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技术派|印度“光辉”舰载机:并非一无是处,但注定成为鸡肋

发表时间:2020-03-28

近日,印度LCA“光辉”舰载版战斗机首次完成航母起降,印度媒体将其视为LCA发展历史上具有里程碑意义的事件,印度国防部和海军也给予了很高的评价。

尽管对于LCA战斗机,国内一些媒体没少讽刺挖苦,但客观来看,LCA的设计也并非一无是处,舰载版LCA在设计上更是独具特色。只不过,持续的拖延让这款战斗机渐成鸡肋。

并非“一无是处”的基本设计

LCA战斗机一直是中国军迷冷嘲热讽的对象。确实,作为一种“超轻量级”三代机,同时也是印度首款自行研制的三代机,LCA仍然有很多缺陷,比如说最大可用过载只达到8G,而非三代机普遍的9G标准,而且其机体过小,内油有限,载弹量也只有3.5吨。

但是,在无尾三角翼的行家法国达索集团的帮助下,LCA的设计仍然具有其鲜明的特点。首先,它和任何一种飞机都“不像”,给他找个“爹”并不那么容易。这一点,不管是达索公司操刀也好,还是印度自主研发也罢,它确实是一架全新的飞机。

其次,LCA可以说是充分发挥了无尾三角翼的优势:用超大的翼面积(可以理解为连放尾翼的地方都给机翼占了),获得超低的翼载荷。翼载荷低,意味着相同机翼面积的负担就小,飞机就能够更灵活机动。如果把产生升力的机翼比作运动员的肌肉,而不产生升力的其他部分比作脂肪的话,这意味着运动员的体脂率低。同时由于无尾三角翼后掠角常常很大,以拉大机翼后缘距离重心的距离,增大控制力臂,而大后掠角三角翼的最大升力系数又比较大,这又进一步提高了机动性。

法国达索公司深谙此道,所以幻影-2000拥有了三代机最低的翼载荷,其升力系数也排名靠前。而印度LCA在达索的帮助下,继承了幻影-2000的无尾三角翼布局。

LCA的优势在于进一步增大了相对的机翼面积。幻影-2000的三角翼占据了从进气口后方到尾喷口前的弦长,而LCA的机翼则延长到了进气口前方,这一设计不仅增大的机翼面积,还有利于大迎角条件下的进气。LCA以那么小的身躯获得了38.5平米的翼面积(比F-16还要大),进而获得了比幻影-2000更低的空战翼载荷(大约202公斤/平方米的空战翼载荷)。

另外,在机翼翼根切根了一刀,形成了一个复合三角翼的构型。LCA机翼的外段后掠角为62.5度,切根后形成的内段前缘后掠角为50度(幻影-2000则为58度),展弦比只有大约1.8。这个切根设计算是LCA的神来之笔。

很多人都说,切掉这块的作用是为了产生脱体涡,与机翼上的气流形成有利干扰,增大升力。实际上,要产生脱体涡最好是增大后掠角。LCA的机翼切根后,翼根的后掠角没有增大,反而减小了,所以这并不利于产生脱体涡。

也经常有人拿LCA的切根和美国F-16XL的切根相比。有些吹风洞结果显示F-16XL的翼根处产生了一股涡流。当然,这股涡流很小,也比较弱,对增大升力帮助不是很大。但这个涡流不是对机翼简单切根,减小后掠角后产生的,而是切掉翼根后对机翼与机身连接处修形后形成的微小边条产生的,它有更大的后掠角,所以产生了明显不同的涡。但是边条比较小,涡流强度比较小。

而LCA的切根,是通过减小等效后掠角,增大展弦比,改善三角翼亚声速飞行时诱导阻力大的问题,提高其升阻比。

海军版LCA的增升奥秘

印度航空发展局仍然执意研制海军版,毕竟,印度的小航母,上一款小型舰载机似乎是顺理成章的。另外,算是半“强买强卖”的米格-29性能有些不尽如人意,自行研制LCA虽然性能也不会更高,但至少还能保持自主或者是做个备胎。今后如果采购国外舰载机,还能当个陪衬压压价。更重要的是还发展了本国航空工业。

目前海军型的LCA MK1阶段已经完成首飞的有两款,第一款是双座的教练机,被称为LCA-NP1,于2012年4月27日首飞。第二款被称为LAC-NP2,是一款单座战斗机。其单双座采用同型设计,单座型只是把双座型的后舱安装了燃油,增大航程。LCA-NP2于2015年2月完成首飞,此次完成首次起降的就属于这一型号。

