夭折的“鹞”——英国P1154垂直起降飞机计划
来源:米乐6 发布时间:2024-08-04 05:04:54
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很少有人知道,在我们今天所熟知的“鹞”家族诞生之前,曾经有另一种战机被赋予“鹞”这一个名字。它是那个极富创造力和雄心壮志的年代的产物。它是英国下一代战斗机计划GOR345自始至终的主角。它曾在北约NBMR-3(AC.169a)选型中一举夺魁,但由于技术条件和各种各样的因素的限制,它最终和同时代的大多数飞机一样消失在历史长河中,而将名字留给了另一个传奇。
在20世纪50年代末发布的装备需求中,包括英国的GOR345和北约的GOR-2并没有有关超音速的要求。军方需要的只是一架可以遂行小规模核突击的亚音速攻击机。就这个要求而言,P.1127(或其改型)是可完全胜任的。但不幸的是,军方的进一步研究表明以P.1127为基础的攻击机,其航程——载荷性能不尽如人意,更为严重的是这种亚音速攻击机在苏联的超音速截击机面前是相当脆弱的。
基于这个原因,在1961年初霍克公司就已经很清楚,英国空军不会为一线,因为即使是最新改型也没办法实现超音速的要求。唯一的办法是另起炉灶。在这一背景下,拉尔夫·胡朴尔以P.1127为基础,勾勒出一架加长机身、超音速飞机的草图,即P.1150。一个关键的区别是在前喷管上增加了燃烧室,燃油在此燃烧以提供额外推力。这是所谓的增压室燃烧技术(PCB),并且布里斯托尔公司已经建议将其用于福克公司和共和公司联合研制的BS.100发动机上。
霍克公司设计新的P.1150明显是为满足英国空军GOR345的要求。不过,霍克对于向潜在客户推销P.1150并不怎么热心,因为这很可能使原本对P.1127有兴趣的客户会将注意力很快转移到P.1150上面来,这样原来在P.1127上所作的努力基本上就算白费了。
1961年中,几经修改的NBMR-3(AC169a)计划明确要求研制一种垂直/短距起降的超音速攻击战斗机。8月霍克公司收到了相关的设计规范。规范明白准确地提出这是一型M2一级的单座战斗轰炸机,可以执行对地攻击、侦察和截击任务,以低——低任务剖面、载弹910千克、巡航马赫数0.92时,作战半径达250海里。实际上,要求设计的就是一种F-104G的后继机。
为北约盟国提供一种通用战斗机的前景吸引了西欧和美国的大多数主要飞机制造商。为了参与这场当时规模最大的国际飞机项目竞争,霍克公司推出了采用布里斯托尔公司BS.100/9发动机的P.1150/3方案。很快,该方案被重新命名为P.1154。1962年1月霍克正式以P.1154名称参与NBMR-3项目竞争。
当时一共有4种战机——达索公司“幻影”Ⅲ-V、福克-共和的D.24同盟、BAC584以及霍克公司P.1154参与了竞争。竞争的结果于5月公布。P.1154拥有技术优势,而“幻影”Ⅲ-V则在工业合作条件上更胜一筹,因此这两架飞机被看成了共同的胜利者。由于北约没有资金进行任何一种飞机的全面研制,只能等待各成员国继续其自己的发展计划。不过P.1154实际上得到了北约的部分资助——为“飞马”和BS发动机开发PCB技术的资金有50%是北约提供的。
此时的英国为竞争的胜利所鼓舞,政府和海、空军眼前似乎都是一片光明。皇家空军认为,NBRM-3的最终结果将会使空军获得一种可以在1968年前服役的现代化攻击机,以取代早已过时的霍克“猎人”式战斗机。皇家海军此时也在寻找能够在1970年前服役的“海雌狐”战斗机的后继机,P.1154似乎是个不错的选择。航空部则认为既然两个军种都在寻求新的战斗机,也许P.1154能够同时满足两个军种的要求?若能够藉此打破NBRM-3的僵局,并将P.1154推销给北约盟国就更加理想了。
于是,1962年4月为满足海、空军新型战斗机研制要求而制定的OR356/AW406联合需求发往霍克公司。后来的事实上,这完全是航空部一厢情愿的产物。海军需要的是一种双座舰载截击机,而空军要求的几乎完全是NBRM-3的翻版,两者差异甚大。对海军而言,采用联合发展策略,能节约高达15亿英镑,这足以购下一艘航空母舰了,同时还可减少公众对海军的指责。同样,对霍克董事会(包括悉尼·凯姆在内)而言,能够同时为两个军种提供通用战斗机的前景是相当诱人的,订单显然要大得多。在利益因素驱动下,霍克董事会至少是在主观上忽略了海、空军不一样的要求所带来的技术障碍。
在这种情况下,霍克公司的设计人员开始了将P.1154转变为一种通用战斗机的历程。1962年8月霍克公司发布的第一份研究报告表明,P.1154的海军型和空军型有80%的通用性。但好景不长,在1963年5月该公司再度发布的研究报告中,形势完全颠倒过来——P.1154两种型别的通用性只有20%!
