大水

眾所周知，美國(guó)F-15戰(zhàn)斗機(jī)是世界三代機(jī)中的王牌，它體重輕、設(shè)備強(qiáng)、發(fā)動(dòng)機(jī)推力大、加速性和機(jī)動(dòng)性好，在迄今為止的空戰(zhàn)中無(wú)一失利。蘇聯(lián)/俄羅斯的蘇-27戰(zhàn)斗機(jī)就是為了對(duì)抗F-15而設(shè)計(jì)的。二者的加速性機(jī)動(dòng)性基本同一水平。但蘇-27內(nèi)油幾乎多一倍，所以航程比F-15遠(yuǎn)80%～90%。蘇-27的掛點(diǎn)多達(dá)12個(gè)，掛點(diǎn)之間距離比較遠(yuǎn)，氣動(dòng)干擾比較小、阻力比較低，便于掛載多種多樣的重型武器。從這個(gè)角度上來(lái)說(shuō)，蘇-27設(shè)計(jì)比F-15優(yōu)秀很多，這在很大程度上源于蘇-27所采用的升力體設(shè)計(jì)。

然而蘇-27的升力體設(shè)計(jì)很大程度上是不得已而為之。雖然它取得了成功，但同樣的設(shè)計(jì)思路延續(xù)到蘇-57（也就是T-50）上，并沒(méi)有帶來(lái)成功，反而導(dǎo)致了徹底的失敗。

蘇-27升力體設(shè)計(jì)的成功

眾所周知，戰(zhàn)斗機(jī)是一種對(duì)抗性極強(qiáng)的兵器，需要在海平面到20千米高空，300千米每小時(shí)到2500千米每小時(shí)的速度，從零下70℃到零上50度70℃，白天、黑夜、晴天、雨天、大霧全天候飛行。高強(qiáng)度的對(duì)抗需要戰(zhàn)斗機(jī)具有爬升快、加速快，盤(pán)旋好、掉頭快，大迎角性能好，機(jī)體輕、結(jié)構(gòu)強(qiáng)等特點(diǎn)，能做9g以上的高機(jī)動(dòng)。所以特別講究重量輕、升力大、阻力小、推重比大。

飛機(jī)空重由結(jié)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)、設(shè)備三部分構(gòu)成，在減重設(shè)計(jì)時(shí)需要從三個(gè)方面同時(shí)著手。飛機(jī)機(jī)體材料的要求是：高強(qiáng)度、低密度、壽命長(zhǎng)、耐腐蝕、容易加工。三代機(jī)一般采用鋁合金、鈦合金外加鋼合金，外加少量的復(fù)合材料。前蘇聯(lián)在研制蘇-27戰(zhàn)斗機(jī)的時(shí)候，在材料指標(biāo)比美國(guó)落后不少。F-15戰(zhàn)斗機(jī)采用了20%的鈦合金，包括整個(gè)后機(jī)身、中機(jī)身、機(jī)翼大梁。而蘇-27僅僅在后機(jī)身框上采用了一些鈦合金，在中機(jī)身下壁板采用了鈦合金焊接蒙皮。

飛機(jī)設(shè)備重量的主要來(lái)源于火控雷達(dá)、顯示控制設(shè)備，以及飛控設(shè)備、導(dǎo)航通信設(shè)備等。其中最重、最復(fù)雜的就是雷達(dá)。蘇聯(lián)＼俄羅斯的電子工業(yè)一直嚴(yán)重落后，同類設(shè)備重量都是美國(guó)的5倍以上，其它指標(biāo)也落后很多。

同樣的落后也存在于航空發(fā)動(dòng)機(jī)上。蘇聯(lián)發(fā)動(dòng)機(jī)總是不能在像美國(guó)貨那樣在推力、重量、壽命、可靠性之間取得平衡，只能考慮突出推力和重量性能，犧牲壽命和可靠性。說(shuō)句題外話，法國(guó)人的做法則相反，在材料工藝落后的情況下優(yōu)先保證發(fā)動(dòng)機(jī)壽命和可靠性，犧牲了推力和重量指標(biāo)。這也是法國(guó)飛機(jī)性能在同時(shí)代機(jī)型中偏低的主要原因。

