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技術派|印度“光輝”艦載機:并非一無是處,但注定成為雞肋

澎湃新聞特約撰稿 張亦馳
2020-01-15 12:53
來源:澎湃新聞
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近日,印度LCA“光輝”艦載版戰斗機首次完成航母起降,印度媒體將其視為LCA發展歷史上具有里程碑意義的事件,印度國防部和海軍也給予了很高的評價。

盡管對于LCA戰斗機,國內一些媒體沒少諷刺挖苦,但客觀來看,LCA的設計也并非一無是處,艦載版LCA在設計上更是獨具特色。只不過,持續的拖延讓這款戰斗機漸成雞肋。

并非“一無是處”的基本設計

LCA戰斗機一直是中國軍迷冷嘲熱諷的對象。確實,作為一種“超輕量級”三代機,同時也是印度首款自行研制的三代機,LCA仍然有很多缺陷,比如說最大可用過載只達到8G,而非三代機普遍的9G標準,而且其機體過小,內油有限,載彈量也只有3.5噸。

但是,在無尾三角翼的行家法國達索集團的幫助下,LCA的設計仍然具有其鮮明的特點。首先,它和任何一種飛機都“不像”,給他找個“爹”并不那么容易。這一點,不管是達索公司操刀也好,還是印度自主研發也罷,它確實是一架全新的飛機。

LCA “光輝”艦載機首次在印度海軍“維克蘭馬蒂亞”號航母滑躍起飛

其次,LCA可以說是充分發揮了無尾三角翼的優勢:用超大的翼面積(可以理解為連放尾翼的地方都給機翼占了),獲得超低的翼載荷。翼載荷低,意味著相同機翼面積的負擔就小,飛機就能夠更靈活機動。如果把產生升力的機翼比作運動員的肌肉,而不產生升力的其他部分比作脂肪的話,這意味著運動員的體脂率低。同時由于無尾三角翼后掠角常常很大,以拉大機翼后緣距離重心的距離,增大控制力臂,而大后掠角三角翼的最大升力系數又比較大,這又進一步提高了機動性。

法國達索公司深諳此道,所以幻影-2000擁有了三代機最低的翼載荷,其升力系數也排名靠前。而印度LCA在達索的幫助下,繼承了幻影-2000的無尾三角翼布局。

LCA的優勢在于進一步增大了相對的機翼面積。幻影-2000的三角翼占據了從進氣口后方到尾噴口前的弦長,而LCA的機翼則延長到了進氣口前方,這一設計不僅增大的機翼面積,還有利于大迎角條件下的進氣。LCA以那么小的身軀獲得了38.5平米的翼面積(比F-16還要大),進而獲得了比幻影-2000更低的空戰翼載荷(大約202公斤/平方米的空戰翼載荷)。

另外,在機翼翼根切根了一刀,形成了一個復合三角翼的構型。LCA機翼的外段后掠角為62.5度,切根后形成的內段前緣后掠角為50度(幻影-2000則為58度),展弦比只有大約1.8。這個切根設計算是LCA的神來之筆。

LCA艦載版戰斗機由空軍陸基版本衍生而來,目前印度空軍裝備了近20架“光輝”戰斗機

很多人都說,切掉這塊的作用是為了產生脫體渦,與機翼上的氣流形成有利干擾,增大升力。實際上,要產生脫體渦最好是增大后掠角。LCA的機翼切根后,翼根的后掠角沒有增大,反而減小了,所以這并不利于產生脫體渦。

也經常有人拿LCA的切根和美國F-16XL的切根相比。有些吹風洞結果顯示F-16XL的翼根處產生了一股渦流。當然,這股渦流很小,也比較弱,對增大升力幫助不是很大。但這個渦流不是對機翼簡單切根,減小后掠角后產生的,而是切掉翼根后對機翼與機身連接處修形后形成的微小邊條產生的,它有更大的后掠角,所以產生了明顯不同的渦。但是邊條比較小,渦流強度比較小。

而LCA的切根,是通過減小等效后掠角,增大展弦比,改善三角翼亞聲速飛行時誘導阻力大的問題,提高其升阻比。

LCA戰斗機武器外掛示意圖

海軍版LCA的增升奧秘

印度航空發展局仍然執意研制海軍版,畢竟,印度的小航母,上一款小型艦載機似乎是順理成章的。另外,算是半“強買強賣”的米格-29性能有些不盡如人意,自行研制LCA雖然性能也不會更高,但至少還能保持自主或者是做個備胎。今后如果采購國外艦載機,還能當個陪襯壓壓價。更重要的是還發展了本國航空工業。

目前海軍型的LCA MK1階段已經完成首飛的有兩款,第一款是雙座的教練機,被稱為LCA-NP1,于2012年4月27日首飛。第二款被稱為LAC-NP2,是一款單座戰斗機。其單雙座采用同型設計,單座型只是把雙座型的后艙安裝了燃油,增大航程。LCA-NP2于2015年2月完成首飛,此次完成首次起降的就屬于這一型號。

