文章发表日期(2013.08.14)

狂风的发展和与同类型战斗轰炸机的技术对比

  狂风最初的设计的要求是获得一种典型的多用途战斗机(MRCA),但是主要用来进行对地(海)目标的攻击的狂风IDS战斗轰炸机并没有达到多用途战斗机的标准。英国皇家空军为了增强空军的防空拦截能力,利用狂风 IDS的基础设计独立投资研制的防空型狂风ADV战斗机,使狂风具有了与法国幻影2000类似的“一机多型”的设计特点。采用在标准平台上 “一机多型”的设计方法扩展了狂风系列飞机的应用范围,但是这样的设计手段与几乎同时开始的第三代战斗机的设计思想却完全不同。

  狂风为了满足多方面的战术要求,在设计上利用了多项当时最先进的航空技术,在整体设计上采用了技术完善的可变后掠机翼结构和可调节进气道、在动力系统上应用了先进的RB199高推重比三转子涡轮风扇发动机和反推力装置,机载设备应用了现代化的多余度数字式电传操纵系统和高精度的自主导航-攻击系统。较大的航程和有效载荷,配合上先进的机载设备和变后掠机翼的采用,使狂风IDS具有极好的低空高速突防作战的能力和对作战目标的打击能力。狂风IDS目前是欧洲国家现役装备中最主要的战斗轰炸机,而狂风ADV也是英国国土防空战斗机的绝对主力。狂风虽然拥有对空改型ADV的特点更加类似欧洲传统的“一机多型”设计方式,但是狂风系列作战飞机在规格和战斗力上与“幻影”和米格-23/27系列的差距较大,因此目前和狂风进行对比的仍然还是F-111和苏-24这两个型号的战斗轰炸机。

狂风 F-111 苏-24大小对比

  F-111是美国通用动力公司研制的双座双发多用途战斗轰炸机,F-111也是世界上第一种实用型变后掠翼战斗机。上世纪60年代初期,美国空军按照预定的攻势作战要求,需要研制一种以执行对地攻击作战任务为主的超音速战斗机,用来作为F-105超音速战斗轰炸机的后续型,主要用于在全天候条件下执行战场遮断、纵深攻击和战术核攻击任务。F-111虽然在研制的时候被称为战斗轰炸机,但是从气动设计等技术层面上就可以清楚的看到,F-111实际上并不具备与战斗机进行空战的能力,即使是按照美国海军航空母舰舰队防空任务要求研制的F-111B,也只能被认为是一种体积庞大的,整体上与苏联的米格-25P类似的防空拦截战斗机。F-111在设计思想和技术上的要求在飞机性能上得到了明显的体现,F-111与其被称为代替F-105的战斗轰炸机,还不如被认为是代替B-57的超音速轰炸机。苏-24是前苏联苏霍伊设计局设计的双座双发变后掠翼战斗轰炸机,苏-24是苏联为加强前线航空兵的纵深对地攻击能力而研制的。苏-24与之前以雅克-28这类轻轰炸机和苏-7/17这类战斗机基础上的攻击改进型不同,苏-24是苏联第一种按照执行对地攻击任务的要求而专门设计的战斗轰炸机。苏-24的整体设计思想与美国F-111基本相同, 要求飞机具备低空高速突防能力和全天候对地攻击作战能力,可以携带大量对地攻击武器对敌方纵深的目标实施攻击和进行战场遮断,也可以携带小型核弹进行战术核攻击。苏-24的设计要求就是单纯的对地攻击,只有有限的对空自卫能力,苏-24与F-111一样不具备与对方战斗机进行空战的能力。

F-111只能挂载响尾蛇导弹自卫

  苏-24和F-111都是按照苏联和美国以世界大战为基础的军事装备体系要求下,用来作为苏联和美国系统完善的空中力量的一个组成部分发展的,在当时的航空技术还无法保证面面俱到的情况下,苏-24和F-111在设计中都为了强化对地攻击能力而放弃了对空作战能力的要求。狂风战斗机同样面临着航空技术水平无法同时满足对空和对地功能的情况,但是英国、德国、意大利这些装备规模比较小的欧洲国家很难保持一个与美国和苏联相同的复杂、全面的空军装备体系,经济上不可能通过研制不同类型的飞机来满足不同的作战任务要求。狂风战斗机的发展开始就是按照同时满足对空和对地要求来设计的,当技术上无法实现一机多用的要求后,研制的飞行也迅速的转向了一机多型,通过将一个标准的机体设计进行必要的改进,设计出用以执行对空和对地作战任务的不同机型,这一设计方式使狂风无论是IDS型还是ADV型,比起苏-24和F-111要更加接近欧洲战斗机的传统设计思想。