F-15在1969年公開(kāi)后，蘇聯(lián)開(kāi)始設(shè)法研制對(duì)抗型號(hào)。最簡(jiǎn)單直接的辦法就是按照F-15的氣動(dòng)進(jìn)行山寨，米高揚(yáng)設(shè)計(jì)局和蘇霍伊設(shè)計(jì)局都是如此。但是經(jīng)過(guò)計(jì)算，由于蘇聯(lián)材料工藝落后，發(fā)動(dòng)機(jī)油耗高、重量大、推力小，全機(jī)航電設(shè)備幾乎比F-15的重2噸。即使增加邊條和前緣襟翼來(lái)增強(qiáng)機(jī)動(dòng)性，性能也僅僅比美國(guó)上一代戰(zhàn)斗機(jī)F-4好一點(diǎn)而已，對(duì)F-15毫無(wú)優(yōu)勢(shì)。

既然此路不通，蘇聯(lián)開(kāi)始考慮在T-4轟炸機(jī)和圖-144飛機(jī)上有所實(shí)踐的升力體設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)飛機(jī)機(jī)身對(duì)全機(jī)的升力貢獻(xiàn)只有幾個(gè)百分點(diǎn)。而升力體飛機(jī)機(jī)身經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)，可以提供全機(jī)30%左右的升力。也就是說(shuō)，使用升力體設(shè)計(jì)的飛機(jī)可以在重量大30%的情況下，飛行性能與常規(guī)設(shè)計(jì)飛機(jī)基本持平。

起初，蘇霍伊設(shè)計(jì)局對(duì)升力體的看法很簡(jiǎn)單，采用了類似圖-144超音速客機(jī)的S型機(jī)翼前緣，2臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)吊艙的間距比較大。為了盡量提高航程而增加展弦比，得到了一個(gè)4000千米航程性能的布局。

同時(shí)他們也注意到，同樣是升力體設(shè)計(jì)的美國(guó)海軍F-14戰(zhàn)斗機(jī)。這個(gè)型號(hào)由于采用了變后掠翼和復(fù)雜的航電設(shè)備，機(jī)體特別笨重。但采用了升力體設(shè)計(jì)后，它居然具備了超乎想象的升阻比特性，高速性能很好，內(nèi)油很少但是航程很遠(yuǎn)。于是蘇霍伊設(shè)計(jì)局認(rèn)為，可以在F-14戰(zhàn)斗機(jī)升力體的基礎(chǔ)上繼續(xù)推進(jìn)，形成一種更高性能的飛機(jī)。實(shí)際上，從氣動(dòng)的角度來(lái)說(shuō)，蘇-27在某種程度上可以認(rèn)為是一種40度左右后掠角固定機(jī)翼的F-14。

最終，蘇-27氣動(dòng)構(gòu)型基本就定為：大型機(jī)頭裝高性能雷達(dá)；機(jī)頭兩側(cè)采用S型尖銳邊條，后掠角82度左右，邊條后接后掠角40度、展弦比為4的機(jī)翼。機(jī)翼前緣有自動(dòng)偏轉(zhuǎn)的襟翼，2臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)吊艙分開(kāi)掛在機(jī)翼之下。而雙垂尾在發(fā)動(dòng)機(jī)吊艙之外布置，便于大迎角機(jī)動(dòng)，避免普通單垂尾飛機(jī)機(jī)頭和機(jī)身的遮擋造成的舵效降低問(wèn)題。

蘇霍伊設(shè)計(jì)局認(rèn)為，這個(gè)構(gòu)型的基本性能比F-15高出20%左右，獲得了蘇聯(lián)軍隊(duì)的認(rèn)可。米格設(shè)計(jì)局也借用了蘇霍伊設(shè)計(jì)局的構(gòu)思，在后來(lái)的米格-29項(xiàng)目中利用了升力體思路優(yōu)化了設(shè)計(jì)。并提出了類似于蘇-27的機(jī)身方案。

蘇霍伊設(shè)計(jì)局最初給出的指標(biāo)還是很科學(xué)的：航電設(shè)備重量1.2噸，發(fā)動(dòng)機(jī)推力100千牛，正常起飛重量20噸。在這種情況下可以做到和F-15抗衡。

隨著項(xiàng)目不斷推進(jìn)，航電設(shè)備重量從原來(lái)的1.2噸變成2.5噸，幾乎翻了一番。在這種情況下，設(shè)計(jì)師只好提高發(fā)動(dòng)機(jī)推力，將每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)推力提高到125千牛。盡管如此，不斷上漲的航電設(shè)備重量已經(jīng)把升力體方案的優(yōu)勢(shì)一點(diǎn)點(diǎn)吞沒(méi)，性能優(yōu)勢(shì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有原先設(shè)想的那么大了。

