长征一号火箭简介:“光辉”失色之后——印度 AMCA 隐身战斗机 晨枫

    　　　　　　　　   　　“光辉”（Tejas）是印度轻型战斗机LCA的正式名称。这是印度从1983年开始研制新型战斗机，计划取代米格-21。原计划1990年4月首飞，1995年开始投入使用，实际上2001年1月4 日才实现首飞，最新计划于2010年12月投入使用，但至今还没有传出第一个LCA战斗机中队正式组建成军的消息。传统上，印度对于这样给力的消息是不大会保密的。然而，对于失色的 LCA，印度并不气馁。印度航空发展局（Aeronautical Development Agency，简称ADA）在 11月18～20日举行的印度2010年度航空大会（Aviation Conclave 2010）上表示，ADA正在向印度政府申请一笔总额达20亿美元的投资，用以研发第5代的“先进中型战斗机”（advanced medium combat aircraft，简称AMCA）。ADA主任兼作战飞机项目主管苏布拉曼雅姆进一步向外界透露，这20亿美元的资金将用于最初2架AMCA技术验证机和7架AMCA原型机的研制，预计在2017年首飞。目前AMCA研发的相关工作已经开始，并且获得了印度政府10亿卢比的拨款，上述20亿美元资金中剩下的部分也预计将在今后几年内到位，目前气动设计已近完成，概念设计的外观也已经公布。   　　　　　　　　　“光辉”缩着头、拱着肩终于飞起来了，但印度给予厚望的“光辉”无疑是失色了，不仅晚出生了20年，还因为身架太轻小而成为鸡肋    　　　　　　　　　但是印度不气馁，接着又推出了“先进中型战斗机”   　　传统上，印度是俄罗斯战斗机最大的出口用户之一，但印度从未放弃自制先进战斗机的努力。早在20世纪60年代，印度就曾请来在二战期间就著名的德国飞机设计师库特·唐克，设计了印度第一架喷气战斗机“风神”（Marut）。库特·唐克设计了著名的Fw－190 战斗机，机头进气、后掠翼的Ta－183更是影响了战后第一代喷气战斗机，从美国的F-86到苏联的米格-15到法国的“神秘”，都有Ta－183 的影子。但性能平平的“风神”只吹起一丁点不痛不痒的微风，就偃旗息鼓了。为了接替已经老旧的英国“猎人”式战斗机，印度从苏联购买了大批米格-21，并引进技术按许可证在印度生产，以后的米格-29和现在的苏-30MKI也是同样的模式。  
　　　　　　　　　　　　　福克·沃尔夫工程师汉斯·穆尔特霍夫手持Ta－183 的模型    　　　　　　　
　　战后到印度，帮助印度设计了“风神”战斗机，这是“光辉”之前唯一的印度“自己设计”的战斗机   　　时间快进到20世纪80年代，印度的科技水平比60年代有很大的提高，拉吉夫甘地政府有意借军事技术拉动一次科技大跃进，决心再次尝试自己研制先进战斗机，名为“轻型战斗机”LCA，后由总理瓦杰帕伊亲自定名为“光辉”。这是一个雄心勃勃的计划，不仅包括全新的战斗机，还包括全新的发动机、航电和武器系统，对于印度样样都是从零开始，目标都是世界最高水平。不出意料的是，印度在所有领域都遇到了巨大的困难，其中尤以发动机为甚。为了避开发动机的瓶颈，并利用美、印关系解冻的机会，印度决定采用美国的F404发动机。问题是，F404的推力只有80千牛级，而LCA需要95～100千牛的推力才能发挥出设计性能。印度已经决定换用F414发动机（美国F-18E的发动机，这是F404的发展型）或者英国的EJ200（欧洲“台风”的发动机），推力能够达到要求。但LCA号称世界最轻的第四代战斗机，具有天然的航程短、载弹量小和航电升级空间局促的局限，在好欺负的对手越来越少见的现代空战场上，很容易成为鸡肋。   　　在这样的背景下，印度启动了AMCA计划。AMCA将用于替代米格-29和幻影2000，填补 LCA轻型战斗机和从俄苏-30MKI重型战斗机之间的空白，使印度成为世界各国空军中较独特的高中低档相结合的组合，而不是常见的高低组合。印度方面宣称，AMCA将是一种双发隐身战斗机，将广泛采用隐身技术以对付敌方雷达的探测，包括采用弯曲进气道和内埋武器弹舱，并大量使用碳复合材料和其它先进材料。AMCA还将配备先进的航电，包括主动电扫雷达和宽幅液晶显示，并将具备超音速巡航能力。在武器方面，AMCA可携带多种先进机载武器，包括印度自行研制的“阿斯特拉”（Astra）中距空空导弹，以及各种防区外精确制导武器。印度还有计划将AMCA发展成舰载型。和LCA一样，这是一个雄心勃勃的计划。  
