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      大衛之鷹,以色列“獅”式戰斗機研發始末

      來源:空軍之翼作者:Armstrong責任編輯:伍行健
      2020-07-10 10:36

      1973年的中東戰爭打破了以色列軍隊不敗神話:情報預警系統失靈,地面防御系統遭到破壞,軍隊紀律和動員出現嚴重問題,近500輛主戰坦克被摧毀,近三分之一的戰斗機遭受損失。戰后檢討導致以色列航空工業公司(IAI)根據“鷹”(Nesher)戰斗機專門發展了其J79發動機改進型——“幼獅”(Kfir),用于攻擊地面目標。但“幼獅”只是基于法國“幻影”5的臨時解決方案,到70年代末,以色列空軍意識到自己需要一種全新戰斗機。

      “獅”的誕生

      通過生產“鷹”和“幼獅”,以色列此時已經積累了研制戰斗機所需的經驗,于是著手制定了雄心勃勃的輕型戰斗機自研計劃,命名為“獅”(Lavi)?!蔼{”將是一種戰斗轟炸機,被設計用來直接取代代以色列空軍現役的“幼獅”和更陳舊的A-4“天鷹”攻擊機。

      以色列政府試圖通過研制“獅”增加工作崗位,留住航空工業所需的高技術人才,并增加以色列戰斗機的出口競爭力,降低美國對以色列的政治影響。更重要的是與當時埃及即將獲得的F-16A/B戰斗機相比(此時以色列剛接收首批F-16),“獅”是一種為以色列空軍定制的武器,沒有泄密之憂。以色列估計整個項目的開發成本為7.5億美元,每架“獅”的制造成本是700萬美元。

      以色列政府在1979年宣布了“獅”式戰斗機,項目在1980年2月正式啟動。當時以色列空軍擁有全球空軍中最豐富的戰斗經驗,畢竟自1948年以來一直在為生存而戰,因此全世界航空工業都對以色列將要研制什么樣的戰斗機很感興趣。美國在原則上支持該項目,并同意以色列使用美國提供的外國軍事銷售(FMS)信貸來購買“獅”所需的美制組件。

      一開始,“獅”被定位成一種輕型近距空中支援和戰場遮斷戰斗轟炸機,僅需執行次要空戰任務,該機具有單座型和雙座教練型,后者將具備全部作戰能力。IAI為“獅”選擇了通用電氣公司的F404渦扇發動機,這種發動機發展自YF-17的YJ-101,已被F/A-18“大黃蜂”艦載戰斗機采用,最大軍推4990千克,最大加力推力8028千克,能提供現代戰斗機發動機的所有無憂操作,似乎是一個不錯的選擇。

      F404還是PW1120

      但情況很快發生了改變,“獅”的設計理念在1982年發生了很大變化,進化為高性能多用途戰斗機,需要同時勝任近距空中支援和防空及空中優勢任務。顯然以色列空軍對“獅”的生存能力提出了更高要求,輕型戰斗轟炸機已經無法在現代戰場上幸存。

      為了實現該目標,“獅”在總體設計上需要將小型化、氣動效率、高機動性、復雜軟件系統,以及高速、遠程掛載大型有效載荷的能力結合在一起。以色列政府于1982年批準了IAI制造5架“獅”原型機,其中三架是雙座型。該機在當年10月開始全面開發,生產目標為至少300架單座型和60架雙座教練型。

      性能增強也意味著“獅”的重量直線上漲,到1982年10月,“獅”的最大起飛重量已經達到17噸,并仍在快速攀升。F404此時已經推力不足,因此“獅”改用了普惠PW1120渦扇發動機。PW1120是F100發動機的縮小型,后者已被F-15“鷹”和F-16戰斗機采用。PW1120保留了F100核心模塊、傳動箱、燃油泵、前涵道和數字式電子控制裝置,兩者之間的通用性達到70%,只有寬弦低壓壓氣機、單級無冷卻低壓渦輪、簡化的單氣流燃燒室和輕型尾噴管是全新設計的。

      PW1120原型發動機于1982年開始試車,1984年開始進行飛行測試,當時計劃在以色列境內由貝特謝梅什發動機公司按許可證制造。由于PW1120與F100的通用性,以色列空軍無需為這種發動機儲存過多單獨備件。

      PW1120的飛行測試是在一架F-4E“鬼怪II”戰斗機上進行的,該機不僅被用于“獅”式戰斗機的研發,還是“戰錘2000”戰斗機的原型機,后者將升級現代航空電子設備和系統,并使用PW1120取代冒黑煙的通用電氣J79渦噴發動機。PW1120最大軍推6350千克,加力推力9298千克。

      PW1120的試飛非常成功,使F-4E在不開加力的情況下超過1馬赫,戰斗狀態推重比達到1.04,比標準F-4E高出17%,掛載18枚炸彈時的低空最大速度從1046公里/小時增至1120公里/小時,持續轉彎速度提高15%,爬升速度提高36%,中等高度加速性提高27%。1987年“戰錘2000”原型機在巴黎航展上進行了表演。

      機身設計

      “獅”是一種單發多用途戰斗機,主要被設計用于執行高速突防打擊任務,同時還有較高的機動性和生存能力。

      人們總是喜歡將“獅”與F-16進行比較,因為這兩種戰斗機有相似的設計特點。從本質上講,“獅”的體形更小、配備的發動機推力更低,整體推重比低于F-16。與傳統布局的F-16不同,“獅”從一開始就被確定采用近耦鴨式三角翼布局,這是因為IAI已經在“幼獅”上積累了關于這種氣動布局的豐富經驗。三角翼重量相對較輕,可在提供足夠的燃料容量,大迎角時,鴨翼提供了額外升力和方向控制。

