組圖:透視航母殺手--蘇33艦載機


蘇-33這個本來陌生的名字越來越多的出現在軍備中,蘇-33是何方神聖?其實要瞭解蘇-33,還得瞭解從滑躍起飛開始。滑躍起飛是在航母上起飛的一種方式,它可以使飛機不用達到起飛速度起飛戰機,從而為在航母起飛方面除彈射起飛外又開闢了另一條新的道路。

圖:蘇-33艦載機

說是簡單,其實整個過程是非常複雜的,滑躍起飛時,戰機在比較短的甲板上,加大馬力從而飛機加速,在經過滑躍角時,飛要前輪對飛機前部產生一定的反推力(飛機速度越快,這個推力越大),從而有效的使戰機產生一定的仰角,飛機的機翼迎角增大,也增大了機翼的升力,從而實現了飛機的升空。但是如果到此為止就認為結束了那就錯了,因為此時飛機的升空的暫時的,並不是飛機已經達到起飛速度了,而是飛機迎角增大所致,而迎角增加的同時飛機的前進阻力也在增加,也就是說飛機很難保持長時間的長升空狀態。奧妙在於前滑躍起飛時在增大迎角時也產生了一定的向上運動份量,而滑出甲板的時候,戰機的發動機向下偏轉,在增加的升力的同時,也從向上迎角改成平飛狀況,在有效的滯空時間裏,發動機仍要把飛機加速到起飛速度,也就是變相的增加了甲板的長度,然而這個增加多少長度是由發動機及機翼等一系列數據來決定的。因此儘管滑躍起飛能起飛戰機,但是必竟沒有依賴外力,對發動機的推力及飛機的自重要求都很高。也就是說,飛機發動機推力越大越好,而飛機自身重量也越輕越好,蘇-33也就是由這個思路演變而來,當然,也少不了優良的氣動布局。

1999年莫斯科航空展期間某日,一架造型怪異的蘇愷二十七以未塗裝姿態來到會場,落地後不久隨即離去,這是蘇霍伊設計局又一力作--SU-33UB --這架飛機一方面作為艦載戰鬥教練機,一方面也是一架具有第五代戰機(老毛子對戰機的稱乎與其它國家不同,所以不要誤會真是第五代)特性的SU式飛機。設計局再這架飛機上實驗了多項新技術,例如材料、航電等,作為下一代飛機的技術儲備及試驗。 SU-33UB主要需求就是用作俄國海軍航艦教練機,此外,必須有長程攔截、長程攻擊、長時間滯空、對付高難度空/面目標之能力。

當時俄羅斯的主力艦載機是SU-33 單座型戰機,由於蘇聯解體時,相對應的教練機未研發完成,且俄國軍方當時連採購、維護現有裝備都有困難,因此取消艦載教練機計畫。艦上起降訓練因而都是靠 SU-25UBT或是模擬器來完成,缺乏性能接近SU-33的實機來演練,使得訓練上有不小的困難。另一方面,俄軍發現單座型的SU-33在執行任務時飛行員負擔太大,再加上一些對未來空戰的考量,他們需要一種雙座艦載機,做為訓練之用,並且還要有很好的作戰能力,能長時間滯空並攻擊高難度空中目標。SU -33UB在這樣的背景下發展起來。

其實早在SU-27剛問世且還沒有量產時,蘇聯的艦載機計畫就開始了,艦載戰機就是今天的SU-33,而訓練SU-33飛行員的教練機與SU-33同步展開,經過測試,認為採用並列雙座較好,因此當時選定的教練機構型就是今日SU-34的前身SU-27IB。既然如此,為何SU-33UB不是SU- 27IB的改型呢?一方面,SU-27IB約在1990年首飛,約兩年後蘇聯便解體,蘇聯解體衝擊到艦載機計畫, SU-33也只有約30架服役,而訓練任務則交由SU-25雙座型。SU-27IB之後的發展與艦載教練機完全是兩回事了,他最後發展成為長程戰鬥轟炸機 SU-34/32FN,目前老毛子已經開始量產。

