雙雇機雇艙設計

主持人 藍白

專家 中秋

現代作戰飛機雖然普遍裝備有雷達系統，但正常飛行安全仍然需要目視環境支持。根據擁有現代儀表系統的高速噴氣飛機的設計標準，飛行員在座艙里的眼位基本處于平顯的中央位置，前向下視角度主要受座高和機頭外形的限制，后座飛行員則受前座座椅靠背的限制。雙座戰術飛機如何為兩名飛行員提供較好的工作和觀察條件，必須在整個機體設計范圍內尋找解決方法。本篇從教練機和戰斗機角度談談雙座艙布局要考慮的因素。

座艙布局的技術因素

中：根據國外飛機設計的標準，飛機設計必須保證飛行員前向和前側視野。按照航空設計手冊的數據要求，運輸/轟炸機的前下視野要達到170：戰斗/攻擊機的低阻力要求比大型飛機高，但座艙前下視野也要在11°～15°范圍?，F代教練機普遍采用雙座布局，包括并座和串座兩種。如果采用串列雙座布局，后座越過前座的視野垂直角度也要達到50。并座布局的教員和學員在艙內并排，教員可以直觀地觀察學員的操縱動作，兩名飛行員的部分儀表可以通用，教員和學員前視觀察條件基本相同，有利于教員對學員進行細致指導。并座布局對飛行訓練有利，但兩名飛行員并排需要較大的機體截面，對飛機的阻力控制不利，普遍用于低速初級教練機或大型飛機訓練機型，不適合跨/超音速教練機使用。俄羅斯開發的蘇27KUB采用并座布局，但其設計目標中很大部分著眼于多用途，這與蘇24和蘇-27IB的用途類似。

串座布局大都選擇前學后教的座艙類型，兩名飛行員串列坐在機身內，各自具備獨立的駕駛和顯示系統。串列雙艙在軸向上的截面尺寸小，有利于降低飛機的結構重量和阻力，是現有戰術教練機的基本座艙布局方式，下面也以串列雙座布局作為主要分析目標。

專用教練機訓練的是生手飛行學員，教員帶飛和姿態監控的作用是決定性的。因此，專用教練機的后艙教員的座位要明顯高于前艙，訓練等級越低，后座前視角度要求就越高。教練機在氣動設計上較偏重于提高升力，正常飛行條件下所需要的迎角相對較小，有利于兩個駕駛艙獲得相似的前向目視條件。專用教練機的前/后艙儀表和控制設備，除了后艙有超越控制有限設置外，兩個駕駛艙沒什么區別。

專用教練機大都采用小機頭，機頭位置只安排體積有限的設備。通過機頭和機身的直徑差異，使駕駛艙得以采用前低后高的縱向布局。根據公開資料，專用教練機的后座高度差多在0.15～0.35米之間，如美國的T-2和T-38差0.25米，西班牙c101中高級教練機、意大利$21 1中級教練機、意大利MB-339高級教練機分別為0.325、0.28和0.325米，日本的T-2和T-4教練機則為0.28米和0.27米。日本T-1教練機在設計上參考了美國的T-33教練機，較大的機頭限制了前后座高度差。L-29雖然機頭尺寸不大，卻控制了機身尺寸。這兩個型號的后座高度差分別只有0.12米和0.15米，后座的前向視野受限。

專用教練機的后座前向視野要求存在一個范圍，駕駛艙前后高度差越大，駕駛艙段的阻力也越大。飛機的機頭不能無限度縮小，必須在整體設計上妥協。根據數據標準對比，T-38、T-45和米格-AT的前向目視俯角分別為11°、15。和17°，椅位高度差為0，25、0，35和0，4米。座艙位置越靠前，俯視角和后座高度差越大。高速性能最好的T-38為滿足減阻要求，不得不減少前視角和后座高度差。這還是對機載設備要求很低，基本不需要考慮火控雷達的教練機，如果是需要設置機頭雷達的雙座戰斗機，前、后座的前向目視俯角必然受更大限制。

學員完成專用教練機訓練階段后，在技術操作方面已達到飛行員標準，進入部隊后適應作戰飛機的階段叫改裝，即改換裝備。機體與作戰飛機相同的雙座教練機被稱為同型教練機，基本都選擇對飛行性能影響低的串列雙座布局。

