未曾谋面的:歼9--中国空军永远的痛!
一、实战的需要
1960年末至1961年春,为了缓解与美国对峙所带来的巨大压力,赫鲁晓夫向中国表达了缓和两国关系的意愿,自1959年来一度剑拔弩张的中苏关系稍见好转,虽然两国在1961年秋苏共召开22大时便因中国反对批判斯大林而再度闹翻并彻底决裂。但对中国空军而言,这段为时不到一年的“二次蜜月”却给他们送来了一个极为珍贵的礼物——米格-21战斗机。
1962年,直接从苏联引进的12架米格-21战斗机开始以“歼击-7型”战斗机的编号加入中国空军服役。而当时它最主要的作战对象便是凭借着自己过人的高空性能时常游弋于中国上空的美制U—2型高空侦察机。
应该说,在60年代初期,不要说在中国空军中,就是以当时的国际标准来衡量,歼7也堪称是一种性能优良的战斗机。但是,从1963年冬季至1964年初,歼7飞机在其参加的一系列高空作战中陆续暴露出一系列问题如:
1、升限留空时间短,无法在高空保持足够的作战时间;
2、高空高速性能差,在高空作战时的机动性不佳;
3、没有雷达,只能采取地面引导的作战方式,反应时间过长;
4、缺乏合适的空空导弹,只能使用机炮作战;
5、起飞着陆性能不佳;
实际的作战需要压倒一切!刚刚开始尝试完全独立自主的中国航空工业立即以米格21为基础开始着手进行新一代战机的开发工作。
二、一波三折的选型过程
1964年初,三机部601所开始考虑改进歼7,并确定改型机的改进重点为:提高高空高速性能、增大航程,提高探测能力,以满足部队的高空作战需要。
1964年10月25日,六院在沈阳601所正式召开了“米格-21和伊尔-28改进改型预备会”。
对于伊尔-28(轰-5)的改进主要集中在动力系统上,根据部队1962年提出的建议,沈阳航空发动机设计所提出了以涡喷-6型发动机为基础,开发一型全新的涡扇发动机作为轰-5的新发动机的改装方案。该发动机最后定名为涡扇-5,是我国自主开发的第一型涡扇发动机。
而对于米格-21的改进,601所以当时美国空军的主力装备F-4B为赶超对象,确定了以下设计指标:
1、升限20000米
2、最大马赫数2.2
3、基本航程l 600千米
据此,601所在会上提出了两种米格-21改型方案:
第一种方案为米格—21渐改型:
飞机气动外形基本参照米格-21飞机,不做大的改变,同样采用了机头进气模式。该方案同米格-21最大的是,发动机由单变双,装用两台涡喷7发动机的改进型。简单的说,该机就是米格—21的放大版本。
第二种方案则为米格-21大改型:
飞机的气动布局做了较大的修改——用机身两侧进气模式取代了米格—21的机头进气模式,以留出机头空间安装新型机载雷达,发动机则继续采用单发布局,但是选用了606所新设计的推力为8500千克的加力式涡轮风扇发动机——即我们前文提到过的涡扇-6型发动机,取代了米格-21原有的涡喷-7型发动机,以满足该机飞行性能提高所带来的动力需要。
会议上,与会人员为究竟选择哪种方案而争执不下,最后,在我国国防科技部门内享有崇高威望的钱学森先生一锤定音——选择更为稳妥的第一方案。
虽然单纯的从技术指标来看,第二种方案无疑具备更大的吸引力。但考虑到我国航空工业直到1967年才基本掌握米格-21生产技术的现实,选择第一套方案无疑更为务实稳妥。
1965年1月12日~17日,三机部在北京召开了航空工业企事业单位领导干部会,会议期间,时任三机部副部长的段子俊同志专门主持召开了新机研制工作座谈会。再次探讨了新机的方案选择问题。考虑到我国航空工业当时只部分具备仿制苏联米格—21的技术能力,尤其是当时国际航空业上对于涡扇发动机的研究也是刚刚起步,而我国航空业也仅仅具有仿制和改进苏式涡喷发动机的经验,虽然当时涡扇5的开发工作进行的还算顺利,但与会人员还是对第二方案配套的新发动机能否及时到位表示了一定的担心。
最后,会议一致同意以米格-21为原型机搞双发设计方案,从而确定了歼-8的研制方向。
虽然已经选定了歼-8方案,但考虑技术储备的需要,同时也是顾及到为部队提供另外一种可能的选择。三机部在会后又决定在进行歼8战机研制的同时,在小范围内开展对于第二方案提出的新型单发战斗机及配套的涡扇发动机和中程空空导弹的技术论证工作。
根据“1月会议”最初的决定,601所按照原本提出的第一方案,按照“以我为主,博采众长”的设计思路,一面继续对仍处于仿制过程中的米格—21进行“技术摸透”,一面密切关注国内外的最新航空技术动态,尤其是原苏联对米格-21所进行的技术改进工作。以此为基础,601所提出了歼-8飞机的初步战术技术要求,并于1965年3月19日上报六院。
作为米格-21的直接改进型,该方案的指导思想主要是根据米格-21在实战中暴露出来的不足进行多种极富针对性的改进——如突出高空高速性能,增大航程,提高爬升率和加强火力。
从这些指标上看,歼-8的最初定位便是一种强调“高空高速”性能的截击机,该机的主要作战对象依然是美国的U-2高空侦察机和苏联的图系列中型轰炸机。
歼-8的具体性能指标要求如下:
1、使用升限19000~20000米