首架飛機以第二批SU-33為基礎進行修改,在共青城製造組件並在莫斯科裝配完成,1999年4月29日原型機首飛,年底莫斯科航展首次對外公開。其重要改進特點包括:並列雙座、增大翼面積、新材料的應用、使用更多複合材料、裝備具有第五代戰機特性的航電系統。在座艙上,考量到並列雙座在起降時有較廣的視野,而長時間作戰時飛行員間也較易溝通並形成默契,因此SU-33UB採用並列雙座設計。這是SU-27IB家族之後又一種使用並列雙座布局的SU -27改型飛機。與SU-32FN類似,飛行員是經由前起落架艙進入座艙的,可見其座艙空間也不小(因為至少要留個通道)這能提升長時間作戰的舒適程度,例如飛行員可以不必全程坐在椅子上,偶爾可以起來休息。內裝光電探測系統的球狀物就放在座艙正前方,因為是並列雙座設計,因此這時光電球不會影響視野。為了保護飛行員,座艙附近也裝設金屬與陶瓷複合裝甲,可見該機頗重視對面攻擊。

氣動力布局方面,SU-33的氣動力效率、飛行品質是SU-27家族中最好的,而SU-33UB又青出於藍更勝於藍。與SU-33相比,翼面積由67.84 平方米增為71.38平方米(extended area,就是把機翼前後緣延伸交會後所得的大三角形的面積,通常飛機性能諸元提到的翼面積指的就是這個);展弦比由3.44增為3.54;平尾、前翼也增大。保留了SU-33的可偏轉45度的雙縫式後緣襟翼。在前緣襟翼與主翼之間以柔性材料相連,如此一來前翼與主翼間再任何時候都不會有縫隙,減少誘導阻力,使得氣動力效率提高;此外,機身部分可能也有自適應材料以提升各種飛行狀態之效率,這方面後面再連同材料討論。這樣的改動下,SU-33UB的氣動力特性將比SU-33高出不少,其最大升力係數將高於SU-33的2.4(SU-27是1.83),其升阻比(lift-drag-ratio)超過13,是相當高的水平(SU-27是11.8,同時代飛機大都在12以下)。氣動力效率的提升使得與SU-33相比,在使用相同燃油的情況下,航程增加15%到 20%。SU-33UB僅靠內燃油的航程達3200km,與陸基型雙座SU-27(如SU-27UB、SU-30MKK)相當。而SU-33是 3000km,這樣看似乎很奇怪,按照上面的說法,SU-33UB的航程應該在3450km到3600km之間,莫非哪個數據出錯了?

其實沒有錯,因為SU-33UB使用兩次折疊機翼,其折疊關節一個在翼根,一個大約在機翼中線,折疊後整片主翼幾乎完全被收在機背上,這將使得SU- 33UB折疊後寬度比SU-33的7.4m還要窄,停放面積當然也更小(SU-33折疊後的停放面積比F-14、F/A-18E/F、Rafale-M都小)。其兩次折疊機翼除了有更適合航艦的好處外,在地面上,他可以停放在俄國大量的MiG-21的機堡中,而不必為了他新建機堡。因為兩段機翼的使用,使內燃油少了些,這是上述「數字遊戲″的解答。他的設計師仍在為他設計新的結構油箱,目標是使其最大航程(只靠內燃油)達4000km。此外,落地速度也由 SU-33的240km/h降至220km/h,失速速度勢必小於SU-27的200km/h,最大外挂量由SU-33的6500kg提升到 7000kg。


