驚呆：中國航空專家推出「圓盤式飛碟」戰鬥機！

　程昭武　齊賢德
　　本文是中國航空史研究會副秘書長兼航空博物館飛行技術顧問程昭武在２００６年１１月中國航空博物館建館２０周年慶典所作發言。



　　在飛機發展的百年曆程中，存在這樣一種現象：由於飛機設計部門在飛機外形或功能的設計上因襲習慣的模式，致使飛機設計和製造技術的巨大潛力不能得到最大限度的發揮。例如，在上個世紀３０年代，對於雙機翼式飛機布局的留戀，耽擱了單翼式飛機的發展（早在１９０７年，法國人羅貝爾．埃斯諾．佩爾泰里已經製造了具有現代單翼式飛機基本特徵的Ｒ．Ｅ．Ｐ型飛機）；４０年代，對於前緣后掠平面形狀機翼的疑慮，影響了噴氣式飛機性能的提高（１９３５年，在羅馬舉行的第５屆沃爾塔高速飛行學術會議上，德國科學家阿道夫．布施曼已經提出了后掠翼的概念）：５０年代，對於機翼層流附面層的過分追求，忽視了在飛機設計中對渦流升力的利用（１９５３年，馮．卡門還在強調保持機翼層流附面層對飛機設計的重大意義，但７０年代出現的高機動戰鬥機卻是從湍流附面層里得到好處的）。

　　隨著信息化時代的到來，人類社會對新概念飛行器的需要和設計這些飛行器的條件已經出現。審視飛機設計中的觀念滯后現象，有利於自覺地推動飛機設計技術的發展。

　　本文試圖以戰鬥機種為例，就其設計觀念的更新，加以探討。




◆一、＂機頭指向＂還是＂武器指向＂？

　　在第一次世界大戰（１９１４～１９１８）初期，飛機在軍事上的使用領域迅速擴大，由偵察機發展成為戰鬥機。最初的空戰方式是由駕駛員操縱飛機，由射擊員（或觀測員兼）操縱活動機槍射擊目標（這種模式可以稱為＂武器指向＂）。在機動飛行的飛機上，這樣的射擊很難瞄準，而且駕駛員與射擊員之間也不便協調。

　　１９１５年，法國著名的特技飛行員羅蘭德．加羅斯（Ｒｏｌａｎｄ　Ｇａｒｒｏｓ，１８８８－１９１８）提出：使機槍固定在機頭前方，沿飛機縱軸發射，讓飛行員順著自然視線瞄準，才能收到良好的射擊效果。這就形成了戰鬥機的格鬥射擊概念，也可以稱為＂機頭指向＂的模式，這種模式一直沿襲至今。

　　２０世紀４０年代中期至５０年代中期，空空導彈開始使用。初期的導彈需要載機實施尾追攻擊和制導，當然屬於＂機頭指向＂的作戰模式。６０年代以後，近距格鬥導彈的離軸能力大大提高，遠距攔射導彈可以連續發射多枚導彈和攻擊不同方向的目標。但載機必須在離軸發射的導彈導引頭的可偏轉角度或機載雷達天線的掃描範圍之內概略地指向目標，所以仍然不能脫離＂機頭指向＂的模式。

　　為了＂武器指向＂必須採取＂機頭指向＂的作戰方式，而這種作戰方式要求進攻飛機在發射武器前做急劇的機動，這不僅降低了快速反應的能力，也給飛機設計增加了難度。然而在現代高速戰鬥機上嘗試採用＂武器指向＂的設計，由於受到飛機布局的限制和設置瞄準系統困難等原因，至今尚無成功的先例。我國在論證殲轟７飛機總體方案時，曾有人提出在其尾部安裝炮塔的意見（屬於＂武器指向＂的概念）。這一意見未被採納，如果真地照其辦理，飛機的阻力勢必增加，機動能力也將有所降低，殲轟７可能就變成了輕轟７了。

