苏霍伊逆袭——从“金雕”到T-50的五代机破局内幕
伴随着苏霍伊的五代机故事一步步从“童话”变为现实,美俄本应同步的五代机研发也悄然拉开了距离。

历史就是这么难以捉摸。
1983年,当米格设计局被苏联政府指定为“工程90”战斗机项目的研制单位时,苏霍伊设计局所有人恐怕都会感叹命运是如此不公——尽管苏-27已经达到四代机的巅峰,他们却还是连竞标五代机的资格都没有。然而,无论是别利亚科夫还是西蒙诺夫却都无法预测8年后这个国家就将不复存在,而两家设计局的地位也将从那一刻开始完全逆转。

如果你悉心搜寻有关两位已故伟大设计师的存世影像,会发现一个有趣的现象,别利亚科夫(左)总是眉头紧锁,而西蒙诺夫却总保持着蒙娜丽莎式的微笑,也许,米格和苏霍伊的未来,早就定格在两位老人的心中
2002年4月26日,最后的“宣判”时刻来临,俄罗斯政府在这一天正式对外宣布:在PAK-FA研制招标工作中,苏霍伊击败米格,成为主导俄第五代战斗机的研制单位,并将因此获得俄罗斯自重新建国以来最大的一份国防订单。米格设计局和雅克夫列夫设计局则将以合作伙伴的身份协助苏霍伊完成五代机研制。对于俄罗斯航空工业来说,这无疑是具有里程碑意义的一天,如果说苏霍伊即便竞标失败也能靠吃苏-27老本等待复兴的话,那么在五代机项目上得而复失,则几乎相当于判了米格死刑。
20年里,两家最出色的战斗机设计局,两位最伟大的设计师,三款划时代的战斗机,先胜者不幸衰败,曾经的失败者却逆袭成功。伴随着苏霍伊的五代机故事一步步从“童话”变为现实,美俄本应同步的五代机研发也被悄然拉开了不止20年的距离。
西蒙诺夫的前掠翼野心
米哈伊尔·西蒙诺夫不是个轻易服输的设计师,尽管克里姆林宫已经剥夺了他研制五代机的权利,尽管设计局还要承担研制T-60S隐身战术轰炸机和T-12双机身攻击机的繁重任务,可实际上西蒙诺夫的逆袭计划从“工程90”项目启动的1983年就开始了。

位于莫斯科州茹科夫斯基市的中央航空与流体力学研究院由“俄罗斯航空之父”尼古拉·叶戈罗维奇·茹科夫斯基于1918年创办
苏霍伊设计局从1983年开始展开了一项前掠翼研究项目,具体负责人为波戈萨扬,期间得到中央航空与流体力学研究院(TSAGI,在苏联的地位和作用与美国NASA接近)和西伯利亚航空研究院的大力支持。作为苏霍伊总设计师,西蒙诺夫之所以看好前掠翼技术,与他赖以成名的苏-27战斗机不无关系:从20世纪70年代开始,美国的第四代战斗机高度重视亚、跨声速格斗能力,苏联对此的回应就是研制出性能相近的苏-27和米格-29。然而在1984年12月,当苏-27还没进入空军服役时,美国又试飞了一款机动性能更出色的技术验证机X-29,该型机采用了新颖的前掠翼设计,在跨声速范围内的升力比典型四代机F-16提高30%,阻力则降低20%,最大可控仰角达到70度。此外,美国空军和NASA还在80年代重点进行了HIMAT高(机动性飞机技术)研究机的大量试飞,以探索90年代的空战特点。