圖:折起的蘇33機翼

機體材料上,更動量非常大。為了減少飛機的自重,機身大量採用了複合材料,其翼前緣用了柔性複合材料,前面提到,在主翼與前緣襟翼間連著一塊柔性材料,使得不論前襟翼如何動,都不會有縫隙,減少誘導阻力發生(後緣襟翼的縫隙是為了增升需要,而前緣縫隙則是需要避免的)。柔性材料也是「自適應氣動結構″的重要組成成分之一。所謂的自適應氣動結構就是能隨飛行狀態改變氣動力特性以盡量提升各種狀態下的氣動效率的結構設計。其作用方法有許多,例如以機翼內的空腔抽除機翼附面層(空中巴士的某型客機)、或是改變機翼表面彎曲度、甚至未來可能用的微噴流都算。其中改變機翼彎曲度就可以應用柔性蒙皮,其使用方式簡單的說就是在骨架上裝設與飛控系統連結的機械設施,上面再鋪設柔性蒙皮,該機械根據飛控計算機命令運作,達到「控制″柔性蒙皮進而改變機翼表面弧度之作用。當把上述機械裝置以微機械取代進而與柔性蒙皮結合,就可稱做「智能型材料″。自適應氣動結構是現代飛機的趨勢之一,特別是需要具備全空域全速度功能的防空型戰機。每一種機翼形狀、翼面曲度都會有他最適合的高度、速度,因此以往的飛機只能突出任務需求方面的性能,至於其它的就只能遷就、或是盡量避免,例如早期的三角翼戰機,就以攔截為主,盡量避開低速纏鬥。而有了智能型結構後,可以調整出適合各種情況的翼面,使得升阻比盡量最高,這些都根據實驗證實了可行性。這種智能型柔性蒙皮同樣的被用在S -37前掠翼戰機上,可以解決前掠翼再高速時產生的離散效應等。這項技術在歐洲也有發展,未來EF-2000上也會有類似的技術。觀察照片可以發現,SU -33UB的複合材料使用率應該很高,從未塗裝照片可明顯的發現主翼與翼前緣為黃色,而他們中間的帶狀地帶是藍綠色,通常飛機的金屬部分因為加工的因素,多呈黃色,而照片中,除了機翼的帶狀部分外,機背、進氣道、左側前翼都是別種顏色,其中機背與進氣道部分顏色與機翼的帶狀地帶幾乎相同,可以推測這些部分可能都是複合材料,這也與蘇霍設計局說「該機也注意到匿蹤″交互印證。但這些地方未必全都是自適應結構,可能只是單純的複合材料而已。但筆者認為在左側翼前緣延伸部分的藍綠色部分可能是自適應結構,因為該處具有控制翼前緣延伸處氣流的效果,有這種設備頗為合理。此外,右側同一地方沒有,可能是仍在驗證。


圖:「蘇-33」裝備新型機載電子設備,具有空空、空地雙重功能抗干擾能力

SU -33UB的航電系統是很先進的,包括人性且高度自動化的座艙介面、先進的環境意識系統(SA)等等,屬於第五代戰機水平。 SU-33UB採用並列雙座座艙,資料顯示主要由一個21英吋以及4個15英吋液晶顯示器負責,原型機上在左側設有抬頭顯示器(HUD),俄國也正在發展頭盔顯示器以取代抬頭顯示器。座艙以「黑暗座艙″的原則設計,也就是說除非機上有系統故障,否則系統不會發光或發出聲響,只會保持「緘默″,這樣可以減低飛行員的精神負擔,且一旦真的有事,飛行員對於系統發出之警告也較敏感。

飛機高度自動化儘可能減低飛行員的工作量,使飛行員在一些情況只需做「決定″而「不必操縱行員只須選定目標,進入一定的空域,並扣板機即可,而不需要不斷的校正飛機;又例如低空飛行時,飛行員只需顧著找目標、鎖定、發射武器等,而不必擔心飛機撞地,因為那些都由計算機處理了。人性化的介面讓飛行員往往只需做攻擊與否的決定而不必將過多精力放在繁瑣的操縱,並將精神聚焦於任務執行、戰術運用等等。

多路訊息取得系統,使飛行員能接收 360度的戰場環境,提升飛行員的環境意識(SA)。所謂的「多路訊息取得″顧名思義,是說用許多管道取得戰場資料,再加以整合,得出有用的信息給飛行員。探測方式可包括雷達、紅外線、各種頻道無線電、甚至我軍船艦、衛星等等皆可,這方面美國F-22與JSF幾乎發揮了當代極致。SU-33UB這方面至少包括前、後視相控陣雷達;環場紅外線探測;多頻道無線電;多機數據鏈互連;預警機與地面戰管資料等。衛星方面,目前俄羅斯軍用衛星幾乎不具備實用價值,故從衛星取得資料應該不是SU-33UB的重點;機對機數據鏈方面,1999年推出的SU-30MKK的數據鏈最多可鏈接16架飛機,SU-33UB應該約是這個水平。多路訊息系統使SU-33UB能發現並鎖定360度方位角以及一定俯仰角內的戰機的熱訊號並導引飛彈攻擊;在飛機前半球及後半球以雷達發現並鎖定敵機;環場飛彈來襲警告;以雷達預警系統提供反輻射資料;自動以數據鏈連結其它SU-33UB或有類似系統的戰機,使其它飛機能進行無線電緘默作戰等。機上裝備每秒運算100億次(10GHZ)的計算器,以處理上述複雜的數據。該計算器之運算能力已屬於超級計算機級,算是很大的進步。