　　導彈越肩（向載機後方）發射或擦肩（向載機側方）發射的提出，反映了對避開＂機頭指向＂直接實施＂武器指向＂的要求。但在常規布局的戰鬥機上，實現這種作戰方式，還有很大的難度。

　　那麼，能否找到種新的飛機布局形式，再賦予它一種新的瞄準體系，從而實現＂武器指向＂的作戰方式呢？這種作戰方式的探索如能取得成功，無疑能大大提高戰鬥機在空戰中的快速反應能力，也有可能降低對戰鬥機機動性能設計的苛刻要求。

◆二、＂傾斜轉彎＂還是＂水平轉彎＂？

　　飛機在水平面內的等速轉彎（改變航向）３６０°的轉彎也稱盤旋，是空戰飛行機動飛行的關鍵動作。飛機的轉彎是靠飛機傾斜（傾斜角為Ｙ），機翼升力（Ｙ）在水平面上的分力（Ｙ２＝Ｙｓｉｎ　γ）起向心力作用而實現的曲線運動。人類第一架載人上天的飛機發明人萊特兄弟，在他們１９０３年試飛的第一架飛機＂飛行者１號＂上，最早確定了飛機的這種運動方式。他們通過探索操縱機翼翼尖扭轉，使機翼升力左、右不平衡而造成飛機傾斜。在飛機轉彎中，方向舵的作用（和自行車的車把的作用相似）只是消除側滑角（相對氣流與飛機縱軸的夾角）的。

　　在航空早期，由於懼怕失速，飛行員在轉彎飛行中，不敢使飛機傾斜坡度超過２０°。１９１２至１９１３年間，俄國飛行員聶斯捷洛夫（Ｐｅｔｒ　Ｎｉｋｏｌａｅｖｉｃｈ　Ｎｅｓｔｅｒｏｖ，１８８７～１９１４）首先完成了大坡度盤旋（飛機坡度超過４５°）特技飛行動作。在空戰格鬥中，用得最多的就是這個動作。

　　飛機傾斜轉彎時，用於平衡飛機重力（Ｇ）的垂直分力（Ｙ１二ＹＣＯＳ　Ｙ）要小於升力（Ｙ），而且飛機傾斜坡度（Ｙ）越大，它就變得越小。為了保持飛機高度不變，飛行員就要增大飛機迎角（攻角），使升力（Ｙ）增加，保持升力垂直分力（Ｙ，）與飛機重力（Ｇ）相等；同時要加大發動機的推力，克服增大的阻力。升力（Ｙ）與重力（Ｇ）之比為過載（ｎｙ＝Ｙ／Ｇ）。過載超過４－５時，飛行員生理上已難以承受。採用抗荷服和隨過載而後傾的座椅等措施，可以使飛行員承受過載的能力提高約１倍。
　　在空戰格鬥中，交戰雙方爭奪尾部追擊的有利位置，當盤旋速度（Ｖ）一定時，極力增大飛機坡度（Ｙ），增大飛機過載（ｎｙ），縮小盤旋半徑（ｒ＝Ｖ２／ｇｔｇ　Ｙ）和提高盤旋角速率（ｗ＝５７．３ｇｔｇ　Ｙ／Ｖ）。這一切戰術要求，留給戰鬥機設計者的難題歸結起來就是：最大限度地提高機翼的可用升力係數（實質上是升力曲線的抖振邊界）。然而，在適合高速飛行的機翼上每提高０．１的升力係數（Ｃｙ）都要作出巨大的努力，而且近３０年來，在這方面收效並不明顯。採用動力升力和矢量推力技術可能是未來的出路，但在這方面還要付出更大的代價。

