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大卫之鹰,以色列“狮”式战斗机研发始末

来源:空军之翼作者:Armstrong责任编辑:伍行健
2020-07-10 10:36

1973年的中东战争打破了以色列军队不败神话:情报预警系统失灵,地面防御系统遭到破坏,军队纪律和动员出现严重问题,近500辆主战坦克被摧毁,近三分之一的战斗机遭受损失。战后检讨导致以色列航空工业公司(IAI)根据“鹰”(Nesher)战斗机专门发展了其J79发动机改进型——“幼狮”(Kfir),用于攻击地面目标。但“幼狮”只是基于法国“幻影”5的临时解决方案,到70年代末,以色列空军意识到自己需要一种全新战斗机。

“狮”的诞生

通过生产“鹰”和“幼狮”,以色列此时已经积累了研制战斗机所需的经验,于是着手制定了雄心勃勃的轻型战斗机自研计划,命名为“狮”(Lavi)。“狮”将是一种战斗轰炸机,被设计用来直接取代代以色列空军现役的“幼狮”和更陈旧的A-4“天鹰”攻击机。

以色列政府试图通过研制“狮”增加工作岗位,留住航空工业所需的高技术人才,并增加以色列战斗机的出口竞争力,降低美国对以色列的政治影响。更重要的是与当时埃及即将获得的F-16A/B战斗机相比(此时以色列刚接收首批F-16),“狮”是一种为以色列空军定制的武器,没有泄密之忧。以色列估计整个项目的开发成本为7.5亿美元,每架“狮”的制造成本是700万美元。

以色列政府在1979年宣布了“狮”式战斗机,项目在1980年2月正式启动。当时以色列空军拥有全球空军中最丰富的战斗经验,毕竟自1948年以来一直在为生存而战,因此全世界航空工业都对以色列将要研制什么样的战斗机很感兴趣。美国在原则上支持该项目,并同意以色列使用美国提供的外国军事销售(FMS)信贷来购买“狮”所需的美制组件。

一开始,“狮”被定位成一种轻型近距空中支援和战场遮断战斗轰炸机,仅需执行次要空战任务,该机具有单座型和双座教练型,后者将具备全部作战能力。IAI为“狮”选择了通用电气公司的F404涡扇发动机,这种发动机发展自YF-17的YJ-101,已被F/A-18“大黄蜂”舰载战斗机采用,最大军推4990千克,最大加力推力8028千克,能提供现代战斗机发动机的所有无忧操作,似乎是一个不错的选择。

F404还是PW1120

但情况很快发生了改变,“狮”的设计理念在1982年发生了很大变化,进化为高性能多用途战斗机,需要同时胜任近距空中支援和防空及空中优势任务。显然以色列空军对“狮”的生存能力提出了更高要求,轻型战斗轰炸机已经无法在现代战场上幸存。

为了实现该目标,“狮”在总体设计上需要将小型化、气动效率、高机动性、复杂软件系统,以及高速、远程挂载大型有效载荷的能力结合在一起。以色列政府于1982年批准了IAI制造5架“狮”原型机,其中三架是双座型。该机在当年10月开始全面开发,生产目标为至少300架单座型和60架双座教练型。

性能增强也意味着“狮”的重量直线上涨,到1982年10月,“狮”的最大起飞重量已经达到17吨,并仍在快速攀升。F404此时已经推力不足,因此“狮”改用了普惠PW1120涡扇发动机。PW1120是F100发动机的缩小型,后者已被F-15“鹰”和F-16战斗机采用。PW1120保留了F100核心模块、传动箱、燃油泵、前涵道和数字式电子控制装置,两者之间的通用性达到70%,只有宽弦低压压气机、单级无冷却低压涡轮、简化的单气流燃烧室和轻型尾喷管是全新设计的。

PW1120原型发动机于1982年开始试车,1984年开始进行飞行测试,当时计划在以色列境内由贝特谢梅什发动机公司按许可证制造。由于PW1120与F100的通用性,以色列空军无需为这种发动机储存过多单独备件。

PW1120的飞行测试是在一架F-4E“鬼怪II”战斗机上进行的,该机不仅被用于“狮”式战斗机的研发,还是“战锤2000”战斗机的原型机,后者将升级现代航空电子设备和系统,并使用PW1120取代冒黑烟的通用电气J79涡喷发动机。PW1120最大军推6350千克,加力推力9298千克。

PW1120的试飞非常成功,使F-4E在不开加力的情况下超过1马赫,战斗状态推重比达到1.04,比标准F-4E高出17%,挂载18枚炸弹时的低空最大速度从1046公里/小时增至1120公里/小时,持续转弯速度提高15%,爬升速度提高36%,中等高度加速性提高27%。1987年“战锤2000”原型机在巴黎航展上进行了表演。