如此巨大的差异主要是由于海军的要求导致的。在海军的AW406需求中,坚决要求这种飞机采用双座布局,装备大型截击雷达,并采用二波系超音速进气道以便在高空达到马赫数2的速度。这些要求导致飞机重量大幅度的增加,从而迫使霍克修改机翼设计,加大面积。此外,P.1154原来的自行车式起落架并不适合航母弹射器的要求,因此也必须重新设计新的起落架。
这时候罗一罗公司也进来搅局。他们提出改进斯贝发动机,采用矢量推力和PCB技术,从而使P.1154海军型能改变为装两台斯贝发动机的双发构型,而不是原来装一台BS.100发动机的构型。当然,双发布局更对海军胃口,但这无异于加剧了空军和海军之间不一样的需求的矛盾。
尽管海军型P.1154问题不断,空军型的研制却一直在有条不紊地进行着,因为它基本上就是当初为NBRM一3准备的方案。当海军型的图纸还在不断修改时,空军型已进入详细设计,并开始制造全尺寸模型了。
到了1963年6月,形势已经很清楚,P.1154的两个型别发展成了两种完全不同的飞机——机身、航电设备、机载系统几乎无一相同。这样,联合发展的意义已经完全失去了。为此,国防政策委员会要求重新设计P.1154的通用系统部分,并匆忙发布了有关的指导手册,但这只是官僚们的天真想法。手册中的要求是海军和空军根本没办法接受的——海军被要求取消超音速进气道和后座飞行员,空军则不得不在它的飞机上保留毫无用处的机翼折叠系统和着舰钩。折中的结果是双方都得不到满足。这样设计出来的P.1154不过是个四不像的怪物。
此时P.1154项目已经到了十分危险的临界点,面临着全面下马的命运。从1963年11月到1964年1月间政府和海、空军进行了大量的研究以找到走出当前困境的办法,这中间还包括改造P.1127以满足空军需要、研制P.1154海军型以满足海军要求的提议。终于,1964年2月英国政府作出决定:海军将采购换装斯贝发动机的美国麦克唐纳公司的F-4鬼怪”Ⅱ战斗机作为下一代舰载战斗机;空军则继续发展P.1154,而不用再考虑海军的任何要求了。看起来,这是解决两个军种需求矛盾最廉价的方法。
浪费了两年宝贵光阴之后,霍克公司终于能将全部注意力放在确定的目标,即空军需要的单座超音速战斗轰炸机上。曾经混乱而不切实际的一切——飞机研制费用、生产计划、改型机的试飞计划……等等现在似乎都明确下来了。皇家空军和霍克公司都相信排除了通用性要求的干扰,P.1154的进度现在可以开上快车道了。一架线将很快离开制图板,出现在当斯福德的跑道上。
现在P.1154交由霍克·布莱克本分部负责。约翰·福兹任总设计师,总工程师是巴里·莱特(他曾担任海军“掠夺者”攻击机的总设计师)。这个安排并非无意——事实上,1963年组建布莱克本分部时就考虑到,希望P.1154能够吸取“掠夺者”攻击机武器系统开发的经验。鉴于“掠夺者”的成功,它的发展道路是值得P.1154借鉴的。为了尽最大可能避免TSR.2费用超支和进度拖延的问题,在航空部的干预下,霍克指定了计划总监,以全方位掌握计划状态;同时还引入了计划评估与技术审查(PERP)管理系统。总之,到了1964年初霍克为P.1154进行的工程准备基本就绪。