SU-33UB裝備了機上氧、氮氣製造器,能從外界空氣中取得氮與氧,經適當混合後提供飛行員使用。與過去的氧氣瓶相比,這種系統沒有供氧限制,滯空時間可以更長,且重量較輕。這是當前新世代戰機使用的供氧設備,在俄國戰機中也是首次使用。

雷達是「隼″式(SOKOL)相位數組雷達,空對空探測距離最大170到180km,追蹤距離60到80km,追30打6,對驅逐艦300km,對快艇180km,鐵路橋樑150km,移動坦克25km,X波段。還可以同時處理空中及地面海面目標。在飛機「尾刺″內則裝有「法蘭″(FARAON)項控陣雷達,是隼式的縮小版。

動力系統

原型機使用具有向量推力系統的AL-31K改良型,最大推力13300kgw(130.3knt)。量產型使用AL-31FP的海軍型(最大推力14500kg)或最新的推重比達到10的AL-31FP改型。

由於SU-33UB是1999年新改造的戰機,而且改動幅度甚大,不太像是單純的實驗機。從SU-33UB的任務需求以及SU-33將提升成SU- 33UB等級的情況來看,SU-33UB可能與改良的SU-33並列為俄羅斯第五代艦載機。若如此,情況與SU-34/32FN類似,後者因此考慮裝備 AL-41F發動機以與第五代戰機保持後勤共通性極更高性能,所以SU-33UB的量產型不無可能使用AL-41F。

總結

應該來說,SU-33UB在滑躍起飛的戰機中是最好的,它綜合性能完全可以與F-18一較高低。但是老毛子畢竟在經濟後勤上比不上老美,如果老毛子有老美那樣的條件,相信SU-33UB今天將是另一種角色飛機了。滑躍起飛不需要彈射器,從而使航母少了許多負擔,庫艦與瓦艦隻所以多出了空間裝550公里的花崗岩出也不無與此有關。但是滑躍起飛也有其自身的缺點,最突出的是蘇-33如果攜重型反艦導彈必須半油才能起飛,實施遠程攻擊必須要空中加油,這會使其攻擊力大打折扣,如何使蘇-33重載滿油起飛是我們裝備老瓦時也必須考慮的一個問題。

在這方面,可行的方案有:一是採用高推重比的發動機(如使用AL-41等)。二是增大翼面積、減輕設備重量以及採用新型智能型材料,進一步減輕SU- 33的自重,由F-22的複合材料我們也看到這方面的可能(F-22空重才14噸)。另外,對於FC採用蚌式進氣道從而減輕自重如果有可能的話,用在蘇- 33也是一大成功啊。三是採用短距離彈射,如當初本人提議的彈簧彈射,利用彈簧的復力使蘇-33在短時間裏得到一定的外力作用,效果應該還是明顯的(這個本人以前發表過),而且採用彈簧彈射起飛還可以使蘇-33不會跑偏及起飛時不需要噴水起飛(剛開始時發動機全力起飛,然而由於靜摩擦力及加速度未達到一定速度,飛機發動機過熱問題所致)。解決了這個問題後,關於雷達改進等其它問題倒不是問題了。


圖:全副武裝的SU-33艦載戰鬥機

有些人認為引進蘇-33會使10號機失寵,於國產化不利,其實倒不必,中國的戰機發展,一直都是借鑒外國技術,如何真正瞭解蘇-33是我們軍工的一個任務,可以說如果利用好的話,10號機也不會出局。任何事物都必須經得起市場的淘汰賽,10號機也不能例外。

SU-33UB的參數:

航程3200km

載彈量7000kg

發動機 AL-31K(原形) AL-31FP(量產)

雷達 NO-11改良型,能同時處理空面目標

落地速度 220km/hr

最短起飛距離120m+-

重力負荷 10G

翼面積 71.38平方米

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