20世纪70年代,美国国防高级研究计划局(DARPA)主导的前掠翼战机研究项目进展如火如荼,格鲁曼公司(现与诺斯罗普合并)以X-29方案赢得了制造技术验证机的合同。1984年12月14日,编号82-0003的X-29在爱德华兹空军基地首飞。该机采用诺斯罗普公司F-20“虎鲨”战斗机(F-5E的外销改进型)的机身以及通用电气公司的F404涡扇发动机,装有全动鸭翼。该机共制造了两架(另一架编号82-0049),同时分配给美国空军和美国航空航天局(NASA)用于飞行试验
苏-27的机动性能不逊于F-15和F-16,但西蒙诺夫认为,美国的下一代战斗机很可能将采用X-29和HIMAT的相关技术,从而具备更强的格斗能力。因此开发一款具有非凡机动性能的前掠翼战斗机,成为西蒙诺夫对未来空战潮流的研究成果,并希望借此至少在未来以米格为主的苏联战斗机装备序列中分一杯羹。
1991年,一个法国航空代表团在冷战即将结束时访问TSAGI,俄国人向他们展示了一架采用前掠翼及鸭式布局的飞机模型,并称其为苏霍伊S-32——苏霍伊在为设计方案取名时,以S代表正在进行的试验项目,Su代表已投产项目,T代表已定型的原型机。1993年12月,TSAGI举行成立75周年庆典,这款前掠翼飞机成为该院重要的研制成果,被称为苏霍伊设计局的新型战斗机。与两年前相比,此时的S-32模型又增加了水平尾翼。
然而,由于此时的米格1.42项目仍能得到少量政府拨款,一直处于“无名无份”状态的S-32前掠翼战斗机并不被外界所关注。在此阶段,苏霍伊曾一直积极争取官方资金支持,空军却做出冰冷回应:该机不能满足部队2010年以后的装备要求。无奈之下,西蒙诺夫决定不再等待任何国家拨款,而是利用设计局内部资金研制新机。所幸苏-27家族的出口收益为该项目的继续提供了可能。
1996年2月1日,苏霍伊的前掠翼战斗机原型机开始制造,其项目编号也改为S-37。因为大量采用了苏-27的现成部件和工艺标准,该机工程进展非常迅速,至1997年7月已基本完工。8月通过公路运送至茹科夫斯基市的格罗莫夫试飞院进行高速滑跑测试,并准备参加随后的莫斯科航展。不过由于在滑跑测试中起落架频繁出现问题,S-37

X-29前掠翼验证机
错过了一鸣惊人的最佳机会。航展后的9月25日,S-37终于在试飞员沃金采夫驾驶下,由一架苏-30相伴实现首飞,俄罗斯电视台之后播放了试飞全过程,解说词中第一次称其为“金雕”。不过,和米格1.44样机的首次地面展示相比,它的升空却没有引来一位军方高官的莅临。

1999年8月,莫斯科州茹科夫斯基市,在第四届莫斯科国际航展上,编号01的S-37首次公开展示,在此之前它已经完成数次试飞任务
超级四代“金雕”
S-37在设计和外观上的最大特点就是采用了前掠翼加鸭翼布局。从俄罗斯公布的一系列试飞照片来看,该机的进气道布置在机身两侧翼身融合部下方,此融合部很薄,作用类似边条翼,采用固定式进气道,结合唇口分析,较适应亚、跨声速飞行。机翼内段向前延伸,后掠角为70度,然后以弧形过渡到外段主翼,这样设计的目的是扩大翼弦,增加机翼强度。前后缘前掠分别为24度和40度,前缘只设有一段很小的机动襟翼,以避免破坏翼尖强度。另外,由于前掠翼翼面上方气流有向翼根汇聚的趋势,襟翼向外延伸意义不大。机翼外端还可以向上折叠,这可能是出于吸引俄海军舰载航空兵关注的考虑,也可能是为了使该机能够进入俄前线航空兵的标准野战机库。
苏霍伊原定为“金雕”配备两台AL-41涡扇发动机,由于发动机研制进度滞后,即便是两台并未达到五代标准的117S发动机也被留给了当时更受重视的米格1.42。于是,“金雕”样机仍装备两台彼尔姆D-30F6发动机,这款发动机之前批量装备于米格-31截击机上。其军用推力为9.5吨,加力推力15.5吨,没有配备推力矢量喷口。值得一提的是,在传统上,负责研制AL-41发动机的留里卡-土星设计生产联合体才是一直为苏霍伊供货的发动机厂商,而米格系列飞机则多使用克里莫夫和彼尔姆设计局的发动机。