在研制過(guò)程中，由于升力體方案表現(xiàn)出極其明顯的優(yōu)勢(shì)，蘇霍伊設(shè)計(jì)局還考慮了精簡(jiǎn)型升力體方案，就是將2個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)并攏。這種方案保留了升力體的升阻比優(yōu)勢(shì)，還降低了結(jié)構(gòu)重量。而且兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)并攏后，飛機(jī)圍繞縱軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大幅度減小，滾轉(zhuǎn)特性也變好。發(fā)動(dòng)機(jī)間距變小后，一旦單發(fā)失效的配平力矩也變小，垂尾尺寸也可以相應(yīng)減小。實(shí)際上，這個(gè)精簡(jiǎn)版設(shè)計(jì)與美國(guó)FX戰(zhàn)斗機(jī)項(xiàng)目中被F-15方案擊敗的諾斯洛普公司方案有異曲同工之妙。

如果不過(guò)度追求航程，并且考慮外掛副油箱戰(zhàn)斗，精簡(jiǎn)版的風(fēng)險(xiǎn)比實(shí)際的蘇-27小，而且更輕、發(fā)動(dòng)機(jī)要求推力更低，機(jī)動(dòng)性則基本持平。然而，雙發(fā)間距縮小會(huì)導(dǎo)致阻力不斷增加，升阻比優(yōu)勢(shì)不斷縮小，亞音速和超音速性能都受影響，減重優(yōu)點(diǎn)被增大的阻力嚴(yán)重抵消。

如果反其道而行之，增加發(fā)動(dòng)機(jī)間距，會(huì)有什么結(jié)果呢？蘇霍伊設(shè)計(jì)局曾經(jīng)測(cè)算過(guò)3米間距的方案，發(fā)現(xiàn)這個(gè)方案的升阻比不理想，單發(fā)停車(chē)配平能力要求更高，結(jié)構(gòu)重量也要增加。因此并不可取。

事實(shí)上，兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)短艙之間留出一個(gè)1米左右寬的氣流通道是比較合適的。這個(gè)從機(jī)頭到機(jī)身的氣流通道可以使飛機(jī)的氣動(dòng)阻力大幅度減小，增加航程。這也成了蘇霍伊設(shè)計(jì)局的法寶。

總體布局確定之后，為了充分利用升力體的優(yōu)勢(shì)、克服航電設(shè)備重量上漲帶來(lái)的不利影響，蘇霍伊設(shè)計(jì)局把蘇-27幾乎每個(gè)縱向剖面都設(shè)計(jì)成上凸下平的形狀，包括機(jī)頭、進(jìn)氣道，甚至發(fā)動(dòng)機(jī)吊艙也是如此。為此不惜讓發(fā)動(dòng)機(jī)噴管直接向下彎曲。

蘇霍伊設(shè)計(jì)局的努力得到了回報(bào)。F-15航電設(shè)備總質(zhì)量只有600千克，而蘇-27航電達(dá)到2250千克，其中N001雷達(dá)就占了980千克。F-15內(nèi)油只有5噸，蘇-27卻達(dá)到了10噸。但由于蘇-27采用升力體布局，超高的升阻比特性克服了低劣航空電子設(shè)備帶來(lái)的劣勢(shì)，最終機(jī)動(dòng)性指標(biāo)與F-15相差不大。F-15雖然更加緊湊、機(jī)翼結(jié)實(shí)，但是細(xì)節(jié)氣動(dòng)設(shè)計(jì)比較差。F-15升力系統(tǒng)沒(méi)有采用尖銳邊條翼而是采用了圓鈍的粗大整流罩，阻力大、升力作用小。而且，F(xiàn)-15為了簡(jiǎn)化機(jī)翼設(shè)計(jì)，取消了前緣襟翼設(shè)計(jì)，機(jī)翼前緣很粗、高速阻力大，實(shí)際的大迎角特性不如加前緣襟翼的設(shè)計(jì)。為了簡(jiǎn)化飛機(jī)設(shè)計(jì)難度，早期F-15取消了原定的電傳飛控系統(tǒng)，機(jī)動(dòng)性不如蘇-27和F-16。而且蘇-27機(jī)體大、掛點(diǎn)多，改進(jìn)潛力也比F-15大很多。就這樣，蘇-27得到了全世界的贊賞和客戶的青睞。在很長(zhǎng)時(shí)間里，它也是唯一能與F-15相抗衡的戰(zhàn)斗機(jī)。