　　上個世紀５０年代初，朝鮮空戰經驗證明：重量較輕的飛機如米格－１５（最大起飛重量５．４０５噸）有較好的機動性能。此後，我國仿照蘇聯的米格－１７、１９和２１研製的殲－５（５．９０９噸）、殲－６（８．８３０噸）和殲－７（８．６５５噸）的最大起飛重量都在１０噸以內。１９６５年開始研製的殲－８（１６．５８０噸）剛剛超過１０噸，立即在一些飛行人員當中引起疑慮，擔心它的機動能力會受到影響。１９６９年研製的殲－１２起飛重量只有５．２９５噸，的確有很好的機動性能，但其燃油、設備和武器裝載的能力必然受到限制。可見，在現代戰鬥機上利用減重來達到提高機動性能的潛力是有限的。國外和殲－１２同期研製的戰機，如：Ｆ－１４（３３．７２４噸）、Ｆ－１５（２５．４００噸）、鷂（１１．３４０噸）、米格一２７（２０．７５０噸）蘇－１７（１７．７００噸）、狂風（２６．４９０噸）、幻影Ｆ．１（１３．７００噸）、幼獅（１４．６００噸）和薩伯一３７（２０．５００噸），它們的最大起飛重量都在１０噸以上，甚至有的超過３０噸。它們分別利用降低翼載荷、增大推重比、採用可變后掠翼或利用渦流升力等措施來提高機動能力。但以上措施的潛力都已被發揮至極致。

　　儘管超視距攻擊正在成為空戰的主要方式，但仍無法排除與漏網的敵機和意外遭遇的敵機之間會用航炮和近距格鬥導彈進行格鬥空戰的可能性。事實上，各國正在研製的新一代戰鬥機，仍然是將向機動甚至超機動（過失速機動）作為主要的戰術技術指標。

　　實現機動性能指標日益提高，使戰鬥機的設計陷入困境。既然如此，為什麼不讓飛機放棄傾斜轉彎的運動方式？船在水裡可以操縱舵改變航向，而飛機為什麼不能只靠偏轉方向舵而轉彎呢？這是因為飛機具有航向（方向）安定性的緣故。飛機的方向舵偏轉時，產生一個偏航力矩（方向操縱力矩）。伴隨而來的是航向阻轉力矩和航向安定力矩（像風向標一樣）。當偏航力矩和阻轉力距加航向安定力矩相等時，飛機就平衡在一個側滑角（Ｂ）上。這時作用在飛機重心上的側力（Ｚ）的合力起向心力作用，使飛機向側滑反方向遲緩地轉彎；但同時，因側滑引起的左、右機翼升力不平衡，造成飛機向側滑反方向（即轉彎的方向）傾斜；由於側滑帶來飛機的阻力增加，飛行速度減小，升力降低；如沒有飛行員的干預，飛機最終將進入盤旋下降。那麼，能否找到一種飛機氣動布局，它可以不受航向安定性的束縛，而能做無傾斜的轉彎？這樣的飛機會具有非凡的機動能力。它可以在幾秒鐘的時間內機頭指向任何方向。而目前世界上機動性最好的戰鬥機，盤旋一周的時間卻需要２０－３０秒。此外，戰鬥機的設計師們也就可以從追求高升力的夢魘中解脫了。




◆三、＂武器平台＂還是＂信息平台＂？

　　從第一次世界大戰之初，敵對雙方的偵察機互相用手槍射擊開始，戰鬥機就已經是＂武器平台＂。但當戰爭進入信息化時代之後，對這一理所當然的觀念也有必要重新審視。

　　在信息化戰爭中，戰鬥機和其他作戰單元一樣，只是Ｃ４ＩＳＲ系統中信息柵格（ｇｒｉｄ）上的一個節點。它首先是一個＂信息平台＂：它探測信息、接受信息、處理信息也傳輸信息，在條件具備時發射武器。所以它作為＂武器平台＂是有條件的，而作為＂信息平台＂是無條件的。
　　現代戰鬥機的設計中已經很重視它的電子信息技術的含量和信息作戰的效能。據統計，在現代戰鬥機上，電子信息技術的平均成本已佔裝備總造價的５０％以上，而隱身飛機則超過６０％。

