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记忆中的战斗机9|远去的“狂风”(上)

德国空军的“狂风”在训练

如果让80后甚至年龄更大一点的老军迷在心中给【记忆中的战斗机】留几个位置,帕那维亚“狂风”(Panavia Tornado)恐怕必不可少。2019年3月14日,英国马勒姆空军基地,一架“狂风”GR4战斗轰炸机低空掠过人们的头顶,这不是一次普通的飞行,而是它40年军旅生涯的告别,自此英国皇家空军最后3个中队的36架“狂风”GR4战斗轰炸机正式退出历史舞台,接替它的是第四代战斗机F-35B。提起“狂风”,绝大多数军迷并不陌生,小编就用三篇文章,从发展到特点、从武器到使用,为您系统梳理一下这款经典战斗机。

“狂风”具备很好的低空突防能力

身兼多职|欧洲合作的典范

“狂风”(Tornado)是帕那维亚(Panavia)公司出品的系列战斗机,由英国、德国和意大利联合研制,依功能可分为三种型号:IDS阻绝打击型(对地攻击)、ADV防空拦截型和ECR电子侦察型。“狂风”1969年3月开始研制,1974年8月14日首飞,1980年服役。英国空军的“狂风”已于2019年全部退役,服役时间长达40年;德国与意大利的“狂风”仍在坚持。欧洲国家联合研制“狂风”战斗机有以下几个时代背景:

英国空军拉尔布鲁赫基地(RAF Laarbruch) ​的“狂风”战斗机部队

  • 60年代的欧洲经过战后十几年的高速发展,已经具备了一定的经济基础和技术水平,面对与华约对峙的局面,欧洲国家有意愿,也有能力发展(除美国之外)自己的空中打击力量。
  • 60年代两大阵营对核武器的认识发生了变化,在恐怖的平衡之下,西方阵营从全面核战争的“大规模报复”战略演化为以常规武器为主、核武器为后盾的“灵活反应”战略,该战略要求北约成员国能够对突发事件做出“灵活反应”,欧洲国家急需具备较强突防能力和纵深(核)打击能力的高性能攻击机。

低空突防的美洲虎轻型攻击机,冷战后期开始,它在英法空军占据重要位置

  • 1964年3月,英法两国开始就“美洲虎”攻击/教练机展开合作,后来“美洲虎”项目执行结果与最初设想相差甚远:英、法两国真正的教练机是“鹰”和“阿尔法”,“美洲虎”更多被作为一款轻型攻击机使用,英法“欧洲变后掠翼攻击机”只停留在纸面(法国人更青睐“幻影”G,合作动力不足)。但“美洲虎”项目的成功让欧洲国家意识到合作与研发先进武器的可能性,从此“狂风”、“台风”战斗机,“地平线”驱逐舰、FREMM护卫舰、212A型潜艇等欧洲武器合作项目层出不穷;英国未满足的、对于“欧洲变后掠翼攻击机”的需求催生了“狂风”。

帕那维亚公司股权结构

正是基于上述背景,1968年英、(联邦)德、意、加、荷、比6国决定联合研发多用途战斗机(MRCA);不过由于需求和分工上的巨大分歧,加拿大、荷兰和比利时很快退出MRCA计划。余下的英、德、意3国在1969年3月26日成立了帕那维亚公司,这是一家为生产“狂风”战斗机而建立的国际公司,股东分别为英国航宇、德国宇航和意大利阿莱尼亚飞机公司,持股比例分别为42.5%、42.5%和15%。英国凭借强大的科技实力占据了主导,这也为英国独有的ADV防空拦截型“狂风”的出现的奠定了基础。

当时北约国家大量装备F-104,比利时、加拿大加入该计划只是为了寻找它的替代者

为什么只剩下3家合作方?这里有必要解释一下:1967年,比利时、联邦德国、荷兰、意大利在德国举行会议,并成立了联合工作组研究F-104的替代机型,项目代号MRA-75,即1975年前完成“多用途飞机”项目。1968年7月1日,英国加入该工作组,英国的需求与其他国家都不同,更侧重对地攻击,只与德国的需求比较接近(德国侧重复杂地形、短距起降能力)。合作方中,只有英国在二战后设计、建造战斗机的经验较为丰富,遇到争议自然成为主导。比利时、加拿大更喜欢得到一款侧重空战的轻型战斗机作为F-104的替代者,见此局面,很快退出了MRCA项目。1969年7月,荷兰也退出了MRCA项目,放弃了六分之一的股份。荷兰是“狂风”背后的无名英雄,为机翼的低速高升力装置做了许多研究工作。

