教練機

教練機

飛機特殊機種
所謂教練機就是訓練飛行員從最初級的飛行技術到能夠單獨飛行與完成指定工作的特殊機種。[1]無論是操作軍用或者是民用飛機的飛行員都需要經過一些相同的訓練程序,使用類似的教練機完成基礎飛行課程。常見的教練機分類方式有兩種,分别是兩級與三級制;兩級制區分為初級與高級教練機;三級制為初級、中級與高級教練機。基本和高級訓練教練機用以訓練飛行員掌握大型或高速飛機的駕駛技術,此外還有訓練空中領航員、雷達員、專業人員等所用的專業教練機,一般由轟炸機或運輸機改裝而成,機上配有若幹專用技術教學設備。
    中文名:教練機 外文名:Trainer (aircraft) 所屬學科: 類别:軍用飛機 主要作用:訓練飛行員

定位

但這也是教練機定位混亂的開始。這個混亂對老資格航空工業國家是一個很大的困擾,對于新興航空工業國家則可能成為緻命的陷阱,尤其是借教練機入手,希望建立先進戰術飛機研發能力的雄心勃勃的國家。這很可能成為一個滑溜溜的斜坡,一踩上去就身不由己了。教練機以訓練飛行學員為主業,以作戰為副業,這一般都沒有什麼異議。但主業和副業的定義和兩者的相對比重,這裡面差别就大了。教練機的批量大,使用壽命長,出勤率高,對成本控制和使用經濟性的要求幾乎和民航客機一樣苛刻,這樣就需要盡可能減少不必要的重量、設備和飛行阻力,否則每天背石頭上山,那什麼經濟性都免談。但作為作戰飛機來說,戰場上隻有兩件事是最重要的:生存力和任務完成能力,其他都無關緊要。

戰術飛機種類

教練機作為戰術飛機,一般有兩種:攻擊機和戰鬥機。攻擊機用于攻擊地面目标,教練機具有良好的低空低速操控性能,後座可以用來幫助觀察戰場和操作武器系統,用作兼職攻擊機好像是天然的選擇。但仔細琢磨一下,問題就來了。攻擊機需要暴露于敵人地面火力之下,需要具有一定的抗打擊能力。美國A-10攻擊機和俄羅斯的蘇聯蘇-25攻擊機都有钛制裝甲"澡盆",用于保護飛行員和關鍵設備,教練機要是也背上這麼一個澡盆,那發動機推力和油耗的增加可就太多了。如果在設計時考慮戰時可以增裝裝甲,而平時不裝,這個問題小一點,但留有餘地同樣意味着設計死重,留得餘地越大,死重越大。

攻擊機

攻擊機一般用航炮、火箭彈、導彈和炸彈攻擊地面目标。航炮可以用吊艙,但火線離飛機軸線太遠,瞄準精度不好。發射時的強烈振動和挂架的剛度不足使射擊精度進一步下降,長期的強烈振動也對挂架的強度有害。真正的航炮都是固定安裝在機身上的,或者在機腹,或者在翼根,或者在機頭,或者其他位置。要達到一定的射程、精度和毀傷效果,航炮需要有一定的口徑和初速,這樣航炮的後坐力就較大,炮身就較重。

A-10攻擊機的7管30毫米GAU-8轉管炮不帶炮彈的空重達到2810公斤,裝滿炮彈後頂A-10的空重的16%,要是拆下來放在地上,個子比一輛小轎車都大。由于GAU-8太沉重了,整個A-10飛機差不多都是圍繞着它設計的,成為攻擊機中最大最重的。地勤要把它拆下來之前,一定要把後機身用千斤頂架好,否則GAU-8一拆下來,A-10就要前輕後重跷跷闆了。當然,GAU-8有點變态了,但是用于對地攻擊而有點威力的航炮大多個子不小,太輕飄飄的沒有多少威力,不要也罷。

這樣一來,教練機的重量又要增加了。如果是可拆卸的,那卸下來時飛機重心就不對了。或者說,如果航炮有相當重量而且是可以拆卸的話,教練機的重心設計就會很不好辦,顧得了一頭就難顧另一頭。如果連重心都弄不好,那教練機的飛行質量也就别提了。教練機本身沒有必要需要挂架,一般每個架次的時間都不長,下來加油就是了,所以機内油箱不需要太大,也不需要副油箱。

但戰術飛機需要具有遠程奔襲或者長時間巡邏的能力,機内油箱需要加大,即使不需要像蘇-27戰鬥機那樣變态的40%機内載油系數(機内載油量占正常起飛重量的百分比),也應該至少有戰鬥機平均的28%左右,而不是典型教練機的22-23%(如捷克的L-59和英國的"鷹"式)甚至更低。過大的機内油箱意味着更大的機體,即使平日裡減油起飛,阻力、重量、發動機推力依然要上去,依然降低經濟性。使用副油箱也不能完全解決問題。副油箱需要在挂架和機翼内設置油管和相應的開關,增加系統的複雜性,要不是必要,也是能省就省。蘇-27由于巨大的機内油箱不需要副油箱,所以開始時的設計是根本不能用副油箱的,節約了重量和成本。