同樣采用串列雙座布局的中/高級噴氣教練機和戰斗機同型教練機，在座艙設計上是否存在區別？

中：兩者在設計目標上有區別。

中/高級噴氣教練機是培訓飛行學員的實飛裝備，作為學員技術熟練和經驗積累的訓練工具。教員的作用是傳授和監控學員的動作，教員艙飛行員前向視野要與學員類似，以便教員能夠直觀了解學員的飛行狀態。后座的座艙顯示和操縱系統也與前艙相同，教員可以判斷前艙學員的儀表狀態并進行超越操縱。教練機的前/后艙是真正意義上的雙艙。教練機最容易出危險的階段是在著陸過程中，著陸的位置和姿態錯誤往往會帶來毀滅性結果。中/高級教練機的教員如果沒有好的前視環境，不能很好地監控飛機的著陸。

同型教練機是作戰飛機的雙座型號，其學員并不是需要嚴格控制的新手，而是具備完整飛行技術能力的合格飛行員，帶飛的主要目標是使新飛行員熟悉裝備。這意味著教員并不需要監控前艙的全部數據，新飛行員基本能完成正常飛行的操縱，教員只是講解或對前艙操縱狀態進行控制和調整，避免前艙飛行員因不熟悉裝備導致操縱誤差。同型教練機的帶飛重點是熟悉新裝備的飛行特性，后艙不需要與前艙完全一致的設備，也不需要有與前艙一致的前向視野，設計標準比專用教練機也要相對靈活。

座艙布局的戰術意圖

雙座同型教練機與單座戰斗機的裝備比例是否體現不同戰術意圖？

中：同型教練機早期應該算是簡單的增加用途。通過增加一個座艙使作戰飛機具備帶教功能，又不會影響平臺本身的基本性能和用途，成本增加和性能降低幅度也控制在要求范圍內。早期雙座機靠增加背脊、減少燃料甚至減少設備來滿足雙艙要求，性能所受的影響則用整體效能來彌補。正是因為雙座機不可避免要影響性能，功能又比較單一，因此在裝備量上受到很大控制，雙座同型教練機往往只有單座型裝備量的1/4～1/5，甚至降低到1/6仍能滿足需求。隨著航空技術的發展和航空兵裝備成本的增加，雙座同型教練機越來越難以滿足單一用途大機群的規模要求，雙座機在帶飛訓練的同時也開始承擔起雙座戰斗機的其它任務。F-4“鬼怪”Ⅱ算是最早的多用途戰斗機，雙座艙設計雖以對空作戰為主，但通過越南和中東戰爭中的頻繁參戰，也體現出增加武器操縱員對多用途的作用。飛機性能的提高和機載設備的發展，使多用途戰斗機的研制成為可能，獨立武器操作員很快成了必需。endprint

EF-2000和“陣風”的單/雙座型裝備比例已基本相當，承擔多用途任務的目的超過了訓練要求。歐洲聯合研制的“美洲虎”是教練/攻擊通用平臺，其教練型的前艙依靠占用前部設備和雷達艙實現雙座布局，后座相對前座的高度差達到了0.38米，雖然有效控制了雙座艙的阻力，卻也失去了應用大尺寸雷達的條件。“美洲虎”雙座型僅在必要時用于執行戰術攻擊任務，無法安裝大型設備對戰斗力的影響不大。

蘇聯的米格25是強化超音速性能的戰斗機，其雙座教練型同樣是將前座安排在前設備艙位置，通過設置獨立的前艙保證氣動效果，卻完全失去了米格25原本的截擊能力。米格-23作為重視飛行速度的戰斗機，機體布局很難保證后座有足夠的高度差，為了在設置雙座艙的同時保持雷達艙，補償后座前視角度的潛望鏡成了后艙標準裝備。

隨著多用途戰斗機裝備需求的出現，以F-15E為代表的雙用途戰斗機開始裝備，雙座艙不再局限在帶飛教練，而是更多體現專業武器操作員的功能。雙座型的教練價值并沒受到影響，但多用途功能強化了雙座機的地位，雙座機在機隊中的裝備比例迅速增加?！瓣囷L”這類新機的雙座型比例已經相當于單座，雙座艙設置的根本目標變化最終影響了總體裝備布局。米格29的雙座型是受益于多用途的典型。早期的米格29UB采用雙艙布局時，為降低對飛機平臺性能的影響，前艙很大部分占用了機頭電子設備艙的空間，為此將單座型的雷達換成了小型的測距器。雖然平衡了雙座需求和內部空間，但沒有火控雷達的米格29UB失去了全天候和中距空戰能力，只剩下在晝間執行近距格斗的空戰能力。米格29UB的改進措施對教練機的影響不大，蘇聯空軍也能保證低戰斗力教練型的足夠裝備規模。隨著大規模戰爭危險的降低和裝備規模的減少，新型米格-29改進型側重于多用途發展。米格29SMT/M和米格-35的設計中，雙座艙的位置明顯向機體后段移動，通過降低后座前向視野的方式，換取了保留與單座同樣的機頭和雷達系統的條件。

