L15型超音速高級教練機

中國洪都飛機工業公司設計和製造的ｌ１５型超音速高級教練機，在經歷了研製、製造和調試的各階段工作之後，終於在２００６年３月１３日下午順利進行了首次飛行。ｌ１５高級教練機首飛的成功代表著中國航空工業在高級教練機這個機種的設計和製造水平上，已經達到了與國外的先進機型相當的技術標準，是中國航空工業努力趕超世界先進技術的一個重要成果。ｌ１５高級教練機是中國航空型號發展中第一個在設計上達到國際最先進技術水平的機種。ｌ１５高級教練機與我國現役同級的「殲教」－７超音速教練機相比，具有整體氣動性能好、機動性能高、整機推重比大、使用壽命長、結構設計合理、製造技術先進以及任務使用彈性大和發展潛力高的優勢，在整體技術標準上與國外目前正在發展的ｔ－５０、「馬克」（ｍａｋｏ）和雅克－１３０高級教練機相當，在有效載荷能力和機動飛行性能上甚至可以和＂美洲虎＂這類輕型戰鬥轟炸機相媲美。

ｌ１５教練機的技術性能

ｌ１５教練機採用了與俄羅斯最新型的雅克－１３０教練機類似的整體氣動外形設計，在氣動外形結構設計上採用了能夠適應大迎角高機動飛行的翼身融合體、可以形成渦流的大面積機翼邊條和四餘度電傳操縱系統，其整體氣動設計技術條件上已經達到國際先進水平，在整體設計的一些方面還表現出了中國本身裝備環境所形成的特色。

根據洪都飛機工業公司在航展上對ｌ１５教練機所做的介紹，ｌ１５教練機的最大可控迎角達到了３０度，大迎角飛行性能超過了ｆ－１６、ｆ－１５和＂米格＂－２９等第三代標準型戰鬥機。因為具備較大的可控迎角和高推重比以及小機翼載荷的技術優勢，所以ｌ１５教練機的中、低空亞音速機動飛行性能應該非常出色。如果不考慮ｌ１５雙發動機設計對高速飛行性能造成的影響，那麼可以認為ｌ１５在中空亞、跨音速格鬥機動性能上完全有能力與常規的三代戰鬥機相抗衡。通過ｌ１５教練機的氣動外形和設計特點可以發現，ｌ１５教練機在結構和氣動設計過程中重點強調的是飛機的亞音速機動性能，超音速性能並不是ｌ１５氣動設計的主要著眼點，這也就在一定程度上證明了ｌ１５飛機平台的技術不很適合用來改進為以對空作戰為主的空中優勢戰鬥機。

ｌ１５教練機是中國設計的教練機中第一個採用電傳系統的型號，採用電傳操縱系統可以使由ｌ１５教練機訓練的飛行員較快地完成教練機到戰鬥機之間的過渡，這個使用優勢也是國際上新發展的高級教練機幾乎全部都採用電傳操縱系統來提高飛行性能的原因。在教練機上採用電傳操縱系統不但可以提高飛行員的訓練水平，而且較好的飛行控制系統也比較有利於教練機的其他改型設計。國外發展的ｔ－５０和雅克－１３０這類高級教練機，都在以飛行訓練為基本目的的教練型基礎上設計和開發了用以執行對空作戰和對地攻擊任務的改進型，通過在設計良好的飛行平台上擴大使用範圍來提高教練機的改型能力和使用效費比。

ｌ１５教練機的飛行性能和基本技術條件都具有非常大的作戰改進潛力，在保持ｌ１５教練機的基本氣動設計不進行大幅度改變的條件下，能夠很方便地將ｌ１５改裝為具有較好對地攻擊能力的短程強擊機，而且ｌ１５教練機亞、跨音速機動性能好的特點也可以保證飛機具備一定的近距格鬥作戰能力，在承擔自衛空戰任務的同時還可以在一定程度上輔助擔負國土防空的作戰任務。

