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LCA——爱先进、爱拼凑、爱计划、就不爱服役
送交者:  2019年03月07日21:28:49 于 [世界游戏论坛] 发送悄悄话

作者:贺羽
链接:https://www.zhihu.com/question/26759459/answer/37537922
来源:知乎
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权,非商业转载请注明出处。

LCA——爱先进、爱拼凑、爱计划、就不爱服役

注意LCA笨拙的无尾三角翼设计


核心提示

  对于LCA,中国军迷并不陌生。很多军迷小时候就从三大知识看过它的介绍,知道印度在研究一种非常先进的国产战斗机。31年过去了,很多军迷甚至已经退伍或者转业了,回头一看,LCA还没有服役呢。

LCA样机地面静态展示,注意它对空对地武器样样齐全,不过它属于对空对地活儿都干不好的两边不靠


爱先进——印度式大跃进


  1979年12月27日,苏军入侵阿富汗。为了防范苏军南下,美国决定大幅度援助巴基斯坦。经过两年反复谈判,1981年12月,美巴两国签署“和平之门”计划。美国向巴基斯坦提供28架F-16A和12架F-16B。这批战机为当时最新的F-16第15批次标准,加大了平显,安装可靠性更好的F100-PW-200/E发动机,装备的AN/APG-66型机载雷达空战状态下能边跟踪边扫描,可挂载AIM-9P4“响尾蛇”格斗导弹。1982年10月首批F-16交付,1987年全部40架交付完毕,装备了巴空军第9、11、14中队。F-16的到来对印度空军构成压倒性优势,印度高层策划着自行研制一款先进战斗机来对付它。


  20世纪50年代末,印度曾经自行研制过“暴风之神”战斗机。计划书上,“暴风之神”是一种既能高空截击又能低空攻击的全天候先进多用途战斗机,既能改成高级教练机,又能作为舰载机使用。它不开加力就能超音速飞行,能达到2倍音速,升限18290米,作战半径805千米。当然,人类航空史上并未出现这样的神器。赶超美苏的洋跃进计划失败了,最后勉强服役的“暴风之神”是一个多次降低标准的残疾版。20世纪80年代,印度经济得到了比较稳定的发展,GDP增长速度“高达”4~5%(对印度已经算是高速了),印度人民的信心又得到了增强,印度国防研究与发展署于1980年宣布策划自行研制一款先进的轻型战斗机,性能全面压倒F-16。当然,此时的新战斗机计划还是一个模糊的概念。


  1983年,印度政府批准“Light Combat Aircarft(轻型战斗机)”立项,项目正式启动。1984年,成立项目协调单位——航空发展局(ADA)。1985年,印度空军宣布准备采购一种轻型超音速多用途战斗机,用来替代米格-21战斗机和“无敌”轰炸机(蚊式轰炸机印度仿制版)。对新战斗机的大致要求是:高速、高加速性、高机动性、高性能航电、高尖端武器、高分散配属、短距起降、低价、容易维护……总之就是赶超美英冲击人类科技的巅峰作品,能够满足2000~2020年的作战需要。

感谢镭射纠错:无敌轰炸机应为“蚊蚋”轰炸机印度仿制版

LCA车间,你可以看到没有统一着工装,以前我看到阿琼车间还有穿拖鞋的……就这么生产先进飞机?

