背景新闻:歼十珠海航展“眼镜蛇”机动技惊四座
在2018年11月的珠海航展上,国产的歼十TVC战机,以漂亮的眼镜蛇机动,引发了全场和整个互联网的轰动。“眼镜蛇”机动是何时出现的,它又具备怎样的意义?
何为眼镜蛇?大仰角短暂停飞
所谓“眼镜蛇”机动,属于现代喷气式战斗机的一种高难度“过失速”机动。
正常的喷气式飞机,是水平飞行,即使爬升高飞,一般仰角也比较低,如10-20度。而在做“眼镜蛇”的时候,驾驶员会往后拉杆,在很短时间内,使得飞机的机头高高扬起,一直仰成90度角(垂直向上),还继续后仰,最终仰角达到110-120度。在这短暂的时间内,喷气式飞机整个机头方向是垂直向上偏后方,即形成“机头在后,机尾在前”的飞行状态。在这个过程中,飞机速度急剧下降,两秒钟内从每小时400-500公里减到每小时100公里左右。然后飞行员再往前推杆,慢慢压低机头,把仰角从100度以上减少到接近0度,恢复水平飞行。
整个过程持续两三秒钟,飞机基本保持在同一水平高度上,而完成一个急剧的机头上仰、机身垂直,形如一条凶猛的眼镜蛇在竖起上半身发动攻击,因此被称为“眼镜蛇”机动。
眼镜蛇机动的发明者是苏联的试飞员维克多尔.普加乔夫。他驾驶苏-27战斗机,在1989年6月的巴黎航展上,第一次在全世界面前表演这个动作,震惊全场。因此,现在通常称呼这一机动为“普加乔夫眼镜蛇”机动。
关键难点:失速不失控
从旁观者来看,眼镜蛇的姿态非常惊艳,然而这背后有非常严格的要求。
正常而言,飞机是以一定速度前飞,通过空气掠过机翼产生的升力抵消重力,保持水平状态。而眼镜蛇机动要求在短时间内机动上扬,但在传统喷气式飞机而言,上扬同时将造成飞机喷气机喷射气流方向改为向后下方,于是产生一个沿着机头方向上冲的分量。要抵消这个分量,必须减低速飞机度。这是一个相当复杂的操作,必须由经验丰富、水平高超的飞行员,驾驶机动性能优良的飞机来完成。
相关文章指出,苏-27飞行眼镜蛇的时候,飞机不能有外挂,飞行高度为1000-1200米,速度为每小时310-420公里/时,俯仰角为22°-24°,发动机转速为53%-99 %,剩余油量为1220-4775公斤。在这些条件都满足的情况下,平衡飞机,保持定常直线飞行。同时还需要关闭迎角限制器电门,断开电传操纵系统电门,避免这两项电门自动禁止如此危险的飞行。然后,在飞行员的直接操纵下,才能完成“眼镜蛇机动”动作。
由于该飞行动作复杂,而且在短时间速度下降幅度大,处于“过失速”状态,飞机有可能出现暂时性的不可控,完全凭借之前的运行轨迹和惯性实现恢复。如果处理不甚,则可能进入复杂、混乱不可控的状态,不但可能超过飞机载荷限制和飞行员生理承受能力,还会产生危险。
因此,这个动作对飞机和飞行员都有严格的要求。1989年普加乔夫做出这个工作,既展现了本人过硬的飞行技术和经验,也表现了苏27优秀的机动性能。
战术意义:让敌人失去目标
眼镜蛇动作技术复杂,难度大,还有危险,那么为何要费大力气练习呢?根据一种观点,主要是通过这个动作达到快速改变方向、减缓速度,从而在空战中换取更有利的位置。因为现代飞机速度是很快的,平飞时要调整方向,转弯半径会非常大。而眼镜蛇动作利用一个机头上扬,在瞬时达到机头垂直向上,回落时可以迅速调整方向,或抢占有利位置。
一种最理想化的情形,就是在双方均距离的空战中,由于机载雷达和攻击武器对前方的威力最大,如果我方战机被敌方从后面咬住,就是处于不太有利的状态。即使采取加速逃离、蛇行摆脱或者高速回旋等动作,依然可能被敌机继续咬住。如果使用“普加乔夫眼镜蛇”机动,产生一个快速的减速,可能出敌不意,使得敌机“刹不住车”而冲到我军前方,反过来变成被我军咬尾。这样,我军就通过这种机动,一举扭转了空战的不利格局。即使不是咬尾这种极端形势,采用眼镜蛇战术也有利于瞬时减少速度和提高角速度,将对方甩在转弯外侧,破坏其开火条件,采取规避战术。
