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[歧路雄風]冷戰中的美、蘇落選攻擊機

2012-07-01 07:20:16離子魚
兵器知識 2012年7期
關鍵詞:發動機設計

離子魚

冷戰開始后,多用途戰斗機和戰斗轟炸機都逐漸邁向超音速,但在各類先進戰斗機層出不窮的上世紀60~70年代,也就是冷戰最激烈時期,美國和蘇聯卻不約而同地開發了以低空近距支援為主、擁有裝甲防護的亞音速攻擊機A-10和蘇-25。直到現在,這兩種飛機仍是世界上著名的對地攻擊機。而A-10和蘇-25這兩個成功者在當年研制時,都有一個競爭者,分別是A-9和伊爾-102。不過,后兩者最終都在選型PK中敗下陣來。隨著歲月流逝,逐漸被人們淡忘。但今天我們回顧當年美蘇兩個攻擊機項目各自競爭背后的技術與經濟因素,對于探討先進裝備在研制上的得失仍然大有裨益。

越南戰爭促成的A-X

在二戰中,美國空軍的前身——美國陸軍航空兵雖然廣泛執行了戰術支援任務,但并沒有裝備攻擊機,而是把任務交給了P-47/51和A-20/26。其中P-47/51是戰斗轟炸機,A-20/26則是攻擊性較強的雙發中型轟炸機(A-26編號后來變更為B-26就證明了其轟炸機的本質)。尤其是P-51戰斗轟炸機,在戰爭后期成為近距支援的主力,在打擊德國地面部隊中發揮了重要作用。也正是由于二戰的實戰檢驗,戰后從陸軍航空兵獨立的美國空軍全面接受了戰斗轟炸機的概念,并隨著噴氣式飛機的廣泛裝備而迅速實現了超音速和噴氣化。例如在朝鮮戰爭中,美國空軍為地面部隊提供火力支援的主力就是噴氣化的F-80/84戰斗轟炸機。到越南戰爭開始前,美國空軍已經擁有為冷戰準備的全新噴氣戰斗機部隊,主要使用F-100/105戰斗轟炸機執行戰術攻擊任務,而更大、技術更復雜也更有戰斗力的F-4“鬼怪”Ⅱ戰斗機則具備了前所未有的多用途戰斗力。

越南戰爭是檢驗噴氣戰斗機實際戰斗力的試驗場,但美國空軍超音速戰斗機效果并不好。而原本用以執行火力支援的戰術攻擊機,卻憑借低空飛行性能好和突防能力強的優勢,廣泛用于對越南北方強防空區域的戰略轟炸;至于原本用于戰略轟炸的B-52重型轟炸機,卻在越南南方承擔起火力壓制的“地毯轟炸”任務。在越戰中,美國空軍發現,面對以步兵和班組火器為基礎的野戰目標,超音速噴氣戰斗機的作用非常有限,其高速度在低空火力支援時不但作用不大,相反影響了對地面目標的瞄準。根據當時的戰場情況,戰斗轟炸機很難發現分散的野戰目標,即使是坦克這樣的“硬”目標,也僅是飛行員面前硬幣大小快速移動的“點”。特別是地形和戰線越復雜,超音速戰斗機執行近距火力支援所受影響也就越嚴重。

根據越戰初期近距空中支援作戰統計,螺旋槳攻擊機A-1飛行速度雖然不高,但在進行直接火力支援時的投彈精度卻比噴氣式戰機(如A-4“天鷹”)高2~3倍,投彈點也更加靠近己方陣地或戰線。與螺旋槳攻擊機相比,噴氣攻擊機盡管飛行速度快、武器載荷能力強,但較大的飛行速度增加了投彈散布范圍,經常出現誤傷或因交戰雙方距離太近放棄攻擊的情況。美國空軍通過實戰認識到高速戰斗轟炸機的問題后,在1966年啟動了專用攻擊機A-X研制項目,以期實現對野戰目標的近距火力支援。A-X項目在1967年開始招標,A-9和A-10兩型機(美國空軍在1962年對戰機進行了統一分類編號,A-9和A-10之前已有的A系列編號排到了8——這個8是從英國購買的“鷂”,編號AV-8A)參與了PK。1973年,A-10獲得了勝利。