照貓畫(huà)虎的蘇57必然失敗

蘇聯(lián)/俄羅斯雖然通過(guò)采用升力體方案、精心設(shè)計(jì)氣動(dòng)布局和總體方案，使蘇-27在一定程度上壓倒了F-15。但這樣的奇跡沒(méi)有延續(xù)下去。

到了90年代，美國(guó)正式啟動(dòng)先進(jìn)戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗機(jī)計(jì)劃，F(xiàn)-22勝出。這是自F-117攻擊機(jī)之后，美國(guó)戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)第二次沖擊隱身科技的大門(mén)，大獲成功。隨后的10多年，F(xiàn)-22在隱身、超音速巡航、高機(jī)動(dòng)、綜合航電上得到了無(wú)與倫比的成功，在亞音速格斗和超音速機(jī)動(dòng)上都取得了相對(duì)于三代機(jī)的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。就機(jī)動(dòng)性而言，任何一款三代機(jī)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是F-22的對(duì)手。

俄羅斯決心研制一款新的型號(hào)來(lái)對(duì)抗F-22。由于米高揚(yáng)設(shè)計(jì)局在米格-29的銷(xiāo)售上不理想，設(shè)計(jì)局缺乏經(jīng)濟(jì)實(shí)力開(kāi)發(fā)新的隱身戰(zhàn)斗機(jī)，俄羅斯政府挑選了蘇霍伊設(shè)計(jì)局承擔(dān)下一代戰(zhàn)斗機(jī)的任務(wù)。

由于經(jīng)濟(jì)條件的嚴(yán)重限制和蘇聯(lián)解體帶來(lái)的工業(yè)基礎(chǔ)大面積崩潰，俄羅斯的戰(zhàn)斗機(jī)研發(fā)能力受到了極大的消弱。蘇霍伊設(shè)計(jì)局曾經(jīng)提出了十幾款隱身戰(zhàn)斗機(jī)方案，很多方案和F-22類似，突出隱身和超音速巡航。然而，蘇霍伊設(shè)計(jì)局最終選擇了一種匪夷所思的設(shè)計(jì)，這就是后來(lái)的T-50。

這個(gè)型號(hào)一出現(xiàn)，就得到了很多負(fù)面的評(píng)價(jià)，比如：“機(jī)頭拍扁的蘇-27”、“發(fā)動(dòng)機(jī)間隔填平一半的蘇-27”、“F-22的退化版”，等等。

這并不說(shuō)明蘇霍伊設(shè)計(jì)局的設(shè)計(jì)能力退化了。相反，這是蘇霍伊設(shè)計(jì)局在各種限制條件下所能拿出來(lái)的最現(xiàn)實(shí)方案。國(guó)力嚴(yán)重衰退的俄羅斯人無(wú)法承擔(dān)研制F-22那樣的龐大投入，包括新的實(shí)驗(yàn)室、材料、設(shè)計(jì)軟件都對(duì)當(dāng)時(shí)的俄羅斯而言難以實(shí)現(xiàn)，特別是無(wú)力研制適應(yīng)F-22布局的發(fā)動(dòng)機(jī)。以當(dāng)時(shí)俄羅斯的發(fā)動(dòng)機(jī)性能，如果采用類似F-22的S型進(jìn)氣道，會(huì)導(dǎo)致很大的推力損失。如再采用二元矢量推力，增重會(huì)達(dá)到無(wú)法接受的程度。蘇-27曾經(jīng)改用二元推力矢量發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行飛行試驗(yàn)，結(jié)論是飛機(jī)增重太多、發(fā)動(dòng)機(jī)推力下降嚴(yán)重、性能大幅度下滑。實(shí)際上，F(xiàn)-22的布局同樣存在著著亞音速升阻比不高、航程不突出的問(wèn)題。但美國(guó)空軍對(duì)航程要求不如俄羅斯高，F(xiàn)-22的這個(gè)缺點(diǎn)可以接受。俄羅斯因?yàn)轭I(lǐng)土遼闊，戰(zhàn)斗機(jī)必須有大航程，這樣才能使得戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)維持足夠廣的作戰(zhàn)空域，同時(shí)可以有效的優(yōu)化裝備的采購(gòu)費(fèi)用結(jié)構(gòu)。