此外,即使是在使用全方位导弹的空战中,我方飞机也可以利用这种过失速机动,快速调整机头指向,从而在更大范围内攻击敌机,为飞行员提供更多的发射导弹的机会。当我机受到敌方导弹的攻击时,过失速机动也可以改变姿态,使得我方飞机速度急剧减小,令对方适应了高速跟踪的机载火控雷达在短时间丢失目标,无法继续对空空导弹进行制导,造成导弹失去目标。对于红外制导的导弹,眼镜蛇动作使得我方飞机突然收小油门,尾部超前,朝敌方到达发出的红外辐射能量急剧降低,也可能丢失目标。此外飞机的转弯角速度大,可使近距离跟踪的导弹过载剧增,导致超载丢失目标。
有一点是可以肯定的,眼镜蛇在空战中,最多只能适用于一对一的战斗,才能出现“把敌人甩到前方”的效果。如果是多对多,这种空中减速只能成为其他敌机的活靶子。另一方面,眼镜蛇即使实战价值不大,但人家能做出眼镜蛇这样的动作,到真刀真枪在空中搏命的时候,自然也能做出真正要你命的其他动作来。
独创风采:普加乔夫的传奇
眼镜蛇机动的发明者维克多尔·普加乔夫,是俄罗斯王牌飞行员,也是俄罗斯苏霍伊飞机设计局副总设计师、俄罗斯功勋试飞员、俄罗斯英雄。
普加乔夫从小热爱蓝天。他中学毕业后考入了耶伊斯克航空学校,并在1968年3月23日首次驾驶拉—29喷气式飞机飞上蓝天。在航校的苏-7B飞机训练大队,普加乔夫得到了萨佐诺夫、格洛弗斯托夫、克雷洛夫、马祖林等飞行名家的教导。航校毕业后,普加乔夫成为一名飞行教官,一干就是7年。
普加乔夫不满足于当飞行教官,还想当一名试飞员。1973年,他向航空工业部试飞员学校递交了入学申请。在当时的团长B·米哈伊罗夫帮忙下,申请层层递交上去。又经过漫长的等待,终于在1977年被试飞员学校录取。在这里,他又遇倒校长布尔采夫、教官德鲁日宁、科特切科夫、卡尔玛等人的悉心指点。试飞员学校毕业后,普加乔夫被分配到试飞院歼击机大队,又得到大队长穆拉维约夫、试飞员戈尔基延科、谢德林、沃尔克等人的帮助。
1980年,普加乔夫被调入苏霍伊设计局。他的第一项任务就是将苏17飞机由阿赫图宾斯克转场到切尔尼亚霍夫斯克。由于气候不断变化,这次转场从1980年11月12日直到1981年2月21日才结束,拖了三个多月。1982年普加乔夫被任命为苏27飞机项目的主要试飞员,并还试飞T10—15飞机。在苏-27飞机投入使用之后,普加乔夫开始试飞T10—24三翼面新型飞机。从1983年开始舰载机苏-27K的试飞工作。
1986年11月.普加乔夫在莫斯科试飞苏27,用25.4秒上升到3000米高空,打破了美国飞行员施密特在1975年用F-15A保持的上升率世界纪录(27.57秒)。而著名的眼镜蛇动作,则是在1988年创下的。当时,苏霍伊设计局在试验苏27失速的大迎角极限,普加乔夫驾驶飞机在一万五千米高空,因为仰角过大,出现失速状态,并急速下降。总设计师西蒙诺夫非常担心,命令普加乔夫放弃战机,弹射跳伞。但普加乔夫不慌不忙,继续待在飞机里,在距离地面800米处启动了发动机,将战机改成平飞。就这样,歪打正着,发明了惊世骇俗的“眼镜蛇动作”。这一动作能完成,既离不开苏27战机的优良气动布局,也与普加乔夫丰富的飞行经验、高超的飞行技术和智勇双全的心态密不可分。
在1992年,普加乔夫还曾来中国工作数月,为中国的航空事业作出了贡献,也与我国的飞行员结下友谊。
其他机动:J-Turn与落叶飘