S-37三视图

D-30系列发动机是前苏联索洛维耶夫设计局(现并入彼尔姆发动机生产联合体)的经典之作,被多型苏/俄飞机采用,包括米格-31截击机、伊尔-76运输机、图-154客机和图-134客机
“金雕”可挂载8吨武器,其中包括4枚内置中距拦截弹,机身左侧设有一门航炮。试飞时该机并未配备火控雷达,风挡右侧的预留空间也没有安装光电探测系统(IRST)。隐身方面,苏霍伊强调S-37涂有雷达吸波涂料,但肯定不会配备等离子发生器,考虑到其前掠翼外形,可以判断该机的隐身性能不可能达到F-22的标准。

苏-47的价值
由于前掠翼的特点,“金雕”的最大巡航速度肯定不及米格1.42,估计只能保持在1.3马赫左右,按照美国标准,这还只能算是跨声速巡航。该机前掠翼结构会形成巨大的雷达波反射角,因此无论采取什么补救措施(等离子发生器除外),该机的隐身性能也至多相当于“欧洲两风”的水平。假如换装了带全向矢量喷口的AL-41发动机,则其亚、跨声速机动性很可能在米格1.42和F-22之上,这也许是“金雕”在三款五代机中唯一占得上风的性能。

X-29采用了按受力方向进行编织的复合纤维机翼,这一举抑制了1.7马赫以下速度范围的机翼气动弹性发散问题
前掠翼设计对于五代机来说,不仅破坏了隐身性能,也让高速飞行变成一种奢望。前掠翼只有在跨声速至1.3马赫这一速度范围内的阻力小于后掠翼,且具有升力大、短距起降能力强和抗尾旋的优点。然而,根据杠杆原理,在升力作用下,飞机机翼的翼尖都会以翼根为支点,产生向上扭转的趋势,由于前掠翼的翼根支点在翼尖之后,其翼尖便会产生向后上方扭转的趋势,这导致机翼局部迎角加大,从而进一步增大升力,加剧翼尖扭转的趋势,这就是所谓的气动弹性发散现象,严重时可能导致整个机翼结构扭折,甚至断裂。为了克服前掠翼的这一先天缺陷,美国率先在格鲁曼公司的X-29上采用了按受力方向进行编织的复合纤维机翼,一举抑制了1.7马赫以下速度范围的发散问题。但这种简单提高结构强度的办法不能从根本上解决问题,随着飞行速度进一步提高,发散现象会再度出现。采用前掠翼的“金雕”也因此很难飞到2马赫以上速度,这肯定是俄罗斯空军无法接受的。
不难看出,“金雕”在最初立项时,并没有像米格1.42那样直接瞄准ATF——按照4S标准来研发。而是依然延续了第四代战斗机纯粹的空优思想,过于强调过失速机动性和格斗能力。西蒙诺夫的确押错了宝,即便苏霍伊在俄罗斯时代财源广进、左右逢源,这样一款既无法隐身又欠缺超声速巡航能力的“超级四代机”是无论如何都难以让俄空军满意的。
2002年,苏霍伊将“金雕”战斗机的编号改为苏-47,这是个令人费解的编号——该机当时显然没有投产列装的任何可能。此时PAK-FA计划已经启动,好在西蒙诺夫及时看清了形势,当米格1.42项目逐渐陷入困境时,苏霍伊果断抛弃“金雕”,按照4S标准重新设计了T-50。而苏-47则扮演起T-50机载系统试验平台的角色,如在2007年夏季,就有人看到苏-47在机身下方挂装一块平板状物体,其上有一个尺寸约为4.75米×1.0米的舱门,可能是正在对T-50的内置弹舱进行测试。

比起老冤家,“金雕”无疑要幸运得多,当米格1.44孤苦伶仃地在格罗莫夫试飞院的机库里望眼欲穿时,至少金雕还能傍着自家兄弟T-50,发挥一点儿余热(https://www.daowen.com)

