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迟来的敏捷——写在印度LCA初步认可之时  

2011-03-19 20:17:22|  分类: 杂七杂八 |  标签: |举报 |字号 订阅

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迟来的敏捷——写在印度LCA初步认可之时 - 司古 - 司古的博客

LCA第二架小批量生产型(编号KH2012)正在试飞 

迟来的里程碑

2011年1月10日,当着众多印度军政高官的面,国防部长安东尼把LCA战斗机的初步性能认可证书亲手交给了印度空军参谋长纳伊克。初步性能认可的完成,需要经过一系列特定的程序,要进行一系列试验,对飞机的航电、动力、雷达等子系统,以及气动性能进行较为全面的测试。印度国防部长安东尼没有掩饰自己的情绪,他骄傲地宣称LCA具备初步作战能力是一个值得纪念的事件,印度已经为这一国产多用途战斗机项目投入了太多,且等待了太久。安东尼指出,一架先进的国产战斗机,对于提升国家防御能力和民族自豪感都有着重要意义。他强调这一时刻标志着印度正处在一个重要转折点上——这是印度历史上第一架自行设计开发的军用战斗机获得了印度空军的认可。从这一时刻起,LCA战斗机已经具备了初步服役条件,这标志着这个拖延甚久的战斗机项目的一座重要里程碑。LCA终于看到了列装的曙光,印度正积极筹备让LCA参加2011年班加罗尔航展。接下来印度空军将继续进行全面性能认定的测试工作,一位印度空军高级军官对媒体透露说,“印度空军飞行员将通过驾驶4架LCA,对其各项参数进行全面检查,其中包括飞控系统的性能、马赫数和武器使用能力,以此鉴定该机是否具备完全性能认可的条件,是否能够成为印度空军一线作战飞机”。

LCA的前世今生

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编号KH2005的第三架LCA原型机

迄今ADA和印度斯坦公司利用11架LCA已经总计完成了1500次试飞,其中包括5架原型机,最早的原型机于2001年1月4日首飞。印度空军计划采购大约200架LCA单座型和20架双座教练型,印度海军则准备采购40架LCA舰载型,用它来替换已服役多年的英国“海鹞”FRS.51和“鹞”T.60。在海平面飞行测试中,LCA最大时速超过了1350公里,成为印度斯坦航空有限公司继“风神”之后第二种实现超音速飞行的国产战斗机。

最初设计的时候,印度军方要求LCA的速度、加速性、机动能力和多用途特性要能满足现代战争的需要。在设计方面,技术人员重点强调了飞机的短距起降能力、飞行性能、安全性、可靠性和可维护性。

LCA的设计工作完成于1990年,当时印度空军就对采用了复杂电子技术以及先进复合材料主体结构件的LCA能否顺利完成心存疑惑。为此印度政府还专门组成了评估小组对项目可行性进行评估,最终得出的结论是,印度当时的基础工业能力、设施设备以及相关技术已经取得了不少进步,有能力完成这一项目。为了稳妥起见,印度还是将LCA前面工程开发工作分成了两个阶段进行。

第一阶段主要进行概念验证,主要内容是研制开发两架技术验证机并对其进行测试,同时还要制造一架静力试验用样机,此阶段完成,印度政府才会全力支持LCA项目的继续推进。承包商将继续制造两架原型机并建立必要的生产和实验设施。第二阶段的工作内容主要是再制造3架原型机(分别是空军型、海军型和教练型)以及一架疲劳测试用样机,此外还要进一步完成建设开发和测试设施的工作。

1990年,第一阶段研制工作展开,但90年代初印度糟糕的财政状况使得研制经费迟迟不能到位,造成部分延后。1995年11月17日,第一架技术验证机完成,第二架也在1998年完成,但由于担心复合材料结构件的强度不足,以及飞控系统研制问题,此后数年两架飞机始终停在地上,没有进行真正的试飞,这种情况一直持续到2001年。

