并非只是減重

鄧濤

一個直觀的變化

由于DSI技術(shù)的引入，進(jìn)氣道的變化成為新、老兩版殲10最明顯的區(qū)別。DSI，即無附面層隔道超聲速進(jìn)氣道的縮寫（Diverterless Supersonic Intake），也有人根據(jù)其外形稱之為“鼓包式”或者“蚌式”進(jìn)氣道。這種進(jìn)氣道在結(jié)構(gòu)上的突出特點是取消了傳統(tǒng)超聲速進(jìn)氣道上面的附面層隔道（這就是 DSI 名稱的由來）以及其他一些復(fù)雜機(jī)構(gòu)，取而代之以一個形狀巧妙的“鼓包”，既減輕了結(jié)構(gòu)重量，也減少了生產(chǎn)和維護(hù)成本。由于F-35采用了此種設(shè)計，DSI因此變得廣為人知，以至變成了航空技術(shù)前沿的代名詞。不過有意思的是，雖然DSI的概念最早是由美國人在上世紀(jì)70年代提出的，并在90年代率先進(jìn)行了實踐，但目前世界上第二個也是最大范圍應(yīng)用DSI技術(shù)的國家卻是中國——從FC-1到“山鷹”，從殲20到殲10B，時髦的DSI 在新一代中國軍機(jī)（或改型）上遍地開花，成為了最普遍的技術(shù)特色。但值得注意的是，在目前所有應(yīng)用DSI的中國軍機(jī)中，以殲10B的情況最為特殊——這個技術(shù)應(yīng)用的背后，可能隱藏著某些深邃的東西。

有些特別的底色

將殲10B視為一種技術(shù)再升級的產(chǎn)物并無不妥，但若僅僅如此卻又是不明智的。至于這其中的原因，要從基本型殲10的“底色”中去尋找。殲10A曾使人無比振奮，一個重要原因就是高度的機(jī)動性——全動式鴨翼布局可以利用鴨翼與機(jī)翼的有利干擾，大幅度提高大迎角升阻比，對提高機(jī)動性有很大好處。事實也的確如此，殲10研制之初對機(jī)動性非常重視，為此抗過載設(shè)計也被擺到了一個相當(dāng)?shù)母叨壬希@是此前的國產(chǎn)飛機(jī)設(shè)計中從未有過的現(xiàn)象。然而同時應(yīng)當(dāng)意識到，特殊的時代烙印在殲10身上從來是不可忽視的。1981年年底，時任國防科工委副主任的鄒家華向鄧小平建議，開始搞新一代殲擊機(jī)，預(yù)計初期投資在5億元，鄧小平批示“新殲項目較為重要，前期投資5億左右，目前花錢也不多，擬同意”，我國的自制三代機(jī)就此拉開序幕。而此時，“北方強(qiáng)鄰”雖已一腳踏入阿富汗這個“帝國墳場”，但高大健壯的身軀卻還看不到太多的疲態(tài)，以圖-22為代表的高空高速目標(biāo)仍然令我們?nèi)绻Ｔ诤怼Ｓ谑怯捎跁r代背景的緣故，特別是在殲9下馬后，殲10保有相當(dāng)?shù)母呖崭咚倌芰κ潜仨毜?，甚至要作為整體設(shè)計的重心來加以考慮，并為此不惜在其他性能上有所取舍。

這就決定了殲10的“底色”很是有些特別，至少與同一級別的其他三代機(jī)區(qū)別明顯。對此，進(jìn)氣道的設(shè)計說明了一切。一般來講，超聲速狀態(tài)下，要想令前方氣流減速至亞聲速，以便使發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)平面處的氣流速度達(dá)到可以接受的水平，需要利用激波。激波本身是一個致密空氣層，超聲速氣流穿越激波之后，速度大幅下降，而溫度、壓強(qiáng)等卻急速增大。進(jìn)氣道就是通過激波壓縮空氣使之在進(jìn)入擴(kuò)壓段之前減速至亞聲速。所以，越重視超聲速性能的戰(zhàn)斗機(jī)，越要選擇所謂的多波系進(jìn)氣道——進(jìn)氣道內(nèi)采用一個至數(shù)個壓縮斜面，利用這些斜面壓縮空氣，產(chǎn)生激波；反之則以簡單的正激波進(jìn)氣道為佳。對此，同樣為單發(fā)、機(jī)腹進(jìn)氣布局的F-16是一個很好的參照物。F-16 設(shè)計重點不在超聲速，因此采用了最簡單的單一正激波壓縮的進(jìn)氣道設(shè)計（也就是所謂的皮托管），而相對于“戰(zhàn)隼”的簡約，我們在殲10A的進(jìn)氣道中卻看到了明顯前伸的壓縮斜板（同時兼作附面層隔板）——這是一種典型的二元側(cè)壁可調(diào)多波系結(jié)構(gòu)。殲10A的底色究竟是什么？答案已不言而喻。