事实证明空优战斗机的设计要求与对地攻击并不冲突,而反之就行不通了

规格和基本结构设计

  狂风在机体尺寸和结构重量方面明显的要小于F-111和苏-24,这是因为狂风的规格确定主要是受到价格和技术上的影响与限制。从价格上来看,因为飞机的尺寸和重量越大价格就越高,准备装备狂风飞机的英国、德国和意大利的经济实力都很难负担一种价格高昂的重型飞机的批量装备。从技术上来看,狂风系列飞机是专门为了适应欧洲国家需要所开发研制的机型,因为要在平台设计上同时满足执行对地和对空任务的要求,而参加研制的国家只有RB199这一种中等推力的发动机可以提供给狂风使用,发动机推力不足的问题使规格过大的飞机在执行对空作战任务时的机动性能要受到影响。因为经济和技术上所存在的问题,所以狂风IDS战斗轰炸机在机体规格的确定上,对不同的任务要求进行了一定程度的综合平衡,狂风IDS的设计标准又对狂风ADV的规格确定产生着直接的影响。狂风IDS虽然被普遍认为是与F-111和苏-24同样类型的飞机,但是却在飞机总体设计上表现出“一机多型”设计原则的特点,这些设计原则和性能平衡的结果在狂风飞机的结构设计中都有清楚的体现。

机身结构和材料

  狂风采用全金属半硬壳结构的机体设计要比JH-7复杂的多,狂风截面尺寸较大的机身具有很大的内部空间,在机身中段上方还有高强度的中央翼盒和转轴机构。为了提高对狂风电子系统的维护和保养能力,机头的雷达天线罩可以向侧面打开,雷达天线也可以折转,前机身侧面设计有大开口以便对航空电子设备进行检测。狂风的机身设置有大量的检查口盖,全机开口率较高,可以方便在设施简单的野战机场对飞机进行地面维护和保养。狂风采用上单翼的设计使机身的检察口盖大都处在维护人员可接触位置,在野战机场使用时不依靠专用保障设备就可以完成飞机维护和作战中的大部分准备工作。狂风IDS长度为16.72米的机身横向宽度较大,机身下表面形成一个简单的平面,机身下可以安装大规格的外挂武器和副油箱。狂风ADV为了在机身下安装串列布置的“天空闪光”空空导弹和增加飞机内部燃料携带量,将机身的长度增加到了 18.08米。狂风的机身中段设置有可边后掠机翼结构的高强度整体转轴,贯穿全机的转轴外侧直接与可动外翼段联接。机身后部上方设置有2块向上打开的大面积的单片减速板,减速板由复合材料制造。

狂风ADV结构图

  机体结构上以铝合金为主,部分采用了合金钢,在高受力的中央翼盒和机翼转轴部位应用了高强度的钛合金,复合材料应用范围不大,主要用在机翼固定段的密封带和减速板上。狂风在结构材料设计和应用上,尤其是从复合材料的应用范围上看,与同时期法国的幻影2000有一定的差距,总体结构材料的比例上与苏-24和JH-7的基本型并无明显的差异。狂风战斗机的空机重量(具体数据为狂风IDS)为14091公斤,其中飞机结构重量为7273公斤,结构重量系数为0.00052。动力装置的重量为2727公斤,机载设备重量3182公斤,机载固定武器重量为264公斤,基本空机重量为13446公斤,其他625公斤的空机重量为氧气、滑油等消耗品和200公斤的航炮弹药。

