歼击-13 型飞机

作者:AYA


研发过程

  歼13 飞机的设计思想酝酿于 1971 年底,当时根据六院的指示由 601 所招收研究下一代歼击机方案。601 所根据作为我国空军歼击机主力的歼6 已经落后的情况,认为应研制接替歼6 的空战歼击机,作为 80 年代的空军主力战斗机。

歼13 想象图

  带着这一设想,601 所派人于 1972,1974 年两次去空,海军 12 个部队进行调查研究,新歼击机的设想得到空,海军领导机关的赞同。1974 年初,空军全面提出了歼6 后继机的战术技术要求。1975 年冬,空军有关部门又与设计部门反复探讨,正是拟定了歼6 后继机的战术技术要求,1976 年上报,同年 4 月 24 日,常规装备发展领导小组正式行文批复。

  在方案论证过程中,最大的问题是缺乏合适的发动机。对有可能选用的发动机,技术人员意见不同。为此,于1976 年 6 月,三机部专门召开了歼6 后继机动力装置选择论证会。1976 年底常规装备发展领导小组正式批准采用一台涡扇6 加力风扇发动机。

  1976 年 9 月,三机部在沈阳召开了歼6 后继机武器火控系统座谈会,通知和空、海军、四机部、五机部以及有关厂,所,部门座谈讨论,初步确定了歼6 后继机的武器,火控系统配置方案。1976 年 11 月的一次会议上,又对机载电子设备进行了讨论。

  在方案论证,审查过程中,自 1973 年起,进行了多种气动布局的风洞试验,达 3,000 多次;自 1974 年起,对 20 多种机翼结构设计方案进行了强度和气动弹性计算;自 1975 年下厂征求工艺员和工人的意见,对方案进行了调整和修改;1976 年以来,又和 621,625 所以及冶金部工厂进行了材料选用和工艺方案的讨论。

  1977 年 6 月 1 日至 11 日,三机部在北京召开了歼13 飞机论证会。国家计委,国防工办,总参装备部,空军,海军,航定委,一,四,五机部,冶金,石油,轻工部,建材总局等 71 个单位 256 名代表参加了会议,其中王震也参加了会议。会议认真审查方案之后认为“飞机的总体方案是先进可行的,经过努力是可以实现的。”

  1978 年 8 月,从国外引进了米格-23MC(MiG-23MS Flogger E),以 601 所,112 厂为主进行了全面的技术分析,其发动机 P-29 主要由 410 厂分析。1979 年 3 月 10 日,三机部下达了开展歼13 飞机选用涡喷15(P-29)发动机方案论证的通知。601 所经过计算,歼13 改用涡喷15 发动机,是飞机有些性能提高,发动机的现实性和把握性也比较大。同年 10 月 9 日,在沈阳召开了歼13 装涡喷15 发动机方案论证会。1980 年 5 月,总参和国防工办正式批准歼13 改用涡喷15 发动机。但由于后来由于空军队装备发展规划的调整以及缩短新机研制战线等原因,1981 年 3 月以后,停止了研制,直接研制费 1,221 万元。

苏联空军的 MiG-23MS

气动外形特点

  歼13 型歼击机的气动外形十分巧妙。首先,作为一架绝对空中优势歼击机,歼13 即需要具备尽可能大的最大飞行马赫数以追击或规避敌机,又需要能在亚音速或跨音速作高机动飞行。为了平衡矛盾,该机主翼采用了边条机翼形式。由于有边条前翼,使整架飞机的有效后掠角增大,相对厚度减小,所以激波阻力较小,适合于超音速飞行的要求。而基本翼的存在,又使整个机翼的有效展弦比增大,可减小低亚音速及跨音速时的诱导阻力,特别是大仰角飞行时,从边条分离产生的边条涡形成有利干扰从而增加了升力。另外拖出的边条涡还可以给上翼面补充动能,延缓基本翼上的分离,从而又可以产生相当大的附加升力,这就非常有利于飞机在高亚音速或跨音速时作高机动飞行(要求有尽可能高的可用升力)。

歼13 的两种气动构型,左为机腹进气,右为两侧进气

  在当时同量级的新战斗机中,同时研制的还有美制的 F-16,这一型飞机设计非常成功,并经过了不断改进,成为了北约国家的主力装备。虽然同处两个世界,意识形态完全不同。歼13 与 F-16 的外形差别也是非常之大,但是在主翼的设计上确是惊人的相似。同是采用了边条翼形式。虽然这一机翼构型现在已是十分常见,但在 60 年代末却是绝无仅有的。而且美国毕竟至少拥有二次世界大战以及喷气时代歼击机设计的经验,而中国什么都没有,能参考的至多不过是米格-19,然而在完全独立的,没有任何经验的情况下,竟能设计出如此先进而巧妙的机翼构型,本身就是个奇迹。