与法国联合研发“欧洲变后掠翼攻击机”分道扬镳后,英国推出了UKVG,这款基础机型给狂风设计带来巨大影响

“狂风”是欧洲产量较大的一款战机,最初英、德、意三国分别订购了385、324和100架,后来又出口沙特120架,总产量接近1000架。“狂风”的基本款自然是承担对地攻击任务的IDS型,在长达40年的服役生涯中,“狂风”IDS证明了自己在防空压制、反坦克和反舰任务中的能力,后期还成为精确制导弹药和新一代防区外武器的发射平台。三种型号,我们先从总体设计与IDS阻绝打击型讲起。

狂风研发时,单座单发可变后掠翼的德国NKF是另一种基础方案,装备TF30发动机,最终对项目影响较弱

总体设计|主要特点

1.可变后掠上单翼。变后掠翼是体现当时先进水平的一种技术,是维克斯公司的巴恩斯·沃斯利(炸弹狂人,更多内容可见:“炸弹三剑客”之父 巴恩斯·沃利斯的传奇人生)的研究方向,但最终被美国人率先应用于F-111战斗轰炸机。变后掠翼具有很好的机动性、起飞能力和低速巡航能力,例如:“狂风”在起飞和降落时,机翼可以打开;升空后,为快速抵达战区,机翼可以大角度后掠,与水平尾翼贴近,变成一个三角形机翼,超音速飞行时阻力就会很小;抵达战区后,为完成打击任务,“狂风”会再次打开机翼,将速度降下来,完成搜索、投弹等动作。“狂风”可变后掠翼的后掠角变化范围为25度至68度,IDS型机翼并未与飞行控制系统联动,但在ADV型上采用了这种方式,机翼的后掠角变化由计算机控制,实现自动无级可变。

“狂风”可变后掠翼的后掠角变化过程

国际合作就是一个相互妥协的过程,1968年项目进展到MRCA阶段,还存在两种基础设计:一种是以德国MBB公司“未来战斗机”(NKF)为基础的机型,使用中单翼;另一种是英国宇航公司在“英国可变后掠翼多用途战斗机”(UKVG)基础上提出的改型,使用肩挑式上单翼,枢轴埋在机身中。最终妥协的结果是,使用英国人的上单翼,但采用德国宽间距机翼转轴设计(枢轴在机翼根部)。

可变后掠翼是那个时代战斗机运用的先进技术

MRCA部分设计并未受到NKF或UKVG的影响,比如标志性的水平楔形进气口;但可以确定是英国在“狂风”研制过程中主导了气动布局、发动机、航电的设计,若干年后,这种情况又出现了“台风”上。想必德国人对此不会太爽,因订购数量最多,帕那维亚公司总部设在德国,为找回存在感,德国要求试飞必须在德国进行,英国飞机公司董事长弗雷德里克·佩吉爵士勉强同意,但坚持试飞员必须是英国的,好在“狂风”经过反复协商后变成了一款双发、双座攻击机,德国人提供了副驾驶。

第一架狂风原型机在德国试飞

“狂风”可变后掠翼的翼套部分相对于苏-24、F-14等战机较小,机翼固定段下方没有足够空间安装挂架,4个机翼挂架均设置在可动段上。为适应变后掠翼,“狂风”机翼4个挂点都能旋转,保证挂架始终与机身平行;相比之下,F-111机翼8个挂点,只有内侧6个能转,机翼加大后掠角时外侧挂架自动抛弃;米格-23机翼2个外挂点都不能转,挂载油箱时机翼不能转动;苏-24机翼外侧2个挂点都能转,内侧2个挂点本就设在机翼固定段,无需转动。