　　　　　　　　　印度生成AMCA将是世界上第一种中型隐身战斗机                                 　　如果印度对AMCA的每一个期望都兑现的话，这确实是一架很了不起的战斗机，比F-35强多了   　　印度宣称，AMCA将是世界第一种中型隐身战斗机，其重量只有20吨左右，用于填补 LCA和苏-30MKI之间的空挡。印度方面没有具体指出这是空重、正常起飞重量还是最大起飞重量。按照惯例，这应该是指正常起飞重量。也就是说，AMCA将比米格-29的16.8 吨要重，但轻于F-35的22.5吨，符合中型战斗机的概念。不过印度宣称的世界第一种中型隐身战斗机的说法值得商榷，如果AMCA是第一，那F-35呢？   　　根据印度公布的AMCA概念图，AMCA在气动布局上相当于缩小的苏霍伊T-50，采用双发动机，较大翼面积的截梢三角翼，大型直边条，较小翼面积的常规平尾和外倾双垂尾，机头锥截面呈深V形，和F-22、F-35相似，和T-50的平底菱形不同。在LCA刚公诸于世的早些年的时候，印度曾公布MCA的概念图，那还是一架放大的LCA，依旧采用无尾三角翼，只不过是很有印度特色的凸形双三角翼，而且没有垂尾，以降低雷达反射面积。AMCA既没有继续采用早先MCA的无尾三角翼，也没有采用欧洲和中国流行的鸭式布局，而是回归常规布局。估计印度对凸式双三角翼的效果并不满意，对鸭式布局又缺乏信心，鸭翼的位置、大小、形状、在飞控中的权限都是很有讲究的，弄好了是画龙点睛，弄糟了是弄巧成拙，索性不节外生枝了。尽管印度对于T-50的研制贡献大体局限于捐献资金，印度还是在和苏霍伊合作研发T-50的过程中获得了大量的设计数据，AMCA受到T-50的很大影响不奇怪。   
                                                       早期的MCA概念图 
                                                            MCA外形的演变  
                            
　　印度或许从T-50的合作中获取了大量技术数据，AMCA受到T-50的影响不奇怪                                　　不过说AMCA抄袭T-50也不尽公平，还是有自己特色的
                                                                                    AMCA将采用S形进气道                               
　　机内武器舱环绕进气道。不知道对武器尺寸的限制是否严重
                               
　　后机身的设计十分粗糙，后体阻力和结构重量都会成问题                                  
　　不过AMCA和T-50还是有一些重大的差别。T-50继承了苏-27翼下间距很大的双发布局，双发之间有一个显著的隧道。这个隧道和翼身融合体一体，形成一个等效的升力体，极大地提高了苏-27在大迎角时的升力，增强了机动性。这个隧道还可以用来吊挂外挂大型武器，相对于翼下吊挂，机腹吊挂的阻力较小。在T-50上，双发的间距依然很大，但双发之间的空间被部分填补起来，用作机内武器舱。由于隧道的空间规整，T-50的机内武器舱不仅容积大，而且形状规整，很适合装载机内武器。但相距较大的双发万一有一台发动机故障，容易造成很大的偏航力矩，甚至造成危险的平螺旋。另外一个问题是机尾必须要有一个苏-27的大型尾椎那样的东西降低后体阻力，不过大型尾椎可以用作机尾油箱，用于配平，减少用平尾配平造成的阻力，所以也不是一无是处。宽间距双发最主要的缺点则是湿面积较大，造成阻力较大。 