爱拼凑——无尾三角翼、小展弦比拼凑上固定式进气口


  和“暴风之神”引进德国设计团队不同,这次新战斗机研制工作印度人要自己的科研团队来上。由航空发展局牵头,全国动员大拼凑:印度斯坦航空有限公司(HAL)负责总体设计、总装、系统集成与调试,国防材料研究室研制发动机用超合金,国家物理试验室研制碳纤维,国家航空试验室作疲劳试验,印度斯坦航空公司作静力试验,印度技术学院研究复合材料结构,等等。总之,一切要求自行研制,要求国产化。HAL开展工作4年以后才发现自己并没有总体设计、系统集成等方面的积累,1987年只好找达索公司来当顾问。达索公司就偏好三角翼,于是LCA自然也长了一对无尾三角翼。三角翼主要优点是设计制造简单、高速性能好、机翼内空间充足(可以容纳较多燃油,有利于收置起落架)。三角翼缺点是展弦比小,亚声速飞行时的升阻比低,故亚声速巡航特性不好。三角翼诱导阻力大,使飞机稳定盘旋能力不足。三角翼飞机适合高空高速截击,不适合空中格斗和对地攻击,尤其不适合上航空母舰,偏偏LCA定位是以空中格斗为主、兼顾对地对舰攻击,同时研制舰载型。无尾三角翼飞机在起降状态时,升降副翼要上翘来保持机体平衡,这样机翼产生的升力系数就非常有限,从而导致飞机的起飞、降落滑跑距离大大增加。鸭翼或者有尾三角翼可以较好弥补三角翼的缺陷,达索公司甚至还考虑过添加大边条来改善无尾三角翼的缺陷,可能是达索公司对大边条的经验积累有限,或者是因为印度方面有特殊的偏好,LCA最后采用是添加前缘襟翼的无尾双三角翼翼型,展弦比令人吃惊的小到1.79。这在现代战斗机中展弦比倒数第一:F-16是3.2、F-15是3、F-18是3.52、Su-27是3.5、MIG-29是3.5、台风是2.4。就是达索公司自己的幻影系列,展弦比都没有这么小:幻影ⅢE是1.94、幻影Ⅳ是1.80、幻影2000是2.03、幻影F-1是2.8,都比LCA强。展弦比对飞机的机动性影响很大。展弦比增大时,机翼的诱导阻力下降,可以提高飞机的机动性并增加亚音速航程;但增加波阻,降低飞机的超音速飞行性能。亚音速飞机一般选用大展弦比机翼,超音速战斗机一般选择较小展弦机翼,同时是为了兼顾低空和亚音速性能,展弦比一般也限制在2.0~4.0之间。1.79的展弦比,分明是为了高空高速的需要。若说LCA追求高速,它偏偏又选择了适合亚音速的固定式进气口。固定式进气口有构造简单、能减轻结构重量的优点。缺点是在超音速飞行时,这种进气口外汇产生直激波,阻力大增,进气量不足,发动机推力下降。LCA最初的设计最大速度为1.9马赫。后来眼看达不到了,于是有印度专家称:当代空战多发生在高亚音速状态下,LCA追求亚音速格斗性能,不追求高速,降低设计最大飞行速度到1.6马赫。


  拼凑的结果就是LCA既飞不快,也不能飞得慢(会失速)。原型机在测试时只能达到1.4马赫。1.4马赫是一个什么概念?就是比MIG-19快一点嘛(1.36马赫)。


  LCA设计之初,超前地大规模采用了复合材料,设计要求复合材料使用率达30%,后来又称达到45%,机身表面90%面积都是复合材料了。复合材料优点是具有相同重量下强度高,用于机体设计能够减轻重量;缺点是人类对复合材料的疲劳规律了解不多,探伤检测还有困难。LCA大规模应用了复合材料以后,居然还严重超重了:设计净重5500千克,实际净重大约是6900千克。超重的原因很可能是印度缺乏经验,机体结构设计不够简洁。就这么超重的结果,实际过载只能达到5.5G(设计值9G,后来降低到8G),明显强度还不足。5.5G是一个什么概念?优秀飞行员瞬时过载能够达约8~9G,如果有一个飞行员猛烈做了一个高G机动,那么LCA就会断成两截!

别折腾了!你的过载只有5.5G!

爱计划——LCA的计划数不清


  撰写本文遇到的最大麻烦就是数不清LCA究竟有多少计划。LCA设计之初,计划于1988年完成初步设计,1990年冻结基本设计,1991年生产出第一架技术验证机,1996年服役。实际上到1995年11月17日第一架技术验证机才亮相,1996年才在F-16D VISTA变稳机上完成飞控软件试验。LCA首飞原定于1996年7月,最终于2001年1月4日首飞。按照原计划,在一、二号技术验证机飞起来后,印度将组装3架单座原型机,1架双座原型机和1架海军型原型机,全部采用国产“卡佛里”发动机。1998年8月国防部科研顾问APJ Abdul Kalam在班加罗尔宣布:LCA将在2003年进入印度空军服役。印度空军司令在2006年2月的印度航展上表示准备订购20架。


  LCA舰载型在多次计划下线以后,终于在2010年7月6日下线,之后就是计划当年底首飞,最新消息是计划于2011年12月首飞。LCA舰载型在陆基型超重的基础上又加重了500千克,且没有任何提高起降能力的改进,未来试飞结果不容乐观。


  不管怎么计划,LCA都是“将服役”,现状却是总不服役。超重、速度太慢、起降距离过长、推重比太小等问题还困扰着LCA。HAL把主要矛盾归咎于F404发动机不给力,于是2009年推出新计划:LCA要换F-18E/F超级大黄蜂的F414发动机或者EF2000台风的EJ200;还要上推力矢量技术。新型号就叫做LCA MKⅡ。2010年11月,印度有官员表示LCA MKⅡ将于2011年首飞。同年12月,印度又有官员改口表示LCA MKⅡ将于2014年首飞,两年后进行全速生产。

LCA海军舰载型模型


LCA海军舰载型样机下线仪式,在原型超重的基础上,舰载型继续超重,是一只肥胖的笨鸟


前途——LCA计划何时兑现?