對于教練機來說,副油箱隻是翼下挂架的一個用處,火箭發射器、導彈、炸彈都需要是用挂架,這樣就要增加挂架的複雜性,需要在電氣和機械上和各種武器匹配。對于導彈來說,還需要有壓縮空氣管路,用于驅動陀螺。多用途挂架在技術上沒有問題,但這些設備和功能都不是教練機部需要的,教練機每天上天背着那麼多的包袱,日常經濟性成了大問題,維修、備件都成了問題,多一件設備,就多一份日常的維修和更新,到臨戰了再大檢修、大更新是不行的。

現代戰場的防空火力日益強大,攻擊機沒有一定的防護,隻有靠隐身來增加自身的生存能力了。歐洲MAKO教練機是第一種采用隐身設計的教練機,前機身有顯着的隐身修形。且不說MAKO的隐身能力究竟有多少,戰鬥機比教練機更強調隐身,如果有不影響氣動設計的隐身方法,人們早就蜂擁而上了。如果教練機為了有限的隐身而嚴重損失了經濟性,那可能會得不償失。

戰鬥機

作為戰鬥機,飛行性能和武器能力上的要求隻會更高。戰鬥機要求相當高的速度和高度,一般教練機沒有這樣的要求,即使為了滿足中等性能戰鬥機的基本要求,也需要将最大速度增加到至少1.5倍音速左右,升限也相應增高。為此,教練機常用的中低流量比非加力渦扇發動機不能用了,要用戰鬥機的低流量比加力渦扇發動機。

中國的K-8教練機使用美國的TFE731發動機,這恰巧也是很多公務飛機使用的發動機,就是因為其油耗低、可靠性好。但是TFE731用于超音速飛行就勉為其難了,台灣的IDF用加力的TFE731是沒有辦法,不是因為這是理想的戰鬥機發動機。韓國的T-50就是用美國F-18戰鬥機上使用的F404發動機,這更加适合于超音速飛行,但成本、油耗都上去了。IDF倒真是應該用單台F404兒不是兩台TFE1042的。

戰鬥機發動機追求終極性能,像高性能跑車發動機;教練機發動機追求可靠省油,像出租汽車發動機。兩者要求不一樣,用後者代替前者根本不能達到性能要求,用前者代替後者則損失可靠性和油耗。使用戰鬥機發動機對教練機的使用經濟性是另一個壞消息。戰鬥機的機動性要求比教練機高很多,這要求機體作很大的加強,這又是重量增加和由此産生的使用經濟性損失。

這還沒有涉及到航電。教練機不需要太多的航電,隻要有基本的飛行儀表和通信就夠了。但作為戰術飛機,火控系統是必要的,而且需要和所有配套的武器相匹配。現代火控可不簡單,紅外、微光、激光、雷達,這些探測設備的重量和成本都不低,座艙顯示也要跟上去。雖說現代火控都數字化了,隻要硬件在,軟件可以随時更新,但平時隻裝"架子"硬件而沒有相應的軟件對節約重量和成本沒有什麼作用。軟件是沒有重量的,軟件成本主要在開發,而不在于複制。既然已經開發出來了,載入還是不載入火控系統對軟件的成本幾乎沒有影響。

硬件成本和産量有關系,但也是有限度的,到研發和工裝成本已經可以忽略不計的時候,材料、制造等成本就決定了硬件成本下降的空間。教練機要是打進現代火控的成本的話,那成本肯定低不了。如果隻用簡易火控呢?戰場上隻有第一,沒有第二,簡易火控隻有在敵人很肉的情況下有效,但是除了根本負擔不起現代戰鬥機的國家外,連教練機都擔當重任的時候,敵人不會太肉,這時教練機的戰場生存能力就很成問題了。但是要把火控升級到可以一戰的程度,成本又大大升高了。現代戰鬥機的高昂成本不是天上掉下來的,也是在嚴格的成本控制之下依然這麼一點一點爬上去的。

一分錢一分貨,便宜出好貨的事人人想做,但除了衆裡皆混我獨清的情況外,戰鬥機做不到的低成本,換成教練機也未必做得到。現代戰鬥機已經成為高度複雜和昂貴的系統,但其能力也高度強大。為了控制成本,作為兼職戰鬥機或者兼職攻擊機的教練機一般比專用戰鬥機或者專用攻擊機的性能要有所下降,但下降太多又使得這種兼職失去意義,隻能迫使兼職升級成準專職,走向危險的"性能要求爬升"(performancecreep)的道路,最終導緻價格的自殺性螺旋式上升。