然而問題在于，在首飛20年后的今天，我們是否還需要一架“過份重視超聲速性能”的殲10？事實上，這已經(jīng)讓殲10A付出了不小的代價?？缏曀贆C(jī)動性與超聲速性能從來都是飛機(jī)設(shè)計中的一對傳統(tǒng)矛盾，而戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)動又是一個很有趣的話題，很容易有太多的迷思和想當(dāng)然。雖然全動鴨翼布局，從飛行原理上是最適合高敏捷飛行的，但突出截?fù)粜阅?、兼顧殲擊作?zhàn)的殲10A在跨聲速機(jī)動性上可能并沒有想像中那般給力。當(dāng)然，我們可以說這是一種特殊的時代烙印，是由最初的“頂層設(shè)計”決定的，但在空戰(zhàn)環(huán)境已經(jīng)大大發(fā)生了變化的今天，殲10B的出現(xiàn)，難道還只是一次不觸動頂層的技術(shù)升級？

A到B，不僅僅是減重？

作為殲10A的“底色”反映在結(jié)構(gòu)上的一種表征，同時也作為一種整體設(shè)計理念與局部性能相互妥協(xié)的結(jié)果，其二元側(cè)壁可調(diào)多波系進(jìn)氣道雖然最大程度地保持了跨聲速機(jī)動性的同時，確保了超聲速飛行時有足夠的剩余推力，并使最大平飛速度能夠達(dá)到2馬赫以上。但問題在于這種進(jìn)氣道的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，由此導(dǎo)致了很多問題，特別是超重。據(jù)公開資料顯示，殲10A飛機(jī)的進(jìn)氣道技術(shù)原型最早出自20世紀(jì)70年代美國提出的“F-16保型11B進(jìn)氣道方案”，結(jié)構(gòu)上的特點是進(jìn)氣道上唇口前緣縱向位置略靠后于風(fēng)擋隔框，附面層隔道高度較大，內(nèi)部有曲線邊緣錐體使附面層向兩邊排出，進(jìn)氣道側(cè)壁作了明顯的倒切，進(jìn)氣道肩部開有百葉窗狀的附面層放出縫。進(jìn)氣道第一級壓縮斜板為固定式，斜板角度大約在10°以內(nèi)，第二級壓縮斜板為可調(diào)式，在第二級壓縮斜板上開有附面層吸除孔。雖然根據(jù)激波搭唇口的外壓式進(jìn)氣道的設(shè)計原則考慮，殲10A的進(jìn)氣道采用的是三波系設(shè)計，并不存在第三級壓縮斜板，準(zhǔn)確的描述應(yīng)該屬于二元三激波可調(diào)節(jié)進(jìn)氣道，不比F-15 的二元四激波可調(diào)節(jié)進(jìn)氣道，但既便如此，這樣的結(jié)構(gòu)在復(fù)雜性上也已經(jīng)相當(dāng)可觀。于是，有人將殲10B采用DSI進(jìn)氣道的原因歸結(jié)為“減重”。

當(dāng)然，這種結(jié)論不能說是錯的。由于缺乏地面和水面的直接支撐，重力對于航空航天器的影響程度之大，是其它交通載具，比如汽車、火車、輪船所完全無法相比的。相應(yīng)的，重量控制也就必然成為飛機(jī)設(shè)計中的極端核心問題之一。在定型后的各種改進(jìn)過程中，如何在保證功能和性能不縮水的情況下盡可能的減小重量，始終是飛機(jī)設(shè)計單位時刻需要關(guān)注的重點。正如前文所述，DSI進(jìn)氣道的一大優(yōu)點正是簡化的結(jié)構(gòu)與減輕的重量。DSI進(jìn)氣道是根據(jù)錐形流理論，采用乘波原理設(shè)計的，錐形波附著在壓縮面的邊緣。由于錐形流本身的特點，DSI進(jìn)氣道的壓縮曲面上存在著較強(qiáng)的壓力梯度，可以將大部分附面層吹出進(jìn)氣道口外，所以在DSI進(jìn)氣道上可以不采用附面層隔道、吹除/抽吸裝置，自然使結(jié)構(gòu)大為簡化，重量大為減輕。換句話說，DSI 實際是針對常規(guī)進(jìn)氣道的進(jìn)氣口部分進(jìn)行的改進(jìn)。精心設(shè)計的三維壓縮面配合進(jìn)氣口，不僅可以完成傳統(tǒng)附面層隔道的功能，還可以提供氣流預(yù)壓縮，從而提高進(jìn)氣道高速狀態(tài)下的效率，并減小阻力。隨著進(jìn)氣道調(diào)節(jié)系統(tǒng)的取消，重量自然減輕，這種變化當(dāng)然是有利的。不過耐人尋味的是，殲10A列裝數(shù)年之后，通過相關(guān)設(shè)備、配套訓(xùn)練體系的改進(jìn)，其9g持續(xù)過載時間勢必不斷增加，再考慮到同時期西方三代改進(jìn)型戰(zhàn)斗機(jī)已經(jīng)實現(xiàn)了超過10g過載持續(xù)幾十秒的研究水平，如果這意味著殲10A的“底色”正在發(fā)生著悄然的轉(zhuǎn)變，那么殲10B的出現(xiàn)就沒理由不是這種轉(zhuǎn)變的深入——DSI技術(shù)的應(yīng)用顯然不只是“減重”這么簡單。