尺寸和空間的限制

輕型戰斗機機體空間限制更大，對雙座設計是否存在更大影響？

中：以中巴聯合研制的FC-I輕型戰斗機為例，雖然在理論上可以依靠JL-9承擔訓練任務，但雙座型戰斗機的帶飛價值是難以忽視的，增加一個座位也可以提供比較高的靈活性。FC-1已經確定發展雙座型，但FC-I是起飛重量10噸級的輕型機，仍然遺留了原本米格-21的特征，平臺存在機體小和空間不足的問題。米格-21的教練型雖然設備并不多，但有限的機體仍然造成了緊張的空間限制，尤其是中機身油箱與后座艙的矛盾非常緊張。增加后座后，設備和燃料不得不放到背脊中，全天候米格21也采用了同樣的大背脊結構。F-5系列是美國研制的“國際型”戰斗機，其二代型號F-5E是單座超音速戰斗機，但在研制雙座教練型F-5F時，為了在保證基本飛行性能的同時設置雙艙，只能將機體的長度增加了1.2米?？梢娦C體在雙座艙設計時的難度之大。

蘇聯戰術飛機雙艙設置的方式有兩種。一種是類似西方同類飛機的米格-2IU的串座，雖然也有比較大的背脊，但雙艙的高度差很小，后艙靠潛望鏡獲得好的前向視野。另一種是米格25/29的雙座教練型布局，通過減少甚至取消機頭的雷達天線空間，在機頭前位置設置半埋的學員艙，教員艙仍然維持在單座類似的位置，通過減少設備來避免氣動變動對性能的影響。

西方戰斗教練機采取的措施大體相似。法國“幻影”F1的總油量僅有4300升，雙座型增設的后座就占用了450升燃料的空間。F-16為了增加后座駕駛位，不得不擠占部分機體后設備艙和燃料空間，教練型采用了加大尺寸和長度的水泡座艙，雖然機體重量只增加略超過200千克，卻減少了537千克的燃料載荷。強化多用途能力的F-16雙座型，為了恢復燃料和設備條件，將部分設備移到座艙后新增的背脊中。F/A-1 8的機體空間比F-16充裕，但F/A-18B的燃料載荷仍然比F/A-18A低6%，約300千克。機體內部空間問題是雙座機面對的重要制約。同時，中、輕型戰斗機的機體長度小，從駕駛艙到發動機段之間的距離小，增加雙座后的后座已經接近發動機前端，需要采用過渡段滿足氣動整流需要，從后艙到機身之間過渡也會促進背脊的產生。EF-2000的機體長度較小，座艙后的突起比較明顯。相對而言，機體較狹長的F/A-18則在軸向顯得空間充裕，機身的變化不大，只是明顯增加了座艙蓋的高度和長度，減阻和減重效果相對更加有利。F-15擁有更加充裕的內部空間，在開始設計階段就預留了后座艙的空間，增加后座對機體結構基本沒有產生影響，結構重量增量也控制在接近座艙本身的幅度內，是雙座系列化改進中難得的正面典型。

FC-I與米格-21相比，在雙座設計上的局限性如何？

中：FC-1的機體空間雖然比米格21要充裕得多，但輕型戰斗機燃料和設備空間緊張問題同樣存在，RD-93-的長度也比同類的EJ-200/F-404大。FC-I基礎設計上并沒考慮到雙座型，飛機尺寸就那么大，如果在單座飛行員艙位后增加后座艙位，必然要占用后設備艙和機體主油箱空間。雙座FC-1要保證戰斗力，就必須維持基本燃料載荷，減阻、增容要求使FC-1雙座型也存在大尺寸背脊。雙座FC-1模型的機體背脊布局與Jl-9接近，結構和氣動技術相對比較成熟，解決問題的方法也很直接，對飛行性能的影響也是這個規格戰斗機設置雙座必然的代價。

后座艙的前視要求是教練機的硬指標，但要在單座機上改造雙座機的難度很大。根據公開數據，中國航空系統在研制殲-6的雙座教練型時，面對后座艙高度受機體限制的問題，采取了前低后高的方法盡力爭取后座空間。殲教-6前座飛行員頭靠高度降低了40毫米，后座椅位高度增加了70毫米，合計取得的后座高度差勉強超過0.1米。殲教一7的雙座艙布局與殲教-6大體相似，尺寸有限的機體同樣限制了座艙高度差，像米格21U即使采取加大背脊的措施，后座也不具備有效的前視角度，殲教-7存在同樣的問題。為滿足后座前視要求，殲教-7采用了蘇聯戰斗教練機標準的潛望鏡，后艙教員通過潛望鏡提供的條件，能將視線中心線擴大到機頭25米位置，在有限角度內與前座視線大體重合。endprint