2、最大平飞马赫数2.1~2.2。
601所就歼—8方案提出了这样一个时间表:1967年完成首飞,1970年能小批装备部队。在随后的时间里,歼-8飞机设计方案很快得到了批准。
随后,1965年4月12日,三机部又正式向601所下达了《关于开展歼-9飞机方案设计》的通知,要求在两个方面进行方案论证和比较,从中选一作为歼-9的最终定稿:
1、突出歼击性能,兼顾截击作战和对付低空高速目标,最大马赫数2.3左右,升限20000米左右,航程要大,作战半径大于450千米。
2、突出截击性能,兼顾歼击作战,最大马赫数2.4~2.5,升限21~22千米,作战半径350千米。
飞机总重量则要求控制在14吨左右。
基本上,空军在歼9的方案选择上仍然和歼-8一样突出了“高空高速”的特点,但和被完全定位为高空高速型截击机的歼8不同的是,歼9在设计之初便已经考虑到了将其作为争取空中优势的制空型战斗机的可能,这一设计要求在其后的歼9发展过程中不断体现出来。
1966年4月1日,三机部向国防工办,国防科工委呈报了《歼9飞机设计方案》。国防科工委随即开会审查了歼-9飞机的设计方案,并向军委呈报了《歼9飞机战术技术论证报告》。
中央军委在审查了两个方案后,最终决定按第一方案研制歼9飞机,并在设计指标上进行了一定的改动,确定歼—9的最初设计指标为:最大马赫数2.4,升限21000米,最大爬升率200米/秒,最大航程3000千米,作战半径600千米,续航时间3小时。
作为歼-9计划的配套工程,涡扇6型涡扇发动机和PL—4型中程空空导弹的研制工作也于同年分别在沈阳航空发动机研究所和三机部612所及株洲航空发动机厂全面展开。
三、艰难跋涉
如前文所述,歼-9在设计之初便被定位为米格—21的大改型,在技术继承性上明显要低于采用“渐改”方案的歼-8方案,这在提升飞机性能的同时也大大的增加了该机的研制难度。
而在歼—9的具体研制过程中,军方的性能要求一改再改,迫使研发部门不得不一再的修改设计方案,对歼-9的正常研发造成了极为不利的影响。
1、从歼-9 I到歼-9 IV
根据歼-9的最初研制要求,1965年起,601所便开始进行歼-9气动布局参数的选择,最后遴选出了4种机翼平面形状,即:
1、前缘后掠50度的后掠翼
2、后掠57度的三角翼
3、前缘后掠55度的后掠翼
4、双前缘后掠角的双三角翼
601所对四种机翼平面形状方案均做出了模型,进行了风洞实验。
当时考虑的最多的一个问题是,采用后掠翼还是三角翼?
这两种方案是当时国际上超音速飞机气动设计方案的主流。两者都是通过采用前缘后掠的方法来减少飞机超音速飞行时的飞行阻力,进而增加机翼的临界马赫数。
但是如果超音速飞行增加到马赫数为2.0时,要采用后掠翼方案就必须使前缘后掠角大于60度,但前缘后掠角过大,翼根结构受力就会恶化,将增加结构重量,低速时空气动力特性也将恶化,升力下降,阻力增加,将直接影响到战机的机动能力,故采用大后掠翼形式对于突出高空高速性能的战机很不利。
相比之下,在当时还属于“新生事物”而三角翼则比较适用,不但具有后掠翼所具有的优点,而且比较长的翼根弦长保证了根部结构受力状况,减轻结构重量,还有助于保证飞机的纵向飞行稳定性。
从技术储备方面看,我国当时共装备3种型号的歼击机,歼-5(米格-17)和歼—-6(米格-19)采用的都是相对较为保守的后掠翼方案,最新的歼-7(米格-21)则采用了原苏联空气动力学的最新成果——三角翼布局。相比之下,采用后掠翼方案更为稳妥,但考虑到当时国际上战机发展的最新潮流,我国航空设计人员在歼-8、歼-9两个方案上还是选择了三角翼方案。601所最后淘汰了前三个方案,又把三角翼的前缘后掠角改为55度,称为歼9 IV方案。
歼-9IV方案是一种正常布局形式的三角翼方案,在气动设计上除机头改为两侧进气外,其余均与歼-7、歼-8相同,整体上和FC-1的最初型号——超-7的气动外形颇为相似,只是尺寸上要大得多。该机可以看作是米格-21的两侧进气放大型,最大限度的保证了技术的继承性。
但在1966年第四季度到1967年初进行的风洞实验中发现,歼-9 IV方案的机动性不够理想,难以满足最初的设计要求。
于是,601所又提出了新的无尾三角翼方案,称为歼-9V方案。歼-9V方案是两侧进气的无尾三角翼飞机,外形上和闻名遐迩的法国“幻影”系列战机颇有几分相似,该机采用前缘后掠角60度的三角翼,翼面积达到了62平方米。
由于机翼面积加大,翼载荷相应降低,歼-9V方案的机动性较歼-9IV方案有了明显的提升,但因取消尾翼和采用大三角翼所带来的一系列问题——如升降副翼的刚度和操纵功率不足,以及零升力矩带来的操纵困难却难以解决。
在此期间,作为歼-9直接竞争对手的歼-8则发展的较为顺利。1966年底,601所完成了歼—8的全部图纸设计工作。1966年8月,112厂(沈飞)开始试制两架原型机,1968年6月,歼-8战斗机的01号原型机总装完成。
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