俄軍裝備前掠翼戰機:外形科幻夠噱頭,比性能指標更重要
根據俄羅斯媒體報道,SR-10噴氣式初級教練機將在明年底裝備俄軍服役,取代原捷克L-39型教練機。這是俄羅斯首次裝備私企研製的軍用飛機。
SR-10最顯眼的地方,在於它採用了前掠翼結構。簡單的說,SR-10採用前掠翼是個很聰明的策略;在避免了前掠翼致命缺陷的同時,利用前掠翼獲得了一定程度上的性能優勢,以及非常強的商業競爭力。
圖:斜掠翼減小激波阻力
圖:早期的前掠飛機
前掠翼實際上是人類歷史上最早運用的斜掠翼設計,比後掠翼要早。但在後來的數十年中,除了極少數驗證機以外,斜掠翼在飛機上的實用性推廣是一直被後掠設計所全面統治的。
在一些關鍵設計參數相同的前提下——比如機翼面積,外形,斜掠角度這些,前掠翼在理論上能夠提供比後掠翼要好的阻力/升力性能;特別是大迎角非常難以失控,這是後掠翼無法相比的。
蘇27家族之所以頻發上仰失控的問題,在氣動上的根源;就是過度強調航程性能,採用了後掠翼與邊條翼的組合。邊條翼在通過撕裂迎面氣流,在機翼上形成漩渦提升機翼升力的同時,也極大的加強了後掠翼在臨近失速狀態時會誘發強烈上仰的缺陷。
圖:氣動彈性發散的最終結果,就是機翼解體飛機墜毀
但是前掠翼的最大缺陷,遠比後掠翼的上仰失控更致命。它在空氣中變形擺動的時候,由於翼尖在前面,會引發一個非常強烈的趨勢——就是機翼舞動變形的幅度越來越大,直到最後導致結構解體。最早的實用前掠翼飛機,德國JU287,就是因為這個問題多次導致墜毀。
前掠翼允許的飛行速度太低這個問題,在金屬材料時代是完全無解的。直到70年代高性能複合材料開始實用化、美國空軍提出氣動彈性剪裁理論以後;前掠翼的性能潛力,再次迎來了實用化可能。後來美國的X29、俄羅斯的S-37金雕驗證機,都是這種背景下誕生的。
圖:S37金雕有著很強的實用化背景,但是最終失敗
但是最終的事實證明,人類現有的技術能力,仍然不足以使前掠翼布局滿足高速戰鬥機的蓄能需要——要麼必須選擇高阻力(小前掠角)低性能(縮小翼展和翼面積)的設計,要麼降低最大飛行速度指標。比如S-37就只飛到1.6馬赫。
對於SR-10來說,它出現的時代很晚;一方面碳纖維複合材料的設計製造技術已經相當成熟普及,而且成本已經非常大幅度的降低了——現在西方市場上廉價的碳纖維輕型飛機非常多,這很有利於SR-10發揮出前掠翼的部分性能優勢。
而最重要的是,作為一款最大飛行速度只有800公里/小時的初級教練機,它的性能設計區域在現有的廉價複合材料結構支持下,已經可以完全避開前掠翼致命的氣動彈性發散引發的結構解體問題——正常情況下,它就沒有可能飛到足以讓自己解體的速度。
圖:雅克130高級教練機,定位較高,同時能作為輕型攻擊機使用。而SR-10是一種只具備飛行教練能力的初級教練機,不配備武器和相應的火控航電設備。
但實際上以現有的氣動優化水平來說,在SR-10這個級別上,前掠翼方案的性能優勢與現在流行的梯形翼(實際上屬於三角翼範疇)——比如雅克130系列的風格相比,單純的性能優勢並不明顯——畢竟積累的設計經驗太多了,設計性能最優化的挖掘深度是前掠翼很難比的。
但是SR-10採用前掠翼最大的好處是,外形特徵極為鮮明;能夠與現有主流設計、競爭產品形成特別大的定位差異。這在競爭中是一件非常重要的事情,它帶來的主觀印象強化,能夠大大強化原本不甚明顯的性能優勢。
這一點的重要性,遠遠超過單純性能上的優勢,特別是其研製企業是個此前沒有太多背景和關係的私營企業;如果不能有效形成產品定位差異,他們很難在和國營企業的方案競爭中形成同質化的情況下獲勝。
圖:事實上選擇前掠翼布局是個非常成功的做法,SR-10在推出以後,受到了各方極大的關注——這是好幾十年都少見的設計選擇;都不用廠家怎麼花錢打廣告,大家都會來主動關注這個飛機。
總的來說,SR-10的總體設計沒有明顯不可行的地方,但是它的設計依舊不能運用在高速飛機上,而且也並不能代表未來教練機的主流發展方向。它最大的意義,是對於俄羅斯本國來說,型號競爭體制上出現了顯著的進步。
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