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“阵风”战机的研制与试飞

“阵风”的研制工作要追溯至20世纪70年代中期,当时法国海军(航空兵)和法国空军(AdA)开始着手寻找未来可以代替现役和即将服役的飞机的方案。为了降低成本,两个军种在性能要求上达成一致意见,并共同发布方案要求。
在新型战斗机的研制中,欧洲合作是降低成本的一种方式,但是法国曾经与英国、德国和意大利达成的协议因为飞机重量问题而搁浅。法国军队需要的是一种可变任务平台,飞机重量在9吨(19840磅)左右,并具有在航母上起降的能力,而其他参与各方需要的是一种较重的防空战斗机,重量在10吨(22045磅)左右。欧洲合作计划最终孕育出了欧洲战斗机“台风”。

“阵风”战机的研制与试飞

欧洲“台风”战斗机


1986年7月4日,在法国东南部的伊斯特,“阵风”在达索试飞中心进行了首飞。为了降低第一个架次通常会面临的风险,这架飞机安装的是两台性能可靠的通用电气F404-GE-400涡扇发动机,美国的F/A-18A/B使用的也是这种发动机。这架验证机拥有全动鸭翼,先进的电传(FBW)飞行控制系统(FCS)和很大的三角翼,第一次在法国之外的公开展示是1986年9月的英国范堡罗航展。1990年5月,斯奈克玛公司(即法国国营航空发动机研究制造公司)生产的M88涡扇发动机取代了左侧的F404发动机,这种新型发动机使“阵风”可以在不开加力的情况下实现“超音速巡航”,飞行速度达到了1.4马赫。1994年1月,“阵风”A完成了865个架次的飞行后退役。

“阵风”战机的研制与试飞

1996年范堡罗航展上的“阵风”海军型原型机,垂尾上的数字是“阵风”战斗机当时全部的飞行次数

当柏林墙倒塌、苏联解体后,该计划的地位也急剧下滑。这些国际巨变使得法国的国防开支锐减,法国空军也进行了重组,“幻影”5F机群迅速退役,55架“幻影”F1C被升级到“幻影”F1CT战术战斗机的标准。本来用于加速新型战斗机计划进行的经费泡汤了,研究和发展进度也慢了下来,因为法国空军把更多的资源用于升级原有的“幻影”2000C。


为了满足各种作战需要(防空、空优、精确攻击、核攻击和侦察),法国军方表示自己需要两种型号的“阵风”——一种单座型,即所谓的“阵风”C(C是法语“战斗机”的首字母);一种双座型,即所谓的“阵风”B(B是法语“双座”的首字母)。1991年5月,全身黑色涂装的“阵风”原型机C01在伊斯特首次飞上天空。但是由于经费原因,原计划中的第2架单座原型机从来就没有制造过。
C01与早期的验证机有非常明显的区别。尽管整体布局没有改变,但是C型原型机的尺寸和重量都略小。此外,进行了一些改进来降低“阵风”战斗机原来非常明显的雷达反射截面(RCS)。这其中包括采用黄金涂层的座舱盖、重新设计的机身与垂尾连接部分、采用了雷达吸波材料(RAM)和更为圆润的翼根整流罩。而且还大量使用了复合材料,既能减少重量,又能降低雷达反射截面。C01的鸭翼采用了超塑成型的扩散结合钛合金制造,而机翼则采用了碳纤维。
从根本上说,达索公司的设计师们研制出了一种很简洁的战斗机,采用固定式进气道,没有专门的减速板,从而降低了维护难度。但是同时,达索公司也引领了一些新技术的进步,例如冗余的高压(350bar,即5000磅/平方英尺)液压系统和变频交流发电机,这些都有助于提高可靠性和安全性。事实证明这些独特的想法非常成功,并为其他飞机制造商所采用,例如,空中客车公司的A380。


