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主题:【原创】鹤之旅 -- 晨枫

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家园 【原创】五、镇守蓝天

1954年夏,在后掠翼的前线战斗机S-1进入全面工程设计的同时,后掠翼的截击机S-3开始设计,但进展缓慢,后被中止。到了秋天,三角翼的T-1和T-3也开始了。10月间,T-1和T-3的全尺寸模型通过审核,批准进入工程设计,T-1优先。

这是航空理论落后于航空实际的年代。后掠翼和三角翼都能起到推迟跨音速波阻出现的功能,后掠翼在结构上相对接近已经成熟的平直翼,但三角翼的概念更加诱人。三角翼不仅可以容易地做到很大的前缘后掠角,还因为较长的翼根而使机翼的受力设计相对简单。较大的翼展应该对降低翼载有好处,可以提高机动性,三角翼还可以设计成无尾布局,省却平尾结构的重量和阻力。但是三角翼的气动特性没有理论指导,也没有现成经验可循,只有靠不断的实践。

在TsAGI的指导下,苏霍伊没有采用更前卫的无尾三角翼,而是退一步的有尾三角翼,也就是说,基本布局和S-1相似,只是把S-1的后掠翼换成三角翼。T-1作为前线战斗机,计划装备雷达测距仪,可调进气口保证发动机在较大范围内处在良好的工况,基本武器为30毫米航炮,左一右二。

T-1在1954年12月完成设计,计划制造两架飞机,一架用于地面静态测试,一架用于试飞。在此期间,截击机T-3也在1955年2月完成设计。苏霍伊当时提出同时上马S-1、S-3、T-1、T-3并不是为了最终同时研制4个型号,而是为了在实践中摸索取舍的方向。在S-1已经进入高速发展的同时继续T-1并不合理,1955年5月,部长会议下达决议,放弃T-1,集中精力发展T-3。三角翼的T-3对高空高速和先进武器系统要求更高的截击机更加有前途。已经在制造的T-1中途换马,按T-3的标准完成。

T-3装备雷达和空空导弹,还有左右各一门30毫米航炮。由于技术原因,T-3的搜索雷达和跟踪雷达分用两个天线,所以T-3的机头上唇变成前突的圆锥,圆锥下还悬吊一个扁桃体一样的东西,形成十分奇特的样子。这使得T-3的进气口变为固定的,只能对某一范围的马赫数优化。

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T-3的尊容,进气口上突出的圆锥是雷达罩,进气口里看不见的地方,还从圆锥悬吊一个扁桃体,两个雷达罩分别用于搜索雷达和跟踪雷达

1955年4月23日,T-3制造完成,移交进行试飞准备。5月26日,TsAGI审查通过,准予试飞,马卡林操舵首飞。由于配套系统的研制进度拖延,试飞的T-3没有安装雷达、航炮、瞄准具、敌我识别等系统,只有配重。马卡林主要负责飞行包线的试飞,这一阶段一直持续到9月28日。

10月份开始,T-3回到工厂改装,安装了雷达、航炮、瞄准具、K-7空空导弹的发射架、无线电、加大的阻力伞、滑动的座舱盖等。但由于发动机交付的拖延,第二阶段的试飞没有马上开始,直到1957年9月10日才恢复。空军的普利尼亚金和苏霍伊的伊柳辛负责试飞。57年夏,伊柳辛继续雷达和空空导弹的试验。

T-3的试飞延续了一年,累计80次试飞,在大干快上的50年代,这是很长时间了。这不光由于飞行性能达到新的高度,还由于武器系统达到了空前的复杂程度。在此之前,战斗机设计就是气动加发动机,把飞机拉到敌人的跟前搂扳机就是了。现在不同了,雷达、导弹、各种电子名堂,战斗机不再仅仅是飞机,而是一个武器系统,使设计和测试极大地复杂化了。