苏-47前掠翼验证机
苏霍伊卷土重来
俄罗斯政府提出的第二轮重型五代机研发计划PAK-FA发端于20世纪90年代末。彼时俄空军尽管在形式上对米格1.42项目首飞予以支持,实际在军方内部,该计划已经失宠。当然,苏霍伊的“金雕”也没什么机会,两者都无法满足俄空军对五代机的隐身需求。在此情况下,苏霍伊和米格心里都明白,只要经济稍有好转,俄罗斯政府随时都有可能重启五代机竞标,两家设计局没有其他选择,必须回归4S标准,重新准备自己的五代机方案。
在整个20世纪90年代,由于俄罗斯军费严重不足,且出于对美国JSF计划有可能在未来抢占俄式战机海外市场的担心,俄国内舆论曾一度提出放弃重型战斗机研发,转而开发一款技术难度更小,且单价更便宜的轻型五代机。米格与苏霍伊在这一阶段也均推出了自己的轻型五代机方案。1999至2000年间,苏霍伊对外公布了一重一轻两款新式战斗机设计:重型机以两台推力各为180千牛的涡扇发动机作为动力系统,轻型机则只装一台200千牛的发动机。
俄罗斯国防部显然对等于向美国认输的轻型五代机不感兴趣,其最终还是决定集中力量发展重型战斗机。2001年7月,俄罗斯政府宣布再次启动第五代战斗机研制计划,名称从过去的MFI改为PAK-FA。新的要求是:正常起飞重量20吨,作战半径1200千米,安装带矢量喷口的AL-41发动机,具备超声速巡航能力和隐身能力,机载雷达的探测距离超过150千米,可同时跟踪8个目标并攻击其中的4个,载弹量6吨,可以在300至400米的临时跑道上起降,不要求对地攻击能力。
同年8月9日,俄航空航天局局长科普捷夫表示:“五代机的设计方案须于2001年底前提出,2002年第一季度确定竞标方案获胜者,图纸设计工作于2003年完成,第一架原型机于2006年初完工并在当年开始试飞,批量生产于2009至2010年开始,参加竞标者为米格和苏霍伊两家设计局。俄罗斯的外国战略合作伙伴也可能参与该项目,其量产型估价约为3000万美元,预计研制费用为50亿美元,其中机体和动力系统占用30亿美元。”
应该说上述目标既有保守的一面又有激进的成分,俄罗斯在苏-35的“雪豹”-E无源相控阵雷达上就实现了400千米探测距离和同时攻击8个目标的拦截能力,且苏霍伊设计局早已表态称该型机肯定具备对地、对海作战能力。而科普捷夫给出的时间表和单价则过于乐观,在后来的执行过程中几乎被全盘推翻。