与“幻影”2000一样,“阵风”的设计构想也要满足北约的通用标准,达索公司的设计师们严格遵守了北约标准化协议(即Stanags)。因此,“阵风”的主要系统都能够与北约的系统兼容。“阵风”的无线电设备具备“Have Quick”的安全性能,而其空中加油设备也能够使用北约的“插头—锥套”式系统。而且,敌我识别系统(IFF)也完全通用,多功能信息分布系统—小容量终端(MIDS-LVT)也被设计为能够与其他北约成员协作。通用性在武器方面也有所体现。GBU-12,一种使用最广泛的空对地武器,已经开始在“阵风”上安装使用了,战斗机的14个北约通用外挂点具有携带各种其他武器的灵活性。“阵风”甚至可能携带Mk82/83/84自由落体炸弹和GBU-22/24“铺路石”III激光制导炸弹(LGB)等武器。

 

自从在20世纪80年代中期引进双座型“幻影”2000N之后,法国空军就倾向于使用双座型战术战斗机。最初,法国空军只打算购买25架双座型“阵风”用于改装训练。但是海湾战争的研究表明,专门的双座机更适合执行复杂的攻击任务。双座的“幻影”2000N和2000D的作战经验表明,在高威胁环境中执行空对地攻击任务,飞行员和武器系统操作员(WSO)分担工作负担是更好的解决方案。另外一个推动原因是,增加的操作员功能的需要。


“阵风”B01是唯一一架双座原型机,首飞于1993年4月,用于火控/武器系统测试,包括RBE2雷达和所谓的“‘阵风’战斗机对抗威胁的自卫设备”(SPECTRA,即“频谱”)电子战系统。后来它参加了武器投掷和重载试飞,这架战斗机通常要携带两个528加仑(2000升)的副油箱,两枚“阿帕奇/ 斯卡普”(也称“风暴阴影”)巡航导弹和4枚空对空导弹。它甚至采用这种配置进行了多次飞行表演,展示了这种飞机在极端载荷条件下的机动性。与单座型相比,双座型要重771磅(350千克),携带的燃油却要少106加仑(400升)。但是,它的作战能力并没有下降,前座舱和后座舱没有太大区别,所以飞行员和WSO都可以执行作战任务。但是一般来说,坐在前座舱的飞行员负责空对空模式,而坐在后座舱的武器系统操作员负责处理空对地功能。


“海军化”的结晶是“阵风”M(M是法语“海军”的首字母),机身结构进行了强化,加装了尾钩,强化了主起落架以吸收较高的垂直速度,加装了内置的带动力的梯子,既方便进出座舱,又减少了对地面辅助设备的依赖。此外,M型垂尾顶部还安装了新型的Telemir系统,便于飞机的惯性导航系统和航母的导航设备进行数据交换。它还安装了舰载微波降落系统。最明显的改进是加长了鼻轮支杆,这使得机鼻的离地高度显著提高,但是也使得机身中线前方的武器挂架不得不取消。为了增加与美国航空母舰的通用性,鼻轮支腿上还加装了弹射杆和“制动”系统,以便于法国海军的舰载型“阵风”在美国的“平顶船”上起降。所有这些改进使得海军型“阵风”比空军型要重大约1100磅(500千克)——这一数字略低于预期的海军型设计要求。


在进行了深入研究之后,法国海军航空兵修改了采购计划,加入了一种双座型,即“阵风”N(N代表海军)。它和单座型“阵风”M有很高的通用性,但是携带的燃油稍微少一点:9888磅(4485千克),而不是10362磅(4700千克)。达索的工程师们已经开始了新型号的研制,很明显将采取一些改进措施。机身和前机轮加大了,30M791机炮被迫取消,以便为重新更换位置的设备留出空间。此外,座舱盖铰链也必须加强,以抵御航母甲板上的强风。
舰载适应性测试在计划研制初期就开始了,当时“阵风”A验证机在即将退役的“克里蒙梭”号航空母舰上进行低空进场。尽管“阵风”A还不具备舰载性能,但是它仍与“福煦”号航空母舰一道进行测试,以检验其在接近航母时的低速飞行性能。“福煦”号的排水量要高于“克里蒙梭”号。之后专门制造了两架海军型原型机——“阵风”M01和M02,1991年12月M01的交付标志着“阵风”海军型研制的全面展开。