LCA要上舰,首先要进行结构补强,加强起落架、机体结构,增大机翼面积。机体重量增加了,要保证航程至少不降,还要增大油箱,这样改进下来,舰载战斗机的重量和外形都会有不小增加。一般而言,同款战斗机上舰,增重在8%-10%。LCA的海军版翼展就由空军型的8.2米增加到了8.9米,机长也从13.7米,增加到了14.56米,最大起飞重量也增大到17吨左右,要和基本型的幻影-2000相当,甚至还重一些。可以说从“超轻”量级上升到了轻量机三代机了。

在这种情况下,还要解决舰载机的另一个重要问题——起降问题,就需要在气动上采取措施了。

三角翼有众多优势,但是其缺点也很明显:升力线斜率比较低。也就是说,在相同的迎角增量下,其升力增量比较小。由于要考虑到擦尾问题和起降时飞行员视线问题,其起降迎角也不可能太大。要想产生足够的升力,就要提高速度或者增大迎角,这都不利于起降性能。而无尾三角翼进一步恶化了起降性能。传统布局的战斗机,可以采用高效的襟翼提高起飞和降落时的升力系数,那则需要有一个强大的尾翼,产生负升力以下压机头。而无尾三角翼,起飞时抬头力矩需要上偏机翼后缘的升降副翼或者襟副翼,以提供抬头力矩,而上偏后缘会进一步降低升力。当然,无尾三角翼飞机的翼载荷比较低,这是有利于起降的一面。所以LCA尽管是一种无尾三角翼飞机,但是由于翼载荷低,加之放宽静稳定度,其起飞滑跑距离仍然是比较短的,有未经证实的消息认为不到500米。

所以,要让LAC上舰,必须考虑如何提高起降阶段的升力。印度人想到的办法是在机翼前缘加一段可动边条。起降时,边条上偏,一方面提供一些抬头力矩,减少后缘上偏的幅度,另一方面通过增大迎角,拉出一些涡流,为机翼增大升力。所以,我们看到LCA舰载机降落时,可动边条是高高抬起。

实际上,这个可动边条起到的是可动鸭翼的作用,只不过LCA的机身轴向被机翼占据,增加鸭翼不是很好安置,而且涉及的改动量比较大。当然,印度也有安装鸭翼的Mk2版本,只不过目前仍然处于概念设计阶段。其另外一项改进是增大了翼面积,机翼面积从38平米猛增到了44平米,比幻影-2000的41平米的翼面积还大。

注定“鸡肋”的命运

上面说了LCA的那么多特点和优点,但是它的问题仍然不少。其最大的问题是尺寸太小。增加可用空间和起飞重量这是战斗机改进不变的主题。谁的战斗机空间大,油多弹多,空中续航时间长,雷达功率大,谁在空战中就占便宜。整个三代机的改进史都是按照这个套路来的。LCA也在不断增大,但是注定属于一架轻型战斗机,而且是载弹量有限的轻型战斗机。

第二个问题是,它的起降性能可能仍然不是很理想。上面谈到了LCA这种大后掠角无尾三角翼的最大问题是起降性能差。尽管舰载版LCA采取了一些措施提高其起降性能,但是从印度方面公开的图片来看,其降落迎角仍然比较大,是通过大迎角来换取低的进场速度。这一点不得不说,基本型的LCA最大迎角达到了26度,比一些实用边条翼加梯形翼的三代机还大,这赋予了该机出色的大迎角低速飞行能力。但是舰载战斗机着舰如果迎角比较大,不利于观测飞行甲板,给着舰带来困难。这还是在基本空载的情况下着舰,如果其携带部分弹药返航,其着舰将更加困难。此外,印度航母采用滑跃甲板,LCA的起降性能还会进一步限制其起飞时携带的燃油和弹药重量,其作战半径和续航时间不会太高。大概也是出于这种考虑,印度目前正在设计的LCA MK2的海军版在其尾部增加了两片袖珍型平尾,以进一步提高起降性能。

最关键的问题是,现在已经是21世纪20年代了,战斗机不隐身,好意思说是先进战斗机?照这个势头,LCA舰载版5年后兴许能达到服役状态。但那时候,不隐身的战斗机,还能有多大活动空间?

可以预见,印度不会完全抛弃LCA舰载版,印度需要走完舰载机的研制流程,遇到该遇到的问题,解决该解决的困难,有助于印度掌握舰载战斗机的设计技巧,为日后在其本国的中型隐身战斗机的基础上发展舰载版奠定基础。

(本文来自澎湃新闻,更多原创资讯请下载“澎湃新闻”APP)



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