                                                                                                                                    2009年露面的AMCA风洞模型   　　AMCA的发动机一改T-50的宽间距，而是采用F-22那样的紧密布置。也就是说，两台发动机肩并肩，中间不再有宽大的隧道。这样做最大的好处是避免了过大的湿面积带来的阻力，还自然地解决了T-50不容易布置S形进气道的困难。AMCA将采用S形进气道，大大降低前向雷达反射面积。雷达反射面积是一个等效值。雷达反射面积不仅和物理面积成正比，还和反射率成正比。进气道形成一个空腔，入射波如果直接照射到几乎没有什么办法可以降低雷达反射特征的发动机风扇表面，将形成很强的反射回波。这道理很容易理解：如果向一个10米深的井里吼一声，回声比向10米之外和井底面积相当的磨盘吼一声要大得多。S形进气道迫使入射波在到达风扇之前经过多次反射，每一次反射都造成一定的损失，加上雷达吸波材料的功效，可以有效地抑制最终回波的强度。双发紧密布置还避免了后体处理的麻烦，所以AMCA不需要苏-27 或者T-50那样的大型尾椎。S形进气道还带有一定的扭转，不仅有利于隐身，还有利于进气道总压恢复。   　　不过AMCA采用S形进气道也有特有的问题，机内武器舱可能只能像F-22那样在两侧分置了。根据示意图，AMCA在两个进气道的外侧利用S形进气道形成的空间布置武器舱，但比较特别的是，这个武器舱是U形的，环绕机侧和机腹。两侧武器舱不如T-50的隧道武器舱那样紧凑、高效，但也有好处。空空导弹需要在发射前暴露于空气之中，导引头好开始工作，“响尾蛇”那样的近程空空导弹还要求在发射架上就发动机点火，依靠自己动力飞离发射架，而不是像炸弹那样抛投下来然后再点火，所以隐身战斗机的空空导弹通常是从和舱门随动的探出式挂架上发射的。T-50的机内武器舱还是埋入在隧道里，导弹的视界也只能是“隧道视界”，不利于及早捕获目标。加长挂架的延伸结构则带来种种重量、强度、体积、可靠性的问题，也不是一个好办法。不过AMCA这样的U形武器舱需要的舱门较大，还可能是多个舱门分段开关，那样机体表面缝隙较多，不利于隐身。U形武器舱也较浅，适合挂载的武器尺寸受到限制。
  　　AMCA采用S形进气道的另一个问题是进气道加长了，发动机的位置相对于T-50也靠后了。AMCA秉承T-50的做法，平尾和双垂尾的面积都很小。尾翼位置靠后所以较大控制力矩可以补偿较小控制面的面积是一个方面，另一个方面是AMCA要求采用了推力转向技术。印度的苏-30MKI号称是世界上第一种量产的采用推力转向技术的战斗机，印度为此很是得意。在凝聚了印度的雄心和希望的AMCA上继续采用这一领先时代的技术自然不意外。有意思的是，AMCA的垂尾依然是传统的固定面加尾舵，而不是 T-50 那样的全动垂尾，换句话说，和T-50 相比，AMCA垂尾的作用要大大弱化，AMCA是否能达到印度空军所规定的高机动性，就要看印度飞控技术对推力转向的整合了。   　　AMCA和T-50另一个不同的地方是进气口，和F-22反而更加相像。也就是说，AMCA不像 T-50那样，从翼下和进气口上唇之间的横向空隙向两侧泄放附面层呆滞气流，而是从翼根穿过机翼，从上表面泄放。这样泄放的效率更高，也没有横向空隙带来的隐身问题，但这样从机翼下表面向上表面的“漏气”造成机翼的升力损失，也带来额外的阻力。这两种做法没有绝对的优劣，考虑到LCA也是这样处理的，印度对这个方式更有经验，采用上表面泄放是合理的。不过AMCA的加莱特进气口采用了前伸的附面层隔板，这对隐身不利，但容易保证附面层分离效果，或许是印度对F-22那样“纯”加莱特进气口的设计缺乏信心的缘故。   　　印度计划为AMCA装备两台印度自研的“卡维利”发动机，这是80千牛级的先进涡扇发动机，但尺寸比同推力级的F404还要紧凑。不过“卡维利”的发展历程比LCA还要曲折。“卡维利”发动机计划于1986年正式启动，晚于LCA的启动时间，但LCA的技术验证机本来就打算用美国F404试飞的，所以这不是太大的问题。“卡维利”发动机由印度的燃气涡轮研究中心（Gas Turbine Research Establishment，简称GTRE）负责研制，研发在1989年全面铺开，预计投资8,970 万美元，到1997年交付使用。核心发动机到1995年才首次运转。