想不到!北欧一小国的双三角翼战斗机居然能做眼镜蛇机动

军迷圈
文|空军之翼1
瑞典空军航空委员会早在1949年就开始开始讨论研制萨博-29“啤酒桶”战斗机的后继机了,当年10月就迫不及待待地与萨博公司签订了初步研究合同。新的萨博-35战斗机专门被设计用于打击高空高速轰炸机,最后成为世界航空史上最独特的战斗机之一。
瑞典空军没有对新战斗机的初步概念设置任何限制,态度非常开放,但规定了详细的作战性能要求,例如要具有超音速能力,能拦截高空轰炸机和战斗机,并且在战时能部署在只具备较短跑道和简陋辅助设备的分散基地。该机的重新加油装弹的时间还要足够短,即使是紧急动员的兵员来操作也要控制在10分钟以内。因此,萨博必须对与该机配套的加油装弹设备进行重新设计,使其更易于使用和学习。
新战斗机在设计中显然要把超音速性能放在首位,这是埃瑞克·布劳恩领导的萨博设计团队要面对的主要问题。当时世界各国在超音速飞机设计领域都没什么经验或数据,德国科学家在二战期间提出的后掠翼和三角翼设计对萨博J 29和J 32项目给予了莫大帮助,但这一次新机的最大速度要达到至少1.5马赫,跨越是如此之大,并没有现成经验可以借鉴。设计团队决定采用两条腿走路的办法,提出了1220的常规后掠翼和1250双三角翼设计方案。
设计师们不仅要把战斗机的所有设备塞入适于高速飞行的细长机身,同时还要保持合理的降落速度来让降落滑跑距离足够短。随着1250方案逐渐成形,双三角翼显而易见能带来更多优势,其后掠角和厚度都很大的内侧机翼可用于容纳起落架和油箱。由于弦长较大,所以机翼的展弦比仍很低,具有非常低的阻力。后掠角较小也较薄的外侧机翼则能降低降落速度,双三角翼较低的整体阻力也足以保证飞机的超音速性能。厚厚的内翼段机身还带了第二个好处,那就是与机身融合的整体结构使机身变得非常强壮。
在当时,无尾三角翼飞机的研究在欧洲遭遇了一些挫折,英国德哈维尔公司的三架DH108研究飞机在1946年和1950年间接连坠毁,美国在1950年又坠毁了一架YB-49原型机。但美国没有放弃对这种布局的持续研究,终于在1953年,在亚历山大·利佩什博士的领导下,康维尔公司研制出了三角翼的F-102“三角飞镖”截击机。这位德国空气动力学家自1920年以来就一直从事无尾三角翼飞机的研究,而萨博在这方面只有少量从瑞士获得的德国资料。随着研制工作的进行,1250方案似乎成为满足性能目标的唯一方案。
萨博设计师从从飞机的横截面开始数学分析,虽然还存在一些模糊的地方,但已能充分证明无尾三角翼特别是双三角翼的性能优势。但风洞和其他试验只能预测这种先进非常规布局的飞行特性,萨博为了摸透决定制造一架70%比例的验证机来收集数据。该机被称为萨博210,其双三角翼内翼段前缘后掠角76度,外翼段降低到57度。
萨博210飞机于1952年1月21日在萨博首席试飞员本特·奥洛的驾驶下首飞成功,他评价该机具有出色的操控性。萨博210安装一台476千克推力的阿姆斯壮·西德利“蝰蛇”涡喷发动机,虽然推力仅相当于全尺寸飞机的10%,但仍然把萨博210推进到了555公里/小时的可观速度。萨博对该机进行了详尽试飞,证明了双三角翼具有令人惊讶的优良飞行特性,特别是降落阶段。萨博210共飞行887架次,累计飞行286小时,该机在试飞期间接受了一系列修改以测试不同的机身设计特点,其中光发动机进气口设计就达到三种之多,最后一种是分置与机身两侧的独立椭圆形进气口,该设计最终被全尺寸飞机采用。
