解读T-50的技术特点
俄罗斯五代机的最大技术亮点在于矢量推力技术。一项发动机控制技术对于现代战机的重要性到底有多大,许多人对此其实并不太了解,以直接力为关键控制技术的五代机超机动性能,真正了解的人也并不多,因此,当T-50在今年的莫斯科航展上秀机动的时候,依然有人用布加乔夫机动这样的名词也就不足为奇了。

T-50的矢量喷管是飞控系统的一部分,主动提供俯仰力矩
要真正了解T-50超强的机动性能,还必须从超机动的基本原理说起。与三代机的高机动不同,所谓超机动指的是现代战机在大迎角小速度范围内,借助于矢量推力等直接力的控制,在空气动力微乎其微的情况下,通过直接改变飞机纵轴的指向来实现大角速度的机动。而三代机的机动其实是借助于速度所形成的空气动力,通过向心力改变飞机轨迹,从而实现飞机状态的变化。在五代机的超机动过程中,轨迹的变化可以很小,甚至几乎静止在原地,但机头指向的变化却瞬时完成,这与三代机的超临界机动从原理上已经完全不同。像苏-27等三代机所完成的眼镜蛇机动、钟形机动、尾冲机动,其机头的向上运动依然是空气动力在起作用,而其向下机动则是在安定力矩的作用下完成的,其中飞行员操控的贡献其实很小,因此超临界机动严格意义上讲并不是操控型机动,而是一种自发的可预期的机动,这与超机动完全是由主动控制完成的原理截然不同。
矢量推力技术的出现还要追溯到上世纪80年代美国的技术验证机X-31,该试验机以喷流舵面的形式实现了推力的矢量控制,在该机的试飞中,美国人验证了任意状态下稳定的可能性,和低速大迎角条件下的主动控制机动的有效性。尽管X-31的矢量推力技术依然是初级的,但其验证的技术却揭示了现代战机超机动的基本原理:稳定与主动控制。所谓稳定,是指非借助于飞机的安定性,而是利用控制舵面和发动机矢量推力,实现飞机在任意状态下的角速度稳定,而所谓主动控制,是指不借助于空气动力,完全靠直接力实现飞机指向的控制。

X-31开放式的喷流舵面设计
就像当年一些人对三代机高机动性实战意义的质疑一样,今天依然有人对五代机的超机动的战术意义表示怀疑。其实,超机动对于中等速度以上速度区间的机动性贡献并不明显,其意义在于,当飞机进入小速度区间时,也就是飞机的操控性能严重衰减的时候,超机动确保了飞机的灵活性与安全性。而近距空战打成大迎角小速度的可能性是存在的,一旦失去了速度优势,如果没有超机动能力,飞机几乎就成了一个靶子,此时超机动性能优劣与否是决定性的。而对于超视距攻击而言,超机动所提供的优越的机头指向能力,对导弹锁定和攻击包线的扩展意义重大,在发现即击毁的现代空战中,谁能首先锁定目标就意味着空战的胜利,从这个意义上讲超机动不仅不是花拳绣腿,而是必杀秘籍,而俄罗斯人在超机动领域的技术优势,从某种意义上讲弥补了其五代机隐身技术上的不足。
俄罗斯人在矢量推力技术的探索中,没有因袭美国人的技术模式,他们独辟蹊径采用了喷口转向技术。这种技术的优势是不言而喻的,由于喷口转向矢量推力的方向性、控制力度和准确性,其矢量推力的效能比喷流舵面要高出很多,但喷口转向技术也有其复杂性,由于发动机矢量推力的控制效能太强,在与飞控系统的交联上,从软件设计的角度难度很大,其突出问题是稳定控制的难度,由发动机喷口转向所形成的操控力矩太大,很难通过舵面加以平衡,而由于控制失当而产生的角速度发散将是致命的,其产生的力矩和惯性耦合足以使一架飞机解体。俄罗斯人通过在苏-30、35、37和米格-29OVT等型号上的技术探索,已经积累了非常成熟的矢量推力技术,该技术在新版苏-35和T-50上的成功运用,所形成的机动性优势令人震惊。可以说世界上还没有第二个国家,能够像俄罗斯人一样如此熟练地掌握矢量推力与飞发一体化控制技术。
