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满地红图库77880:超音速飞行指标,为什么和挂弹无法得兼?

作为当代战斗机的典型性能特征,超音速早就已经不像上世纪五、六十年代那样,是一项能够分辨战机水平高低的关键性指标了。不过在说起战机的几大典型性能的时候,飞机的最大平飞速度有多高,能够飞出多少的马赫数,依然会是一个在纸上比较战机性能的时候被拿来说长道短的关键参数。

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▲?比如歼-8系列至今都是我军战机里“最快”这件事……

这其中既有描述战机性能的科学一面,也有喜欢“斗兽棋”,试图在不同型号战机之间一较短长的朋友在进行较真的成分。不过对于飞机飞行员而言,很多时候最大飞行速度的意义对他们而言往往相当有限,毕竟在很多飞行任务中,既用不到这样的速度,战机的条件也不允许其达到这么高的速度。

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▲?比如设计升限可达14800米的F-105,主营业务就是低空扔泥巴……

影响战机飞行速度的主要因素,要简单粗暴来说,那就是发动机的推力和飞机的气动阻力。在上世纪中期第一代和第二代战斗机的年代里,虽然不少50年代试飞的型号为了突破音速,还需要相当精确地控制飞行的高度,甚至要带一点角度的俯冲才能突破音速,但到了60年代,很多为了追求大马赫数而进行优化的歼击机在推力达标之后的飞行速度都相当惊人。前几天“空军之翼”网站上一篇介绍保加利亚空军米格-21飞行员的文章里说起的“尽管该机最大速度被限制在M2.125,但我们许多接受训练的新手都通过错误和不良的推力管理达到了M2.5”的情况在那个时代也并非罕见。

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▲?飞机超出允许的最大速度,对飞行员来说也不算什么好事

在那个时代,很多战机标示的最大平飞速度未必是其能够达到的最大速度,而是其允许操作的最大速度,因为当战机的马赫数超出设计预期的速度之后,飞机上各个部分都有可能在这种环境下出现故障,从而影响飞机的安全使用,特别是M2.5以后,热障对飞机的影响开始显现出来,到M3时,飞行器表面的温度甚至会超过350度。高温下的机体材料强度会明显下降,对于大量以航空铝材为主的喷气式飞机而言,在高速的情况下出现这样的情况无疑是相当危险的。因此那个时代的很多飞机在高速飞行时顶住马赫数表,别“超速”是一种常见的情况,而像米格-25这样具备冲击更高速度能力的飞机,则可以战况紧急时,通过向上级领导获得批准的方式,以缩短发动机寿命甚至报废发动机的代价获得更高的速度来完成任务。

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▲?在拦截SR-71这样的关键任务里,发动机剩余寿命什么的就显得不重要了

不过各种战机高速的前提,都是要严格控制飞机的空气阻力不能有显著增加。早期的超音速飞机依然是以航炮作为主要武器,除了副油箱以外,飞机在空战中没有什么零碎,需要高速的时候,副油箱一丢,加力一开大家就上了,米格-21或者F-104这样挂载早期红外空空导弹的型号,因为带的红外弹尺寸很小,增加的阻力也相当有限,因此在空战挂载的情况下实现一段时间的超音速飞行并不难,类似米格-23这样的三代机更是因为高性能的涡喷,开加力后的超音速飞行性能相当不错;到了四代机的时候,虽然亚音速阶段的空战机动性被重新提到了更重要的高度,但是多数战机的超音速性能依旧是不可忽视的。以防空截击为主要任务的三代战机大多数在研制过程中都还要为超音速性能折腾上好一阵。苏-27研制过程中发动机从下置机匣变成上置机匣的变动,歼-10进气口的变化,都反映了超音速性能对于飞机设计的重要影响。

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▲?歼-10进气口设计的变迁可算是最明显的一个案例

不过无论是二代机、三代机还是四代机的超音速飞行性能,都有一个很重要的影响因素:那就是机载弹药本身携带数量和阻力。随着战机的外挂能力增强,机载武器的数量不断增加,特别是对地弹药等大尺寸弹药的的挂载,对战机的飞行性能有明显的影响。一般来说,两中两近的空空导弹挂载对战机的平飞速度影响相对不大,但再挂下去飞行速度就会很受影响,铁炸弹或者空地导弹因为直径较大,再加上挂载数量更多,气动阻力更加明显,很多战机全套空空弹或者炸弹一挂,直接就变成了亚音速战机,再也飞不出厂家在说明书上标示的最大飞行速度了,各种飞行指标的下降也不可避免。在对地攻击作战中,飞行速度的降低对执行任务稍有影响,但大多数时候还不大碍事。但在空战中,特别是紧急起飞的截击作战中,以超音速为代表的飞行性能在战机的爬升占位等领域占位机动过程中的重要性不言自明,因此虽然各种战机在展示的时候都喜欢全副武装挂满弹药,但在各种训练和任务中,适可而止的外挂才是最能发挥战斗力的。

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▲?所谓的适可而止,很多时候就是两中两近……

到了五代机这里,基于隐身作战的需求,机载导弹内置化成了刚性需求,这在无形中也彻底解决了前几代战机挂弹之后阻力对于战机平飞速度的影响。在使用弹舱挂载空空导弹的情况下,导弹的多少并不会影响战机的飞行阻力,因此五代机的最大飞行速度在这时候相对更加“实打实”,弹舱里有没有弹差距都不太大。当然这并不是说五代机就容易飞得更快,毕竟弹舱的机在机体截面的上的增益要比几发空空导弹的截面大得多,因此五代机在整机减阻工程上虽然更有系统性,但如果想要实现持久的超音速巡航,更高水平的空气动力设计、更大推力的新一代涡扇发动机都必不可少。

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