LCA的航电装置应该说还是非常先进的。玻璃化座舱和手不离杆系统大大减轻了飞行员的操作负担。精确的导航信息以及武器瞄准信息都会实时显示在抬头显示器上,能帮助飞行员提高任务作业效能。多功能显示器除了能显示飞行数据以及战术数据信息外,还能按照知情必要性原则显示发动机、液压系统、电力系统、飞控以及环控系统的相关信息。计算机生成的图像数据经过双冗余显示处理器,显示在显示屏上。飞行员通过一个简单的多功能键盘以及功能/传感器选择面板与负责的航电系统实现交互。LCA还配备有性能不错的多模雷达、激光指示吊舱、前视红外观瞄装置以及其他光电传感器。全机7个外挂点可以携带各种空空、空地武器,使LCA可以完成多种任务。通过携带可抛弃副油箱和空中加油技术,LCA的留空时间可以显著延长,航程也相应增加。

 

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完成制造的LCA海军型

LCA是当今世界上外形最小、重量最轻的单发单座超音速多用途战斗机。LCA战斗机有一个让人印象深刻的绰号“敏捷”,该项目由印度国防部研究发展局下属的航空发展机构负责,项目主承包商是印度斯坦航空有限公司,此外还有一大批防务企业参与其中。LCA采用放宽静稳定度设计,使用电传操纵系统,配备先进的数字式航电系统,多模脉冲多普勒雷达,主体结构使用了大量碳纤符合材料,在提高结构强度的同时大大减轻了重量。此外LCA还采用了4余度数字式飞控系统、玻璃化座舱和数字式航电系统。飞机上装备有诸多传感器、通讯和导航系统,配备有功能强大的任务计算机和座舱显示系统。

LCA的电传飞控系统研制进度因进度大大拖后和预算严重超支而广受外界诟病。造成进度延后的原因有很多,其中包括美国自1998年起由于印度进行第二次核试验而对印度采取的防务装备禁运。拖延直接造成了预算攀升,系统研发费用达到了令人吃惊的577亿卢比,而最初的预计费用仅为330亿卢比。

印度对LCA有着自己的如意算盘,希望能够实现一机多型的总体设想。LCA分为空军型、教练型和海军型等型别,能作为陆基飞机和航母舰载机使用。动力装置方面,LCA使用一台美国通用电气F404涡轮风扇发动机,采用无尾三角翼布局。设计师们在设计LCA时,为了赋予飞机良好的跨音速机动性和较低的超音速阻力,对飞机外形进行了气动优化。LCA具有自我监控和诊断的功能,并能实时向飞行员发出检测警报。在过去10年里,印度斯坦公司先后制造完成了两架技术验证机、4架原型机和5架试生产型LCA,成功进行了高温、低温、海平面、高空等试飞科目,还进行过发射空空和空地武器的试验。迄今为止LCA完成了超过1500个起落,每架LCA的造价大约为20亿卢比。

根据目前公开的资料,LCA机长13.2米,翼展8.2米,机高4.4米,机翼面积38.4平方米,空重5500公斤,起飞重量8500公斤。LCA采用一台通用电气F404涡扇发动机,最大推力83.2千牛,全机推重比1.07。最大速度1.8马赫,即时速1920公里,航程2000公里,实用升限15250米。机身内置一门GSh-23型23毫米双管机炮,备弹220发。全机共有8个外挂点,每侧机翼下设3个,机腹下一个,机身左侧进气道下方还有一个挂点,用于挂载IRST、激光指示或侦察吊舱。

动力问题

目前的LCA的国产化率为65%。根据印度国防部科学顾问萨莱斯沃特的说法,等到LCA完全具备战斗力的时候,其国产化率将达到75%。萨莱斯沃特表示,没有任何一个国家会选择100%的国产化率,因为这样做效费比不高,而且需要建设大量且并无必要的基础设施。他说LCA的主要结构件和各子系统都是印度国产,其余部分则采用进口产品。

