提要
本文的意图是:用飞机设计工作者的观点,综合叙述62式飞机设计中的主要技术问题,包括总体设计、气动力设计、结构设计、强度计算、系统设计与特设安装设计中的主要技术问题。在叙述中,我们将首先在前言中对62式飞机的性能、构造特点和装备作一简单介绍,并和F104飞机作比较,然后再对若干设计技术问题的性质和特点、我所已做的研究工作、存在的困难和今后进一步摸透的方案逐一作简要介绍。在结束语中,我们将就如何进一步开展工作提出一些看法和意见。为摸透62式飞机所需要做的各种试验项目表列在附录内。
前言
62式飞机是两倍音速的现代歼击机,在武器配备、性能、尺寸、重量等各方面,都大致和资本主义阵营中最广泛应用的F104相近,与之可以匹敌。
和过去几种米格型歼击机比,可以看出它们的进步和发展。特别是在飞行速度上,62式的进展是很大的:
为了使飞机性能得以大幅度地提高,62式机采取了一系列的先进措施:
采用了三角形机翼,前缘后掠角为57°。机翼由很薄的高速翼型组成,相对厚度在翼根处为4.2%,在翼尖处为5%。翼面积为23米2。
机翼上装有气动力轴式补偿的副翼和游动式襟翼。
水平尾翼是可操纵的水平安定面,它有55°的后掠角。垂直尾翼由垂直安定面和方向舵组成,其后掠角为60°。翼型沿气流方向的相对厚度在平尾和垂尾均为6%。
飞机上装有带可调节加力燃烧室的“815”型涡轮喷气发动机,可以在各种加力状态——由“最小加力”位置到“最大加力”位置——下均匀地调节推力。前机身的进气道里装有可调节的整流锥,用以保证减小飞机阻力,和在飞行中为发动机创造最佳的工作条件。为了防止进气道产生喘振现象,机身上装有自动控制防喘振放气门;发动机进气口前的机身两侧装有增加进气量用的进气门(起飞进气门)。
燃油系统由主系统和一个容量为480升的高速副油箱组成。主系统包括七个装在机身内的油箱和四个机翼整体油箱,被分成三组,其总容量为2470升。备有汽油起动系统,以便在地面和空中起动发动机。
起落架是在飞行中可收起的前三点式的。前起落架向前收起,放在机身前下部的里面,主起落架装在机翼上。在收起主起落架时,机轮绕支柱转动并收在机身里,而支柱则收在机翼里。
为了缩短着陆时的滑跑距离,在飞机上采用了减速伞。减速伞装在机身尾部。
液压系统由两个单独的系统组成。一个液压系统用于操纵系统(水平安定面的ВУ-51МС双腔助力器和副翼的ВУ-45А助力器)。另一液压系统用来操纵主系统:起落架、襟翼、减速板、ВУ-51МС助力器的一个腔(另一腔由第一个液压系统操纵)等,也在第一个液压系统发生故障时操纵副翼助力器。在两个液压系统中的一个压力降低或发生故障时,ВУ-51МС助力器仍可用一个腔继续工作。
用于操纵飞机的液压系统与应急油泵站接通,油泵站的接通是自动的。
水平安定面的操纵是用驾驶杆借助ВУ-51МС助力器和АСРУ-3В自动调节器来进行的。
副翼的操纵是用驾驶杆借助于ВУ-45АС助力器来实现的,系统内装有非线性机构。
方向舵的操纵是借助于脚蹬、刚性拉杆系统和非线性传动机构来实现的。
在飞机上装有“СК”型弹射座椅,它能保证驾驶员在高速和低速飞行遇险时离开飞机。座舱盖的拆开部分在弹射时不抛掉,座椅本身运动时就带着座舱盖。
电气和无线电设备的直流电源是由ГСР-СТ-12000ВТ的发电起动电机供给的。两个15СЦС-45银锌蓄电瓶是飞机的备用电源。
在飞机上装有下列电子设备:РСИУ-5超短波收发电台;АСРК-10自动无线电罗盘;РВ-УМ低空无线电高度表;МРП-56П无线电信标接收装置;СРО-2М敌我识别器;СОД-57М飞机回答器;СРД-5АС雷达测距仪。还装有歼击机的导航系统КСИ。
从上述简要说明可以看到:62式机的外形和构造形式也是很先进的,是达到了世界先进水平的,但是,它的设备则比较少,也比较落后,特别是在自动化设备方面。这可以从和F104G作对比看出:
62式飞机没有自动驾驶仪,而F104G则装有МН-97G型飞行操纵系统,共起三种自动驾驶系统的作用〔3〕:自动俯仰控制(飞机在达到临界迎角附近时给出警告讯号,如驾驶员不采取措施则该系统即自动操纵驾驶杆作推杆动作);三个方向的阻尼;自动驾驶仪(可以定高度,定М数,自动转弯,定航向和自动航行)。阻尼系统和自动驾驶仪合用一台电子计算机。
62式飞机武器控制中只有雷达测距仪,没有搜索雷达。据飞行使用部队反映〔4〕,没有搜索雷达实际上大大限制了飞机的作战性能。这是由于飞行员视距比导弹有效射程小得多,致使导弹不能发挥其应有作用。相反,F104G装有NASSAR雷达武器控制系统〔5、6、7〕,其作用为:在对空中目标时作搜索,自动跟踪与武器控制;在对地面目标时测距,全天候轰炸时地形测量,地标高度测量和山区防撞。
在无线电定向定位方面,62式飞机装的АРК-10无线电罗盘只能定向,而F104G的太康系统(TACAN)则可以定向定距。据部队反映〔4〕,为了使飞行员对十分紧张的油量和返航时间协调得好,飞机对自己机场的距离指示是十分必要的。另外,F104G装有惯性导航系统,地面指挥讯号接收装置等〔7、37〕,而62式飞机没有相应装置。F104G无线电通讯设备用特高频,而62式机用甚高频,相形之下,62式飞机也较有逊色。
以上简要的比较说明:62式飞机在设备方面,特别在自动控制的电子设备方面要比F104G差。这是一个严重的缺点。但是,从发展现点来看,62式飞机以最简单的装备而达到超音速两倍的速度,并且在飞行品质上也还相当好,其设计思想也是很值得我们学习的。在我们国家的条件下,在一定意义上来说,设备简单也有其优点:可靠性大,少一种设备,少一个“黑盒子”,就少一些出故障的机会;可以减少地面设备(如太康系统的安装需要每个机场装有这种系统的讯号发生设备);可以减少训练的时间(如前述NASSAR雷达武器控制系统需要几十小时的飞行训练,有的国家还专门改装运输机来作训练);最后,在我国电子设备技术水平还不够的情况下,过多的电子设备也会带来仿造生产、维护使用以及人员训练方面的困难。我们以为,62式飞机装备简单是一个缺点,但在目前也有其可取之处。重要的是我们很快摸透它,使用它,生产它,紧接着再改进它。
因此,非常明显,对于我所,摸透62式飞机是十分必要的。已经确定,这是我们的中心工作。院首长指出,摸透62式飞机的总要求是:“能够系统的掌握62式飞机的结构原理,深刻的理解其设计思想、设计方法,能够解决生产部门在试制中难以解决的重大技术问题,直至保证62式飞机如期、优质的试制成功,并能运用62式飞机的设计成就和米格型飞机的传统优点来解决自行设计中的问题”。
为了达到这一总要求,首先需要做的工作之一是从62式飞机机体设计和构造中,明确有哪些重大技术关键问题,并对如何摸透这些问题做出计划,以便一一克服它们,为仿制生产创造条件,为自行设计作准备。我们判断关键的尺度是:
1.由于超音速一倍而引起的主要技术措施与问题,如三角机翼飞机的气动力特性、进气道调节、后机身冷却问题等;
2.在米格型飞机中有显著进步的措施,如210大气压液压系统、整体油箱及其它一些新工艺新材料问题;
3.在过去米格型飞机仿制中曾经成为关键的问题,如平尾操纵的抖动问题、液压系统的清洁等;
4.在过去自行设计中多次想解决而没有很好解决的关键,如超音速弹射救生方案、尾面载荷规范等。
根据以上四方面判断,我们逐步明确了62式飞机机体设计中有哪一些主要技术问题。针对这些问题,我们也曾做了部份工作,现逐一按下列内容作一次汇报:问题的性质和特点;我们已做过的工作;存在的问题;今后摸透计划。
由于我们去年工作侧重于图纸复制,没有更早地对62式飞机加以系统的分析。因此,仅仅凭今年半年来的摸索,选择的关键可能不妥当,对关键性质的看法和拟定的摸透方法也一定有不正确的地方,希望得到批评指正。
一、总体设计
1.战斗使用特性
62式飞机是两倍音速的歼击机。高速度使它在战斗使用特性上和低速飞机有本质上的区别:
第一、敌我相对速度很大,可以达到或超过每秒一公里,而且超音速飞机机动性差*,因此,在作超音速拦击时,一般的“搜索”和平面引导方式已不再适用,而要依靠正确的引导,在爬升中用上升转弯来接近敌机。
第二、地面雷达发现敌机的最大距离目前一般不超过300公里。如果在发现敌机以后三四分钟内作出判断,我机再起飞爬高,而敌机系用音速飞行来袭,则拦击点距机场便不远,战斗将在接近我机场上空的地区内进行。如果敌机速度更大,飞得也很高,则可能拦击点将处在我机场的后方。
第三、超音速飞行油量消耗极大,62式飞机大开加力,飞行不过20分钟,所以爬高和接近敌机的飞行过程必须要经过精确的计算。
从以上几点可以看出,62式飞机的战斗使用特点之一是:必须精确地选定最有利的爬高和接近敌机的飞行方案;必须借助于雷达,从地面作十分精确的口令引导,才有可能在比较适宜的地点拦击敌机。没有正确的飞行方案,或没有精确的引导,都会导致失误,找不到敌机。
因此,研究拦击方案就成为战斗使用研究的一个重要组成部分。在62式飞机资料中曾给定了六个典型爬高方案。但是,为了迎击一定高度和速度的敌人,都应有最理想的爬高和飞行方案。对此,××航校曾要求我们帮助计算上升转弯。他们给定了不同的起始条件和终止条件(高度、速度)和不同的飞行过载与倾侧角,共需综合成700多种方案。当然,这样的计算量太大,因而我们仅作了一些典型计算。
最近,我们从几个爬高方案中选择了一个单机作战拦击方案,其飞行剖面(见图1),并据此作了一些典型的拦击距离和拦击区域计算〔8〕。我们假定警戒雷达位于机场前80公里,雷达发现敌机时距我机场为350公里。在发现敌机三分钟以后,我机以图1的飞行方案去拦击敌机,则最远的拦击线略。由这个计算结果可以看到前述的拦击线很接近我机场的情况。可以说,拦击是很紧张的,方案选不好就会拦击不上。
除了正确地引导以接近敌机以外,正确地选择攻击方式也是击落敌机的必要条件。62式飞机不论用导弹或机炮作武器,均采用尾随攻击方式。尾随攻击的范围受到下列因素的影响:①飞机可能作的最大机动过载限制了攻击曲线的进入角;②武器和瞄准具性能限制了最大射击距离;③保证必要的退出攻击距离,防止自伤;④用炮攻击超音速轰炸机时需避开其尾流区;⑤用红外线导弹攻击时受到日光的限制;等等。以上这些影响有的还随敌我的速度高度等因素而变化。最近我们用了一些习用的计算方法〔9〕,计算了用НР30炮和7060导弹在15公里高度、飞行М数为0.8~1.8的敌机攻击范围〔8〕,今后我们还打算继续作一些分析计算工作。
由以上这些初步分析,我们觉得,62式飞机虽然有一些缺点,主要是:口令引导方式比较原始,尾随攻击形式不够理想,爬升率比较低,外挂副油箱容积过小等,都在一定程度上影响攻击能力,但是作为拦击进犯的超音速轰炸机等目标,它还是一种可用的好飞机。关于航程问题,我们初步意见是:作为超音速拦击机,重要的是引导与攻击方式,因此,62式飞机的航程是否还必须加大,是一个需要探讨后才能肯定的问题。
以上这些计算、分析都仅仅是靠一些书本公式推导而来的。是否对,准确性如何,我们没有把握。但是,有一点我们是肯定的,即作战方式的研究十分重要,应加强这一方面工作,特别是需要空军使用和研究部门、兵器和电子设备设计研究单位等共同组织起来研究,并且需要经过一些飞行试验才能摸得透一些。这对飞机的使用、改进和今后开展自行设计都具有十分重要的意义。
2.总体布置
总体布置指飞机构造的总安排,包括受力结构的形式,发动机、兵器、设备的安装,乘员座舱和座舱设备的安排,以及系统和通路的布置等等。总体布置的表现形式是:飞机的三面图、总体布置图、结构受力形式图、理论外形图和有关尺寸重量等参数数据。在62式资料中,除后二者外,这些图纸资料都没有。
为进行62式机的反设计,我们补画了三面图和总体图。在摸透研究中,我们除对全机重量作了一次较详细的核算外〔12〕,主要是把这种飞机的总体布置与过去各种型别的米格飞机作对比,试图分析其演变与沿革,探讨62式机的总体布置特点〔13〕。