“阵风”第一次弹射器测试是在美国新泽西州莱克赫斯特的海军航空站进行的,时间是1992年夏天。测试之所以在那里进行,是因为欧洲最后的相关试验设施——英国皇家航空研究中心(RAE)在贝德福德的弹射测试平台,随着英国皇家海军“皇家橡树”号航空母舰的退役而关闭了。1993年4月在“福煦”号航空母舰上进行真实的降落之前,“阵风”M01于2—3月在莱克赫斯特进行了第二轮测试。这些试飞都是由达索首席飞行员依夫·克雷尔夫驾机完成的。“阵风”M02于1993年11月在伊斯特首飞,而同年11—12月,M01在莱克赫斯特进行第三轮试飞。随后在莱克赫斯特和“福煦”号航空母舰上进行的测试都是在极端条件下进行的——包括携带330加仑(1250升)和528加仑(2000升)副油箱起飞和降落。1999年7月依夫·克雷尔夫驾驶M02在“查尔斯·戴高乐”号航母上进行了“拦阻降落”和弹射起飞。M02后来被用于F2标准“阵风”的研制,而M01则退役。

“阵风”战机的研制与试飞

“查尔斯·戴高乐”号航空母舰上的一架“阵风”M被弹射器的水蒸气烘托着

为“阵风”研制斯奈克玛M88发动机是一项艰巨的任务,但是据说这种新式发动机能够满足新式战斗机的需要。空战和低空渗透的需要,必然意味着“阵风”要采用具有创新性的发动机。它必须能够在各种飞行状态下具有很高的推重比和较低的燃油消耗率,发动机寿命也要很长。斯奈克玛公司提出了一种先进的双转子涡扇发动机,为各种型号的“阵风”提供动力——它是法国第三代战斗机发动机的代表(第一代是“幻影”III/IV/V/F1安装的“阿塔”系列发动机;第二代是“幻影”2000使用的M53发动机)。该计划正式开始于1986年,第一次测试平台试验在1999年2月进行。发动机的首次试飞(安装在“阵风”A上)在1990年2月,1996年初完成鉴定试验,同年年底第一台发动机原型机交付使用。据斯奈克玛公司称,至2001年,该发动机的试验型和生产型累计运行23000小时,其中8000小时是在测试平台上进行的。发动机原型机的飞行时间为11000小时,M88-2系列的飞行小时数则为4000。

M88的运行温度比前两代发动机要高很多,因此它采用了创新的解决方案,来满足高性能和耐久性的要求。它采用了先进的技术,例如整体叶盘(即所谓的“blisk”)、低污染燃烧室、单晶高压涡轮叶片、陶瓷涂层、创新性的粉末冶金涡轮盘和复合材料。此外,M88还不会破坏“阵风”的整体红外信号,它采用的无烟排放技术可以降低“阵风”被目视发现的概率。M88-2具有重量轻、结构紧凑和较高的燃油效率,净推力为11236磅(50千牛),加力推力为16854磅(75千牛)。它采用了斯奈克玛公司的全冗余全权数字式电子控制器(FADEC)系统,使它能够在3秒钟之内从空转状态加速至全加力状态。“不用操心”发动机操纵技术可以使飞行员在飞行包线内随时将油门从战斗状态拉至空转状态、再推回战斗状态。此外,它还能自行处理一些小故障,而无需告知飞行员。压缩机使用的是三级低压风扇和六级高压压缩机。发动机的峰值温度达1850开氏度(1577摄氏度/华氏2870度),压比达24.5∶1。最大净推力时,燃油消耗率为0.8kg/daN.h,开加力时增至1.8kg/daN.h。

“阵风”战机的研制与试飞

“阵风”战机挂载了6枚227千克GBU-12“宝石路”激光制导炸弹用配备的“达摩克利斯”瞄准吊舱来引导该型炸弹

发动机的研制采用了阶段性方法,前29台生产型发动机是按照M88-2第1阶段标准生产的。后来法国国防部(MoD)订购的涡扇发动机则全部按照M88-2第4阶段标准生产,其特点是延长了大修间隔时间(TBO),这是因为高压压缩机和涡轮机经过了重新设计。M88同时具有优良的低空渗透和空战飞行性能,而且既具有极高的推力,又具有很低的使用成本。