现在印度人最大的忧虑,就在于LCA需要的大功率涡扇发动机,当下LCA的发动机是美国通用电气F404。印度国防研究发展组织正在开发一种用于LCA的国产发动机,代号“卡弗里”。

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在俄罗斯伊尔-76测试平台上接受实验的印度“卡弗里”发动机,请注意发动机安装在左翼内侧。

“卡弗里”发动机由印度燃气涡轮研究院负责开发,但该机构开发先进涡扇发动机的经验却明显不足,要完全自行研制本就存在风险,而印度官方的估计却又过于乐观。1989年“卡弗里”项目开始实施时,印度还计划用93个月的时间完成开发,总费用控制在38亿卢比,约合8290万美元。别的不说,仅从预算数字上而言,就缺乏可行性。1995年,新发动机的核心机首次试车,次年发动机整机开始试车,1998年全部5台地面试验样机全部开始试车。印度希望在1999年末能进行首次试飞,2000年能把“卡弗里”装上LCA原型机进行试飞。但随后遭遇的诸多技术问题却让“卡弗里”项目变得异常艰难。根据印度媒体披露的信息,“卡弗里”发动机的涡轮叶片材料性能存在缺陷,发生过断裂打坏发动机的事故,此外发动机的全权限数字控制系统的开发也遭遇障碍,为此印度开始谋求从法国斯奈克玛公司引进涡轮叶片和发动机控制系统。由于“卡弗里”迟迟不能到位,LCA的原型机只能采用美制F404发动机,原本这只是临时过渡方案,但现在却不得不一再“过渡”下去。

2004年,“卡弗里”项目再遭重创——在俄罗斯进行的高空测试失败,首批试生产型LCA采用“卡弗里”已无希望,印度只得继续向美国订购40台F404发动机,并开始寻求国际航空动力巨头的参与,以期完成“卡弗里”的开发。2005年,印度同法国斯奈克玛签署协议,后者将为“卡弗里”的研制提供帮助。预算方面,印度政府最新的评估显示,“卡弗里”在2012年之前无法完成,项目总花费将攀升到284亿卢比,约合6.16亿美元。

2008年,“卡弗里”发动机完成了1700小时测试,两次在俄罗斯接受高空测试。印度对“卡弗里”仍然寄予厚望,希望LCA之后的新一代战斗机能使用上“卡弗里”。2010年5月,“卡弗里”完成了1880小时测试,至此印度总计制造了8台“卡弗里”发动机和4台核心机,并对其进行了全面测试,而核心机的高空测试也取得了成功。6月,使用斯奈克玛核心机的“卡弗里”发动机在测试中产生了83-85千牛的推力,虽然核心机已不再是印度心,但印度国防研究发展组织总算是看到了成功的希望。如果形势良好,印度可能会在2011年用“卡弗里”在LCA上进行飞行测试。回过头来,原本计划8年的项目,迄今已进行了超过22年,而预算也翻了7个跟头还多。虽然还不能说“卡弗里”的前景一帆风顺,但印度在航空动力系统方面的大方向还是对的。

飞控雷达两难缠

静不稳定设计的LCA必然要求采用电传飞控系统,而这一技术对印度而言还是个全新的课题。虽然法国达索公司在1988年向印度提供过模拟电传飞控系统的相关技术,但印度认为数字式电传飞控系统将在不久的将来取代该技术。

电传飞控系统的开发要求研制者对飞行控制理论有着极为深刻的认识,此外还要花费大量金钱和时间为飞控计算机编制冗长到天文量级的程序。LCA研制工作开始时,电传操纵还是一项各国都加以保密的尖端技术,没有哪个国家愿意出口。为此1992年印度专门成立了研究机构开发电传操纵技术。经过艰苦努力,研制人员完成了控制率的测算,但却没办法加以测试,因为当时印度没有较为先进的实时地面模拟器。为了尽快解决问题,1993年印度要求英国航宇公司和美国洛克希德-马丁公司参与项目开发,以提供必要的技术支持。