根據目前由生產廠家透露出來的ｌ１５教練機的技術數據可以發現，ｌ１５教練機的機體規格和各方面條件類似於應用現代化技術後的強－５強擊機和＂美洲虎＂戰鬥轟炸機，如果在後期改進中將ｌ１５教練機的機身適當加長並改為單座，那麼，ｌ１５在增加必要的雷達和光電感測器的條件下，最大載彈量可以達到４－４．５噸。當掛載２個容量６００升的副油箱和標準的自衛對空武器之後，執行半徑６００千米的對地攻擊作戰任務時可以掛載約２噸的對地攻擊彈藥。按照對地攻擊為主要任務要求改進的ｌ１５教練機，其綜合作戰性能基本與國外發展的ｔ－５０、ｍａｋｏ的單座改型相當，超過俄羅斯＂雅克＂一１３０教練機的作戰改型。由此看來，採用ｌ１５平台完全可以改進出一種性能比較好的輕型超音速多用途戰鬥機。

技術特點

如果僅僅從設計和製造技術來考慮，可以說ｌ１５教練機已經達到了目前國內同類應用型號的較高水平。ｌ１５教練機不但在氣動設計上達到了很高的水平，在整體設計和結構製造技術上也明顯超過了目前國內所發展的同規格機種。ｌ１５教練機採用翼身融合的氣動布局，機身外形的複雜曲面對結構製造、裝配和外形平滑性要求都非常高，整體加工和裝配技術難度基本與我國新型空中優勢戰鬥機相當。

令人不解的是ｌ１５教練機的氣動設計水平和製造技術都達到了很高的標準，但是在結構材料的選擇上卻比國外同時期的ｔ－５０和雅克－１３０保守得多，除了在尾翼部分採用複合材料和在飛機結構中少量應用鈦合金之外，ｌ１５主要的結構材料仍然是常規的鋁合金。中國的航空材料製造和應用水平確實與國外發達國家之間存在很大差距，但是要想為ｌ１５加裝一套帶整體油箱的複合材料機翼，以及在機身蒙皮和口蓋等位置大規模應用複合材料的技術難度也並不大，中國航空工業目前既有足夠的技術也有相應的能力為ｌ１５教練機增加複合材料、鈦合金和鋁鋰合金的應用量，之所以未如此依筆者分析，主要的原因應該是為了盡量降低飛機的成本。

除此之外，飛機裝備後的維護和保障上的難度也應該是減少複合材料應用的主要原因之一。ｌ１５教練機的潛在用戶中，無論是國內的空軍單位還是預計的出口市場目前都缺乏維護採用先進材料機種的能力。航空複合材料的維護和保養需要專門的設備和足夠數量的專業技術人員，在空軍戰鬥機部隊還沒有完全解決高性能材料飛機結構的維護保障問題的條件下，盲目地為教練機增加複合材料應用量以提高飛行性能並不合適。教練機是使用非常頻繁的機種，性能可靠、皮實、易維護和高完好率是教練機應該具備的最主要特徵，過多地應用先進材料技術將可能對飛機交付後的維護工作帶來很大的困難，這將直接影響到飛機的使用效果。ｌ１５教練機的機體採用以常規材料為主的結構形式，以先進的氣動設計作為提高飛機性能的重點手段，綜合來看是最為合適和科學的，也是ｌ１５在採用先進氣動布局、四餘度的電傳操縱系統等先進技術後，相比國外競爭對手仍具有價格優勢的重要因素。

ｌ１５教練機的結構製造中所應用的大都是傳統的輕鋁合金材料，但是在部件的加工工藝上卻採用了一些較先進的工藝方法和手段，從而使整機達到了很高的整體結構設計水平，典型的例子就是座艙蓋的整體骨架。ｌ１５教練機的座艙蓋骨架採用整體鍛件來代替原來由多個零件拼合的組合件，也是國內第一個實際應用的高性能座艙結構件。ｌ１５教練機的整體座艙骨架可以在保持座艙蓋整體性能的前提下，具有比組合式座艙骨架更好的強度、更輕的重量和更好的可靠性。ｌ１５教練機採用的長２７００毫米、寬９００毫米、高７００毫米的大型座艙骨架，在鍛件製造和機械加工技術上都達到了目前國內的頂級水平。對於毛坯件機加工去除量高達９６％的大型鍛件的加工成功，表明中國航空工業在大型飛機結構件的製造上達到了一個新的高度。

