定義
從飛行力學的角度講.所謂敏捷性,其實就是飛機機動性對時間的導數。所以.敏捷性是飛機飛行狀態的變化率,它反映了飛機在訓練、表演、空戰中獲得最大機動性的能力.它突出了飛機在機動性能的基礎上飛機操穩性及其對指令的回響.是飛機常規機動性、非常規機動和控制性能的集合。飛機敏捷性不同.其空戰的作戰能力就不同,由此我們可以說,戰鬥機敏捷性是衡量其作戰能力的重要因素。當然。這裡所描述的敏捷性,必須是完全在飛行員有效控制下的飛行姿態的改變,不可控的或不易控制的瞬變是沒有意義的。必須與飛機的操縱品質一起做綜合考慮。尤其是一些脫離作戰需求,而一味地以表演為目的的機動性、敏捷性展示,是毫無意義的。
比如說、飛機飛行時改變俯仰狀態的能力常用最大法向過載(ny)來衡量,這屬於機動性概念範疇;而飛機此時的敏捷性則是用單位時間內達到幾個載荷(ny)來衡量,亦即瞬時機動能力.它們是從不同的角度反映了飛機的俯仰機動能力。再比如,飛機水平最大瞬時轉彎角速度、反映的是飛機水平機動能力、而最大水平轉彎角加速度、則反映了飛機改變角速度的能力、也即屬於敏捷性問題。如果AB兩架飛機在最大瞬時角速度一定的條件下、A機的角加速度比B機的大,則A機獲得最大角速度的時間短,空戰中A機比B機可先獲得空空飛彈指向發射攻擊條件.從而達到首先攻擊之目的,可見,飛機敏捷性不同,其空戰的作戰能力就不同。而這對於近距空戰的參戰雙方來說,是性命悠關的。誰能利用自己敏捷性和機動性優勢率先展開攻擊,將會在戰鬥中處於有利地位。由此我們可以說,戰鬥機敏捷性是衡量其作戰能力的重要因素。
但如果純粹是為表演而設計的機動性、敏捷性展示,其進入要求往往十分苛刻,難以把握。同時其可控性也較差。屬於一種“舞術”。無法在實戰中加以運用。遇上真正的“武術”時,可能結果並不美妙,也可能不然。
系統論角度
從系統論的角度,戰鬥機的敏捷性應該指的是以機體為載體的包括武器、電子設備、乘員等在內的整個空中戰鬥平台的敏捷性。因為只有整個戰鬥平台具有了高度敏捷性,在空戰中才能達成先敵發現、先敵占位、先敵跟蹤、先敵描準、先敵攻擊等先機,從而爭取戰場優勢並由優勢轉換成勝勢。所以,應該強調多從實戰出發研究敏捷性、機動性。並在此基礎上設計出能最大限度地發揮戰機潛能的飛行動作。
國家態度區別
正是由於設計思想的不同,代表世界戰鬥機機動性的主要兩大流派~~~~~~~~~~~歐美式和前蘇聯-俄羅斯式在機敏性的對待態度上也有明顯的區別
在俄羅斯戰鬥機中為軍迷普遍比較熟悉的有:尾沖、眼睛蛇和弗羅洛夫最小半徑翻轉機動(*輪)。其中,普加喬夫眼鏡蛇機動是為中國軍迷所熟知的一種特技動作。尾衝動作也經常在飛行表演中出現。最小半徑翻轉機動還暫時只能由蘇37飛機完成。下面試述之。
尾沖,顧名思義是飛機尾部沖在前的意思。當然,不會有誰以為是一種尾部在前面也能飛行的飛機。其過程是:飛機蓄積起足夠的速度後,拉起機頭進入躍升,但同時發動機卻人為地處於慢車狀態,使得飛機的推重比小於一。由於地球引力的作用,飛機的速度不斷下降,當飛機的空速指零後,飛機保持機頭繼續向上,尾部朝下,並以加速速率下“沖”。飛機的動壓很小,幾乎是在重力作用下進行墜落。看似尾部在前沖,所以被叫做“尾沖”。飛機的進氣也變成自主吸入。飛機發動機必須採取一些輔助措施,如打開輔助進氣門,發動機連續點火等。以防止熄火。飛機下降一段距離後,機身前傾,進入俯衝狀態,最後以平飛改出。為防止出現傾翻,飛機必須保持無側滑對稱下墜。因為飛機的機尾在前,平尾的氣動力會從負升力變成正升力。從而產生一個使機頭下俯的力矩。迫使飛機進入平飛或俯衝。該動作的成功和漂亮與否,相當大程度上取決於飛機性能和飛行員的技能和膽量。即飛機必須在下滑過程中無側猾。而進入時的速度越敢於小一點,那么高點也就越低,在地面的觀看效果也就越佳。