试飞一年之后,证明T-3的速度快,升限高,加速好,最大速度达到1930公里/小时,升限达到18300米。但发动机还是动力不足,实测中只达到6850公斤静推力和8975公斤加力推力,离要求的7500公斤静推力和10000公斤加力推力还差得远。发动机的可靠性更加成问题,寿命就不谈了。

和S-1一样,试飞中发现了进气口喘振的问题。由于T-3采用固定进气口,速度只能限制在M1.8以下。借用S-1上的经验,加装防喘振门,但M1.6以下的速度受损。这表明:固定进气口是不能用了。

进一步试飞前,T-3作了一些改装。发动机的冷却强化,钢缆作动的操纵面控制改为连杆作动。从莱特兄弟开始,飞机操纵面的控制就是用钢缆牵动的。钢缆加滑轮的系统轻巧,布置灵活,但速度提高到一定程度以后,就力有不逮了,需要用更坚固但也更重、更复杂的刚性连杆-杠杆系统。T-3已经跨过这个坎了。

还有一个问题是雷达和导弹,进度拖延,性能达不到要求。为此,苏霍伊专门制造了和T-3共用身架子的PT-7,用于导弹和雷达的测试。但PT-8则是专门用来克服飞行性能问题的。PT-8的机头加大,用样子和S-1相似的中心可调进气锥,内部空间足以装下正在研制中的Almaz雷达。后机身加大,足以容纳加大推力的AL7F-1。PT-8为苏霍伊提供了宝贵的经验,但是进度要求使得苏霍伊进退维谷。

这时节,苏联空军对米格-21很满意,对米格-21上用的图曼斯基R11发动机也很满意,要苏霍伊把T-3改成双发,这就成了T-5。双发的后机身大大加宽,阻力增加,但双发的动力确实强劲。改装从1957年10月开始,到1958年6月完成,增加了机内载油量,但由于最大起飞重量的限制,实际载油量反而减少了150升。T-5改用中心调节锥,刚性连杆控制。7月18日由伊柳辛首飞,试飞持续到1959年7月1日,共26架次。尽管气动阻力增加,双发的强劲还是显而易见,不过燃油系统有问题,加力常常失败,尤其在爬升的时候。由于双发的重心后移,方向安定性下降。单一的进气口容易出现双发争夺进气的情况,这是由气流分叉后preferential flow造成的。这是流体力学里一个常见的现象,在一股流体分流成两股之后,即使两边是对称的,由于什么扰动使一侧暂时分流得多一点,但扰动过后,多得的那一侧继续多得,而不是恢复对称。T-5就碰上了这个问题,两台发动机的工况不一致,造成很多问题。单一进气道也造成空中停车后再启动不可靠。

到了1957年,固定进气道的问题已经很显著,苏霍伊决定回到S-1的中心调节锥。为什么没有在一开始就用中心调节锥呢?中心调节锥的内部容积小,对雷达的限制多,但事到如今,也只好这样了。

1957年9月到58年4月,苏霍伊进行了一些列飞行测试,同时等待上级决定。由于T-3是截击机,雷达和空空导弹的配对很重要。苏联有两个基本技术方案,一是用雷达驾束制导,也就是说,导弹发射出去后,载机的雷达波束要持续、稳定地照射在目标上,导弹沿着波束前进,直到击中目标。这种制导方式技术简单,射程短,对载机在发射后的瞄准要求高,目标高速机动时,导弹容易脱靶。另一方案是雷达半主动制导,导弹发射后,载机的雷达继续照射目标,但导弹只是搜寻来自目标的回波,射程可以较远,脱靶率也相对较低。正在设计的系统中,雷达架束制导的TsD30雷达加K-5空空导弹(北约代号AA-1“碱性”)相对成熟,雷达半主动制导的Almaz或者Orel雷达加K-7或K-8空空导弹(北约代号AA-3“阿纳布”)还不过关。在这样的情况下,1958年4月16日,部长会议指令双管齐下,后者用Orel雷达和K-8导弹,两者都要和正在研制中的Vozdukh-1地面指挥导引系统配合使用。