苏-35装备的“雪豹”-E无源相控阵雷达
苏霍伊按照新要求提出的方案在2002年2月获得通过,成为PAK-FA项目的候选方案之一。2002年3月26日,俄政府又宣布:原定于3月底前公布的五代机招标结果无限期推迟。好在这次推迟并非“无限期”,仅仅一个月后,PAK-FA竞标结果出炉——苏霍伊获胜,米格失败。
值得一提的是这次竞标的方式,俄国防部既没有像1983年那样将研制任务直接指派给设计局,也没有采用美国ATF竞标中由两家公司分别制造验证机,再试飞竞标的方式。而是在方案阶段就给出了竞标结果。之所以如此,恐怕也是希望能够在引入竞争机制的同时,尽量缩短新机开发时间并节省样机制造费用,毕竟俄国人现在已经落后太长时间了。此外,PAK-FA竞标的失败者也如ATF一样,可以研发伙伴身份参与到项目中来,避免了赢家通吃。
T-50浮出水面
在苏霍伊2004年和2005年的相关报告中,新式战斗机被改称为I-21,即21世纪战斗机,此名称后来很快被放弃。俄罗斯官方则逐渐开始用T-50这个苏霍伊的内部项目编号来称呼新一代战斗机。2004年10月,苏霍伊向俄罗斯空军提交了T-50初始设计,并在同年12月10日“原则上”得到通过。空军随后为新战机的研制、开发工作制订了详细日程表。
按照惯例,T-50的设计方案在2004年12月获得通过时就应该被冻结,设计局方面在此之后却仍不断对原设计做出大幅修改。如在2006年1月,时任俄空军总司令的弗拉基米尔·米哈伊洛夫将军就发表过一个声明,称他已“命令将飞机的最大速度从2.15马赫减小到2马赫,这样一来飞机的结构有所简化,但作战效能却仍保持不变。”
2007年初,在留里卡-土星科研生产联合体网站上出现了一张PAK-FA战斗机想象图。与之前在俄罗斯和西方民间出版物及网络上流传的T-50图片不同,留里卡-土星是专门为T-50研制发动机的企业,该想象图因此被认为具有很高的可信度。几个月后的2007年4月,联合飞机公司(OAK,由俄政府牵头联合多家航空设计局/公司组建的集设计、生产、销售、服务于一体的大型航空集团)总裁阿列克谢·费德罗夫明确指出:“T-50机身大部分部件的制造和总装将在共青城飞机科研生产联合体进行,苏霍伊联合体下属的新西伯利亚科研生产联合体工厂将负责前机身制造。”
又过了两个月,正当巴黎航展如火如荼进行之际,俄罗斯政府在莫斯科举行了一个非常低调的新闻发布会:时任俄第一副总理谢尔盖·伊万诺夫宣布,俄罗斯第五代战斗机已经进入样机制造阶段,将于2008年底前完成首次试飞。会上公布的首飞时间比宣布竞标案结果时的预期整整晚了两年,当时苏霍伊总裁米哈伊尔·波戈相就坐在伊万诺夫身边。俄罗斯军事委员会副主席弗拉迪斯拉夫还进一步宣称,头两个装备新式战机的中队将被部署到远东和高加索。

2010年1月29日,在积雪仍未消融的阿穆尔河畔,共青城机场跑道上,T-50终于完成了自己的处女航,这无疑使心情已经接近冰点的俄国人,对春天多了一份期待
尽管研发进度已经严重滞后,波戈相保证的2008年首飞目标仍然没有实现,2009年照样让人失望。直到2010年新春的钟声敲响,首架身着灰黄相间涂装的T-50样机才终于现身俄远东阿穆尔河畔共青城的机场跑道上,1月29日,T-50成功完成首次试飞,飞行时间约45分钟。全世界终于有机会一睹俄罗斯五代机真容,在一片“猛禽斯基”的喧嚣过后,必须承认,俄罗斯的军事保密工作还是如苏联时代一样出色。
两阶段赶超“猛禽”
2005年之前,T-50的大部分研发资金仍需要苏霍伊和合作伙伴自行筹措。在这一阶段,苏霍伊自己投入了40%的研发经费,合作伙伴们共同负担40%,俄国防部仅提供剩余的20%,这可能也是该项目初期进度一拖再拖的重要原因,苏霍伊尽管财政状况不错,却还要投资研发苏-35和“超级100”客机等能尽快兑换硬通货的机型,负担实在太重。