“狂风”挂架内有个可转动的轴

2.三转子发动机。如果说“狂风”具有浓重的冷战色彩,该机在动力方面散发着罗罗公司的气息。为了研发“狂风”使用的RB199发动机,三国成立了涡轮联合公司(Turbo-Union Ltd)负责组织协调,该公司由英国罗罗、德国MTU和意大利的菲亚特公司设立,持股比例为40%、40%与20%,总部设在英国布里斯托。涡轮联合公司1969年开始研发RB199发动机,前后历时15年,好在业内大牛罗罗公司不负众望,带领小兄弟推出了这款RB199高推重比三转子涡扇发动机。关于它我们后续再说。

RB199发动机,后部装有机械反推

3.反推。“狂风”战斗机垂直尾翼根部总是黑黑的,这可不是追求视觉效果的熏黑涂装,而是发动机反推开启后,燃气烧蚀的痕迹。“狂风”装有机械反推,与设计时强调着陆性能有关,这在主流战斗机中比较少见,也成其一大特色。现代军用飞机常用减速手段包括气动(减速伞/板)、摩擦等,着陆时减速越快,着陆性能就越好。受机体结构强度和跑道摩擦力的影响,气动、摩擦减速效果都有限,特别是冰雪和潮湿道面会大幅度增加滑跑距离,这让设计师在考虑上述反推力手段时也研究了飞机动力系统的减速效应。

垂尾根部被熏黑,恰好这架“狂风”的反推打开了

动力减速的优点:

  • 减速效果明显,超过气动和摩擦减速;
  • 不用考虑飞机气动条件,与起落装置布局关系不大;
  • 方便机场调度,可利用反推装置实现极小的转向半径(原理类似坦克履带),这点对于大型飞机可能更重要;
  • 不受跑道条件限制,冰雪和潮湿会对机轮刹车产生影响;
  • 维护简单,节省了维护减速伞的环节,可重复使用。

动力减速的缺点:

  • 结构复杂、重量大、成本高;
  • 对机身产生烧蚀;
  • 偏转的气流影响进气口,使发动机推力产生变化、噪声和喘振;
  • 偏转的气流朝下时易造成砂石等异物飞溅,打击机身结构或吸入发动机。

反推开合过程

动力反推大概包括扰流板反推、格栅反推(最常见的如波音737NG客机)、鳄鱼口反推(如采用CFM56发动机的A320、RR发动机的A330客机)、机翼结构反推等。为提高短距降落能力,“狂风”在发动机尾部安装了独立的扰流板反推装置,机轮触底后自动打开封闭排气道,发动机全部推力都可用作反推动力,确保飞机落地时只需滑跑370米。

“狂风”在设计中非常注重可维护性,开设了大量维护口盖

4.可维护性。为了便于维护,“狂风”机身设置了大量开口,其中大部分维护人员站在地面就能接触到,使其在野战机场不依靠专用保障设施就能完成大部分维护和准备工作。机首采用了多节鼻,可以分段打开,便于维护雷达天线和后部设备。美中不足的是,“狂风”战斗机机腹挂架离地较低,使用专用挂弹车挂载弹药更方便。

虽然80、90年代大家非常膜拜这款凝聚着欧洲智慧的多用途战斗机,但小编不得不提醒您,它仍是一款第二代战斗机,与八爷同属一大类。战斗机分类的标准比较多,小编比较认可的是以下这种。二战后期,战斗机进入喷气时代,但受制于当时的发动机技术,第一代亚音速战斗机多为轻型战斗机,如F-86,空重4.58吨,最大起飞重量不足8吨(7.36吨)。随着二代机问世,战斗机进入超音速时代,飞机动力越发强劲,个头也日趋膨胀。以两大阵营经典二代机F-4与米格-25为例,战斗机空重已升至13.76吨(F-4E)与15吨,最大起飞重量也飙至28吨与37.5吨。