拿到尚方宝剑之后,苏霍伊先集中精力于采用TsD30雷达和K-5导弹的型号,设计局代号为T-43。58年4月决定一下来,苏霍伊马上开始紧锣密鼓的试飞,由伊柳辛领军,试飞的飞机达到6架。T-43最终有4个防喘振门,以解决喘振问题。

1958年12月3日开始,T-43二号到六号机大举出动,参加国家鉴定试飞,一号机则用于雷达和导弹的测试。伊柳辛、科洛伏希金、法达耶夫、列奥尼德·科拜欣、尼古莱·克里洛夫、鲍里斯·亚得利亚诺夫、斯特潘·米高扬都参加了试飞。这是一个十分华丽的阵容,也反映了T-43的先进性、复杂性和在苏联的地位。

试飞充满了挑战,很多系统都是全新的,还不成熟。进气口控制和发动机的匹配碰到了和S-1一样的问题,M1.8以上时常出现发动机喘振。在15000米以上的时候,即使M1.5以上也会出现喘振,甚至空中熄火。

1959年1月,进气锥加大,从215毫米直径扩大到230毫米直径,并采用自动调节,而不是先前的两级调节。防喘振门也得到了改进。改装后,第二阶段试飞开始。但在1959年7月20日的极限速度测试中,六号机坠毁,试飞员科拜欣身亡。稍后,法达耶夫的飞机发动机在空中故障,在迫降中受重伤。

但T-43的改进和试飞继续进行。为了增大机内载油量,翼内油箱加大,机内一个软油箱也改成容量更大的硬油箱,两门航炮取消,空出来的地方增装燃油,这些措施和苏-7都差不多。最后载油量从3060升增加到3780升,效果还是比较显著的。

国家鉴定试飞在1960年4月1日结束,T-43在新西伯利亚飞机厂投产,生产代号为苏-9,交付国土防空军使用,取代装备雷达和空空导弹的米格-19PF和米格-19PM。

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装备雷达驾束制导空空导弹的苏-9曾经是苏联国土防空军的主力,外观特征是机头比米格-21稍长,整个尺寸也要大一圈

但防空军对苏-9的适应用了一段时间。苏-9的性能、能力和系统复杂性都大大超过了防空军所熟悉的范围,新飞机在一段时间里事故率较高,尤其是发动机的故障率。但这是和苏-7一起苏联唯一的能达到U-2的高度的战斗机,而这正是U-2屡屡侵入苏联领空的时候。U-2的入侵不仅是机密被美国探去的问题,更是一个政治问题,影响到苏联的声誉。在冷战初期,巴基斯坦是美国在西亚的铁杆盟友,巴基斯坦到巴格达的中央条约组织相当于从中东到南亚的小北约,美国U-2经常从这里起飞,刺探苏联在乌拉尔地区的战略导弹部署和军工生产及科研情况。1960年4月,又一架U-2从巴基斯坦侵入苏联南方的上空,待机的苏-9试图拦截,但经验不足,地面引导也出错,拦截不成功。一个月后,Vozdukh-1地面引导指挥系统投用,苏-9的地空拦截体系基本成形,开始在南方战斗值班。正好鲍威尔的U-2来了。防空军的米格-19多次拦截无果,萨伏洛诺夫还因为动作过猛而造成失速,改出不及最后机毁人亡,另一个说法是萨伏洛诺夫的米格-19是被防空军的萨姆-2防空导弹打下来的。伊万·孟邱科夫的苏-9刚好转场经过斯维尔德洛夫斯克,临时紧急起飞拦截,但没有准备,连导弹也没有带就上去了,还没有找到U-2。鲍威尔的U-2最后是被萨姆-2防空导弹打下来的。