恰在此时,皇家空军修改了它的要求。除了垂直/短距起降和超音速能力外,要求简化飞机设计,以加快进度和节省开支。这倒不是什么大问题。这些要求基本上也就是NBRM-3的要求,所以对霍克公司而言,除了注意简化设计外,对研制进度没有多大负面影响。根据简单化的要求,原来准备使用的数字式计算机被取消了,代之以模拟式导航/攻击系统,因为后者造价要便宜20%。原计划装备的AS.30、“小斗犬”、AJ168电视制导导弹等也在年内取消。实际上,对P.1154的要求已经从最初的具有完整核攻击能力变弱到只要求该机具备简单攻击能力。
1964年4月皇家空军发布了修改版OR356。而此时霍克公司已在生产设备夹具和部分飞机部件了。P.1154工程样机很快就可以出厂。8月霍克公司向航空部呈交了生产8架原型机的详细计划。在获得生产许可(ITP)后,2年内第一架P.1154进行首飞,5年内具备初始作战能力。10月航空部批准了该计划。同时鉴于一切工作准备已经就绪,ITP被视作已于7月发布。
罗-罗公司获得900万英镑资金用于改进BS.100发动机和改造发动机空中试车台(由“火神”B.1A轰炸机改装而来)。两架“猎人”式战斗机被改装作为导航/攻击系统试验平台,并被重新命名为HS.1172。霍克公司则与航空部探讨一些细节问题。其中最重要的是雷达和惯导/攻击系统的采购问题。这两个子系统本来是给费伦第公司的,但航空部一直拒绝与该公司签署合同。因为该公司在“警犬”导弹系统中获取了超额利润后,航空部要求它先返还这笔钱再谈P.1154的合同。而这对霍克公司而言简直是无妄之灾,因为这很可能导致P.1154武器系统进度严重拖延达18个月!
与此同时,皇家空军正在修订P.1154的部署计划,并为它选择了响亮的名字“鹞”!根据该计划,皇家空军将装备8个中队——本土、德国、中东及远东各2个。该机将可以在主要和前进基地做相关操作,在降低任务能力的前提下,也可通过无支援的前进基地作战。该机的主要起降模式采用短距起飞/垂直降落,以减少高温气流对地面的烧蚀,同时也可减小热空气的再吸入问题,增加发动机功率,增大有效载荷。
这一套技术其实就是1964~1965年间“茶隼”进行三国联合试验时研究出来的。该机还专门设计了可拆卸的“转场翼尖”,以增大翼展、减小诱导阻力,来提升航程。这一技术在P.1154下马后一直保留下来,并用在另一只“鹞”上。有些出人意料的是,虽然海军不再参与这一项目,但P.1154仍然具有在海军现役航母上起降的能力,因为它的机头雷达罩可以折叠,以适应升降机尺寸的要求。
1964年10月,皇家空军又发出新的需求(ASR382),要求研制P.1154的双座教练型。为此,霍克公司加长了前后机身,将座舱改为串列双座布局,通过将部分航电布置到后设备舱,并将机内载油量减少到5337升,飞机的重心基本保持不变。
1964年10月SH2500设计规范手册发布。这绝大多数都是1964年以前工作的一次总结,所有在此前已确定的设计和操作特点都以手册的形式清楚地表达出来。根据手册,P.1154机长17.526米,翼展8.636米,翼面积25米³,机翼采用尖峰翼型,前缘后掠角41.2°;机体采用了铝合金和钛合金结构,并大范围的应用化学铣切、整体制造以及蜂窝结构技术,以减轻结构重量;机体最大可用过载+7.5g/-3g.疲劳寿命达3000小时。
为了应付低空飞行的鸟撞问题,该机风挡和机翼前缘均经过加强,能承受一只5千克重的鸟以600节速度的撞击。起落架虽然仍采用自行车式,但结构经过加强,并采用了低压轮胎,可承受最大3米/秒的下沉率。经过改进设计,护翼轮也承受一部分飞机重量,以保证地面滑行时的稳定性。