狂风的钛合金机翼转轴

  狂风在机身两侧安装有带有可调节斜板的矩形多波系进气道,进气道在飞行时可根据飞行条件的变化自动调节,能够适应狂风在不同速度和高度条件下飞行时的进气需要。进气道可动斜面部分的运动由电动液压装置驱动,可以根据大气数据计算机和飞行控制计算机的数据进行自动控制调节。每侧进气道都有两个辅助进气口,以保证起飞和着陆时发动机的供气需要。狂风进气道的基准面与机身的基准面平行,采用水平的进气道结构设计可以消除超音速下洗流的干扰,减弱进气道节流范围的涡度和失真。进气道内侧的上表面为可调节斜板结构,其中第一个斜面为固定角度结构,第二个斜面相对第一个斜面是可动的,第三个斜面与第二个斜面联动并且与进气道固定结构铰接连接,附面层气流通过第二和第三个斜面之间的开口从进气道表面的排气装置上排出。狂风采用的可调节进气道在亚音速大迎角飞行时可以使发动机有较好的工作环境,而在超音速时又可以保证发动机有较高的总压恢复系数和整机较好的加速性。

狂风右侧进气道内的可调斜板,唇口黑色区域就是除冰加热区

左侧进气道内的辅助进气口,比右侧增加了一个导流板

  欧洲冬季阴冷的气候非常容易使低空飞行的飞机出现结冰的问题,飞机在野战条件下停放时机身积冰对于作战飞机也是很大的问题,地面积冰要影响飞机的作战准备时间,而空中结冰严重的影响到了飞机的飞行安全。狂风IDS和狂风ADV因为都需要在欧洲阴冷潮湿的气候条件下进行部署和作战,这就使飞机的进气道必须具备有效的防/除冰系统。狂风的进气道采用了独立的电动防冰装置,防冰装置的加热区布置在进气道前缘和两侧靠前方的位置。通过电加热区域的工作,可以使进气道上的积冰脱落时的面积不大于150×25毫米,落冰的厚度不超过7毫米,除冰系统加热后脱落进入进气道的冰块体积可以被发动机所承受,发动机的性能也不会因此降低。狂风为适应北欧阴冷气候所设置的防冰系统循环工作周期为128秒,一个循环周期就可以将地面停放时积累在进气道上的冰体清除,保证狂风在极端恶劣气候条件下的快速出动准备要求。进气道除冰系统还可以连续15分钟抵抗空中最大结冰状态,保证狂风可以从结冰区安全脱离,这个装置对狂风系列飞机的作战准备和飞行安全都有着十分重要的作用。

翼面设计特点

  狂风系列飞机中,无论是用来执行对空还是对地作战任务的型号,都具有相同的飞行性能和完善的航空电子设备,能够满足短距离起落和亚、超音速飞行的要求。狂风在确定基础设计的70年代初期,要使飞机平台保证在200公里/小时到M2的整个速度范围内都具有良好的飞行性能,同时满足飞机的短距离起落、大航程、高空超音速和低空高速度突防的任务要求在气动结构上产生的矛盾,在技术上唯一可以满足要求的就是采用可变后掠机翼。

  狂风在翼面设计上采用了当时战斗轰炸机上流行的可变后掠角的上单翼,大面积的单垂尾和低置平尾。狂风IDS的变后掠翼角度变化范围是25度到68度,狂风IDS的机翼后掠角在飞行员的控制下可进行无级调节。狂风IDS的机翼可动部分控制机构不具备与F-14类似的与飞行控制系统综合后自动调节机翼后掠角的能力,而在英国发展的狂风防空型上则安装有自动机翼后掠控制(ASW)和与机翼角度控制综合的自动机动控制(AMDS)系统,可以通过飞行控制计算机自动控制机翼角度的变化,这一设计使狂风防空型在机动性上比狂风对地攻击型有了明显的提高。狂风的变后掠机翼系统在结构和技术标准上与F-14基本相当,比苏联发展的米格-23、苏-17和苏-24系列战术飞机上的变后掠翼系统要先进和完善的多。狂风的机翼固定段前缘有60度的后掠角(防空型提高到67度),活动翼面前缘安装有3段式前缘缝翼,在后缘安装有4段式双缝襟翼。因为变后掠翼的结构限制,在狂风飞机的机翼可动段上没有设置进行滚转控制的副翼系统,飞机的横滚操纵在小后掠角的时候依靠机翼上表面的扰流片来操纵,这个扰流片在飞机降落时还可以作为减速板使用,而在飞机大后掠角飞行时的滚转控制能力是依靠全动平尾差动控制得到。