戰斗機改裝設計雙座艙時，增加后座和座艙蓋的重量和阻力是必須的代價，但機體整流和空間限制產生的背脊結構，所增加的阻力和重量則是附帶的代價。F-15和F/A-18那樣無背脊的雙艙布局自然對性能最有利，但很多機型受到內部空間和氣動限制，必須增加背脊來彌補增加后座艙的影響。如果不考慮內部空間的限制，后艙的高度就是背脊高度的標準，為了限制背脊對結構和氣動的影響，勢必要對后艙的高度做出限制，換言之就是必須限制后艙的高度差。很多雙座戰斗機的后座前向視野不佳，沒有飛行訓練功能的型號甚至放棄了后艙前視要求，如米格31后座就幾乎不具備有效的前視條件。

雙座目視條件對整體布局的影響

蘇27的同型教練機蘇27UB在外形設計上與其它重型戰斗機的同型教練機差異很大。請談談其設計原因。

中：蘇27UB相比其它類似機型的雙座教練機，最大差異就是突起的后艙形成的駝背。對比美國類似標準的雙座型F-15B/D，蘇-27UB的雙艙尺寸遠大于直接的串座，前機體設置雙座所需結構空間和重量也更大，增大機體的體積勢必增加阻力。蘇27UB基本重量比蘇-27S增加了超過1噸，平飛阻力也有明顯增加，但動力性能卻無改善，致使整個飛行性能指標都受到影響，尤其是以爬升率為代表的機動性指標降低最明顯，性能衰減比例要超過西方同類三代機的雙座改型。

蘇27UB串列座艙的大背脊布局對結構和氣動的影口向都很大。按俄羅斯公開的資料數據，蘇27UB航程比蘇-27S降低了近15%，爬升率降低了約12%，盤旋半徑則增加了6%，綜合性能削減遠比F-15A/B的對比明顯。蘇-27UB為什么要設置如此特殊的后艙呢？這就要從蘇27系列的整體布局說起。蘇-27最明顯的特點就是那個下俯的機頭，鷹隼樣的機頭給觀者很強的視覺沖擊。但從飛行氣動角度可以知道，這樣的角度在飛行中會產生巨大的阻力和偏轉力矩。蘇-27是如何解決這個問題的？如果從機頭位置向后去觀察機翼和進氣道，可以發現從進氣道下沿到機翼弦線，都處于與機頭軸線基本平行的狀態，這就說明蘇27在正常平飛時機頭是水平的，而中/后段機身和機翼帶有固定的迎角，利于平飛時形成足夠大的升力，這也是蘇27氣動設計與采用類似布局的米格29的主要差異。米格-29之所以采用占用機頭的雙座艙，是因為這個型號的內部空間本身就很緊張，單座駕駛艙后的空間只能留給寶貴的燃料，只有犧牲對專用教練機價值略低的火控雷達。

蘇27平飛狀態的機頭軸線也是處-于水平狀態，是否會影響前向視野？

中：是的，這使蘇27的前向視野沒有地面停放時那么好。蘇27的前向俯視角度在同代機中并不算好。根據平飛數據對比，同樣平飛狀態下的F-15/F-16的前向目視俯角均為150，蘇-27則只有13.5°。蘇27平飛時的前機體呈前高后低的狀態，為了不影響機頭雷達設備，蘇27UB大幅抬高了后艙高度，但在平飛時后艙仍沒有足夠的目視高度差，后艙4°的前向視角只能滿足最基本的目視條件，不過比起需要靠潛望鏡觀察的米格29要好很多。

蘇聯前線戰斗機采用大規模裝備和大規模使用的世界大戰標準，米格29的機體和發動機壽命遠比蘇27低，機載設備和成品也更為簡單廉價。作為前線戰斗機，米格-29UB這樣沒有全天候和攔射作戰能力的戰斗機，仍然能夠承擔晝間空中優勢任務，低成本也可以裝備數量更加充足的戰斗機，雙座教練機的作戰功能僅是增強機隊的規模，簡化設備對整體戰斗力的影響很小。