普加喬夫眼鏡蛇機動:飛機保持住400KM左右的速度進行平飛。其關鍵在於,速度超過420KM,飛行軌跡將無法保持,機頭拉起後,飛機將會出現爬升。而太低則會導致上仰力矩不夠。飛行員關閉迎角限制器,向後拉桿到底,由於蘇27舵面偏轉後,力的反應有滯後,所以必須保持住一個短暫時間。使機頭上仰到60-70度後,平尾作用完全消失,成為飛機機翼氣動力和重心形成的阻轉力矩的一部分。該力矩將隨著迎角的增大而繼續增大。進而使得飛機的上仰力矩逐漸減小。上仰動量矩在最大仰角時完全消失。阻轉力矩成為恢復力矩。使得飛機向前改平。這時候飛行員的技術將十分重要,他必須準確地掌握好油門控制飛機的飛行軌跡。使蘇27能繼續保持“漂亮”的飛行線路。這時,飛行員握桿的手基本沒有用,無論是推桿或拉桿。飛機都將繼續恢復改平。對於它的性質可以定為是在較小速度下對粗暴拉桿操作的一種連續反應。在45度以上迎角基本上飛行員對飛機是沒有控制能力。但是,當飛機處於110度角時由於上仰動量矩消失而迫使飛機改平,卻可以擴展人們的思路。即如果此時能繼續獲得足夠的上仰動量。飛機將可能繼續後仰直至完成完整的圓周運動。這個使命最終由蘇37完成了。
弗羅洛夫極小半徑筋斗(又稱*輪):飛機前半段操作和眼鏡蛇機動基本相同。只是由於推力矢量噴口的作用,機頭上仰速率明顯要快。當飛機仰角超過110度後,後仰力矩則全部來自矢量推力。當速度小於93KM時,(否則阻力力矩過會超過矢量推力而使動作失敗)(實戰中有人會和你這么玩?)飛機就會翻轉過來,始終保持後仰,直到水平改出。很多人認為這個動作就是大迎角過失速機動,其實這個動作只是跨進了過失速領域,在迎角大於失速迎角的情況下,具有控制俯仰飛行狀態的能力,但不具備過失速狀態下的偏轉和滾轉能力,所以不能算嚴格意義上的大迎角過失速機動。
通過以上情況,我們可以發現,上述機動動作由於施行條件極其苛刻,且機頭指向基本保持在一個平面內。根本不具備實戰價值。尤其是前兩個動作,其恢復條件竟然是完全不可人為操縱的。飛行員的動作要么不起作用,要么因為會破壞飛機的正常運行而不被允許。因此它們甚至不符合非常規機動的基本特點。其主要意義也僅僅是說明此類氣動布局的大迎角狀況下穩定性非常好。可以做到無側猾、無偏航。飛行員在做動作時心理將比較穩定,相當於擴大了飛行包線。在實戰中近距離空戰時由於必須先迅速減速,大量喪失動能,動作特徵十分明顯。對手可以輕易防範。恢復後則速度非常低。在進入機動前和改出後,都十分脆弱,極易遭到有效攻擊。在遇到保持一定的運動“能量”的對手面前,隨意使用這種機動動作,將會出現挨打而還不了手的尷尬局面。在攻擊對方時,始終在一個平面範圍內機動。對主動進攻意義不大。而遠距離範圍時,進入此類機動後。由於機體繼續處於飛行狀態。除在尾衝動作的頂點瞬間。將無法擺脫脈衝都卜勒雷達的跟蹤。即使是暫時能夠從對方的雷達中消失,但由於距離遠,改出後又會繼續被鎖定。其實用價值是很低的。
