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晨枫:米格29综合症
关键字:战斗机的重量分配
正常起飞重量是纲,纲举目张。正常起飞重量包括机内燃油、典型任务所需的机载武器和飞行员的重量。战斗机设计中,常用所谓的“橡皮飞机”方法。飞机重量的主要构成有机体、发动机、机内燃油、武器和电子系统,各自占正常起飞重量的比例决定了飞机的性能,具体重量是可以按照具体需要而放大缩小,但任何一个主要构成的实际重量确定后,就可以确定正常起飞重量,并确定发动机的推力要求,其他主要构成的实际重量也可以根据比例反推出来。
在工程分析、比较的时候,无量纲的特征参数常常更加有用,这避免了具体过程、系统之间难以直接比较的问题。比如说,消费中的效费比,投资中的回报率,机翼气动性能用升阻比而不是升力,发动机性能用推重比而不是推力,这些都是无量纲的。上述“各自占正常起飞重量的比例”也是无量纲的特征系数。
机体材料、制造和结构设计方法都有减重的效果,但对机体的要求也在与时俱进。从更高的寿命、更大的抗过载能力到隐身所要求的机内武器舱,都有增重趋势。最后平衡下来,机体结构占正常起飞重量的比例(权且称为机体系数)大体在40%左右,并不随时代有太大的改变。但双发和隐身要求有增加机体系数的趋势。
发动机的情况也是一样。一方面发动机推重比在不断提高,另一方面对战斗机军推和加力推重比的要求也在不断提高。米格-29时代不要求超巡,但要求战斗机的加力推重比超过1.0,这就变相决定了发动机占正常起飞重量的比例(权且称为动力系数)。
机内携带燃油与发动机推力的情况类似,绝对重量并不关键,关键的是机内燃油相对于正常起飞重量的比例(称为燃油系数)。一般认为,30%以上才能保证基本的攻势空战要求。苏-27达到变态的40%,但这是有猫腻的,下面要谈到。
兼顾战斗机和截击机定位的苏27系列战斗机有着惊人的内油存量
另一个当然就是机载武器和电子系统,其重量占正常起飞重量的比例权且称为航电与武器系数,简称武器系数。这又是减重与要求攀升互相抵消的情况。实际上还有飞行员重量,但考虑到相对于正常起飞重量只占很小比重,在初步估算重可以忽略不计。
机体系数、动力系数、燃油系数、武器系数加起来必须等于100%,因此这是一个取舍的问题,不可能出现一本万利的好事。一般说来,机体系数相对“刚性”,较少也较难改变。发动机与战斗机的推重比确定后,动力系数也就确定了。只有燃油系数和武器系数具有一定的弹性。在理想情况下,应该根据航程和留空时间要求指定燃油系数,然后武器系数就确定了。在给定一定的携带武器重量后,正常起飞重量就确定了,发动机推力要求也相应确定。
但这是把发动机也作为“橡皮发动机”考虑的情况。这在预研的时候海阔天空还有点可能,但考虑到发动机研发的先行和难度,实际“弹性”是有限的。战斗机的正常起飞重量不光是一个技术参数,也直接关系到研发、制造和使用成本。从国防经济的角度出发,正常起飞重量也不可能天马行空,毫无节制。这样,顺序就要调整,在给定了发动机推力后,根据战斗机推重比要求,就可以反推正常起飞重量。发动机推重比与战斗机推重比决定了动力系数,规定必须的外挂武器后,武器系数就确定了,燃油系数就相应得出。
这是两个极端情况,实际过程没有这么简单,需要反复交错迭代,在作战要求、技术难度和成本之间综合权衡。
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