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苏联铁拳 怪物T-4轰炸机

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发表于 2012-12-11 17:54:42 |显示全部楼层



     提起T-4人们都比较陌生,它是六七十年代苏霍伊飞机设计局研制的一种超音速远程战略轰炸机。虽然它采用了不少新技术和新材料,性能也非常先进,但由于制造经费有如天文数字及其他种种原因最终未能投入生产和使用。随时间的推移,该机逐渐被人们所遗忘。如今T-4的原型机被改为静态展示机种已经陈列于莫尼诺空军航空博物馆。



T-4轰炸机的诞生


1960年代美国空军研发出XB-70“女武神”(Valkyrie,国内也有译为“瓦尔基里”者,显然不够传神)超音速轰炸机与A-11(A-12高速侦察机,也就是后来的SR-71“黑鸟”超音速侦察机)之后,由于前两者的高速高空突穿能力对苏联空军造成极大的威胁,因此促动苏联军方提出新的机种需求,要求新的机种能够达成拦截前两者。前苏联军方及航空工业部门提出了:采用竞争的形式,研制超音速战略轰炸机,即用于截获和摧毁巡航导弹的载机计划。参与竞争的有图波列夫设计局、雅科夫列夫和苏霍伊三个飞机设计局。很快它们分别提出了自己的设计方案,除了苏霍伊的T-4之外,图波列夫设计局奉上Tu-135,雅克列夫设计局呈上Yak-33。

Yak-33实在小的可以,相当于英国的TSR-2轰炸机等级,也完全没达到需求;Tu-135的外观与XB-70相当接近,铝合金机身,但是空速只能达到2.35马赫;围绕飞行速度的大小展开了争论,主要有两种意见:第一种意见认为,飞行速度有2000~2300公里/小时就可以了,这种飞机可以用铝合金制造;另一种意见认为,飞行速度要达到3000~3200公里/小时才能实现截获和摧毁巡航导弹的任务,但这样高的速度会产生比较严重的气动加热问题,主要部件必须使用不锈钢和钛合金来制造。考虑到作战任务的需要,最后第二种意见占了上风,苏霍伊设计局的方案正是针对这一要求提出的,因而被采纳,T-4以空速达到3马赫与“毫无妥协”的外观在3个月后中选。

经进一步论证后提出的设计要求是,起飞重量100~120吨,飞行速度3000~3200公里/小时,飞行高度22000~24000米,航程6000公里。根据这一要求苏霍伊设计局又对设计方案进行了修改,修改后飞机取名为T-4这与苏式飞机的传统命名方法是完全不同的。因为飞机的起飞重量超过了100 吨,所以设计局称该机为“100”号。苏霍伊设计局主要负责飞机的总体设计和总装等,同时也有其它飞机设计部门、工厂和研究机构参加。而T-4飞机的工艺设计和制造,原打算让拉沃啤颉蝠设计局及其工厂承担,甚至已试制出了飞机机身隔舱的样件,但后来它们转而研究火箭技术。代替其工作的是“海燕”设计局和图申机器制造厂,它们作为T-4飞机研制单位的一个组成分部,也参加该机的部分设计工作。

T-4超音速战略轰炸机从开始研制到试飞,前后经历了九年时间,而西方研制一种同类飞机一般为5至7年左右,相比之下T-4的研制周期确实是比较长的。造成T-4研制周期长的原因是多方面的,其中最主要原因是技术上的问题。研制重量如此大,飞行速度如此快的大型飞机,对于苏霍伊设计局来说面临很多新的技术问题。技术难度大,需要的时间就多,风险也大。按美国人的说法,其“风险系数”几乎接近100%,而研制一架普通飞机其“风险系数”通常要小一半。

为了选择和确定T-4飞机的气动外形,茹科夫斯基流体力学研究所曾进行过大量的基础研究工作,仅进行过风洞试验的气动布局形式就达20多种。苏霍伊设计局在这方面更是投入了很大的力量,1966年曾在一架苏-9歼击机基础上改装成100Л试验机进行过飞行试验,主要作用是验证T-4飞机的机翼。1968年又用一架苏-7У飞机改装成100ЛДУ试验机,并对T-4的总体布局进行过飞行试验。

据研究证明,T-4飞机在以3000公里/小时的速度飞行时会产生严重的气动加热,其机体前缘部分的表面温度可达到300℃。这就要求飞机结构材料以及有关的部件、设备等具有耐高温性能。为此,苏霍伊设计局和相关研究单位,对可使用的耐热合金、非金属材料、特种橡胶和塑料等及其制造工艺,以及仪器设备的防热保护等进行了广泛的研究。这些研究成果,后来在米格-25等高速飞机的研制中也用上了。