為了在現(xiàn)有條件下滿足俄羅斯的國(guó)情要求，蘇霍伊設(shè)計(jì)局被迫采用了我們所看到的蘇-57進(jìn)氣道布局：沿用蘇-27的直通進(jìn)氣口斜板外壓方式，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口風(fēng)扇直接露出來(lái)。這種設(shè)計(jì)具有最高的進(jìn)氣效率和高速性能，而且設(shè)計(jì)制造簡(jiǎn)單。此外，將發(fā)動(dòng)機(jī)中間的空間向下填平0.5米左右做彈艙，保留原有的蘇-27升力體框架。這樣的設(shè)計(jì)可以沿用蘇-27的經(jīng)驗(yàn)，有最高的升阻比。

但省事總會(huì)帶來(lái)另外的麻煩。蘇-57的彈艙被發(fā)動(dòng)機(jī)吊艙緊緊左右?jiàn)A住，導(dǎo)彈投射時(shí)會(huì)面臨很多氣動(dòng)干擾問(wèn)題，尤其是超音速狀態(tài)下。而從蘇-57的前后彈艙門(mén)結(jié)構(gòu)來(lái)分析，兩個(gè)彈艙內(nèi)至少有兩枚導(dǎo)彈。這樣，導(dǎo)彈投射時(shí)距離發(fā)動(dòng)機(jī)吊艙比蘇-27近得多。而且由于彈艙深度比較小，無(wú)法采用大行程的伸縮式投彈掛架。彈艙的設(shè)計(jì)可能一直沒(méi)有完善，估計(jì)這也是蘇-57一直不打開(kāi)彈艙展示的原因之一。而美國(guó)的F-22和中國(guó)殲20戰(zhàn)斗機(jī)，都采用類似的中機(jī)身腹部并列大型彈艙設(shè)計(jì)，兩個(gè)彈艙總寬度2米左右，可以很容易地布置6枚中小型導(dǎo)彈或者4枚大型導(dǎo)彈。

蘇-57身上出現(xiàn)了出了機(jī)頭大體外形和平尾邊緣對(duì)齊這樣的粗糙設(shè)計(jì)，對(duì)四代機(jī)來(lái)說(shuō)是不合格的。而且機(jī)身接縫基本沒(méi)有采用鋸齒設(shè)計(jì)，大部分接縫還是垂直于機(jī)身軸線的非隱身設(shè)計(jì)。最致命的問(wèn)題在進(jìn)氣道可動(dòng)斜板上，它所在位置必然是矩形的。矩形管道對(duì)雷達(dá)反射來(lái)說(shuō)是一個(gè)很強(qiáng)的共振腔體，可以將入射雷達(dá)波的大部分反射回去。這是隱身飛機(jī)設(shè)計(jì)的一大忌諱，卻出現(xiàn)在了蘇-57身上。

俄羅斯之所以在蘇-57隱身設(shè)計(jì)上遭到失敗，與俄羅斯雷達(dá)專家給蘇霍伊設(shè)計(jì)局提供了錯(cuò)誤數(shù)據(jù)是有關(guān)的。俄羅斯有關(guān)方面過(guò)于低估了F-117和F-22的隱身性能，完全失去了研制蘇-27時(shí)的新技術(shù)敏感性。俄方對(duì)F-117、F-22的雷達(dá)反射截面積推算結(jié)果，比美國(guó)人公布的數(shù)據(jù)高10倍以上。如果說(shuō)海灣戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)F-117成功突破蘇制雷達(dá)、導(dǎo)彈防護(hù)網(wǎng)，使俄羅斯對(duì)隱身技術(shù)有所心動(dòng)的話，1999年F-117遭俄羅斯SA3導(dǎo)彈擊落，使俄羅斯雷達(dá)專家更堅(jiān)信了自己的看法：美國(guó)人完全是在吹牛。俄羅斯專家相信，只要在現(xiàn)有雷達(dá)基礎(chǔ)上做個(gè)簡(jiǎn)單升級(jí)，比如把雷達(dá)功率加倍，即可輕松恢復(fù)三代機(jī)時(shí)代的技術(shù)平衡。他們也正是這么做的，蘇-57使用了大功率的有源相控陣?yán)走_(dá)，號(hào)稱能發(fā)現(xiàn)400千米之外的三代戰(zhàn)斗機(jī)，100千米-120千米外的F-22。