蘇聯在衛國戰爭中支援地面部隊的功勛武器是被德軍稱為“黑死神”的伊爾-2低空攻擊機。不過,伊爾-2盡管在二戰中的表現極為優秀,蘇聯軍方也給予很高評價,但在戰后軍用飛機全面噴氣化后,蘇聯與美國一樣接受了高速戰斗機的發展思路。于是,攻擊機這個機種在蘇聯空軍裝備體系中消失,像蘇-7這樣的戰斗轟炸機則成為近距空中支援的基本力量。美國空軍噴氣式戰機在越戰中的遭遇給蘇聯空軍敲了警鐘,因此當美國開始實施A-X項目后,蘇聯也在1968年開始了新型攻擊機的設計。1975年,被稱為T-8的蘇-25首飛,次年開始交付,而作為蘇25競爭者的伊爾-102淪為失敗者。

A-10和蘇-25問世后很快就名滿天下,直到現在都保持著旺盛的生命力。然而,一個很有趣的情況是,A-10和蘇-25的設計單位在事前都不被人看好——設計A-10的費爾柴爾德公司(也被翻譯為仙童公司)一直名聲不大,而蘇霍伊公司在攻擊機設計上也遠沒有伊柳申設計局有名。

冷戰期間,美、蘇雖然軍備競賽非常激烈,雙方都投入巨大的人力物力研制新型戰機,但相比于無限增長的需求,投入仍然顯得有限,這就要求雙方必須更好地利用手頭資源。在上世紀60~70年代,美、蘇研制戰術飛機的大部分資源都集中在超音速飛機上,攻擊機的投入不可能支持全面先進性的需要。這種局面,使得攻擊機型號競爭中,誰能用更低的成本滿足需要,誰就會笑到最后。最終的事實也證明了簡單就是王道。

美、蘇對攻擊機的重點要求比較一致,即能夠在野戰機場使用,能夠在最少的保障條件下作戰,而且還要簡單、廉價。有鑒于此,無論是A-10還是蘇-25,都只安裝了最基本的機載設備,沒有當時戰術飛機標準化的機載雷達,也沒有什么多用途發展潛力,滿足單一功能的低成本是最高的標準。對兩個項目的失敗者進行對比分析,更可以看出技術與需求平衡上的不同選擇。

敗于保守的A-9

A-9的研制者諾斯羅普公司是美國老牌的軍用飛機研發和生產企業,在二戰前就已經投入軍機生產,冷戰中更是在飛機研制上碩果累累。相比之下,費爾柴爾德公司在軍用飛機上并無什么建樹,能夠直接引起聯想的也許只有C-82/119/123這些運輸機。不過話說回來,費爾柴爾德公司雖然在軍事品牌號召力上遠不如諾斯羅普公司,但沒有積累的同時也就沒有傳統的負擔,使其能夠在A-X項目中選擇更靈活的思路,在大框架范圍內搞出別具一格的設計。A-10的整體設計突出表現出對目標意圖的最佳理解。A-10的布局有強烈的支線/公務機色彩,其總體布局在軍機中幾乎沒有雷同,但在民用飛機上擁有大量“伙伴”。如果將H型尾翼換成T尾,再換上個載客構型的機體,A-10搖身一變就可以成為大型公務機。

其實諾斯羅普公司設計的A-9性能并不差,但其總體設計明顯有P-59和A-1的痕跡,兩側發動機布局也顯得中規中矩,整體設計上可以清楚看出軍用飛機的慣性思維。A-9和A-10在指標上基本相當,但整體布局卻遠不如A-10那樣符合設計要求。根據美國空軍的標準,攻擊機要能在前線野戰機場使用。而A-9采用的兩側進氣和大涵道比渦扇發動機,寬闊的進氣道處于機身兩側,進氣道下沿距離地面較近,發動機工作時容易吸入地面雜物。發動機短艙與機身一體化布局,機身與兩側發動機艙為橫置的“目”字型,上單翼設置在發動機艙的上方。這種機體設計的機身阻力較大,機身與發動機艙之間的結構重量較高,機翼的安裝方式復雜,同樣翼展條件下的有效機翼展長不大,升力性能相對較低。常規的尾翼布局需要考慮發動機的排氣干擾,平尾位置和工作條件都受發動機噴流影響,單垂尾的高度也比較大。A-9設計難度雖不大,但技術上沒有什么亮點。