后缘的双缝襟翼

前缘的3段式前缘缝翼

  低置平尾在飞机进行大迎角机动时处于较小的机翼下洗梯度流场之中,将可以提供较好的安定性和有效的消除机动过程中的上仰力矩。战斗轰炸机在作战中采用低空高速突防战术时,因为飞机在突防过程中需要频繁的进行剧烈机动以保证根据地形起伏环境来进行定高度地形跟随飞行。战斗轰炸机将平尾设计在机翼的后下方位置可以增加最大升力系数时的纵向安定性,并且可以有效的减轻或消除大过载时由机翼尾流冲击平尾产生的抖振。狂风安装位置较低的全动平尾系统可以完成飞机俯仰操纵和机翼大后掠角时的滚转操纵,水平位置低于主翼的全动平尾可以保证在飞机带迎角的飞行姿态时,平尾控制面不会进入机翼强下洗气流范围之中,可以提高狂风在飞机姿态迅速变化时的控制效率和安定性,有利于狂风这轰炸机在超低空突防时的飞行稳定性和飞行安全,更加适应低空突防的性能要求。狂风飞机上安装的大面积垂尾使飞机在执行高速拦截或在大负荷低空突防任务中,都具有很好的方向安定性,在垂尾上方还安装有电子对抗系统的非金属天线罩。

狂风的垂尾和平尾面积都较大以保证足够的飞行稳定性

机载武器和外挂载荷的设置

  狂风IDS的机载固定武器为装两门备弹量各180发的27毫米航炮,全机7个外挂点(机身下3个,每边机翼下各2个)可以挂载最大7500千克的载荷。狂风IDS 和ADV设置在机翼外翼可动翼段下的外挂点为活动挂点,外挂架可以根据机翼后掠角的变化自动调整角度,使外挂载荷始终保持在顺气流方向以保证飞机气动性能的要求。狂风IDS的外挂装置和外挂管理系统符合北约的标准,因此可以挂载几乎全部符合北约标准的战术机载武器。狂风IDS的外挂对空自卫武器为响尾蛇空空导弹(以及欧洲新发展的近距格斗导弹),各种空-地、空-海导弹和反辐射导弹,还能够挂载2000磅以下口径的常规和制导炸弹。狂风ADV的机载固定武器只有机身右下侧的1门27毫米航炮,延长的机身下可以采用半埋方式外挂4枚空空导弹,机身下并排串列挂载的空空导弹的方法与F-4“鬼怪”II类似,在机翼下挂点上还可以挂载自卫用红外格斗弹,经过现代化改进后能够挂载AIM-120和ASRAAM先进格斗空空导弹。狂风IDS的机身和机翼挂点可以挂载副油箱(机身油箱1500升、机翼油箱2200升),狂风ADV因为机身外挂点调整后无法挂载副油箱,但是机翼下的4个挂点都可以挂载大容量的副油箱。电子战改进型狂风ECR保持了狂风IDS的外挂载荷和对地攻击能力,通过改进电子系统和加强电子侦察与干扰吊舱的携带能力,更有利于机载HARM、ALARM反辐射导弹对地面雷达系统的攻击,有效提高了狂风ECR独立执行反雷达作战和伴随支援方面的作战能力。

挂载两枚ALARM反辐射导弹和12枚硫磺石导弹的狂风GR4,狂风平坦的机腹可挂载大型对地武器,弥补的机翼挂架的数量不足

  狂风IDS虽然在机身尺寸和最大起飞重量上比起苏-24要小的多,但是因为结构重量轻、发动机性能出色和外挂点设置合理,因此狂风IDS在外挂物的重量与类型上甚至略优于苏-24,在机载武器的通用性和灵活性方面也要超过体积和重量更大的苏-24。作为战斗轰炸机使用的狂风IDS在综合战斗力方面处于冷战期间同类装备的先进水平。狂风ADV在外挂点设置方面充分考虑到了超音速拦截作战的要求,半埋的导弹挂载方式使飞机在高速飞行时的阻力较小,能够挂载足够的导弹武器来支持对多个目标作战的要求,能够满足战争中对远距离阻击和消灭苏联超音速轰炸机的作战任务要求。