ｌ１５教練機的進氣道採用了截面由矩形向圓形平滑過渡的雙ｓ構形，進氣道組合件還要與機身的整體油箱融合以組成一體化結構。這種結構具有零件外形複雜、加工難度大、組合件不易成形、裝配空間狹窄和裝配協調困難等很多技術難點，是國內飛機結構設計和製造的首次突破。ｌ１５教練機採用的單梁全高度蜂窩夾層結構平尾也是國內首次在生產型飛機上應用，平尾中複合材料的使用和結構設計對洪都飛機工業公司是一個嚴峻的考驗，ｌ１５教練機原型機的首飛，證明了洪都公司複合材料結構的設計和製造已經基本成熟，有能力在ｌ１５的後續改進型上更大規模地應用複合材料以提高改進或發展型ｌ１５飛機的整體性能水平。

ｌ１５教練機動力系統的選擇

ｌ１５教練機採用由２台小推力加力式渦輪風扇發動機組成的雙發動機設計，據說這是為了滿足對第三代戰鬥機的訓練要求，而且將ｌ１５可以進行單發停車訓練科目作為其相對單發動機同規格教練機的技術優勢來強調。ｌ１５教練機採用雙發動機確實存在上述技術優勢，但是從簡單的基本飛行訓練情況上來看卻不一定因為這個原因而過於強調教練機裝備２台發動機的必要性。

英國空軍裝備的＂狂風＂、ｆ－４＂鬼怪＂和最新的ｅｆ２０００都是採用雙發動機的戰鬥機，但是英國空軍的中、高級教練機卻是以單發動機的＂鷹＂式教練機為主，如果因為英國空軍還擁有雙發動機的＂美洲虎＂而不具備代表性的話，那麼已經實現了戰鬥機雙發動機化的美國海軍航空兵在教練機的選擇上則更加能夠說明問題。美國海軍在選擇新型艦載高級教練機的時候並沒有選擇雙發動機飛機，而是引進了英國的＂鷹＂式教練機技術發展了ｔ一４５單發艦載教練機。對於單發飛行訓練要求更高，更加強調飛行安全性要求的美國海軍能夠接受單發動機的ｔ－４５教練機，可以清楚地證明教練機所採用的發動機數量並不能代表教練機的實際技術標準和訓練要求。

雙發動機設計確實在很大程度上可以提高教練機的安全性和訓練範圍，而且動力性能也比推力相同的單發動機更好，但是在發動機的總推力相同的情況下，採用２台發動機的飛機將會比單台發動機增加１０％－１５％的結構重量和相當大的阻力影響，結構重量和阻力的增加對於飛機來說也是個很大的問題，所以不能僅僅認為幾個簡單的因素就可以確定飛機的整體設計條件。

根據筆者個人的觀點來看，ｌ１５採用雙發動機設計除了研製單位長期設計和生產雙發動機超音速飛機的慣性思維之外，還存在考慮到飛機整體規格和未來改進潛力的因素。採用雙發動機所加寬的後機身會增加阻力，但是總推力相同的雙發動機的發動機艙長度要比單發動機短，這樣不但動力系統所需要佔用的飛機長度較小，而且也可以通過降低對配平的要求而縮短機身的總長度，飛機機體長度的減少可以在一定程度上降低飛機的結構重量，部分補償雙發動機增重的影響。