LCA要上艦,首先要進行結構補強,加強起落架、機體結構,增大機翼面積。機體重量增加了,要保證航程至少不降,還要增大油箱,這樣改進下來,艦載戰斗機的重量和外形都會有不小增加。一般而言,同款戰斗機上艦,增重在8%-10%。LCA的海軍版翼展就由空軍型的8.2米增加到了8.9米,機長也從13.7米,增加到了14.56米,最大起飛重量也增大到17噸左右,要和基本型的幻影-2000相當,甚至還重一些。可以說從“超輕”量級上升到了輕量機三代機了。

LCA艦載版1月12日首次在航母成功阻攔著艦

在這種情況下,還要解決艦載機的另一個重要問題——起降問題,就需要在氣動上采取措施了。

三角翼有眾多優勢,但是其缺點也很明顯:升力線斜率比較低。也就是說,在相同的迎角增量下,其升力增量比較小。由于要考慮到擦尾問題和起降時飛行員視線問題,其起降迎角也不可能太大。要想產生足夠的升力,就要提高速度或者增大迎角,這都不利于起降性能。而無尾三角翼進一步惡化了起降性能。傳統布局的戰斗機,可以采用高效的襟翼提高起飛和降落時的升力系數,那則需要有一個強大的尾翼,產生負升力以下壓機頭。而無尾三角翼,起飛時抬頭力矩需要上偏機翼后緣的升降副翼或者襟副翼,以提供抬頭力矩,而上偏后緣會進一步降低升力。當然,無尾三角翼飛機的翼載荷比較低,這是有利于起降的一面。所以LCA盡管是一種無尾三角翼飛機,但是由于翼載荷低,加之放寬靜穩定度,其起飛滑跑距離仍然是比較短的,有未經證實的消息認為不到500米。

所以,要讓LAC上艦,必須考慮如何提高起降階段的升力。印度人想到的辦法是在機翼前緣加一段可動邊條。起降時,邊條上偏,一方面提供一些抬頭力矩,減少后緣上偏的幅度,另一方面通過增大迎角,拉出一些渦流,為機翼增大升力。所以,我們看到LCA艦載機降落時,可動邊條是高高抬起。

實際上,這個可動邊條起到的是可動鴨翼的作用,只不過LCA的機身軸向被機翼占據,增加鴨翼不是很好安置,而且涉及的改動量比較大。當然,印度也有安裝鴨翼的Mk2版本,只不過目前仍然處于概念設計階段。其另外一項改進是增大了翼面積,機翼面積從38平米猛增到了44平米,比幻影-2000的41平米的翼面積還大。

LCA艦載版戰斗機已經在陸地試驗設施上進行了廣泛的起降試驗

注定“雞肋”的命運

上面說了LCA的那么多特點和優點,但是它的問題仍然不少。其最大的問題是尺寸太小。增加可用空間和起飛重量這是戰斗機改進不變的主題。誰的戰斗機空間大,油多彈多,空中續航時間長,雷達功率大,誰在空戰中就占便宜。整個三代機的改進史都是按照這個套路來的。LCA也在不斷增大,但是注定屬于一架輕型戰斗機,而且是載彈量有限的輕型戰斗機。

第二個問題是,它的起降性能可能仍然不是很理想。上面談到了LCA這種大后掠角無尾三角翼的最大問題是起降性能差。盡管艦載版LCA采取了一些措施提高其起降性能,但是從印度方面公開的圖片來看,其降落迎角仍然比較大,是通過大迎角來換取低的進場速度。這一點不得不說,基本型的LCA最大迎角達到了26度,比一些實用邊條翼加梯形翼的三代機還大,這賦予了該機出色的大迎角低速飛行能力。但是艦載戰斗機著艦如果迎角比較大,不利于觀測飛行甲板,給著艦帶來困難。這還是在基本空載的情況下著艦,如果其攜帶部分彈藥返航,其著艦將更加困難。此外,印度航母采用滑躍甲板,LCA的起降性能還會進一步限制其起飛時攜帶的燃油和彈藥重量,其作戰半徑和續航時間不會太高。大概也是出于這種考慮,印度目前正在設計的LCA MK2的海軍版在其尾部增加了兩片袖珍型平尾,以進一步提高起降性能。

拖拖拉拉的研制進程讓LCA戰斗機在隱身戰機面前更加落伍

最關鍵的問題是,現在已經是21世紀20年代了,戰斗機不隱身,好意思說是先進戰斗機?照這個勢頭,LCA艦載版5年后興許能達到服役狀態。但那時候,不隱身的戰斗機,還能有多大活動空間?

可以預見,印度不會完全拋棄LCA艦載版,印度需要走完艦載機的研制流程,遇到該遇到的問題,解決該解決的困難,有助于印度掌握艦載戰斗機的設計技巧,為日后在其本國的中型隱身戰斗機的基礎上發展艦載版奠定基礎。

    責任編輯:謝瑞強
    校對:施鋆
    澎湃新聞報料:021-962866
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