苏霍伊设计局总共制造两架T-4原型机。其中一架用于飞行试验,设计局代号为101(见题图);另一架用于静力试验,设计局代号为100C。

1971年12月30日第一架原型机制造完毕,次年8月22日T-4首次升空。



T-4原型机试飞


1971年12月30日,黑色101号从图西诺厂转移到朱可夫斯基试飞场(Zhukovsky test airfield),但是一直到隔年的4月20日试飞人员才就位;试飞飞行员为弗拉基米尔·伊柳申(Vladimir Ilyushin;就是著名设计师谢尔盖·伊柳申/Sergei Ilyushin的公子;很讽刺的是这个作儿子的一直为他父亲的竞争对手苏霍伊设计局服务,从来没有帮过父亲的忙),领航员为尼古拉·阿尔费罗夫(Nikolai Alfyorov)。至于一直到1972年8月22日,这只大铁鸟才真正一飞冲天。

第一次到第五次试飞的时候起落架都没有收起,所以飞行速度其实一直到1973年8月8号第九次试飞才突破了“音障”,达到了马赫数1.3(M1.3)。T-4可以说是一架健全的飞机,除了小毛病难免之外没有什么大问题;除了一些液压的小毛病与机尾的油槽需要一片耐热钢板之外。T-4最后一次飞行是在1974年1月22日进行的,至此 T-4第一架原型机总共飞行时间为10小时20分钟。



T-4轰炸机的设计特点

在超音速军用飞机中,T-4可算是一个“大个子”,翼展22米,机长44.5米,机高11.2米。从这些几何数据看,与美国现役的B-1B战略轰机不相上下,但比俄罗斯的图-160轰炸机小。

在外形上,T-4与超音速运输机图-144很相似,采用双三角形下单翼和无平尾布局。机身细长,驾驶舱以前的圆锥形机头在起飞着陆过程中和地面停放时可以垂下来,以保证飞行员有良好的视界。座舱后两侧有一对谩颉螨不大的梯形前翼(或称鸭翼),前翼为固定翼,而图-144采用的是可伸缩的活动前翼。前翼不但可起配平和辅助操纵作用,同是在大迎角飞行时有利于改善翼面的流动状态。大谩颉螨的双三角形机翼从前翼后下方一直延伸到后机身两侧,总面达295.7平方米。机翼后缘是全翼展的升降副翼,分为四段,可独立操纵。谩颉螨较大的垂直尾翼位于后机身上部,两侧没有平尾。垂尾后缘的方向舵分为上下两截,也可以独立操纵。

不论是XB-70也好,协和飞机也好,甚至Tu-144,都与T-4的外观大同小异。然而其中比较有趣的现象是,尽管这四种高速飞型机种都有可变式机首的设计,飞行员先将机鼻向下收缩,以便能够进行进场落地的程序;等到起飞后飞行到巡航高度时在将机鼻向上收起以减少空气阻力。

这个动作只有T-4能够完全执行,也就是说当T-4的飞行员将机鼻向上收起之后,飞行员也就完全失去了对前方的视野,而必须借助类似潜艇使用的潜望镜才能看见前方的视野。像这样的设计应该也只有T-4独有。

T-4飞机的全部制造已实现了自动化。96%的焊接作业是自动完成的。材料的利用效率比以往的任何飞机都高出很多,这是因为采用了预先焊接在一起的角材和板材,几乎没有任何废料。尽管在制造“100”号时使用了钛而不是用极易加工的铝合金,但其劳动强度仍然很低,同时,在试验过程中合金材料也得到不断改进。“100”号机翼很整洁,没有边条翼,这可以减小气流的阻力。

由于飞机个头大,飞行速度又快,因此必须装四台大推力的喷气发动机。曾打算选择P-15БФ-300或РД-17-15涡轮喷气发动机(推力147千牛),但由于这两种发动机的推力太小而未被采用,最终采用了雷宾斯克设计局最新研制的РД-36-41型发动机,主任设计师是科列索夫。发动机单台推力 156.8千牛,加力推力可达165.9千牛(16000公斤),这在当时来说是推力最大的喷气发动机。该发动机在研制过程中,曾进行过大量的地面试验,空中试车台试验,同时还装在一架图-16轰炸机上进行过飞行试验。

四台发动机并排安装在后机身腹部的发动机短舱内,进气道前方有一个尖楔体,气流从尖楔体两侧的进气口进入,进气量可根据飞行M数和气压变化进行自动调节。

发动机的供油控制由自动的电子遥控系统完成。飞行中可通过燃料泵调节燃油的分布,以满足飞机重心平衡的需要。为了防止因高温引起油箱起火爆炸,还使用了液态氮中性气体防火系统。在飞机的控制系统中,有两套独立的液压系统,工作压力可达到280公斤/平方厘米。后来苏-27战斗机也使用了这种液压系统。此外,在T-4飞机的电源中,还首次安装了稳频交流电源和直流电备份系统。

机载设备有惯性导航系统,远距前视雷达,侧视雷达,以及光学、红外线、无线电设备等。机载设备控制的配套性及自动化程度都相当高,机组乘员仅有二人(即驾驶员和领航员兼操作员)便可完成所有的飞行和作战任务。此外,设计局还专门为T-4飞机研制了一种新型空对地导弹,该导弹使用末段寻的引导头、射程很远。

