歼-15电子战改型设想

  但是这也对飞机的结构寿命带来了很高的要求。从朝鲜战争后,战斗机的自身定位就从一种机械装备逐步向电子/机械装备演变,机载电子设备越来越多,作用越来越重要,而价格也越来越昂贵。对于今天的先进战斗机来说,飞机结构和发动机的成本在总造价里其实只占一小部分,航空电子设备的成本才是真正的大头。因此当作为平台的飞机结构本身寿命不够长的话,大量极为昂贵的机载设备就只能提前跟随飞机报废,带来难以承受的使用成本。

  苏-27在研制阶段碰上了一系列的问题,这使它的早期型号结构寿命都相当不理想;比如苏-27只有2000小时寿命,而结构经过加强的苏-27SK也只有2500小时。这意味着对于那些训练强度较高的部队来说,如果一架飞机每年飞行200小时;那么不到十几年,飞机的结构寿命就要用光。

三:新苏-35拥有更长的寿命

  由于总所周知的原因,我国和俄罗斯在苏-27家族引进等重大军贸方面一度中断了十数年之久。这期间我国原有的苏-27家族飞机寿命均已开始接近晚期,甚至已经开始出现较大规模的寿终报废现象。尤其是在防务压力最大的东南沿海地区,飞机使用强度很大;而苏-27家族早期型号——尤其是苏-27SK原始设计又未曾考虑高温、高湿、高盐雾的使用环境,结构腐蚀现象严重,而且在一些无法更换的关键结构部位上多发,实际寿命比预估的还要短很多。

  苏霍伊针对苏-27的气动和结构缺陷,很早就安排了多个不同方向并进的规划;形成了Т10С、Т10М、Т10К、Т10У、Т10ИБ五个主线的验证、原型机系列,总数达到数十架。算进衍生的支线,Т系列机型谱系的分支超过15条。在艰难的俄罗斯时代苏霍伊也未曾放弃这些改进工作,并且最终集大成于新苏-35。

Т系列机型谱系

  通过引入西方的全新设计标准体系,以及材料、工艺的大幅提升;尤其是超大尺寸钛合金件的加工能力提升,使苏-27原有的一些依靠数个钛合金件焊接起来的核心结构可以实现一体成型。比如苏-27可以说整个飞机结构,包括发动机吊舱、主起落架、机翼机身连接机构等等,都是依靠着中机身的2号油箱下壁板展开的;这个部件强度刚度和寿命的关键性突破,是整个飞机结构性能脱胎换骨所不可欠缺的坚实基础。

苏-35的机身中段

苏-35中机身的2号油箱下壁板

苏-34和新苏-35的结构之间血缘关系最为浓厚

  新苏-35不仅在重新设计整个机身结构时有着非常高的技术起点,既往的结构改进工作积累下的大量经验,尤其是苏-34轰炸机对于大挂载重量、长寿命要求结构的研制探索经验对新苏-35的结构与也起到了极为重要的作用。新苏-35不仅拥有6000小时的寿命,而且其含金量也比以往的型号更高:它可以允许更多、更长时间的极限状态飞行,以及大挂载重量状态下的起飞、飞行、降落。

  而在我国针对苏-27家族的仿制改进型号中,根据现有公开资料所明确提及的内容,相关单位在歼-11B等型号的结构上采用的仍然是刚度等代设计原则。刚度是指材料在受力时抵抗弹性变形的能力,刚度特性代表着结构部件在各种条件下的变形特征;因此一个部件的刚度高低会直接影响它与周围结构乃至飞机总体结构的匹配性。刚度等代原则的应用,说明歼-11B等型号的结构设计被牢牢限制在被仿制型号的原始设计范围内。

  事实上在苏-27家族内部来说,自苏-27SK开始到新苏-35,结构演化增强已经到了第三代;而我国仿制改进的苏-27家族型号中,歼-15的蓝本对象苏-33仅仅是第一轮结构强化的产物。寄希望于我国负责苏-27仿制的相关单位在10-20年内拿出与新苏-35结构水平相当的型号,从历史表现和技术规律上看,应该说是不现实的。

苏-35的结构可以说是有了脱胎换骨的变化,图为苏-35的发动机舱

四:新苏-35空战能力更好,发动机对我国意义重大

  为了保证低阻力水平和控制重量增加,以提高飞机的航程表现;新苏-35并未继续采用苏-27家族中的三翼面布局改进设计,而是基本保持了原苏-27的气动外形,改变主要是取消机背减速板和翼展的加长。因此新35虽然更重,却仍然可以保证3600公里的航程,与苏-27SK非常接近。

  苏-27布局采用三翼面设计的最大原因,是因为苏-27原始气动设计中边条与后掠翼的组合会带来很大的控制隐患。一旦苏-27抬头拉大迎角,在达到、超过失速迎角时;涡流升力随迎角增大而剧烈增强的非线性特征,会与后掠翼在失速以后促使飞机猛烈抬头的现象耦合在一起,使飞机猛烈而不可遏制的被向上掀翻。眼镜蛇机动就是在此基础上进一步研究出来的特技动作。

  这个问题同样导致了苏-27在气动特性非常不稳定的跨、超声速阶段,并不能发挥出所有机动性能;从M0.85开始,苏-27的可用过载就从9G减低到6.5G。否则由于升力中心的剧烈移动,苏-27机翼升力形成的抬头力矩会严重超出平尾的平衡能力范围,导致飞机被掀翻失控——如果是在空气密度大的低空,这足以让苏-27直接解体。

新苏-35的矢量推力参与机动控制

  这些大迎角控制缺陷、跨声速缺陷均由苏-27原始气动设计的配平设计缺陷所导致,是苏-27设计上为了保证航程性能而做出的牺牲;根本不是单纯改改飞控、加强结构就能解决的问题。真相只有一个:苏-27必须引入额外的低头控制力矩,这就是为什么苏-27家族会有那么多三翼面布局改型。

  全动鸭翼俯仰控制能力极强,因为它向下偏转的角度范围非常大;这样即使是飞机以非常大的迎角抬头飞行时,鸭翼都能形成可靠、强力的低头力矩维持飞行姿态的稳定,并且在需要的时候把飞机向下拉平。当然俯仰控制能力的强化,同样会带来滚转控制能力的改善。因为苏-27机翼刚度很差,而翼根处的襟副翼由于力矩不够长而气动效率很低,滚转操作非常依赖水平尾翼的不对称偏转。鸭翼在分担了俯仰控制功能以后,平尾可以允许更大的差动角度来改善滚转能力。

在大迎角飞行时,苏-30SM的鸭翼下偏以提供低头力矩

  针对使用后掠翼设计、本身就存在很强大迎角失控倾向的苏-27来说,它对鸭翼的选择是强化低头控制能力为主,涡流增升能力的提升则必须限制在较低范围内。和水平尾翼相比,苏-27家族的鸭翼翼展、面积都不大,而且上偏幅度很小而下偏幅度很大。比如苏-27家族的平尾翼展达到9.8米,面积为12.2平方米;而偏转角度向上可以达到+15度,向下达到-20度。而其鸭翼的翼展为6.43米,面积为2.99平方米;上偏角度仅有+3.5度,而下偏角度则达到-51.5度。