德国狂风使用MW-1布撒器抛撒反跑道子弹药

接着就是三代战斗机,典型代表如F-15、F-16、F/A-18、苏-27等,大多使用翼身融合、放宽静稳定度、电传等技术,发动机推重比超过1。“狂风”使用的RB199发动机属于一款中等推力发动机(简称中推),“狂风”ADV推重比只有0.83(F-15C推重比为1.24),飞控和电子设备也大大逊于同期美国战斗机;此外,“狂风”机翼面积较小,ADV型主机翼面积只有26.6平米,比F-16的27.87平米还小,翼载荷比F-15C高了一倍还多,ADV型最大过载只有7.5G,滚转状态只有4G,最大滚转速度只有180度每秒,较三代机的平均水平低了三分之一。综上所述,“狂风”算是二代战斗轰炸机中的巅峰了,欧洲战机的技术水平较美国还有差距。

反跑道子弹药落地瞬间

超音速飞行与低空突防

得益于变后掠翼和强大的动力,“狂风”身体素质非常优秀,机翼后掠后最大飞行速度超过2马赫,绝大多数攻击机无法与之匹敌,这点也对得起“狂风”的雅号。“狂风”最大速度有多快,换算一下,大概2400千米/小时,北京到广州民航客机航程接近2000公里,飞行时间约2.5小时,若“狂风”以最大速度飞一遭,只需要50分钟。当然,只有快是远远不够的,在华约日趋完善的防控体系面前,传统高速突防无异于送死,具备足够的低空高速突防能力,才能在战场上具备基本的生存能力。低空突防必须避开随时出现的障碍物,完全依靠飞行员目视飞行是不现实的,必须要依靠机载设备来及时发现和规避地面障碍,飞机还得有高精度的导航系统保证飞机的航线精度。

被“狂风”破坏过的跑道,图片来源空军之翼

同时由于低空高速突防,飞机在飞临目标时能够发现和锁定目标的时间有限,机载武器系统必须能够迅速捕捉并锁定目标,确保一次通过就能够击毁目标。“狂风”IDS采用了当时最为先进的机载设备,成本占到整机成本的三分之一,这些设备可以确保“狂风”在离地60米高度持续超低空高速度突防。不过,随着JDAM等精确制导武器的大量使用,战斗机的对地攻击战术也从中低空转向中高空投弹,通过卫星GPS或叠加激光复合制导,传统的低空高速突防战术逐渐被抛弃。今后可能再无类似“狂风”的专用攻击机/战斗轰炸机,取而代之的多用途战斗机(如“台风”、“阵风”),毕竟F-22、F-35等隐身战斗机把弹舱内的空空导弹一换,不就是21世纪的F-117了吗?

沙漠涂装的狂风,腹部挂载ALARM反辐射导弹

高光时刻|海湾战争

“狂风”服役以来,最大的秀场莫过于90年代初的海湾战争。海湾战争中,83架“狂风”(其中英国61架)出动2400架次,使用各种武器摧毁了伊拉克35个大型机场和60个小型机场。英国的“狂风”使用JP233布撒器破坏伊军机场跑道,这种布撒器共装有30颗SG-357反跑道子弹药和215颗HB-876反跑道地雷,确实也取得了显著战果,但这种低空突袭、抵近轰炸的方式也导致6架英国“狂风”GR.1被击落,意大利和沙特也各有1架“狂风”被击落,多国部队损失最多的机种。战后各国积极发展JSOW、阿帕奇等防区外发射的布撒器,就是吸取了狂风的血泪教训。

英国“狂风”GR.1携带JP233布撒器出动

之所以遭受重大损失:一是因为伊拉克的地形和空袭机场的任务让具备超强地形跟踪能力的“狂风”有劲使不出;二是因为执行的任务十分危险,从跑道两头切入给了飞机航路上埋伏的单兵防空导弹、小口径高炮机会,这些传统武器并不依赖现代化的防空指挥体系。战争中,狂风也大量使用精确制导武器。为给“狂风”投掷的激光制导炸弹提供照射,英国在3天内改装了12架年迈的“掠夺者”攻击机,为“狂风”投掷的169枚激光制导炸弹提供制导。“狂风”的损失多发生在战争初期,随着战争的推进,使用“狂风”的国家开始加装红外诱饵弹,以应对单兵防空导弹的威胁,损失率立刻降了下来。海湾战争后,“狂风”继续在波黑内战、科索沃、阿富汗、伊拉克战争中利用对地攻击的优势,打击重点目标,立下赫赫战功。

使用激光制导炸弹的狂风

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