P.1154的发动机采用布里斯托尔BS.100/8。它是那个时代西方世界中推力最大的发动机。发动机安装在飞机重心附近,可通过机身下部的大型维护舱门拆装。发动机的控制管理系统为有限权限电子控制管理系统,在当时来说是相当先进的。前喷管采用最新的PCB技术,取代了原来的变截面喷管。由于PCB的作用,前喷管气流最大温度可达1130℃;而后喷管气流的最大温度为730℃。该发动机还采用了水一乙醇喷射系统,用于在高温或高空条件下增大发动机推力。
在关闭PCB的情况下,发动机最大推力为116.5千牛;打开PCB时,设计指标是150.7千牛,但在一次台架试车中,BS.100/8曾在20秒内达到了惊人的159.6千牛。空气流量222千克/秒,涵道比0.9,增压比11.45。当发动机推力为64千牛时,燃油消耗率最小(60克/牛·小时);而当发动机在最大推力状态工作时,耗油率两倍于这个数字。
为了减小技术和财政风险,和之前采用全新设计的BS100/9相比,BS100/8借用了“奥林巴斯”B.O1.22发动机的高压压气机,而环形燃烧室和4级钛合金风扇则是由“飞马”5发动机放大而来。为满足发动机在疏散基地启动和慢车待机的需要,飞机加装了燃起涡轮起动机/辅助动力组件(APU)。
P.1154采用了唇口可调的变截面超音速进气道,以便在所有条件下都能获得比较好的总压恢复系数。在唇口稍后位置有吸入时辅助进气门,可以在低速时增大空气流量。前机身腹部装有一块大型减速板,起降时张开,以阻碍燃气流自由流动,缓解燃气再吸入问题。
P.1154内部载油量为5910升。设计空重9.117吨,短距滑跑起飞时最大起飞重量18.167吨。机翼下各有两个挂点,承载能力分别为907千克和453.6千克。机身下部还有3个挂点,但不能同时使用,其中机身中线千克。全机最大载弹量为3.6288吨。战斗构型时,P.1154通常在内侧挂架挂2个1364升的副油箱,而在转场构型时则改挂2个1819升副油箱,并在腹部加挂1个909.4升副油箱。此外,P.1154还设计有可拆卸式空中受油管,位于右侧进气道上方。
P.1154采用了双余度全权限飞控系统,在低速条件下配合反作用力控制管理系统进行姿态控制。飞机上还安装了自动稳定系统和简单无人驾驶仪。后机身内装有应急冲压涡轮,当发动机失效时伸出,为飞机提供后备电力,并维持液压系统压力。机尾装有拦阻钩,最大承受过载1.5g,用于飞机紧急迫降时拦停飞机。
执行对地攻击任务时,P.1154可携带450千克低阻延发炸弹、集束炸弹和凝固汽油弹;执行防区外攻击任务时则可携带SNEB火箭弹、AJ.168反辐射导弹;执行对空任务时,主要携带4枚“红头”空空导弹,并可在机身下挂载50.8毫米火箭弹或30毫米”阿登”机炮吊舱作为辅助武器;执行侦察任务时,则携带内置光学侦察相机、侧视雷达等设备的侦察吊舱。
在P.1154机头内装有1台单脉冲雷达,可以对地(海)面和空中目标测距,并通过平显提供地形回避信息。通过与惯导系统、大气数据计算机和移动地图系统交联,该雷达可引导飞行员实施低空精确攻击。由于要进行低空大速度飞行,飞机风挡采用整体式结构,以改善前方视界。飞行员配备了马丁·贝克“零一零”弹射座椅,允许飞行员在P.1154所有空速范围内逃生。