原计划1999年首次空中运行，2000年首次装上LCA试飞，但2004年在俄罗斯的高空试验失败，按计划装用 LCA不再可能，印度转向美国订购F404，用于第一批生产型LCA战斗机。2009年，“卡维利”计划全面铺开10年后，耗资4.54 亿美元，但还没能装上LCA试飞，研发工作至少还需要5～6 年。2010年11月4日，一台“卡维利”在俄罗斯的格罗莫夫试飞院的伊尔-76 高空试验台上终于成功，从起飞到着陆，整整连续运转了一个多小时，飞到6,000 米高空，达到 0.6 马赫的速度。按照印度标准，三次这样的成功试验就可以容许“卡维利”放飞，但连永远乐观的GTRE 都认为最早2011～12 年才可能装上LCA。与此同时，印度从2006年开始和法国SNECMA合作，用法国“阵风”战斗机使用的M88-2的核心发动机为基础，作为新“卡维利”（也称“卡维利 2”）的基础，但一方面SNECMA坚持至少300台发动机的订货，另一方面还是没有解决超重和推力不足的问题，新“卡维利”也是步履维艰。在第一批42架LCA采用F404后，第二批110架 LCA计划在推力更大的美国F414和英国EJ200 之间选择，以解决LCA超重带来F404推力不足的问题，依然没有“卡维利”什么事。这当然不等于“卡维利”的死刑，但至少说明了印度空军至少在近期内对“卡维利”没有信心。但ADA还要求“卡维利”具有超音速巡航能力和推力转向能力。                              
                           　“卡维利”发动机   　　超音速巡航其实是指发动机的推力，也就是发动机的非加力推力要足以保证飞机可以做持续的超音速飞行。由于现代战斗机都能做高亚音速巡航，勉强超过音速的超音速巡航没有意义，需要至少1.5 倍音速左右才有意义。一般说来，非加力情况下飞机的推重比需要达到 0.6以上，1.5 倍音速的超巡才有可能。对于20吨的AMCA来说，这就需要“卡维利”的非加力推力达到59千牛，需要在现有的52千牛基础上增加13.5%，是一个不小的挑战。但对于强调高机动的第五代战斗机来说，实际上需要的非加力推重比还要高，这是因为高机动战斗机的气动外形实际上以阻力换取高机动性，需要用更大推力的发动机补偿。F-22的非加力推重比就高达 0.73。F-35的加力推重比达到0.86，但最高速度也只有1.6倍音速。如此算来，“卡维利”的非加力推力需要至少71.5千牛，推力增幅高达37.5%，几乎是一个不可能的任务。   　　　　　　　
　　　　　　　伊尔-76高空试验台   　　另一个问题是推力转向。AMCA的小面积尾翼是基于推力转向而设计的，否则需要大大增加尾翼面积，承受随之而来的增重。事实上，就比例而言，AMCA的尾翼面积已经大大小于F-22，反映了印度对于飞控的信心（或者冒险）。然而，实验室是一回事，实用化是另一回事，SNECMA没有现成的推力转向技术，GTRE正在向俄罗斯求援，要求提供推力转向技术。不过推力转向的硬件是一回事，对机动性的实质性改善是另一回事。早期三翼面苏-35也有推力转向，但是手动的，只有技艺超群的试飞员在航展表演中可以施展，实战价值实际上没有。印度的苏-30MKI的推力转向和飞控结合到一起了，但是否得到优化还有疑问，在和F-15C的对抗演习中没有发挥出预想的优越性。印度号称拥有世界上最大的软件工业，但软件工程师好比代写书信的文字匠，和作家、诗人不是一回事。飞控软件的优化不是软件工程师脑子里拍出来的，需要大量的数据支持，美国在一系列X飞机的实飞中获取大量数据，印度的数据从哪里来？   　　　　　　　　　2011年印度航展上ADA宣传册上的AMCA三面图，外形有所变化   　　但AMCA发动机最大的问题还是“卡维利”再次掉链子的可能性。LCA就是因为“卡维利”掉链子，不得不临阵换心，选用F404，第二批将在F414和EJ200两种里面挑选。以GTRE 对“卡维利”的高标准严要求来看，到时候AMCA再次面临“卡维利”掉链子将一点也不奇怪。好在ADA要求AMCA技术验证机不必使用“卡维利”发动机，而是用F414或者EJ200首飞，但2025年开始的量产型应该用“卡维利”。如果一切顺利，这意味着1986年正式立项的“卡维利”将在39年之后才投入使用，这一定是一个世界纪录。