狂风的翼下挂架都是可以旋转的

生存性

  狂风在设计中需要利用低空高速突防的手段执行对地攻击任务,因此在结构设计上对飞机生存性进行了特殊的考虑。狂风的机翼和机身内部的油箱都采用了自封闭的防爆设计,飞机上的各活动控制面都采用液压控制,在飞机控制系统的液压管路上采用了间断阀,在液压管路出现泄露时可以切段故障管路,飞机上的2台液压系统由2台由发动机分别驱动,并且可以在必要时用1台发动机同时驱动2套系统。机上安装的2台发电机互为备份,单台发电机就可以满足全机电力供应。多余度的破损安全设计使狂风的可靠性和战场生存能力都较好。

飞行控制系统

狂风战斗机的技术和发展 中

  狂风在采用地形回避技术进行持续低空高速突防时,飞机的飞行姿态变化十分剧烈,而依靠飞行员的人工控制根本无法满足飞机安全飞行的要求,这就必须要使飞机具备一个在计算机控制下的先进飞行控制系统。只有将飞行控制系统与机载导航系统和相关传感器交联,通过构成一个全自动化的飞行控制和低空突防系统,才有可能保证狂风战斗轰炸机在执行低空高速突防作战任务时的飞行安全性要求。狂风战斗机采用了先进的四余度电传操纵和与之综合的自动飞行控制系统,这套电传操纵系统具有三余度的控制增稳能力(CSAS)。采用电传操纵系统的狂风具有很高的操纵精度,尤其是当飞机在60米高度进行低空高速突防作战时,高精度的操纵系统与地形跟踪系统配合是综合飞行安全性和突防可靠性的保障。

狂风的飞控系统保证了低空飞行时的安全性

雷达火控系统

  采用一机多型设计思想的狂风按照任务要求采用不同的雷达火控系统,这是因为欧洲国家在设计狂风的时候没有具备可靠地形跟随功能的机载雷达系统,因此狂风IDS通过从美国引进雷达系统来满足战斗轰炸机的雷达要求。上世纪80年代初期的机载多功能火控雷达的性能远不够完善,就是当时的美国号称多功能的AN/APG-65/68/70也算不上真正的多功能,美国空军采用多功能雷达的F-16C/F-15E和海军的F/A-18在执行对地攻击任务时,都需要外挂导航吊舱来弥补机载雷达地形跟踪能力不足的缺陷。欧洲国家当时所能够获得的雷达系统在技术性能上远不如美国,所以不可能将狂风IDS的低空地形跟随与狂风ADV中距拦射功能集中到一套系统中,因此狂风IDS和狂风ADV采用了完全不同的两套雷达系统来满足各自的作战要求。

狂风IDS的雷达火控和地形跟踪系统

  狂风IDS的雷达系统是由多用途前视跟踪雷达和地形跟踪雷达组成,雷达系统的组成与美国F-111和苏-24的雷达系统结构基本相同。狂风IDS装备的Tornado多用途前视地形测绘雷达系统应用了椭圆形雷达天线面,多用途前视地形测绘雷达在作战中进行测绘、识别和瞄准地面(空中)目标,同时为机载武器提供目标的距离和角度信息。地形测绘雷达的主要作用方式有:搜索和跟踪空中目标并进行测距和角跟踪,地形测绘(宽/窄、快/慢扫描,波束锐化和分解),地面目标的搜索和测距,更新导航数据,地面目标锁定,等高面测绘(作为地形跟踪雷达和后备系统),寻地干扰和信标功能。前视地形测绘雷达系统采用了宽带行波管发射机和平面天线阵,雷达系统依靠脉冲压缩和频率捷变技术来对抗电子干扰。

狂风IDS的搜索雷达与地形跟踪雷达(下)

