苏联战机结构设计落后 苏-27多带炮弹就超重

作者:张亦驰

苏-27是东西方三代机中起飞重量和尺寸最大的型号之一,空重16.4吨,正常起飞重量21.4吨,最大起飞重量33吨。无论是尺寸还是重量,都比F-15A/B大一号。

即便是这个重量,也是经过了大幅减肥之后才得到的。

苏-27结构图。

最初的预先方案中,苏霍伊设计局提出的两个布局方案的起飞重量都是18吨,起飞推重比为1.15,翼载荷为350千克/平方米。根据推重比和起飞重量,计算发动机的加力推力为10.35吨。预先方案阶段,其机载设备总重量为1.25吨,安装到飞机上之后总重量为1.67吨。包括雷达、电子战、通信等设备。

后来苏霍伊设计局发现,要想压制美国的F-15,就需要大功率雷达,鉴于当时苏联电子工业水平,安装大功率雷达,很难实现18吨的起飞重量。

于是在1974年发布的苏-27《重量限制》文件要求,飞机正常起飞重量20吨,空重不超过13.35吨(最后还是超了)。其中机体重量5.76吨动力装置4.12吨通用设备重量1.77吨,专用设备和机内武器重量为1.7吨。

为了降低空重,苏霍伊首先在结构重量上想办法,毕竟这是空重的大头。

苏-27采用了升力体构型。

但是减重不是说说那么容易的。

苏联的结构设计模型稍逊色于美国。也就是,苏联人设计相同的结构,根据他的理论,可能需要10吨结构重量,而美国的计算模型,大概就能9吨。那怎么办?

苏联人想出了一个很讨巧的办法。当年,我国顾诵芬院士和苏联人交流时,苏联人透露了这个秘密,他们是根据90%的设计载荷进行结构设计,然后进行静力试验,哪里断就补哪里。

后来苏联人出版的书中透露,在涉及结构强度问题时,所有载荷取设计载荷值的85%进行强度计算。当然,在结构部件和元件的固定接头处,以及维护时很难达到的地方,则按照110%的强度计算。如果按照原有的强度规范,就需要乘以1.25的系数。最终通过静力试验,逐步加强结构薄弱部分,最终达到给定的强度水平,使得结构重量达到最小。

这个办法实际上是老苏霍伊想出来的,最初给出的系数就是0.9,也就是90%。这实际上是个没有办法的办法,因为当时苏联的计算方式不够精确。这种方式导致的问题是,在静力试验中,搞坏了5架飞机。在试飞阶段损失的飞机,也有一些事故可能与飞机强度有关,但最终效果还是不错的。

这架苏-27很胆大,不带干扰吊舱就来迎敌。为了降低空重,苏-27把原本内置的电子干扰系统该外翼尖吊舱。

从这个角度来看,苏-27的结构重量没有一处是多余的。所以当年所谓的“巴伦支海手术刀”事件,看空天一直认为是苏联飞行员鲁莽操作所致。苏-27的垂尾强度并不支持它那样干,平时的训练也没有这样的课目。那位飞行员后来也因为飞行事故丧生。

下一步在看材料和工艺。锂铝合金蒙皮和钛合金隔框的采用,大大降低了结构重量。当然,苏联人的工艺还是稍显逊色。比如,一个隔框由6块钛合金板焊接而成。但是,苏-27的结构最终水平总体和美国F-15大致相当。

苏-27原本计划装备相控阵雷达,无奈相控阵雷达重量太大,最后使用了倒置卡塞格伦天线。

最终苏-27的结构设计差距不大,但是,在航电系统方面,俄罗斯人就差多了。这实际上是苏联装备傻大黑粗的主要原因。而且航电系统重量大导致的系统增重系数最大。

根据苏联的工程师的观点,机载无线电设备重量每提高1千克,飞机的重量平均增加9千克,而对于发动机来说,美提高1千克,飞机重量要提高4千克,对于飞机的其他系统,这个变化率为6-7千克。

在这方面,苏霍伊设计最终舍弃了相控阵雷达,而选择了相对落后的,采用了倒置卡塞格伦天线的N001雷达。而米格-31装备相控阵雷达,是因为起飞重量更大。

除了雷达以外,电子战设备重量也不小。怎么办?扔掉!

最初军方的指标是内置式电子战系统。设计师发现塞不进去,还是得外挂。然后找理由,最后发现,人家美国人也在玩吊舱,F-16的电战系统就不是内置的(F-16内置,是因为内部空间实在太小)。最终,用美国人的方案说服了苏联军方,将电子干扰设备以吊舱形式外挂。

这样仍然超重。苏局就将目光转向了航炮。有人经常吐槽苏联三代机只装150发炮弹,根本不够射,设计思想落后!

苏-27最终使用了固定安装的单管航炮,备弹150发。

其实,苏联军方最初提的指标是双管AO-17A机炮配250发炮弹。但是,但是苏局发现,航炮和炮弹都太重,装不了那么多。多次“上访”后,最终苏-27安装了单管30毫米GSh-301机炮,弹药基数也降为150发。

相比之下,F-15C的M61A1航炮备弹高达940发。当然,苏联传统上喜欢大口径航炮,一发炮弹命中就管用。炮弹大自然会降低弹药基数,但是苏-27把弹药基数降低到150发,还真不完全是设计思想的问题,而是具体的技术细节问题。

为了降低重量,苏-27没有配备原计划安装的R-33远程空空导弹。而是使用了R-27这种很有特色的导弹。这种导弹是一种非典型的旋转弹翼式布局。

即便如此,其设计仍然超重不少。于是取消前机身的座舱后壁和地板上的装甲、取消空中加油系统、液压系统应急泵,计划使用的R-33远程空空导弹不用了……

苏-27机体十分庞大,空间充裕,按理说什么都能装。但是事实是,最后苏联设计师不得不从苏-27机体上做减法。没办法,地主家也没有余粮啊。

当然,苏-27空重的另一大头是AL-31F减重,而这又是另外一个故事了。

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