  战斗机研制是非常复杂的工程,全世界能够自行研制战斗机的国家寥寥可数。印度在没有预研积累,没有大规模工业化基础的前提下要自行研制一款“全世界最先进”的轻型战斗机,难度相当大。LCA的很多指标都是就是让达索公司来完成,都是勉为其难,更不要说工业基础薄弱的印度了。从最基本气动外形来看,长着截击机外形的LCA要充当现代近距格斗战斗机,在当前人类科技条件下完全没有成功可能。不改气动外形的LCA项目必然要失败。如果大改气动外形,那就等于推倒重做,也是变相宣布LCA项目失败了。偏偏LCA又是印度民族的“光辉战机”,只能成功不能失败,于是HAL宣布LCA升级到MKⅡ改用F414发动机,增加推力,上推力矢量技术。当然,截击机的气动外形就注定LCA MKⅡ不过是从一条走到尽头的死胡同转入另一条更长的死胡同。另外,印度还宣布了在很长一段时间,我们还会不断听到LCA项目“将”要成功的消息。


LCA项目目前其实还停留在样机阶段。31年过去,多少中国军迷已经退役,它还没有长大参军


外一篇:印度雄心——计划中的超强发动机


  设计飞机必然遇到的配套发动机问题。印度原计划自行研制的GTX-35VS“卡佛里(Kaveri)”发动机进展缓慢。按照计划书,卡佛里是一种超强的发动机,推力比F-404还大一些。最大加力推力81.0千牛,不开加力最大推力52.0千牛。发动机有3级低压压气机和6级高压压气机,二级涡轮,不算附件,其自重约1050千克(后来指标调整到1100千克),发动机推重比7.8左右。更妙的是卡佛里能适应印度高温酷暑,而国外发动机在印度夏季总是中暑。1986年,LCA项目都启动3年了,印度燃气涡轮研究中心(GTRE)才正式启动卡佛里计划,又过3年后才全面开展研究工作,计划投资 8970 万美元,1997年就能交付使用。结果核心机直到1995 年才点火运转。原计划1999年首次空中运行,2000年首次装上LCA试飞,实际情况是到2004年才在俄罗斯上高空台试验,还失败了(上高空台之前,印度新闻说马上要成功啦)。2010年11月4日,卡佛里在俄罗斯上高空试验台试验终于宣布初次获得成功,于是GTRE声称2011~2012年就能装上LCA。卡佛里研制进度太慢,HAL等不了,于是1986 年和美国通用电气公司(GE)签约,用 F404发动机来装备技术验证机(TD)和原型机(PV)应急。印度多次计划卡佛里即将研制成功,这一晃儿就是应急了25年,印度雄心还长期在心胸外科门诊挂号呢。印度审计长在2010~2011财年审计报告中指出:卡佛里计花费3.8亿美元,迄今未有实质性的进展;发动机1235千克,超重了。卡佛里计划还没有结果,2006年印度开始和法国 SNECMA 合作,用M88-2发动机(阵风战斗机的心)的核心机为基础,开展卡佛里Ⅱ的研制工作。卡佛里Ⅱ发动机指标高得惊人,既要超音速巡航,又要矢量推力,还是全数字化控制,计划于2025年装机使用。


卡佛里发动机设计指标很高,但长期不能使用

外二篇:灾星高照HAL


  1992~2004年间,HAL一共:组装米格-21两架、大修八架,其中八架坠毁;组装米格-21BISON一架、大修一架,其中一架坠毁;组装美洲豹三架、大修五架,其中六架坠毁;大修幻影-2000四架、全部坠毁;组装米格-27三架、大修三架,其中四架坠毁;大修米格-29三架,全部坠毁。印度从1947年独立后建立空军,至2011年8月5日已坠毁飞机数量达1001架。截至2011年12月中旬,LCA未掉一架,真是奇迹。

印度网友最爱拿LCA和的FC-1对比,从目前的进度上看,FC-1怕是一辈子都没有办法遭遇了LCA了。


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