法国国防部(MoD)最终将为其订购的294架“阵风”战斗机购买700台发动机。发动机在默伦—维拉罗什进行生产,速度是每月4台--6台。此外,生产还有一定的灵活性,如果有出口订单的话产能还可以提高,M88还能为其他飞机提供动力,例如德国的“马可”教练机。


尽管M88的设计要求是在低空和高空都具有良好的性能,而且能够迅速对飞行员的油门操作做出反应,但是一些潜在客户还是担心这种发动机在有些时候不够强劲——尤其是防空和空优任务时。斯奈克玛公司因此开始了新型M88的研制,即所谓的“M88-3”,开加力时推力可达20225磅(90千牛)。这与最初的M88-2相比动力输出增加了20%,当然提升的不只是推力一项。耐久性也得到了提高,用户可以为发动机选择16854磅(75千牛)的“平时”推力等级,这可以在短短几分钟的地面程序内实现。设计师们甚至考虑在座舱内安装一个开关,让飞行员可以在飞行中选择推力等级。

“阵风”战机的研制与试飞

安装在测试平台上的M88-2发动机。这种发动机很紧凑,它的配件也便于安装,方便平时维护。

设计师们还在努力提高M88-2和M88-3之间的通用性。据斯奈克玛公司说,发动机零件之间的可互换率大约是40%。M88-3的特点是为速度更高的气流而重新设计的低压压缩机——每秒钟159磅(72千克),原来是143磅(65千克)——全新的高压涡轮机、定子叶片级,改进过的加力燃烧室和相适应的喷嘴。发动机重量也有所增加,从M88-2第1阶段发动机的2017磅(915千克)增至M88-3发动机的2171磅(985千克)。尽管M88-2和M88-3之间的可互换率很高,但M88-3为了适应速度更高的气流而略微增大了进气道。全新的固定式进气道经过简单改装即可安装在现有机身上,而不会增加阻力或雷达反射截面。


新型发动机还将改善“阵风”的起飞距离、爬升率和稳定盘旋率,而且,尽管M88-3更为强劲,但是它的燃油消耗率与M88-2相同。M88-3全尺寸试验机的生产完成于2001年,2005年完成鉴定试验。按照原定计划,M88-3在“阵风”C01上进行200个小时的试飞,2006年开始交付使用。


从一开始,“阵风”的设计载油量就很高——单座型的内油箱可携带1519加仑(5750升)——战斗机可携带副油箱的外挂点不少于5个。可携带两种副油箱,一种是330加仑(1250升)的超音速副油箱,可携带在5个可携带副油箱的外挂点中的任意一个下面;而另一种528加仑(2000升)的副油箱只能携带在机身中线和机翼内侧的外挂点下。如前面所述,“阵风”还安装了固定式空中受油管。为了保证空军能够执行航程特别远的任务,达索公司还开发出了304加仑(1150升)的可拆卸式保形油箱(CFT),可以安装在机翼和机身的上表面。与传统油箱相比,CFT的阻力更低,而且节省出的翼下外挂点可以携带弹药。CFT可以使“阵风”的最大外部载油量提升至2853加仑(10800升),并且可以在两小时内完成安装和拆卸。“阵风”还有安装内置式CFT的能力,这种保形油箱可安装在各种型号的“阵风”战斗机上,包括海军型和双座型。2001年4月18日,CFT首次在伊斯特完成首飞,使用的飞机是双座原型机B01,由试飞员埃里克·杰拉德驾驶。携带CFT时的超音速性能也得到了验证——安装CFT的战斗机飞行速度达到了1.4马赫——各种武器配置也都成功测试过了,如空对空作战任务时的“米卡”导弹;远程攻击任务时的3个528加仑副油箱;两枚“斯卡普”防区外发射导弹和4枚“米卡”导弹。据说CFT对飞机操纵性能的影响微乎其微。


“阵风”是当今世界上最先进的战斗机之一。而RBE2有源相控阵雷达和M88-3发动机又得到了法国国防部的大力支持,因此“阵风”在海外市场上也很有竞争力,已经有多个国家购买了该战机。