机身设计

“狮”是一种单发多用途战斗机,主要被设计用于执行高速突防打击任务,同时还有较高的机动性和生存能力。

人们总是喜欢将“狮”与F-16进行比较,因为这两种战斗机有相似的设计特点。从本质上讲,“狮”的体形更小、配备的发动机推力更低,整体推重比低于F-16。与传统布局的F-16不同,“狮”从一开始就被确定采用近耦鸭式三角翼布局,这是因为IAI已经在“幼狮”上积累了关于这种气动布局的丰富经验。三角翼重量相对较轻,可在提供足够的燃料容量,大迎角时,鸭翼提供了额外升力和方向控制。

“狮”的翼面积为38.50平方米,比F-16的大38%,展弦比2.1,仅为F-16的三分之二。机翼前缘后掠54度,在鸭翼气流影响范围之外布置有前缘机动襟翼。机翼后缘略微前掠,布置有四片升降副翼。和F-16一样,“狮”的机翼翼尖也装有导弹导轨,可挂载两枚“怪蛇3”红外制导空空导弹。全动鸭翼位于飞行员座椅之后的前机身两侧,对座舱视野的影响被降到最小,鸭翼略微上反。

再次和F-16一样,“狮”的垂尾被安装在后机身上方的一个岛型结构上,在大迎角下能凭借鸭翼脱体涡来增强方向稳定性。同样该机也具有类似F-16的两个腹鳍,前三点式起落架设计与F-16接近。

“狮”采用四冗余线传飞控和放宽静稳定性设计(10%至12%之间),驱动9块飞行控制表面,无机械备份。也就是说“狮”是一架静不稳定的飞机,和F-16一样依赖计算机来维持飞行。

“狮”在外观上与F-16最为相似的设计是前机身下方的集成附面层隔板的笑口状皮托进气口,这种设计能提供令人满意的大迎角进气性能。前机身底部扁平,将空气引导至进气口,避免在侧滑状态下出现进气不稳定。“狮”的进气道弯曲程度更大,防止发动机压气机叶片的迎头暴露,降低了迎头雷达截面积。

“为了降低结构重量,“狮”的机翼及其附属结构、腹鳍、机身蒙皮、垂尾、鸭翼广泛采用复合材料制造,复合材料占比达22%,IAI称这将使“狮”的雷达截面积显著降低。

座舱与航电

一般来说,战斗机原型机首先试飞的应该是单座型,然后才是双座型。但IAI首先设计了“狮”的双座型,并将单座型的后座空间预留给未来航电升级。以色列空军计划最初30架生产型“狮”都是双座型,以帮助培训飞行员。

和F-16一样,“狮”也具有一个视野极佳的气泡座舱盖,但不是无隔框设计。该机的座舱没有采用F-16的侧置操纵杆,因为IAI想要一个传统中置操纵杆,根据以色列战斗机飞行员的意见,采用中置测力操纵杆的话,即使飞行员右臂或右手在战斗中受伤,也能用左手操纵飞机返回基地。此外,侧杆还意味着右侧控制台上的空间较小。

由于以色列F-16飞行员经常抱怨颈部疼痛,以及后倾座椅会抬高飞行员的膝盖,导致可用面板空间减少,因此“狮”安装了较为直立的弹射座椅而不是F-16为了提高抗荷能力的大后倾座椅。“狮”采用当时最新的座舱设计,具有HOTAS油门和操纵杆,休斯公司的宽视场衍射平显和三个下视显示器(其中两个是彩色的),后者通过与头盔显示器共享数据来确保显示冗余。

“狮”的航电几乎全由以色列研制,在机鼻安装一台埃尔塔(Elta)公司的EL/M-2035多模式脉冲多普勒雷达。该雷达发展自“幼狮”C2的雷达,在当时属于先进设备,可同时跟踪多个目标,具有上视和边跟踪边扫描模式。雷达还具有两种空地模式,以及地形绘制和和地形规避模式。该机还将安装埃尔塔/埃利斯特拉公司(Elistra)研制的电子警告系统,具有主动和被动模式,并得到外挂式电子战吊舱的增强。

发动机与武器

“狮”内油容量3330升,比F-16少了16%,不过可通过更低阻力和和PW1120的更低油耗来弥补。该机最大起飞重量达到19.3吨,略微超过F-16。其普惠PW1120涡扇发动机全加力状态能将“狮”推进到1.85马赫的最大速度。该机挂载8枚340千克炸弹时的作战半径为460公里,空战推重比1.1,最大过载9g。