2011年8月21日,莫斯科航展的最后一天,试飞员谢尔盖·波格丹驾驶的052号T-50在滑跑起飞阶段,时速约100千米时右侧发动机突然起火,波格丹顺利实施了紧急制动,所幸人机皆无大碍,后经调查是发动机加速时产生了喘振,进而导致爆燃起火,这是T-50公开亮相后发生的第一起飞行事故
进入2006年后,俄官方表示,用于PAK-FA项目的资金出现“成倍增长”。也就是从这一年开始,项目经费主要由工业和能源部提供,国防部、苏霍伊及其他公司只需支付很少一部分。PAK-FA资金使用计划也被列入《2006-2015年国家武器计划》中,该计划于2006年11月获得时任俄罗斯总统普京的批准。
T-50于2010年首飞之后,时任俄罗斯总理普京很快便提出了一个10年投资20万亿卢布的超级强军计划,作为计划核心之一的T-50项目自然有了更充足的经费保障,其研发与试飞工作也终于能够按计划节点展开。在2011年的莫斯科航展上,T-50首次公开亮相,然而这款被寄予厚望的战斗机在众目睽睽之下竟然发生了发动机起火事故,所幸飞行员应对恰当,才避免了更大损失。两年之后它卷土重来,三架T-50以密集编队形式在莫斯科上空完成了漂亮的飞行表演,显示出该型战机的技术已经相当成熟,离批量生产并列装的日子不远了。
截至2014年底,苏霍伊共制造出8架T-50样机,其中两架用于地面测试,另外6架用于试飞,这一样机规模超过苏-27,与F-22一致。整个试飞工作分别在阿穆尔共青城、茹科夫斯基格罗莫夫试飞院,以及阿赫图宾斯克空军测试中心进行,其中1架安装有完整航电设备的样机曾于2013年1月从共青城独立飞到莫斯科郊外的茹科夫斯基机场。这次飞行距离长达7000千米。

2014年4月9日,已经升任OAK总裁的波戈相宣布,T-50将从2016年开始交付空军试用,其最终在俄空军的装备规模将达到600架,不过考虑到俄罗斯的经济状况,这一显然比180多架F-22多得多的装备规模恐怕是很难实现的。在此之前,俄罗斯军事委员会副主席弗拉迪斯拉夫也已经证实该型机的发展将包括两个阶段:第一阶段生产型装备117S发动机和“雪豹”-E无源相控阵雷达,这一阶段的T-50可以被称为“试用型”,尚不具备完整的第五代作战能力;此后开发的第二阶段T-50才是真正的批量生产型,将采用更大推力的129型发动机和N036有源相控阵雷达,作战性能至少不逊于现在的F-22。

2013年8月,同样在莫斯科航展上,三架T-50以密集编队形式完成了漂亮的飞行表演,一雪两年前的“起火之耻”
军情链接
苏霍伊设计局
今天的苏霍伊设计局股份有限公司总部位于莫斯科,由苏霍伊设计局、新西伯利亚航空生产联合体(NAPO)、阿穆尔河畔共青城航空生产联合体(KNAAPO)、伊尔库茨克航空公司组成。苏霍伊设计局于1939年组建,首任总设计师是帕维尔·苏霍伊,它是全世界最具实力的军用航空器研发企业之一。

苏霍伊设计局徽标
从组建到1953年,苏霍伊设计局走过了一段阴暗的岁月,甚至一度在1949年被迫解散,著名飞机设计师图波列夫收留了原苏霍伊局的主要技术人员,并在图局内成立了一个专门的小组,以保留这些骨干。1953年苏霍伊设计局重新组建,此后推出的苏-7战斗轰炸机和苏-9截击机在同米格设计局的竞争中获胜,随后投入生产并大量装备部队,苏-7还出口到东欧国家。此后苏霍伊设计局精品迭出,苏-11截击机、苏-15截击机、苏-17/22/24变后掠翼战斗轰炸机、苏-25攻击机等都成为苏联空军或海军航空兵的主力。

2011年8月,莫斯科航展期间,苏霍伊总裁波格相(右),在时任俄罗斯总理普京的见证下,与俄罗斯天然气工业股份公司签订了出售10架“超级100”客机的合同
苏-27的出现标志着苏霍伊设计局辉煌的到来,其在1989年的巴黎航展中乍一露面,便以史无前例的“眼镜蛇机动”技惊全场,在苏-27基础上派生出的一系列家族成员,此后几乎涵盖了俄罗斯全部军用飞机领域,苏霍伊设计局从而超越米格成为俄罗斯最重要的飞机设计机构。2009年1月11日,米格公司总经理别洛夫的位置,被苏霍伊公司老板波戈相正式取代。俄罗斯专家认为,这项任命是俄政府为合并两家公司迈出的第一步。