最终印度借助英国航宇公司的模拟器上对控制率问题进行了测试,此外印度还在洛克希德-马丁公司的F-16VISTA飞行变稳实验机的模拟器上对综合飞控软件做了进一步测试。但1998年随着印度蘑菇云的升起,美国开始对印度实施制裁,洛克希德-马丁公司在飞控系统开发方面的援手也随之撤回。结果印度只能继续依靠自己的力量,研制人员后来完成了飞行控制率的软件化工作,在飞行员驾驶技术验证机的试飞过程中,飞控软件在超过50小时的工作中没有出现故障,据此2001年印度宣布LCA具备飞行能力。2001年1月4日,第一架技术验证机载班加罗尔附近的国家飞行测试中心成功进行了首次试飞。2003年8月1日,还是这架飞机,首次成功实现了超音速飞行。2002年6月6日,第二架技术验证机首飞。所有试飞员都高度赞扬LCA高度自动化的飞控系统,有人表示LCA的操纵难度要小于法制“幻影”2000。但也有一些分析人士指出,印度目前的飞控设计水平尚值得怀疑,其飞控系统未必能满足一款主力战机的需要。

LCA的另一项国产关键技术是多模雷达,印度起初打算使用瑞典爱立信微波系统公司PS-05/A I/J波段多功能雷达,这种雷达已经在瑞典JAS-39“鹰狮”战斗机上得到采用。但在考察过90年代初其他战机的雷达装备后,印度国防研究发展组织自信地认为可以通过本国技术自行研制先进机载雷达。为了满足国产雷达的测试要求,印度还专门将一架HS-748M监视巡逻机改造成电子设备和雷达测试平台,专门用于LCA雷达和航电系统的测试。但研制过程中,印度遇到了重大技术困难,到2002年,研制进度大大拖后,费用也一超再超。到2005年初,多模雷达只有上视和下视两种基本空空工作模式成功通过测试,而其他工作模式下,雷达的性能“远远低于设计指标”。根据测试报告,问题的关键还是雷达以及先进信号处理器模块之间的兼容性问题。鉴于短期内彻底解决问题相当困难,印度现在正在考虑采购国外现成的机载雷达作为过渡装备。

LCA的短期前景

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印度空军目前的主力作战飞机是俄制苏-30和法制“幻影”2000,印度迫切希望能有国产战机成为空军战力的中坚。

LCA的批量生产开始后,将先小批量制造20架。自2011年3月后,试生产型LCA将交付印度空军进行用户评估。2011年7月起,量产型LCA将正式交付印度空军使用。按照计划,2011年底前,印度斯坦公司将完成4架量产型LCA的制造。到2013年全部20架小批量生产型LCA将全部完成,此后2年半时间里,印度斯坦公司还将再制造20架量产型LCA。在取得全面性能认可后,印度斯坦公司将开工后续20架飞机。预计LCA Mk 1型飞机将在2012年取得全面性能认可,LCA的教练型全面性能认可时间预计在2011年末。印度已经启动了LCA Mk 2型的发展工作,该机换装了性能更佳的通用电气F414涡扇发动机。印度人希望LCA Mk 2能在2014年12月完成首飞,2016年6月开始批生产。印度空军提出需要装备83架LCA Mk 2。LCA总开发研制费用约为2500亿卢比。印度空军计划装备总计200架LCA,以取代日益老朽不敷使用的苏制米格-21战斗机,并将每个中队的战斗机数量增加到10架。

对于印度空军来说,LCA是一个等待了太久的图腾。从上世纪80年代开始研发,在近30年时间里,LCA项目经历的失败和挫折远远多于胜利和进展。虽然整个项目遭遇了很多批评声音,但从国防装备发展的角度评价,LCA的项目方向并没有错,如果说有什么问题,最大的问题可能还是印度的雄心和实际的航空工业能力之间存在的相当差距。这种差距,只有扎实工作和必要的时间才能逐渐弥补。

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