遭遇挑戰

飛行仿真器對教練機是另一個挑戰。飛行仿真器的仿真精度越來越高,可以完成很多過去必須上天才能完成的訓練,但是終究不能取代教練機。不說别的,做危險動作的時候,仿真器上失敗了可以再來,在飛機上就不一定有這個再來的機會。這種心态的差别是仿真器無法複現的。

飛行仿真器是種種仿真器的一種,說穿了就是用和飛機座艙相同的環境,模仿飛行時的狀态。座艙硬件要做得和真飛機一樣,這不難。但飛行特性要和真飛機一樣,這個難度非同小可。即使在計算機技術高度發達的今天,仿真用的數學模型依然是高度簡化的。這一方面是實時計算速度的需要,另一方面是“囊中羞澀”,對複雜的物理現象依然缺乏微觀的了解,隻能用簡化模型來籠統地描述。在飛機設計時,用超級計算機解算Navier-Stokes方程尚且花費時日,飛行仿真器隊複雜氣象和燃油消耗或者投放武器而引起的重量變化的實時計算如何可能?

這麼說吧,現代戰鬥機的風洞和試飛時間比50年代是更長了,而不是更短了,這不是現在的人們比過去知道的少了,而是現在的人們的要求更高了。飛得更高,更快,更猛,外挂更加複雜,空氣和飛機的相互作用離簡化的理想狀态也就更遠,這也使得飛行仿真器更難精确仿真。用數字線控裡的飛行模型做仿真模型可以嗎?當然可以,但線控和仿真有一個關鍵的差别,線控是閉環環境,對于氣動數據估計的誤差可以通過對周圍物理世界實測反饋來實時調整補償,仿真器就沒有這樣的條件了,一切都是開環的,隻能将錯就錯。這是仿真器不可能取代教練機的另一個原因。但是要求不高的時候,仿真器确實可以代替很多基本訓練的飛行小時,這使得教練機隻有向高端發展,隻有在仿真器裡無法精确仿真的科目裡才有優越性,這變相地把教練機往高裡推了。

中國

對于中國人來說,最引人注目的教練機當然是中國自己的。中國現在有三種高教:中國K-8教練機、JL-9和L-15。K-8實際上是中教,當它高教使用是勉為其難了。JL-9是殲教-7的大改,在基本技術上已經落後于時代,貴航在打時間差,指望搶先投用,而L-15在成本和進度上出現問題,好乘虛而入,否則是沒有機會的。所以,中國人的眼光都在L-15上。

L-15是中國教練機的老字号洪都的手筆,外觀上和雅克-130很像,其中的是非這裡就不去評說了。和雅克-130一樣,L-15也是雙發、大邊條,但具有超音速能力和翼尖空空導彈挂架。顯然,洪都的胃口不僅僅在于高教,而是和T-50相似的高性能戰鬥機的思路。然而,L-15的成功還是必須從教練機開始,否則生命力堪憂,這也是不争的事實。作為一架高級教練機,L-15怎麼樣呢?

L-15将和T-50、雅克-130一樣,具有相當出色的飛行性能,可以模仿高性能第三代戰鬥機,為殲-10、殲-11的雙座戰鬥教練機減負,并擔當一些低端的作戰任務。但L-15的問題也和T-50、雅克-130一樣,在于成本效益,尤其在中國已經有了低成本戰鬥機FC-1和低成本教練機JL-9的情況下。作為戰鬥機或者攻擊機,兼職的L-15的作戰能力很難超過專職的FC-1。雙發的L-15采用了線控、玻璃座艙等先進技術,作為簡易戰鬥機來說,在成本上也很難比FC-1更低。

事實上,如果采用非加力的單台WS-10A或許經濟性會更好。如果FC-1研制雙座型,将形成性能強大的教練戰鬥機和價格低廉的戰鬥教練機之見的競争,可能進一步擠壓L-15的生存空間。L-15據說具有訓練艦載戰鬥機飛行員的使命,所以特别強調大迎角和低空低速性能,然而,在中國海軍在近十年内不大可能擁有足夠多的航母以至于可以空出一艘來專做訓練之用,航母飛行員的初級、中級訓練基本上還是要在陸地上進行,L-15的上艦機會隻得懷疑。

在這樣的情況下,L-15的生存取決于JL-9,隻有L-15的成本足夠低,而且能夠做足夠多JL-9不能做的飛行動作,L-15才有意義。但這個包票很難打,或者說,在保證L-15的成本足夠低的條件下很難。總而言之,L-15的前景不取決于性能,而取決于性價比,洪都要使沒有認清這一點,在國内市場上可能遇到困難,在國際市場上将更加困難。但是從另外一個角度看,洪都或許可以借此機會獲得高性能戰鬥機的設計經驗,為以後中國的戰鬥機研發提供一個新鮮的視角,但這已經超過教練機的範疇了。

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