  不仅如此,为了使阻力减至尽可能的小,歼13 采用了上单翼。但是上单翼形式稳定性好,不利于高机动飞行。所以该机在设计时巧妙地使主翼下反,增加了飞机的轴向不稳定性,解决了这个矛盾的问题。

  而且该型机是中国歼击机首次采用前缘机动襟翼,虽然偏转速度现在已不得而知,但足以和飞机的俯仰姿态响应,和飞机的飞行马赫数及仰角相配。更何况当时我国还没有随控布局中的“放宽静稳定度”技术,飞机无法靠“增稳系统”自动控制舵面,所以使用这一设计是十分大胆的。

致命弱点

  歼13 歼击机的主要制约因素在于其发动机。

  一开始,歼13 拟采用一台英制斯贝 MK.202 涡扇发动机(加力推力9,300公斤力)的国产型涡扇-9(WS-9),但因推力不能满足需要而改用推力为 12,200 公斤力的涡扇-6(WS-6)发动机。不久从国外引进了米格-23 之后,又决定改装米格-23 所用的 P-29,国产型也称涡喷-15 的涡轮喷气发动机。但后来都未能付诸实施。

P-29(R-29)发动机

  从表格可以很轻易地得出结论,同期同量级的美制战斗机 F-16 所采用的发动机推重比达到 8,而我国的歼13 所采用的发动机,小的竟只有 5.2,大的不过 6.5。与美制发动机存在着根本的,巨大的差距。

牌号

涡扇-9(斯贝MK202)

涡扇-6

涡喷-15P-29

F-110-GE-100

F-100-PW-200

推力(加力/不加力)(公斤)

9300/?

12000/

12500/8300

12400/7200

11340/6800

耗油率(加力/不加力)(公斤/公斤/小时)

 

 

2.0/0.95

1.98-2.01/0.75-0.77

2.55/0.68

推重比

5.05

接近6

6.5

7.14

8

最大直径(毫米)

1093

 

1088

1181

1180

重量(公斤)

1842

 

1922

1805

1398

  由于发动机的成功,美制 F-16 后来成了一款成功的,优秀的北约制式战斗机。而同是新研制的歼击机,歼13 气动外形设计优秀,不但没有量产,甚至在原型机还未制造出来,就已经夭折,颇令人扼腕。

机型

13

F-16

机长(米)

17.48

1692

翼展(米)

10.4

1007

正常起飞重量(公斤)

11660

10500

推重比

1.07

15

最大飞行马赫数

2.0-2.45

2

转场航程(公里)

2340

4800

  而中国的歼击机,基本都受制于发动机。几乎每一架歼击机,都不得不说是发动机的悲剧。

吸取教训

  发展航空工业,极为重要的一条,就是优先发展航空发动机工业。航空发动机是飞机的“心脏”,它的技术性能和结构关系飞机的战术技术性能、可靠性和经济性。各种类型的航空发动机都要在高温、高压、高转速、高负荷的苛刻条件下长时间地反复工作,同时还要求它重量轻、体积小、使用安全可靠、经济性好。

  同时提出的多种性能要求和极端的工作条件,迫使各种型号的航空发动机必须设计精巧,加工精密,使用高性能的材料和成品附件。发动机综合了多学科和多种专业技术成果,技术难度大,研制周期长,耗资多。它当之无愧地代表了一个国家的工业和科技最高水平。环顾世界,也只有美、前苏联、英、法等少数工业发达国家,才能独立地研制和发展先进的航空发动机。

  中国航空发动机的老师是前苏联。从技术角度讲,苏联的发动机在一些方面不如美国。它们通常体积较大,制造较粗糙,使用寿命较短,耗油率较高。中国仿制的航空发动机一些性能指标还低于前苏联。歼击机发动机大修周期(即一个安全使用期限)通常为 100~200 小时,而美国等西方国家发动机使用周期一般大于 4,000 小时。

  正当中国航空工业倾力消化吸收改进涡轮喷气发动机时,国际上更先进、更经济、更稳定的涡轮风扇发动机诞生了,并立即成了航空界的主流。经过反复权衡,中国航空界决定上涡扇机。又是一段艰难的历程,涡扇机的难度、复杂性远远超过涡喷机。工程费时费力,进展缓慢,从 60 年代一直拖到 80 年代。虽然也研制成功涡扇5、涡扇6 等型号发动机,但因种种原因,终于未投入批生产。