除了最著名的“眼镜蛇”外,珠海航展上的歼十B还为我们表演了其他几种特技飞行,如“落叶飘”、“J-Turn”等。
所谓落叶飘,正式名称是“无半径下降转弯”,是一种小半径甚至零半径的转弯动作。如前所述,一般高速飞行中飞机的转弯半径很大,要调整机头朝向需要一定时间,也给了敌人可趁之机。而落叶飘则是在一定高空,让飞机减速达到失速,然后如同一片树叶飘落下来。在这个过程中,始终保持可控性,顺势调整机头到需要的方向。这种机动,一般可以在近距空战的敌我双方对头交互阶段使用。通过这种机动,不需要大范围或大半径的转弯,以较小的负载,便可将机头指向敌机。在2018珠海航展之前,全球能完成“落叶飘”战斗机只有美国F-22、俄罗斯苏-35、T-50和MIG-29OVT型核查飞机。其中,俄罗斯苏-35在2013年的巴黎航展上展现的“旋转落叶飘”,令全球对苏-35的表现刮目相看。
J-Turn原本指汽车比赛中的一个动作,即利用加速、急停、转向,迅速时间转向180度的掉头。诸多汽车追逐的影片中都有此类展示。而在天空中要完成这个动作可就难度了,毕竟飞机的速度比汽车快得多,而且毫无屏障,不可能像汽车那样直接猛打方向盘就转向。因此飞机的J-Turn,同样是在高速飞行中,通过减速的同时拉高仰角,然后在机动重新回正的时间内迅速调整机头朝向旋转180度,再加速飞行。
坏了规矩:矢量发动机改变格局
值得一提的是,在传统的喷气式发动机和电传飞行控制结构下,要飞出诸如眼镜蛇、落叶飘、J-Turn这些动作难度是非常大的。因为传统格局下发动机的喷气口只有一个朝向,飞行员只能控制发动机瞬时功率的大小。这样,实现这种机头大仰角又要维持整体的飞行平衡,完全靠飞机本身的气动布局和飞行员的操作经验,稍有不慎就会导致失控。所以说普加乔夫能用苏27飞出眼镜蛇是极为厉害的。
而且,传统结构也对这些高难度动作的战斗意义造成了阻碍。著名军事专家张召忠将军在他的公众号中进行了分析。局座认为,传统普加乔夫眼镜蛇动作的实用性一般。首先进入眼镜蛇机动之前的速度就是受限,只有400多公里,还不到0.5倍的声速。由于在整个过程中低速进入,且当拉起仰角的过程中,飞机实际上处于不可控的状态。飞机在这个过程中由于再也无法有更多的剩余能量来维持飞机作其他的动作,而只能靠惯性来恢复到起始位置。这个过程中,我方是无法发射导弹!相反,在这个过程中飞机的速度太慢,远低于正常空战所需要的速度,所以没有任何实战意义。指望你玩个眼镜蛇,让敌人从身后咬尾的位置冲到你的前面去被你咬尾是很天真的。如果真的在空战中玩个眼镜蛇,敌人又不是傻子,直接用导弹攻击,你连躲闪的剩余动能都没有!
按局座看法,传统模式下,眼镜蛇这种复杂优雅的动作,适合于在国际航展表现,据此展示飞机的机动性。眼镜蛇动作更多的便是向外界展示苏霍伊机型优良的气动布局与飞控能力,还有苏联飞行员普加乔夫的过硬实力。
但是,矢量发动机和四轴电传飞控技术的应用,则完全改变了这一切。
简单说,矢量发动机使得飞行员不但可以控制喷射流的大小,还可以直接调整其方向,甚至可以将发动机的喷射进行切分,从不同层面进行调整。因此,现在要完成眼镜蛇、J-Turn和落叶飘等动作,难度比过去下降了不止一个档次。
不仅如此,由于矢量发动机的应用,在上述各种机动过程中,包括机动大仰角时,飞机始终是处于受控状态,保持飞行并且做动作,也能完成记载武器的瞄准、发射。这意味着,过去主要用于显示飞机性能的眼镜蛇机动,现在也真正能进入有效实战的范畴。
因此,矢量发动机和四轴电传飞控技术,确实为我们画下了一片新的天空。
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