但这个世界纪录或许会被“卡维利”自己打破，LCA的研制计划也要求技术验证机使用F404，量产型应该使用“卡维利”，结果落空了。如果“卡维利”再次掉链子，AMCA的发动机选择会十分尴尬。F414和EJ200 推力可以达到要求，M88连推力要求都达不到，但都没有推力转向，美、欧为印度要求单独为这些发动机研发推力转向的可能性较低，或者印度要被大放一把血才能做到。只有从米格-29的 RD33发展而来的RD133具有推力转向能力，但RD133的基本技术陈旧，重量、尺寸、油耗、可靠性都不能满足AMCA的要求。没有推力转向的AMCA需要大幅度重新设计后机身和尾翼，极大地增加尾翼面积，这样重量分布、飞控特性都变了，整个计划的严重拖延将不可避免。
  　　AMCA采用双发，这是印度只有中等推力发动机可用的必然结果。如果像F-35那样采用单发，将需要F135那样超大推力的发动机，远远超过印度的能力。问题在于双发的重量比单发高很多，在总重受限的情况下，将大大限制机内燃油的空间。米格-29 就是这样，具有优异的机动性和令人难为情的短航程，被讥嘲为“世界上最优秀的保卫机场围墙的战斗机”。AMCA还有机内武器舱的问题，机内武器舱大大增加了机体的尺寸和重量，“轻型”的F-35的重量超过重型的F-15C，部分原因就在于此。AMCA如何得以采用双发、机内载弹而不大大增加重量，实在是一个不可能的任务，采用复合材料都不能完全解决这个问题，F-35的复材用量够高了。另一方面，印度似乎对短航程有传统，LCA号称最轻型的第四代战斗机，试飞结果表明，只用机内燃油，LCA只有40分钟的续航时间；挂上两个800升副油箱，续航时间也只有不到一个半小时，对于经常需要重载远程出击的现代战斗机来说，显然不够。或许AMCA的航程也只要求升空、绕场一周、然后降落？   　　　　　　　
　　米格-29就是按照中型双发战斗机设计的，结果落得个“只见发动机、不见燃油”的结果，航程成为永远的短板，AMCA有什么灵丹妙计可以走出这个困局？   　　AMCA的座舱盖不成比例地大，估计是双座。印度对双座情有独钟，印度空军的主力空优战斗机苏-30MKI就是双座的。在T-50计划里，印度也自告奋勇地承担双座型的研发。美国海军的经验表明，双座战斗机的后座飞行员可以分管武器系统的操作，还可以分担观察后方的任务，大大增加空战和对地攻击的效能。但双座增加了重量和阻力，对于中型战斗机来说代价过大，中型战斗机以双座为主流型号的做法并不常见。F-16、F-18、“阵风”、“台风”、“鹰狮”都有双座型，但单座还是主要的。   　　印度对AMCA寄予很高的期望，希望借助AMCA把印度的航空和高科技工业拉上一个新的境界。除了发动机和气动之外，印度希望通过AMCA拉动下列领域： 　　·先进航电（模块化结构、信息融合和战场态势感知、决策支援系统、保形传感器和保形天线、先进通信和网络战系统）　　·先进飞控（飞火发联控、主动重心管理、非对称控制、可重构系统）　　·先进制造（无台架制造、超塑成型、超光洁技术）　　·先进材料（雷达吸波材料和涂层、先进复合材料、超微机电）   　　在这么多的领域里全面大跃进，20亿的投资简直是太物超所值了。美国的F-35计划已经总投资高达600亿美元。就算印度的成本和效率优于美国10倍，20亿美元的总投资也是一个不可能地乐观的估计。   　　印度是一个奇特的国家。趁着美、印关系的解冻，正在大手笔购买C-130、C-17运输机、P-8海上巡逻机，正在竟标的126架多用途中型战斗机更是加码不菲。与此同时，印度大张旗鼓地发展国产先进武器系统。这需要非凡的远见和定力，更需要几乎无限的军费投入。LCA煮成了一锅夹生饭，但放弃LCA将扼杀印度还在襁褓中的航空技术产业。且不说技术队伍的散失和士气的涣散，随同进口战斗机的技术转移和按许可证生产已经证明不是自主研制战斗机的捷径，印度战斗机没有因为米格-21、米格-29和苏-30MKI的技术转移而催生。来自西方的技术转移条件更加苛刻，靠这个催生印度战斗机更不可能。印度战斗机最终还是要靠印度人自己，不能靠一时一事的大跃进，而是要靠持之以恒的长期投入，包括建立完整的科研体系和测试设施。中国的歼-10、FC-1的成功不是偶然的，是几十年不懈努力的结果，包括绵阳的亚洲第一的风洞群。但连发动机高空试车台都需要依赖俄罗斯的印度人准备好了吗？