A-10采用的是獨立機身和后機身外掛動力布局。整個機體是結構最簡單的連續筒段,下置機翼設置在機身下方。A-10整個機翼都是有效升力面,同樣翼展條件下的升力性能超過A-9。A-10采用了民用飛機常用的尾吊布局,發動機艙通過吊掛安裝在機身后上方,進氣道位置要比機身兩側高一個風扇直徑尺寸,具備非常好的抗地面異物干擾能力。獨立外置發動機艙的結構直接借鑒民機設計,機體和動力艙段的結構簡單、重量輕,不但有利于對發動機的維護保養,也能夠與民用飛機通用動力系統。A-10的TF34-GE-100大涵道比渦扇發動機,不但已經在美國海軍S-3反潛機上應用,民用型CF-34發動機也是在市場上應用范圍和裝機量很大的型號,相比專門為A-9全新設計的萊康明YF102-LD-100發動機,僅發動機部分就可以大幅降低生產和維護成本。攻擊機對美國空軍屬于次要裝備,投入太大將會擠占本不充裕的資源,相比已經開始裝備的TF-34,選擇YF102將會在裝備序列中增加新的發動機型號。YF102-LD-100在A-9失敗后才開始發展民用型,當民用發展型ALF-502(用于BAE146、“挑戰者”600)得到大規模應用時,攤低的成本對A-9已經是馬后炮。

A-10的空重只有11.34噸,全機11個外掛架的最大外掛載荷(機內滿油)6.5~7.2噸。A-9機長16.3米,翼展16.3米,機高5.4米,尺寸與A-10基本相同,但重量比A-10輕(A-9空重雖然只有9.67噸,但并未安裝沉重巨大的GAU-8/A7型30毫米“火神”機關炮和1350發炮彈),發動機推力也小(A-9的YF102-LD-100單臺推力為33.34千牛,而A-10的發動機單臺推力40.94千牛)。從PK結果來看,A-10相對A-9最大的優勢是整體設計上應用了更多的成熟技術,因此結構簡單、成本更低也更加容易維護。反觀A-9的軍用色彩和全新設計動力系統,使這個型號滿足同樣要求時的成本投入更大,后續改進發展的潛力也不如A-10那樣值得期待。

實際上對當時不情不愿的美國國會來說,無論是A-9還是A-10都是反傳統的消耗品。相對廉價的A-10還曾經籠罩在A-7D的壓力下風雨飄搖,最終還是通過和F-16戰斗機打包,用擴大裝備規模的方法才得以裝備美國空軍。成本更高的A-9自然越發不招國會待見。

落后于時代的伊爾-102

蘇聯研制的伊爾-102是尺寸和性能堪與A-10抗衡的重型攻擊機。伊爾-102有兩個堪稱特色的設計:一個是尾炮塔和后座射擊員,一個是每側機翼內的炸彈艙。看得出,這兩個設計特點完全是伊爾-2/10的技術遺風。其中最讓人疑惑的就是設置尾炮塔的目的,因為尾炮塔在現代飛機上的作用很有限。在歐洲的戰場環境下,攻擊機面對的主要威脅是地面防空武器。因為戰斗機在當時很難有效攻擊低空目標,即使發現也主要依靠導彈進行遠距離打擊。伊爾-102假如在戰斗中遭遇到A-10的攻擊,難道2門23毫米尾炮就能夠與A-10機頭的7管30毫米炮對抗?基本上尾座射擊員除了操縱尾炮和電子干擾設備,價值幾乎可以忽略不計。但為設置尾炮和射擊員座位,伊爾-102卻至少付出了1-1噸的結構重量代價,致使其尺寸和體積明顯超過了蘇-25,而尺寸和重量增加直接意味著成本的提高。

伊爾-102機翼炸彈艙內的BDZ-UMK2掛彈架單個載荷250千克,保證該機在無外掛條件下單機掛載6枚100~250千克高阻炸彈。機翼彈艙設計在二戰期間是有效的,但要在機翼上開大開口,不但擠占機翼內部有效空間,機翼部分主承力梁還要采用盒形結構。每側機翼3個彈艙和艙門結構,至少要增加150~200千克的結構重量,削減350~400升的燃料載荷,換來的僅僅是通用性很差的6枚炸彈,不但無法用彈艙裝載其它載荷,彈艙位置下方還無法設置外掛架。伊爾-102每側機翼的3個外掛架只能設置在中、外翼段,白白浪費了較大機翼面積的重載荷位置。