“狮”具有当时以色列空军的标准武器,除翼下副油箱外,该机位于右翼根部的30毫米内置机炮来自德发公司(DEFA),口径30毫米,每分钟射速1500发。从上世纪50年代的达索“神秘”(Mystere)一直到“幻影”,德发机炮始终倍受以色列飞行员的信任,甚至将其安装在美制A-4“天鹰”上取代原先的20毫米柯尔特Mk.12机炮。“狮”的空空武器是拉斐尔公司(Rafael)的“怪蛇”(Python)3红外制导近距格斗导弹,空地武器将包括Mk.80系列无制导自由落体炸弹、休斯AGM-65“小牛”系列导弹,IAI“加布里埃尔”(Gabriel)反舰导弹和“凸眼”(Popeye)空地导弹。

原型机试飞

首架“狮”全尺寸模型于1985年推出。1986年12月31日,IAI首席试飞员梅纳赫姆·施穆尔驾驶首架“狮”原型机B-01号首飞,他在持续26分钟的飞行中检查了发动机和控制装置,降落后将“狮”的操控性评价为“出色”。

第二架B-02号原型机于1987年3月首飞,同样是一架双座型,两架原型机的后座都被测试设备占用。B-02能在机腹挂载一个副油箱,并安装了一个特殊的空中加油探头和几个新的航电设备。

在试飞中,两架原型机进行了80多架次飞行,飞行速度超过1马赫,迎角达23度。生产中的第3、4、5架原型机将配备生产型机翼、任务航电和其他生产型设备。飞过“狮”的飞行员对其敏捷性和推力赞不绝口,一些专家认为在大多数方面,“狮”的性能可以与F-16C/D媲美,甚至在某些方面甚至超出。该机鸭式三角翼的在静不稳定上的控制权限要优于传统有尾布局,这意味着“狮”能比F-16更快转弯。

但是到了1987年8月,以色列内阁却以12票对11票以及一票弃权的投票结果取消了“狮”项目,此时两架原型机已经完成了82架次飞行,探索了很大一部分的飞行包线。这个决定遭到IAI工人的抗议反对,无济于事。IAI别无选择,只能解雇近5000名员工。

在项目被取消后,IAI仍自行筹资在两年后完成了第三架原型机B-03号,该机被用作IAI的技术验证机,以测试和评估外销航电设备。

“狮”之死

不出意外,和大多数夭折的战斗机研发一样,“狮”之死是高研制成本和政治因素双重作用的结果。美国一开始对这个项目提供了支持,同意以色列使用其对外军事销售(FMS)项目的信贷购买“狮”式战斗机的美国组件,所以这是一种严重依赖美国技术的战斗机。有超过20亿美元的美国援助和技术流入了“狮”研发项目,也就是说美国承担了该机研制成本的很大一部分,高达40%。

到1983年,项目成本已从7.5亿美元研制成本和每架飞机700万美元的制造成本分别猛增到15亿美元和1550万美元,到项目被取消时,单机成本已经接近2000万美元,与F-16相比毫无性价比可言。在美国和以色列,人们都在问为什么要花这么多钱研制这种战斗机?在美国人眼中,与自己的战斗机相比,政府似乎更愿意帮助外国研制战斗机。与“狮”形成鲜明对比的是,1986年11月,诺斯罗普由于缺少军方订单而被迫取消F-20“虎鲨”轻型战斗机项目,损失超过10亿美元,并流失了2000个工作岗位。

在以色列,由于“狮”项目在吞噬大笔宝贵的国防预算的同时却无法在10年内以最佳状态服役,因此受到国防部长的抨击,1985年爆发的经济萧条也使该项目雪上加霜。更为关键的是,如果没有美国的财政帮助,以色列就无法制造出“狮”,因此当美国国会决定撤回资金时,整个“狮”项目就轰然倒塌。

“狮”的取消使以色列彻底丧失了研制战斗机的能力,至今IAI公司仍是全球航空工业的小型竞争者,无法成为重量级选手。与之形成鲜明对比的是,同样是小国的瑞典坚持自主发展战斗机的战略,JAS-39“鹰狮”战斗机在战斗机市场上极具竞争力,这从一个侧面证明了“狮”本来是可以完成的。

按计划,“狮”的总产量约为300架,将从1990年开始交付,全面服役日期约为1992年,IAI生产线每月制造12架,该机将成为以色列空军的核心装备,并获得持续机身和武器升级。“狮”被取消后,美国同意以色列订购额外的F-16,以及以前严格控制采购数量的F-15重型战斗机。

如今,“狮”仍以某种形式存在着,不,当然不是歼-10,而是洛克希德·马丁公司为以色列定制的F-16I“雷暴”(Sufa),“狮”的一些设计理念和技术已被融合到以色列空军的F-16I机队中。此外该机的绰号也被以色列空军进口的M-346高教机继承。

今天,“狮”已经成为回忆,B-01、04和05型原型机被报废拆解,B-02保存在哈泽林(Hatzerim)的以色列空军博物馆,B-03原型机作为IAI先进战斗机和座舱技术的验证机一直飞到90年代。

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