  狂风IDS的地形测绘雷达的综合性能与美国F-111战斗轰炸机基本相当,对地面目标有比较好的搜索和跟踪能力,在机载导航系统协作下可以对地面固定和活动目标有很高的探测精度。对于计划攻击的目标,狂风IDS可以采用低空高速直线通过的方式投掷低阻减速炸弹或进行上仰投弹,对于防空火力不强的目标也可以进行俯冲投弹攻击。对于战场上的活动目标可以使用火箭和炸弹以连续计算弹着点的方式进行攻击。狂风IDS的地形测绘雷达基本上可以满足执行对地攻击作战任务的要求,并且对空中目标也具备基本的测距能力以支持自卫空战的需要,但是因为雷达系统的性能限制使狂风IDS的对空作战能力有限,所以狂风IDS在作战中需要得到战斗机和电子干扰机进行护航和掩护。地形跟踪雷达采用了圆形的平面阵列天线,雷达天线的位置在多功能前视地形测绘雷达的下方。地形跟踪雷达在水平飞行时采用2巴扫描(2-bar scan),方位覆盖范围为8度,俯仰角度为+10度到-20度,当飞机进行小转弯速率机动动作时,扫描波束呈线性逐渐增大。当狂风IDS进行大转弯速率机动飞行时雷达波束实行8字形扫描,雷达方位覆盖范围增加到15度,并且可以根据飞机转弯速率的变化来改变波束进行最大7度的扫描方位调整。因为雷达系统的扫描可以根据飞机的转弯速率进行调整,所以雷达系统在整个地形跟踪的过程中都可以保证飞机进行安全可靠的机动飞行。

狂风GR.4的前后座布局

  地形跟踪系统的任务计算机通过地形跟踪雷达的扫描结果,在飞机飞行前方虚拟一个类似于滑雪板形状的理论包线,包线的形状和角度由飞机的飞行速度、离地间隙和选择的乘座品质决定,计算机通过比较地形跟踪雷达的回波和理论包线自动产生飞机的俯仰操纵信号,操纵信号自动输入自动驾驶仪和电传操纵系统。地形跟踪系统的飞行控制虽然是全自动的,但是修正信号同时也显示在飞机的平显系统上让飞行员对地形跟踪系统进行监控。地形跟踪雷达和机载计算机系统可以根据地形条件,将飞机的突防高度设定在距离地面61米到457米之间,飞机在进行地形跟踪突防时的最大飞行速度可以达到M1.2。狂风IDS的飞行员在地形跟踪突防时可以选择不同的操纵品质,采用“硬乘座”品质的地形跟踪性能最好,但是“硬乘座”品质产生的-0.95的垂直加速度要牺牲飞行员的乘座舒适性,而采用产生-0. 5垂直加速度的“软乘座”品质的地形跟踪突防效果相对要差,但是飞行员体力消耗较小。狂风IDS的飞行员在低空高速突防过程中可以灵活的选择不同的操纵品质,采用“软乘座”提高飞行员在执行纵深突防任务时的持续飞行能力,而在接近目标时采用“硬乘座”操纵品质来提高狂风IDS的突防成功率。

  狂风相比战斗机高的多的翼载荷对飞机的机动性能造成了一定的影响,但是高翼载荷的特点却使狂风对气流干扰的敏感度降低。德国空军根据实际飞行的经验认为狂风IDS低空高速飞行时抗气流干扰的能力与F-111相当,明显超过执行对地攻击任务的F-4E“鬼怪”II和F-15E。狂风的低空稳定性在执行低空突防飞行的录象资料中表现的非常明显,挂弹的狂风IDS在欧洲低矮的丘陵山谷中穿行,在河道上空飞行的狂风IDS有时候的飞行高度还没有超过两旁针叶林的树冠。狂风IDS的地形跟踪雷达的低空飞行时的表现非常出色,早期原型机试验中试飞员多次报告飞机在低空高速飞行时突然拉起,检查飞行记录时发现这都是因为航线上突然出现的障碍,地形跟踪雷达和机载设备在飞行员目视发现之前就采取了规避措施,而飞行员很多时候直到飞机恢复突防高度后也无法判断问题的原因。