按現代戰爭觀點,伊爾-102的上述兩個特色完全是畫蛇添足。取消尾炮和射擊員可大幅度降低重量和阻力,取消機翼彈艙不但可降低重量并增加內部燃料,彈艙載荷也完全可以用外掛替代,省下這兩項重量和阻力可換來更高的結構效率。

伊爾-102為了支持較大的機體和更重的結構重量,選擇了兩臺RD-331非加力型渦扇發動機。該型發動機是米格-29戰斗機專用動力系統RD-33的改進型,代表當時蘇聯空軍最新的水平。RD-331擁有較高的燃料效率和大推力,但同時成本也明顯增加,并且需要建設全新的發動機維護保障體系。而蘇聯空軍當時連米格-29都無法快速換裝,就更難為伊爾-102的發動機維護體系進行投入。

與繼承了不少伊爾-2特色的伊爾-102相比,蘇-25則很干脆地采用了常規布局,武器完全外掛,使用渦噴發動機縮小動力艙尺寸,依靠小體積換來的高速度提高生存能力,用小機體來滿足低成本的需要。蘇-25較小尺寸和輕重量結構,僅安裝兩臺44千牛推力的P-95渦噴發動機,就能夠保證飛機具備880千米/小時的低空飛行速度、1850千米的作戰航程及4400千克的載彈量,均能滿足低空近距支援攻擊的需要。

蘇-25配用的P-95渦噴發動機雖然在1975年才開始研制,但卻是以米格-21的p-11/13發動機為基礎,結構和附件系統都與P-13有諸多相似之處。P-95改進設計的要點是要求發動機能夠抵御步兵輕武器的射擊,低空吸入大型鳥類后仍然可以維持正常工作。P-95還有一個突出的優點,就是能夠使用汽車用燃料(類似于燃機的多燃料標準)。這個特點使P-95在野戰條件下具備空前的適應性,在伴隨前線推進靠前部署時更容易保障燃料供應。而P-95的改進型P-195不但繼承了P-95的優點,還能夠承受23毫米炮破壞,多處非核心系統損壞后還可繼續工作。

蘇-25在定型前就投入了阿富汗戰場,戰爭期間表現出非常高的使用性能和可靠性,機體結構能抵御常規防空武器破壞,甚至被單兵導彈直接命中發動機后仍可返航。相比RD-331高昂的成本和更高的使用維護要求,P-95/195低成本、低保障要求、耐粗劣燃料和抗打擊的優勢,使其更受蘇軍青睞。

單從重量和作戰半徑看,伊爾-102的機體重量比蘇-25高40%,載彈和作戰半徑要高60%左右,應該說具有很大的優勢。但對蘇聯前線航空兵的攻擊機而言,超過400千米的作戰半徑已經脫離戰役范圍,伊爾-102掛得再多,飛得再遠又有什么價值呢?蘇聯空軍需要的是簡單、廉價的晝間近距火力支援飛機,但伊爾-102的單機成本卻幾乎比蘇-25高一倍,維護水平和作戰彈性也明顯低于蘇-25。由此可見,蘇-25實現了皮實夠用和低成本的最高目標,伊爾-102的主要成本則被用于基本指標要求之外,大而無當也就成為失敗的關鍵因素。

綜上所述,設置尾炮和機翼彈艙的伊爾-102,完全是在用衛國戰爭的經驗去套現代戰爭,落后近40年的思想如果不失敗就真的沒了道理。相比之下,蘇-25低空最大飛行速度比A-10高150千米/小時,足以使其擺脫A-10的追擊,也就根本不需要再設置尾炮作為防御。

伊爾-102在與蘇-25競爭中失敗還有一個重要原因就是時間不趕趟。伊柳申設計局在最初競爭攻擊機項目時,提出的伊爾-42不過是被放棄的伊爾-40的改進型,伊爾-102是伊爾-42基礎上改進完善的型號,但由于前面伊爾-42的折騰導致伊爾-102在時間上落后于蘇-25,也徹底葬送了伊爾-102的前途。要知道,蘇-25試驗型在1980年3月就投入到阿富汗戰爭中,而伊爾-102在1980年5月才開始制造樣機,1982年的首飛只是廠家企圖翻身的回光返照。

當伊爾-102在1992年的莫斯科航展上公開展示時,已經徹底蛻變成出口項目。相比飛完測試科目后進入博物館的A-9,伊爾-102的結局顯然悲劇色彩更濃厚。

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