萨博210也进行了外挂武器气动测试,确保机翼挂架不会产生乱流或引发其他问题。绰号“小龙”(“Lilldraken)的萨博210充分证明了无尾双三角翼布局的前景,试飞中唯一发现的问题就是全尺寸飞机需要采用自动增稳装置来降低飞行员的工作量,并要重新设计机鼻和进气口。萨博210的成功促使航空委员会批准启动1250项目,于1952年4月订购了三架全尺寸原型机,之后又在1953年8月订购了三架预生产型原型机和双座教练型座舱设计。
新战斗机编号J 35,后来获得“龙”(Draken)的绰号。全尺寸飞机的内翼段前缘后掠80度,外翼后掠60度。中央机身内置雷达、座舱、前起落架、发动机,内翼段则容纳进气道、燃油箱、两门30毫米机炮和主起落架。内外翼后缘是升降副翼,同时能起到襟翼、副翼和升降舵的作用。垂尾根部弦长较长,前缘急剧后掠,赋予该机非常犀利的外观,完全符合其性能表现。
J 35一开准备安装瑞典荣格斯特朗涡轮公司(STAL)研制的“格兰”涡喷发动机,但就像该公司之前为萨博-32“矛”研制的“多佛”发动机一样被取消了。由于本特·奥洛具有驾驶“小龙”的经验,所以成为驾驶萨博-35原型机首飞的不二人选,该机于1955年10月25日首飞成功。三架原型机中的第2、3架分别在1956年3月和9月首飞,三机都安装与萨博-32早期型相同的瑞典航空发动机公司(SFA)RM SA涡喷发动机,也就是按许可证生产的罗罗“阿汶”100系列无加力发动机。
RM SA很快就被推力更高的SFA RM 68取代,也就是“阿汶”200系列。1956年1月26日,第一架原型机在这种发动机的推动下在平飞中超过了1马赫。第二架原型机在换装RM 68后的首次飞行中就在爬升中突破了音速。就这样,萨博设计团队在短短六年多的时间里就研制出了一架非传统的极具原创性的超音速战斗机。考虑当时技术水平,这的确是一个了不起的成就。试飞的成功导致瑞典空军决定让J 35在1956年8月投产。
J 35还有一个神奇的特点,那就是“龙”式战斗机的飞行员发明了一个特殊机动,在很低的空速下猛拉杆使机头突然上仰直至超过90度,然后猛推杆使“龙”恢复水平飞行。他们把这视为一个急减速机动,在整个过程中会损失很多速度。许多年以后俄罗斯苏-27才在航展上表演了相同的机动并且把它叫做“眼镜蛇”机动。
“眼镜蛇”机动本质上是一种失速尾冲机动,也就是机头突然大仰角抬高进入尾冲姿态,造成飞机速度骤减,而后再迅速恢复水平飞行。要完成“眼镜蛇”机动有两个途径,一是气动布局,二是依靠蛮力。
首先来看第一种途径,其典型代表是苏-27/米格-29家族和萨博-35。前两种战斗机采用了相似的大边条翼身融合设计,后一种则具有箭形三角翼布局。凑巧的是,这两种气动布局在特定低速状态下都会发生失速特性异常(对于苏-27系列来说是310~420公里/小时),飞行员猛烈拉杆会让飞机进入大迎角尾冲状态,然后随即在后机身产生的强烈下俯力矩作用下进入平飞。这种异常失速特性并不是设计师故意设计的,而是无心之举。
再来看第二种途径。F-22、X-31、F/A-18 HARV、F-15 STOL/MTD、F-16 VISTA这些西方战斗机/验证机无一例外都安装了矢量喷管,也就是说尾喷管可以上下或全向偏转,改变推力方向。于是这些飞机在平飞中也能依靠把尾喷管向上偏转,产生比平尾大得多的抬头力矩,让飞机突然上仰进入“眼镜蛇”机动。