F-15E由于翼面积太大,低空飞行的稳定性不如F-111和狂风这类的专用攻击机

  狂风优异的低空突防能力和大航程综合后的整体作战效果非常出色,狂风IDS在挂弹后有足够的燃料保持持续低空高速突防飞行,对于冷战后期欧洲空中战场上“拉高既死”的作战环境来说,长时间低空高速突防能力是狂风平衡任务与生存之间的有效手段。参加海湾战争的狂风低空突防损失超过中空作战飞机的特点,主要是因为联军强大的电子作战体系破坏了伊拉克的导弹防空系统,只有高射炮和低空导弹能够有效工作的防空系统只能对付低空目标。狂风在伊拉克所受到的威胁与欧洲面对华约时的情况完全不同,伊拉克战场上绝对的电磁优势在对抗苏联军队时是难以实现的,而欧洲丘陵和平原地形也和伊拉克的沙漠地区有着根本性的区别。狂风在对地攻击中可以利用突防能力的优势削弱华约地面力量,欧洲预期中的大战中没有人会关心飞机在战争中的消耗,保证战争的整体胜利是比单纯的装备损失更重要的因素。狂风IDS的地形跟踪系统师飞机具备了安全完善的低空突防能力,较大的翼载荷也使地面突风和乱流对飞行状态的影响不大,电子系统和飞机结构设计的综合使狂风的低空突防能力处于世界领先的水平。我国发展的JH-7战斗轰炸机虽然也强调具备低空突防作战能力,但是在机载电子系统和机体结构设计上与狂风都存在有比较大的差距,在执行低空突防作战任务时的综合性能仍然无法与狂风IDS相比较。

狂风ADV的AI-24多功能火控雷达

  狂风ADV是英国皇家空军用来担负远程防空任务的超音速拦截战斗机,因为狂风ADV的作战任务对机载雷达的要求上与IDS存在明显区别,当时的欧洲国家也不具备发展多功能火控雷达的条件,所以英国为狂风ADV的需要研制的AI-24机载火控雷达。AI-24雷达系统的原理样机在1979年开始进行空中试验,装备狂风ADV的生产型在1984年开始交付英国皇家空军。AI-24 (FoxHunter)是采用脉冲多普勒体制的多功能机载截击雷达,具备在远距离上同时对多个空中目标进行搜索和跟踪的能力,狂风ADV执行全天候拦截任务时采用“天空闪光”半主动雷达制导导弹与AI-24配合使用。

AI-24雷达仍采用卡塞格伦天线

  AI-24雷达系统采用的是相对沉重和技术略显落后的卡塞格伦天线,卡塞格伦天线由前方双曲面反射体和抛物面后反射体组成,但是脉冲多普勒体制的雷达系统具备较好的下视搜索和跟踪能力,在采用雷达导引空空导弹时具备连续攻击多个目标的能力。AI-24雷达系统采用的倒置卡塞格伦天线的直径为80厘米,对5平方米反射面积的空中目标有185千米的最大探测距离(目标发现概率80%)。AI-24雷达可以对抗常规阻塞式和瞄准式电子干扰手段的影响,在遭受电子干扰的情况下还可以根据干扰情况确定干扰源位置,在全天候拦截过程中可以抵抗苏联轰炸机机载常规电子对抗系统的影响。AI-24雷达系统可以满足中距离拦射导弹顺序攻击多个目标攻击的要求,在近距离格斗空战中能够与可离轴的格斗弹配合使用,并且能够配合平视显示系统为航炮攻击空中目标提供瞄准信息。狂风ADV采用AI-24雷达对大型轰炸机的探测距离可以超过150千米,但是对半主动雷达制导空空导弹的制导距离只有不足30千米,因此狂风ADV即使拦截轰炸机也难以实现真正的远程打击,这个问题直到狂风ADV装备AIM-120主动雷达制导导弹后才被改变。AI-24雷达天线的体积和尺寸规格远比IDS上的对地雷达天线大,因此装备AI-24的狂风ADV拥有一个明显比IDS尖细的雷达天线罩,这也是远距离上分辨狂风IDS和ADV的最明显特征。

狂风F.3的前后座布局

航空动力系统

  RB199是由英国、联邦德国和意大利合作研制的高推重比加力式涡轮风扇发动机,作为狂风战斗轰炸机配套动力系统的RB199在1969年开始设计, RB199的原型发动机1974年装在狂风原型机上进行飞行验证,实用型RB199到1980年开始随狂风飞机的交付开始服役。RB199涡扇发动机主要装备了狂风IDS/ADV等系列改进型,RB199 MK103装备狂风IDS/GR. MK1,推力增强的RB199 MK104装备狂风ADV/F MK1/MK3,RB100 MK105计划装备狂风ECR电子支援飞机。RB199取消喷口反推例装置后的RB199 MK104D还作为EAP和EFA使用的EJ200完成前的过渡动力装置。