ｌ１５教練機採用雙發動機的設計可以迴避一定的技術風險和降低技術難度，因為在設計ｌ１５的時候國內還沒有可以與之配套的中等推力的動力系統，國內生產的「渦噴」－１３系列發動機根本無法滿足ｌ１５的技術要求，所以能夠用來選擇的動力系統只有俄羅斯的ｒｄ３３與歐洲的ｒｂ１９９這２種加力式渦輪風扇發動機。俄羅斯的ｒｄ３３是總推力在８噸級的發動機，ｒｄ３３發動機的推力級別不但超過了ｌ１５教練機所需要的動力性能，發動機的體積也過於龐大，而且ｒｄ３３發動機是ｆｃ－１戰鬥機的動力系統，如果ｌ１５教練機採用ｒｄ３３發動機就必然會使ｌ１５在很多技術性能方面與ｆｃ－１存在重疊，而ｌ１５教練機在氣動設計上的優勢很難彌補ｆｃ－１生產成本上的優勢，同樣規格飛機的重複發展會使ｌ１５難以在與ｆｃ－１雙座型的競爭中獲得勝利。歐洲發動機公司的ｒｂ１９９發動機的推力在７噸級，整體技術性能和使用壽命都符合ｌ１５教練機的技術要求，不過除了前面說過的採用單台中等推力發動機設計容易出現與ｆｃ－１戰鬥機之間的重複之外，ｒｂ１９９發動機在國內使用和自我保障能力上也存在很大的問題。ｌ１５教練機是以打入國際市場為重點開發的，如果採用單發動機設計就必然要接受ｆｃ－１出口型、歐洲ｍａｋｏ和韓國ｔ－５０超音速教練機的正面競爭，市場開發的難度大而且競爭又非常激烈。與單發動機設計的競爭風險相比，反到是國際上採用雙發動機的新型教練機中普遍缺乏ｌ１５教練機所具備的超音速飛行能力，而採用雙發動機的ｔ－３８、＂美洲虎＂和日本ｔ－２這類教練機設計得過早，在整體技術水平上完全無法與ｌ１５教練機相比。ｌ１５教練機是目前新發展的同類型專用教練機中唯一採用雙發動機的超音速教練機，ｌ１５教練機採用雙發動機設計不但可以在市場上迴避不必要的競爭風險，而且依靠雙發動機設計所帶來的高安全性和較大的發展潛力也是ｆｃ－１和「教練」－９這類飛機所無法獲得的，雙發動機設計是ｌ１５教練機能夠在面對國內、外激烈的市場競爭環境，得以迴避風險以獲得一定技術優勢的重要措施，而不僅僅是要模擬單發停車等技術細節的要求。

航空動力系統存在的問題

整體設計先進的ｌ１５教練機的飛行性能比較好，是一種達到世界先進水平的高性能超音速教練機，但是ｌ１５教練機的發展卻未必能夠一帆風順，其主要問題在於ｌ１５教練機的航空動力系統。

可以滿足ｌ１５教練機需要的發動機是推力在３５００千克左右的小推力渦輪風扇發動機，這樣推力級別的發動機型號在國內還是空白，市場上與之類似的型號只有台灣ｉｄｆ戰鬥機使用的ｆ１２５發動機，俄羅斯新發展的帶加力燃燒室的ａｌ－５５ｆ發動機正處於發展過程中，而東歐國家和烏克蘭發展的小推力渦輪風扇發動機缺乏帶有加力燃燒室的機型。國內、外在３－４噸標準推力的航空動力系統上所存在的問題，導致了ｌ１５教練機缺乏可以直接應用的３５００千克推力級的加力式渦輪風扇發動機。ｌ１５教練機目前所選擇的發動機還只有不加力的型號比較成熟，對現用發動機的加力改進設計和驗證仍然需要相當長的時間。航空動力系統存在的問題一直是限制中國飛機型號發展的主要瓶頸，同樣也是ｌ１５教練機在原型機設計和製造過程中所面對的最大的技術問題。動力先行的口號在航空工業中已經喊了多年，但是現在航空動力技術上的落後仍然是中國航空工業在飛機型號發展過程中不可迴避的巨大困難，如果ｌ１５教練機不能很好地解決航空動力系統上所存在的這個困難，那麼可以說ｌ１５教練機的後續發展還將是非常艱辛和困難的。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！