  美国人就此评论说:“中国人缺少的并不是制造能力。他们十分出色地进行着循规制造、手工与机器相结合的生产和小批生产。他们所没有掌握的是现代化连续生产流程、精密自动设备技术以及其他组织方面的经营管理技术。在这方面,成套工厂设备进口可能是最有裨益的。航空工业就是这方面的……例子。中国在 50 年代后期和 60 年代初期致力于喷气发动机。但后来抽走了一些最优秀的科学家、工程师和其他稀有资源……(按:西方人对文革造成的破坏始终未曾理解)因此使飞机发动机技术一直处于缓慢发展状态。其结果使中国飞机发动机的设计和生产能力(安装在他们的苏式 50 年代战斗机和中型轰炸机上的),同罗尔斯.罗伊斯、普拉特.惠特尼、通用电器等公司生产的、做为大多数西方飞机动力的当代尖端涡轮风扇发动机之间存在着巨大差距……中国人自己判断,他们的航空发动机技术至少比西方落后 20 年……这样一个巨大的差距是无法通过独立的、逐步提高的办法,或是通过进口一些先进的发动机充做样板来加以克服的……同汽车工业一样,航空工业要大幅度提高水平,只能来自国外的直接技术协助……引进(罗尔斯.罗伊斯的”斯贝“发动机)将使中国在比较短的时间内前进 10 年……同西方最先进的涡轮风扇发动机相比,中国人至少还将落后 12 年。尽管如此,10 年跳跃的实践结果将意味着,对他们未来飞机性能的一次关系重大的提高……努力的势头会超的初步地跳跃而继续下去,中国的独立设计和制造能力将会飞快增长。

  先进的,就需要学习,在这个问题上,我们应该抛开意识形态问题。

  美国的航空工业在这一点上与中国相比较,简单说,那就是美国先有发动机,后有飞机,而中国是先有飞机,后有发动机。

  表面上看,虽然中国的体制仿佛适合于给飞机配备最合适于它的发动机。但是在实际操作上,我们可以看到一开始歼13 决定采用仿制的斯贝,确实斯贝 MK.202 军用型发动机加力比(即加力推力与不加力推力之比)大,耗油率较低,使用寿命长(这是苏式发动机的致命弱点),压气机的喘振裕度大,各种工作状态下部件的效率高,工作可靠,装有抽气系统控制襟翼,可改善飞机的起飞着陆性能。但正如西方所评论的,它毕竟是 60 年代末的产品,结构复杂,推重比(推力与自重之比)较低,高空性能差。在当时,该机型也只可能是中国引进的好发动机了。当今世界诸国中,又有谁会真心帮助中国去实现现代化呢!

  斯贝的中国型号为涡扇9,定在西安发动机厂生产。国家花数亿英镑引进该机,十分重视。王震副总理三次视察西安厂,关照试制工作。航空部副部长莫文祥带队蹲点,陕西许多厂、所、大专院校多方协作。除使用进口原材料外,国家专门安排了金属材料、非金属材料、成品附件和大型锻件的国产国制化工作。

  1976 年,西安厂的试制工作全面展开。光整机的技术资料即达 42 万份,工艺装备图纸 3 万项,所幸正逢粉碎“四人帮”,仅 3 年多的努力就装出 4 台涡扇9 发动机。1979 年发动机台试成功。1980 年,发动机在英国复杂条件试车成功,并通过了循环疲劳强度试验。中英双方代表签署了涡扇9 发动机考核成功文件,中国的“斯贝”发动机终于诞生了。

  但是加力推力只有 9,300 公斤的斯贝,怎能以单台推力带动起庞大的歼13 的机身呢。F-16 重量比歼13 小,但所使用的发动机加力推力高达 12,400 公斤。所以后来决定换装自产的涡扇6。

  但是在引进米格-23 获得成功后,又看中了米格-23 所使用的 P-29。但是以中国当时的基础,在没有任何经验,又没有人教的情况下,怎能搞的出来呢。况且即是成功了,P-29 仍然是一种推重比并不高的发动机。

  反观美国,在 F-16 还没有研制的时候,空军和海军空中优势战斗机就计划要求大幅度提高发动机推重比和改善进气道和发动机的匹配性。同时,美国国防部做出采用一个核心机发展两种发动机的决定,要求研制的发动机能同时满足空军和海军的要求。

  美国的普拉特.惠特尼公司以 JTF-22 核心发动机为基础,为发展美国空军和海军用的两种发动机进行投标。不久就推出了世界上最早投入使用的推重比达 8 以上的发动机 F-100,并使得选用它的 F-16 推重比超过了 1,成为了世界上首架实用的,能垂直爬升的高机动战斗机。

  教训是沉痛的。但是,中国并不是没有希望,相反仍有相当大的潜力可挖。事实上,70 年代初,中国援助巴基斯坦的歼6 飞机发动机,经美英专家重新组装调试后,使用周期已经延长了一倍。

  而且现在,中国和俄国的关系正重修于好,这就更加便于我们吸收别人的长处,制造出自己的优秀发动机,并能将已经替代歼13 的国产新型歼击机,能够没有遗憾地与 F-16 再争高下。

-End-