RB199发动机模型

  狂风在短距起飞时需要发动机满足短时间内快速达到最大加力推力,执行低空高速突防和巡航时需要持续稳定的军用推力,在规避防空火力和飞机进行大载荷机动时要保持较大的剩余推力。RB199为了满足狂风执行不同作战任务时对发动机所提出的要求,采用三转子结构的RB199对于操作变化的响应速度快,并且采用了高增压比、高推重比、高涡轮前温度的“三高”措施,综合各种先进技术后的RB199发动机推重比可以达到7.93的高指标。RB199属于比较少见的无进口导流叶片的三轴加力式涡扇发动机,但是因为狂风在发动机与进气道是设计上进行了细致的考虑和充分的试验,因此RB199的进-发匹配工作经实际使用证明是成功的。RB199发动机在狂风飞机上不但能够经受低空持续飞行的气流干扰,而且发动机的油门可以在电子控制系统的辅助下进行自由调节。

反推动作机构特写

  狂风ADV需要比IDS有更大的发动机推力来满足超音速拦截的要求,而且在改进设计中狂风ADV增长的机体也有足够的空间容纳更大体积的发动机,为狂风ADV改进设计的RB199MK-104 在保持MK103基本设计的基础上,将加力燃烧施加长14英寸以提高发动机加力推力和降低耗油率。RB199作为欧洲上世纪80年代初期综合技术性较出色的型号,不但广泛应用在狂风的各改进型的装备中,而且在欧洲战斗机的研制过程中还用来作为EAP验证机的动力系统,中国研制超7战斗机的时候也曾经考虑过用RB199作为发动机的备选方案。RB199的设计和生产是联合开发高性能军用喷气发动机的成功例证,正是RB199在技术和市场上取得的成绩证明了联合研制发动机方法的成功,为EF2000开发的EJ200也采用了与RB199类似的组织机构和研制方法。

RB199
最大推力
起飞耗油率
推重比
空气流量
涵道比
增压比
涡轮前温度
最大直径(M)
长度(M)
重量(KG)
MK103
7110
0.662
7.93

73.1

1.08
23.5
1327
0.719
3.25
915
MK104
7249
0.662
7.62
1.08
0.719
3.6
976
MK105
7470
0.663
7.78
0.97
0.752
3.3
980

图注:RB199服役型号基本数据表格(数据来源《世界航空发动机手册》)

反推力装置

  冷战期间欧洲地区高密度的远程打击力量使战区范围内任何机场都没有真正安全可言,即使是再好的伪装手段和再坚固的堡垒也无法隐蔽目标明显的机场跑道,既然事实已经证明垂直起降战斗机在性能上无法满足要求,那么保证战术飞机具备可靠的短距离起降能力则是冷战对抗双方共同的观点。

  战术飞机在战争期间可以尽可能利用完好跑道或者简易道面完成起飞,但是在着陆的时候往往面前出现的会是布满跑道的弹坑,因此飞机在着陆阶段所遇到的场地问题要比起飞阶段更加严峻,战术飞机短距离着陆的要求在战争期间也要比短距离起飞更加重要。狂风IDS战斗轰炸机在设计上非常重视作战条件下的短距离起降能力,可变后掠翼机翼是当时是兼顾飞行速度和起飞距离的基本措施,而沉重的狂风在短跑道的着陆要求单纯依靠变后掠翼的作用是不够的。发动机反推力装置是狂风设计中为战术灵活性和战场生存所选择的重要特征,设计要求是狂风在着陆时的滑跑距离不能超过无外挂起飞的距离,因此狂风利用了当时在民用飞机上广泛采用的蚌壳式反推装置。

开反推降落的狂风IDS

  发动机推力不平衡会产生危机飞机着陆安全性的推力差异,因此狂风采用双发动机的设计特点对反推力装置的可靠性有很高的要求,电子控制系统可以随时监控反推力装置的工作情况,双发反推力装置的者流板打开速度和角度出现不同步则可以在0.5秒内迅速收回。采用反推力装置使狂风在着陆滑跑距离上大幅度缩短到600米以内,甚至比体积远小于它并同样有较好着陆能力的“美洲虎”还要好,这样好的着陆性能作为远程重型战术攻击机来说是极其有利的,反推力装置在战场生产能力上的收获远大于在重量和成本上的付出。

狂风战斗机的技术和发展 上

狂风战斗机的技术和发展 中

狂风战斗机的技术和发展 下