尽管苏-9没能在U-2上露一手,苏-9还是成为50年代末和整个60年代中间苏联国土防空军最重要的截击机之一。

苏-9的生产在新西伯利亚飞机厂从1958年到1962年持续了4年时间。由于防空军要得紧,莫斯科的第30工厂也同时开始生产,加速部署。生产型的改进包括改进的防喘振门、加大推力的AL7F1-100发动机、加大的油箱、新的弹射座椅、可刹车的前起落架。T-43的5号机和12号机还用于试验翼尖发射的K-13(北约代号AA-2“环礁”,红外制导,据说是美国“响尾蛇”的拷贝)空空导弹,这是空军的要求。试验结果表明,用K-5改进的K-55空空导弹(也是红外制导)要容易一些。试验一直持续到1967年,但最后还是用翼下挂架发射。

为了加速苏-9飞行员的训练,苏霍伊受命设计双座型,代号U-43。双座型在前机身加长600毫米,1959年开始设计,1961年1月25日首飞。所有系统全部双套,后座甚至还有自己的雷达显示,所以不仅仅是教练机,而且是具有战斗机能力的战斗教练机。双座型增重630公斤,航程有所缩短,定名为苏-9U。

T-43被用于打破多项世界航空记录。伊柳辛在1959年7月14日,达到28852米的高度。亚得利亚诺夫在第405架生产型飞机改装而来的飞机上,在100公里闭合环路里,飞出2092公里/小时的世界纪录,飞机也因此得名T-405。1962年9月4日,伊柳辛再次打破纪录,在平飞中达到21270米的高度。1962年9月25日,柯兹诺夫在500公里闭合环路里飞出2337公里/小时的世界纪录。

苏-9解决了防空军配备空空导弹而又达到双二的截击机的燃眉之急,但防空军的眼光还是集中在配备更强大的雷达和更远射程的空空导弹的更先进截击机。苏霍伊以PT-8为基础,设计了T-47。和苏-9相比,进气锥加大,可以容纳较大的Orel雷达,配备雷达半主动制导的K-8导弹,可以在前半球攻击,攻击包线比雷达驾束制导的TsD30雷达和K-5导弹大很多。由于技术复杂性大大超过T-43,研制时间比较长,到58年中才完成设计,9月移交试飞,主要用于测试发动机和进气口性能。二号机用于飞行测试,没有雷达,用配重代替,但很快就在事故中坠毁。三号机是第一架带雷达的T-47,还加装机翼前缘锯齿,以改善低速性能,12月开始试飞。1959年春,四号、五号机也参加试飞,这两架飞机带雷达和导弹,基本上是生产型规格。伊柳辛、索洛维耶夫、库库谢夫、科兹诺夫负责试飞。显然,这个项目对苏霍伊和防空军都十分重要,苏霍伊试飞员精锐尽出了。

进气锥实际上大于Orel雷达的需要,造成较大的进气损失,升限、速度、加速度都受到损失。1959年9月底,设计局试飞结束,移交国家鉴定试飞。同期七号机和八号机用于导弹和雷达测试。

根据试飞结果,苏霍伊决定采用加大推力的AL7F-2发动机,采用和苏-9相似的措施加大机内载油量。1960年春,改装完成。新机采用新的雷达罩,自动调节的进气锥,改进的进气道防喘振旁通门。1961年6月28日,全系统的截击试验通过国家鉴定,新机按苏-11投产。

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苏-11和苏-9在外形上不容易分别,苏-11的进气锥更大一些,以容纳较大的Orel雷达,并挂载射程更大的雷达半主动制导空空导弹。苏-9和苏-11都没有出口到任何国家,包括华约国家和苏联在中东的盟国,为防空军专用

和苏-9相比,苏-11的基本飞行性能有所下降,但更加先进的武器系统远远超过了飞行性能的损失,使苏-11成为更有效的截击机。

按照部长会议的决定,苏-11也在新西伯利亚投产,在苏-9生产于1962年结束时立刻转产苏-11。由于苏-11相对于苏-9的结构改动不太大,转产十分顺利。

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