反觀歐美國家,他們對於非常規機動則相對比較謹慎。在巴黎航展時,美國飛行員解釋其不編排尾沖機動的原因是不具有實戰意義。當時曾受到鬨笑,事後證明有一定道理。應當說歐美各國的氣動力設計水平還是相當高。但具體運用則相對謹慎,注重預研、驗證。小批量逐次改進。在F22投入研製前,就先後用F16、F15、X29和X31對它可能要用到的機敏性技術進行了廣泛的試驗。例如,用F-15SMTD驗證了二維矢量推力噴管,F16驗證了隨控布局操縱系統,X29驗證了連續變彎邊條技術、X31驗證了高機動和非常規機動。由於F22並不準備大規模向外出售,美國在獲得國會撥款批准後,就已不再有大的宣傳。各方面的性能如何先進也不再聽到美國人的吹噓。目前他們把重點轉向其“國際”戰機——F35上面。歸根到底是為了推銷F35而已。拋開F22的其他先進性能不說,其機敏性到底如何?就只好通過已公開的資料中的蛛絲馬跡進行分析了。
歐美戰鬥機普遍不喜歡展示其非常規機動能力。主要的動作名聲也不如俄羅斯的響。但都以可以迅速改變機頭指向或在不改變飛機飛行姿態的情況下改變航跡為主要研究對象,講求實戰意義。
英國鷂式飛機的“書架”機動。利用飛馬發動機的可轉向推力,在飛機縱軸基本保持原方向的基礎上,機身可以進行平移和突然升高,從正前方看過去,飛機就如同在藍天上畫了一個“書架”的形狀。在英、阿馬島戰役中,英國海軍引誘阿空軍進入其擅長的空戰模式。利用海鷂式的這種特殊的非常規機動力和當時先進的可迎頭攻擊的AIM-9L飛彈順利地主導了馬島上空的制空權。同俄羅斯的在同一個片面內機動的著名動作不同的是,英國飛機的機動範圍是直接跨越垂直或水平面內的。極容易摔脫對方跟蹤或鎖定對方,同時,進攻時機頭指向可輕易對準對方,可先敵開火。掌握主動。(註:當時阿軍的空戰指導思路也有問題,不應該在英軍擅長的低空小速率下盤旋作戰,而應該高速接敵,打了就走。)
AFTI/F16在腹部進氣道下安裝了一對有30度外傾角的可動鴨翼(日本F2的早期型號也很近似)同時進行了CCV隨控布局改裝。採用了CA、RSS、MLC、DY、DSC、ME、DLC等技術。改進了飛控計算機和增升裝置。具有獨特的飛行控制功能,它可以進行解偶的六自由度運動,即可以進行任一單自由度的運動。其試飛結果是令人瞠目結舌的。在機身保持水平時就可以進行水平轉彎,機頭可以偏離機身縱軸時平穩飛行,飛機可以在正常飛行狀態下在機頭指向不變時突然平移或升高。機敏性極高,甚至可在不用矢量推力的條件下“......作出非常靈敏的筋斗等動作,如果需要而且條件合適,它的機頭指向甚至可以達到180度......”據公開刊物報導,其機動性已超過蘇37。僅僅是因為美國從不派它參加航展表演,所以不太為人們所知曉。目前已知“它上面驗證的電腦輔助作業系統已經被F22所採用”。
赫布斯特“蹬壁”機動:X31飛機在高速進入後,將飛機拉起到70度左右迎角(註:可控狀態)利用矢量推力變換推力方向,同時利用相應的機體翼面操縱飛機半滾轉,迅速轉向180度,然後推桿減小迎角加速到初始的高速。這個動作克服了以往靠加大過載和需要很大盤旋距離的弊病。整個動作猶如游泳運動員在泳池壁上快速蹬壁翻轉,故得名。由於其機動半徑只有正常盤旋半徑的17.5%,極大地提高了飛機的機敏性。在空戰中具有非常大的作用。
流行於八十年代的早期ATF概念設計多採用鴨式前翼,美軍的招標要求前後並無重大改變。但原型機的最終兩種型號都不再採用前翼的設計。應該說,科技水平的進步可能使得鴨式前翼的作用相對於其弊端變得不大或不明顯了。美國在完全摸透了非常規機動的設計和掌控之後,卻突然從此守口如瓶,其中的奧秘何在?