蘇27是裝備蘇聯防空軍的高性能戰斗機，自然有著與尖端技術相適應的成本，裝備規模很難達到滿意的標準。作為國土防空戰斗機使用時，蘇27S要直接面對攻勢護航的F-15A戰斗機，空戰性能不能不好。但防空軍戰斗機最大的對手是轟炸機，是美軍B-52、B-1B這些飛機。蘇27UB的飛行性能比蘇-27S差，對付F-15會困難些，對付轟炸機卻沒什么難度。蘇聯防空軍研制高機動遠程防空戰斗機時，要求在無雷達引導時獨立作戰，這就需要為機組增設專門的雷達操作員。蘇30最初的設計就是防空軍的專用攔截機，利用蘇27UB的雙座艙配置雷達和武器操縱員，機動性能的下降不會影響國土防空的攔截功能，附加的空中加油設備則可抵消航程降低的缺陷。

按照國外同類同型教練機的座艙分析，后座教員的前向視野都不好，尤其是在帶迎角著陸過程中，部分型號完全不具備前向觀察條件，需要靠潛望鏡或前座平顯攝像機提供支持。EF-2000雖然機體布局與蘇27UB不同，但大尺寸座艙蓋和突起的背脊的作用相同?！瓣囷L”雙座型也存在整流的背脊，只是向后收縮的幅度要明顯大于EF-2000。早期戰斗機的功能相對比較單一，教練型的裝備比例也不算高?，F代戰斗機的機載設備復雜，機體內部空間更加緊張。尤其是多用途戰斗機裝備思想被廣泛接受后，先進戰斗機雙座型的同型教練機色彩大幅度減少，作戰機組的配合功能要求得到強化，戰斗機雙座型的設計方法也開始逐步趨同。

蘇30MK作為蘇-27的多用途改進型，后艙的主要功能是武器操縱。多用途也必然會產生結構增重，但蘇30MK作為以出口為主要目標的機型，沒有條件像米格29M那樣在結構上大動干戈，直接利用蘇27UB/30的機體最為經濟。蘇27的氣動底子始終是優勢，蘇27UB就算降低后的飛行性能也大體上過得去。蘇27UB只是單純的給蘇27S增加教員艙，蘇-30MK則是利用蘇27UB的機體改造多用途戰斗機，強化外掛載荷并引入部分蘇24的武器。蘇30MK是俄羅斯專門為出口開發的機型，直接利用蘇27UB設計就是為了簡單便宜，爭取進度以獲取用戶，也方便使用蘇27的國外用戶維護保養。蘇30MK不是俄規劃中的多用途戰斗機項目，整體設計完善度不如蘇27M和蘇271B，如果俄羅斯設計師有必要的時間和資源去細致發揮，蘇-30MK可能不會直接采用蘇27UB的座艙布局。

如果排除時間和經濟因素的限制，按照多用途功能應如何設計蘇30MK？

中：例子還是有的，那就是曇花一現的蘇33UB。蘇-33UB是為俄海軍開發的艦載教練機，也是目前世界上唯一的重型艦載教練機。蘇33UB采用了與蘇34相似的并列座艙，但與內部空間大得出奇甚至宣稱有臥鋪和廁所的蘇34相比，蘇-33UB的座艙布局算得上是局促緊張，也沒安裝蘇34座艙那套鈦合金防護裝甲。蘇33UB保持了與蘇33/27S相似的雷達罩和中段機體，只在座艙部分增加了機頭中段的直徑，安置了與蘇24布局相似的兩套座椅。

按照蘇33UB的技術特點看，用于駕駛的座艙空間并不大，兩名飛行員共用部分儀表和設備，駕駛位內部寬度還不到1.5米，結構改動比蘇34的座艙小得多。同時，蘇33UB的座艙不影響單座型雷達艙和中機身的設計，為雙座付出的結構重量和阻力代價都不大，卻獲得了相當于蘇34的座艙條件。蘇33UB兩名飛行員都有良好的前向視野，不但有利于訓練和交替駕駛，也更適合承擔戰術攻擊和長時間突防任務。F-111和蘇-34都是并座布局的戰術攻擊機，蘇34的并座設計雖然在對地功能上更完善，但在結構和氣動上付出的代價更大，又失去了格斗空戰性能。蘇33UB在駕駛艙布局上具備蘇-27UB和蘇34的優點，不考慮艦載就沒必要設置增升的前翼，結構重量和阻力并不會比串座的蘇27UB高，與單座型結構標準化程度也更高。如果俄羅斯設計師有足夠的時間和資源，按照蘇33UB駕駛艙設計的蘇-30MK，綜合飛行性能也許會比現在的蘇30MK更強。endprint