在典型攻击任务条件下(海平面大气温度15℃,载弹907千克),短距滑跑起飞(地面滑跑15.24米),低一低飞行剖面,巡航马赫数0.92,P.1154作战半径为210海里。如果滑跑距离增加到67米,机内满油,则作战半径可达280海里;如果携带副油箱,则作战半径可达405海里;如果在特定环境中使用水-乙醇喷射系统,飞机作战半径还可能增大25海里。当执行战斗空中巡逻任务时,携带2枚“红头“导弹,机内满油,P.1154可在具基地100海里处巡逻160分钟。
开加力时,P.1154高空最大马赫数可达1.7,海平面马赫数1.13。如果不开加力,在挂2枚“红头”的情况下,P.1154仍可达到M1.1的速度,从而为执行对空拦截任务提供了更大的速度优势。
皇家空军计划采购25架教练型和157架单座战斗型,总开发费用预计1.7亿~2亿英镑,其中1000万英镑是为开发教练型增加的。单座型单价100万英镑,双座型则为120万英镑。1964年11月英国武器发展委员会最后批准了上述预算。
然而,就在此时工党政府上台。该届政府以致力于削减国防预算而著称。首当其冲的就是空军,因为空军装备研制费用一直居高不下,而且当时正在一起进行TSR.2和P.1154两个作战飞机项目。然而对皇家空军而言,TSR.2是不可放弃的。这种大型攻击机是它验证自己存在的必要性、和皇家海军进行政治斗争的主要筹码。因此在政府的预算大斧已经高高举起的情况下,皇家空军只好作出丢卒保车的策略。毫无疑问,P.1154必然是被牺牲的那一个。
1965年2月2日英国下院收到了关于取消P.1154项目的报告,主要理由是该机不能在1969年及时服役以取代“猎人”式战斗机。这话不假,但所有人都知道这不过是个借口而已。因为皇家空军已同意P.1154可迟至1970~1971年间服役,而“猎人”战斗机也可服役到1972年,后来之所以一直强调1969年这一段时间问题,只是为了让霍克公司当替罪羊罢了。
几年努力付诸东流,英国空军和霍克公司都遭到沉重打击。后来P.1154的角色由两种飞机——装斯贝发动机的F-4“鬼怪”II和P.1127/“茶隼”的改进型分担。但无论怎么看,采购P.1127改进型的决定都像是对P.1154下马的补偿。
到P.1154下马为止,总共有超过5000人直接为P.1154项目工作,整个计划耗费7.5万个工时,耗资2500万英镑。有一种看法认为,就“鹞”在战场和市场上的表现而言,如果性能更好的P.1154不下马完全有理由获得更大的成功。然而,持这种观点的人似乎忘记了,所有有关P.1154的性能参数都不过是设计指标,即使和今天属于第三代垂直/短距起降飞机的JSF相比也毫不逊色。P.1154真的能实现如此先进的指标吗?
对于垂直起降飞机而言,最大的问题是结构超重。当年英国航空部就认为P.1154可能超重达8%,而霍克则乐观地认为超重可以限制在4%以下。果线下马,这样的一个问题已经无从解答了。但我们大家都知道,采用现代技术设计的F-35C(STOVL型)至今仍陷于结构超重的困境之中,进度严重受阻。有什么理由认为40年前的P.1154会比F-35C更好呢?
事实上,如果看看此后数十年间STOVL飞机的发展历史,几乎能肯定,就算P.1154不死在政府的预算大斧下,迟早也会被技术上的局限性拖下马来。就这点而言,对皇家空军来说.P.1154计划的取消也能算得上是“塞翁失马,焉知非福”。
不管怎样,P.1154能算得上是那个年代英国航空工作者创造力和创新精神的一次集中体现。它的确代表了当时英国航空工业的顶配水平。不以成败论英雄,P.1154所取得的成就始终是值得后人尊重和钦佩的。