ATF項目的最終獲勝者——F22,可能影響到其機敏性的部分,目前公開的有矢量噴管可上下20度偏轉,高於蘇37的15度。矢量噴管偏轉速度也倍於蘇37。蘇37獨有而F22沒有的是F22修改後去掉的前翼(可以說,用於實戰的氣動、推進或操縱系統F22沒有弱於蘇37的)洛克希德公司宣稱推力矢量的使用可使飛機在亞音速狀態下大幅度提高滾轉速率。同時可顯著提高飛機的機敏性。F22在迎角70度時還可以饒速度矢量滾轉,注意不是饒飛機縱軸。也就是可以在可控制狀態下迅速大幅度改變機頭指向。這種被稱為“錐子”機動的動作使得F22的機敏性實在是只有恐怖二字可以形容了。在有關視頻中,給所有的觀看者的感覺是飛機姿態在瞬間似乎不再受地球引力的影響。
現在最新的潮流對於超機動動作的追求有所降低,緣於其攜帶的現代先進短程空空飛彈已具有優異的機動性能、大角度離軸發射能力和抗干擾能力。想想R73首創的大離軸角直至AIM-9X接近90度的視野,飛機過於在這方面進行追求,勢必會削弱隱身和阻力特性。至於飛機的機動性,由於三代機已達到人體的最大承受G值,可以說已經讓飛機受人的委屈了。在抗荷設備沒有新的突破前,四代機的機動性將基本停留在三代的水平上。敏捷性則又有了進展。雖然這方面的技術進步比實際列裝的機種更強大。但四代機的幾個主要的特點之間的均衡,使得並未一味單獨突出機敏性。美國人似乎更鐘情於中遠距離的AIM120飛彈的打擊力度。而新的頭盔顯示器加AIM-9X的近90度的離軸發射能力(有點OFFICE的所見即所得的味道,也可說是所見即所攻——飛行員正面視野內的空中目標都可以立即實施攻擊)也讓他們有了優先搞隱身和超音速巡航的本錢。
以上不厭其煩的論述,中心思想只有一個,俄式的少數表演飛機的設計思路已開始不能同當前形勢相適應。想想看,做尾沖時,表演飛機必須收小油門,改出時,其動能可說是極小;做眼鏡蛇機動時,飛機必須將飛機減速至時速400KM左右;而做*輪機動時頂端速度必須小於93KM。也就是說,做這些“超凡”的機動動作前或改出後,“表演”飛機必須置自己於哪怕二戰時的老舊飛機都能輕易予以擊落的危險飛行狀態下。這是多么可怕而又不切實際啊。(俄羅斯人的腦子也不傻,從某些機型的頻繁表演可以推論其主要目的是為了外銷)
事實上俄羅斯系列戰機在機動性能方面相對於F/A18EF等三代飛機以及三代半的陣風等並無本質提高。所以其實SU27在西方並未引起我們想像中的那種驚訝或恐慌。其在一些國際戰機銷售競爭比如南韓飛機選型中的落敗也同樣不能全說成是因為所謂政治原因。
在這種情況下中國切不能再跟在他們後面,重拾其牙穢。而必須取其精華,去其糟粕。當然,中國軍方對此是十分清醒的。從中國在蘇30系列機種的選擇和10號及FC1的外形設計就可以看出來。現在,俄羅斯人自己已經在其飛機裝備上體現出反思的痕跡,那么我們是否也該喊一聲:我們的戰機不要為飛花哨的表演付出哪怕一克的重量。(如果沒有實戰意義的話)