　　然而，戰鬥機長期以來是按照飛行性能和投放武器的需要設計的，信息戰所需要的各種感測器和設備的安裝只是見縫插針而已。例如，雷達天線只能裝於機頭前方，機身的橫截面積又限制了雷達天線的尺寸和探測範圍。即使專門執行信息戰任務的預警機，也大多是在現成的運輸機或轟炸機上改裝而成的。

　　那麼，是否可以在戰鬥機設計的初始階段，就按安裝各種信息感測器的需要和發揮其最佳性能的需要來選擇飛機的外形呢？
◆四、一種新概念戰鬥機的設想

　　為了驗證設計觀念改變對於飛機設計實踐的影響，中國航空博物館的研究人員在常規技術的基礎上，提出一種圓形機翼戰鬥機的設想。希望它能體現一種與傳統不同的設汁觀念。


　　（一）對圓形機翼戰鬥機的描述


　　選擇平面形狀為圓形（碟形）的機翼。機翼中央為大型雷達（包括其他感測器）艙，可對飛機上、下部空間進行全方位掃描。機翼後部設置上反角從０°一９０°可變的尾翼組。尾翼上裝有升降副翼，可以實現飛機的縱向和側向操縱。尾翼保持Ｖ形狀態時，可以使飛機獲得縱向和方向安定性。圓形機翼的左、右頂端上表面設有擾流板、可起方向操縱作用。


　　機翼下方設有可３６０°旋轉的導彈掛架。機頭（圓形機翼的前緣）裝有航炮。

　　（二）圓形機翼戰鬥機的特點

　　１．在超視距攻擊時，它可以利用掛架旋轉，使導彈直接指向目標，而無需飛機做機動轉彎（與常規布局相比，圓形機翼下方可以安裝環軌形的軸承，便於實現導彈掛架的旋轉；掛架在圓形機翼下方旋轉也不致造成大的氣動干擾）。

　　２．在近距格鬥時，使尾翼處於水平狀態，消除飛機的方向安定性。飛機可以靠圓形機翼左、右端的擾流板的阻力繞立軸旋轉，實現無傾斜轉彎，快速指向目標。（註：急劇地無傾斜轉彎時，飛行員將被離心力壓向座艙壁的一側，可以採用可傾斜或可轉向座椅：飛機尾翼的後掠角也會產生一定的方向安定力矩，可以用偏轉副翼來消除，或採用前掠式尾翼。）

　　３．機翼中央的人型感測器艙，需要時可　　以旋轉也可以升降，以便對外部空間進行全方位探測。

　　（三）圓形機翼飛機的性能估測


　　１．圓形機翼的展弦比（入）只有１．２７，波阻很小，適於超音速巡航。


　　２．圓形機翼的最大升力係數（Ｃｙｍａｘ）和最小阻力係數（Ｃｘｍｉｎ）之比高達１１０，有利於擴展飛機的飛行包線和獲得較好的低速特性。

　　３．圓形機翼可以設計成最理想的翼身融合體，有較小的浸潤面積和跨音速阻力，而且有極佳的隱身特性（美國的＂暗星＂無人機就是利用扁平的機身和圓形前緣，取得超乎尋常的隱身性能）。

　　４．上反角可變的飛機尾翼在超音速飛行時轉向垂直（上反角９０°）的位置，用以增強方向安定性和抑制焦點后移。

　　（四）圓形機翼戰鬥機的前景 -

　　如能採用豐動控制技術和矢量推力技術，圓形機翼戰鬥機的尾翼可以摒除，變成了一個真正的＂飛碟＂。它可以實現垂直起降、零半徑轉彎、直接力控制和很多非常規的機動飛行。

◆結束語


　　本文旨在通過戰鬥機的實例，說明更新設計觀念對於挖掘和發揮飛機設計和製造技術潛 力的重要意義。在其他機種的設計中，也存在著同樣的道理

整個一丟人現眼的SB