考虑到飞行速度较快,飞机表面的气动加热比较严重(前缘部位的温度可达到300℃),开始设计时是打算不安装普通座舱盖的,只在座舱上留一个圆形舱盖口,机组人员可从此进出座舱。机头处装有潜望镜,可供飞行员驾驶飞机起落时使用,而在其它情况下都进行仪表飞行。后来才改用机头下垂的办法,解决了飞机起落和停放时视野不好的问题。在飞机的着陆系统中,主起落架装有双室式减震器和双重充气装置,可旋转后向后收起。

进行过试飞的第一架T-4原型机(101),空重55.6吨,正常起飞重量114吨,最大起飞重量125吨,载油量57吨,最大速度3200公里/小时,巡航速度3000公里/小时,实用升限20000~24000米,航程7000公里,起飞滑跑距离950~1000米,着陆滑跑距离850~900米。携带武器只有2枚空对地导弹。



苏霍伊设计局原计划再制造几架原型机,以完成T-4飞机的各种试验和继续发展工作。其中已试飞的第一架原型机101号,继续用于研究飞机在最大飞行速度条件下的安定性和操纵性,以及其它试验;计划制造的新的102号原型机用于航行设备的发展试验;103号原型机主要用于新型导弹的试验;105号原型机用于进行航空电子设备的发展试验;而106号原型机则用于攻击侦察武器系统的试验。除此以外,苏霍伊设计局还提出过发展用变后掠翼的T-4М超音速侦察机和 T-4МС超音速战略轰炸机计划。但是,实际上这些计划都没有实现,不仅没有再制造新的原型机和发展新的型别,而且已有的101号飞机的试飞也未能继续下去,在它完成最后一次试飞以后,先在茹科夫斯基试飞中心放了八年,最后被莫尼诺市加加林空军学院内的空军航空博物馆所收藏。

虽然T-4体积大约只有XB-70女武神的70%,载弹量也少,但是T-4飞机能够摧毁 3000公里以外的地面和海上目标。尽管该机没有采用变后掠机翼,但它的速度范围比较宽,如果作为侦察机使用也应该是不错的。然而,正象前苏联科学院院士斯维舍夫所说:影响这种具有划时代意义飞机发展速度的是由于存在来自多方面的“暗礁”和“绊脚石”。

起初,苏联的国防工业体系和航空工业部都为T-4飞机大唱颂歌,将其研制工作定为优先保障项目。在当时的五年计划(1970-1975年)中,空军计划在喀山飞机制造厂制造250架T-4飞机。曾有一次,航空兵主帅库塔霍夫视察飞机并从座舱中出来后高喊到:“这是真正的俄罗斯怪物!”俄罗斯院士斯维舍夫称它为“划时代的工程”。但是,图波列夫仍有许多支持者,在航空界占据着举足轻重的地位。航空工业部长一直为图波列夫设计局的利益而奔走,他直接了当地对苏霍伊说了一句成语:“摩尔人效劳已毕,该让他走了”,也就是我们汉语里的“兔死狗烹”。他还说:“这一课题我们将给图波列夫。”图波列夫也给苏霍伊打来电话:“帕沙(苏霍伊的小名),这不是你的课题。”同时,在70年代中期,确实也不需要这种飞机。能够完成这些任务的是并不复杂的飞机图-22M,是图 -22型机的改进型。在T-4型机项目冻结之前,图-22型机已花费13亿卢布。虽然图波列夫许诺两年改进完毕,实际上却用了7年时间。此外,在设计T- 4时,空军中央科研所也做出了预测:在欧洲战区潜在之敌现有的防空水平情况下,在100架攻击飞机中,能够完成任务而返回的将只有20-25架。

空军为回应美国的B-1型机规划,需要的不是中型,而是战略轰炸机,它可摧毁美国领土上的目标。关于图-22M型机的决定也封杀了“100”号,而苏共中央和部长会议1975年12月19日关于集中人力财力制造图-160的决议更将“100”号判处了死刑,而“100”号原本应该成为苏联航空发展史上的重大突破。

专门研制“轻型”飞机的苏霍伊设计局曾经研制出独一无二的T-4轰炸机,使用钛钢结构本可使苏联超音速航空得到进一步的发展。虽然这一计划中途夭折,但用于制造飞机的资金并没有白花,在该机上取得成功的很多技术成果、设想都在后几代的飞行器上得到应用,如苏-27、苏-24飞机等,其中苏-27飞机上的电子遥控自动化系统就源于“100”号。如果没有在“100”号上成功试验了钛合金材料,那么“暴风雪”号航天飞机也不可能顺利地飞上太空。

首架飞机共进行了10次飞行,飞行了10小时20分钟。试飞员伊柳申后来说道:“没有人对所发生的一切做出解释。第二架样机已经准备进行飞行,正在准备第三架。但这两架飞机都被销毁,化成了废铁。”T-4型机的最后一次飞行完成于1974年1月22日。现在,这架飞机静静地停放在莫斯科郊外莫尼诺的航空博物馆内。人们在看到它时,都会对制造出如此强大而美丽飞机的功臣肃然起敬。

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