      “獅”的翼面積為38.50平方米,比F-16的大38%,展弦比2.1,僅為F-16的三分之二。機翼前緣后掠54度,在鴨翼氣流影響范圍之外布置有前緣機動襟翼。機翼后緣略微前掠,布置有四片升降副翼。和F-16一樣,“獅”的機翼翼尖也裝有導彈導軌,可掛載兩枚“怪蛇3”紅外制導空空導彈。全動鴨翼位于飛行員座椅之后的前機身兩側,對座艙視野的影響被降到最小,鴨翼略微上反。

      再次和F-16一樣,“獅”的垂尾被安裝在后機身上方的一個島型結構上,在大迎角下能憑借鴨翼脫體渦來增強方向穩定性。同樣該機也具有類似F-16的兩個腹鰭,前三點式起落架設計與F-16接近。

      “獅”采用四冗余線傳飛控和放寬靜穩定性設計(10%至12%之間),驅動9塊飛行控制表面,無機械備份。也就是說“獅”是一架靜不穩定的飛機,和F-16一樣依賴計算機來維持飛行。

      “獅”在外觀上與F-16最為相似的設計是前機身下方的集成附面層隔板的笑口狀皮托進氣口,這種設計能提供令人滿意的大迎角進氣性能。前機身底部扁平,將空氣引導至進氣口,避免在側滑狀態下出現進氣不穩定?!蔼{”的進氣道彎曲程度更大,防止發動機壓氣機葉片的迎頭暴露,降低了迎頭雷達截面積。

      “為了降低結構重量,“獅”的機翼及其附屬結構、腹鰭、機身蒙皮、垂尾、鴨翼廣泛采用復合材料制造,復合材料占比達22%,IAI稱這將使“獅”的雷達截面積顯著降低。

      座艙與航電

      一般來說,戰斗機原型機首先試飛的應該是單座型,然后才是雙座型。但IAI首先設計了“獅”的雙座型,并將單座型的后座空間預留給未來航電升級。以色列空軍計劃最初30架生產型“獅”都是雙座型,以幫助培訓飛行員。

      和F-16一樣,“獅”也具有一個視野極佳的氣泡座艙蓋,但不是無隔框設計。該機的座艙沒有采用F-16的側置操縱桿,因為IAI想要一個傳統中置操縱桿,根據以色列戰斗機飛行員的意見,采用中置測力操縱桿的話,即使飛行員右臂或右手在戰斗中受傷,也能用左手操縱飛機返回基地。此外,側桿還意味著右側控制臺上的空間較小。

      由于以色列F-16飛行員經常抱怨頸部疼痛,以及后傾座椅會抬高飛行員的膝蓋,導致可用面板空間減少,因此“獅”安裝了較為直立的彈射座椅而不是F-16為了提高抗荷能力的大后傾座椅?!蔼{”采用當時最新的座艙設計,具有HOTAS油門和操縱桿,休斯公司的寬視場衍射平顯和三個下視顯示器(其中兩個是彩色的),后者通過與頭盔顯示器共享數據來確保顯示冗余。

      “獅”的航電幾乎全由以色列研制,在機鼻安裝一臺埃爾塔(Elta)公司的EL/M-2035多模式脈沖多普勒雷達。該雷達發展自“幼獅”C2的雷達,在當時屬于先進設備,可同時跟蹤多個目標,具有上視和邊跟蹤邊掃描模式。雷達還具有兩種空地模式,以及地形繪制和和地形規避模式。該機還將安裝埃爾塔/埃利斯特拉公司(Elistra)研制的電子警告系統,具有主動和被動模式,并得到外掛式電子戰吊艙的增強。

      發動機與武器

      “獅”內油容量3330升,比F-16少了16%,不過可通過更低阻力和和PW1120的更低油耗來彌補。該機最大起飛重量達到19.3噸,略微超過F-16。其普惠PW1120渦扇發動機全加力狀態能將“獅”推進到1.85馬赫的最大速度。該機掛載8枚340千克炸彈時的作戰半徑為460公里,空戰推重比1.1,最大過載9g。

      “獅”具有當時以色列空軍的標準武器,除翼下副油箱外,該機位于右翼根部的30毫米內置機炮來自德發公司(DEFA),口徑30毫米,每分鐘射速1500發。從上世紀50年代的達索“神秘”(Mystere)一直到“幻影”,德發機炮始終倍受以色列飛行員的信任,甚至將其安裝在美制A-4“天鷹”上取代原先的20毫米柯爾特Mk.12機炮?!蔼{”的空空武器是拉斐爾公司(Rafael)的“怪蛇”(Python)3紅外制導近距格斗導彈,空地武器將包括Mk.80系列無制導自由落體炸彈、休斯AGM-65“小?!毕盗袑?,IAI“加布里埃爾”(Gabriel)反艦導彈和“凸眼”(Popeye)空地導彈。

      原型機試飛

      首架“獅”全尺寸模型于1985年推出。1986年12月31日,IAI首席試飛員梅納赫姆·施穆爾駕駛首架“獅”原型機B-01號首飛,他在持續26分鐘的飛行中檢查了發動機和控制裝置,降落后將“獅”的操控性評價為“出色”。

      第二架B-02號原型機于1987年3月首飛,同樣是一架雙座型,兩架原型機的后座都被測試設備占用。B-02能在機腹掛載一個副油箱,并安裝了一個特殊的空中加油探頭和幾個新的航電設備。

      在試飛中,兩架原型機進行了80多架次飛行,飛行速度超過1馬赫,迎角達23度。生產中的第3、4、5架原型機將配備生產型機翼、任務航電和其他生產型設備。飛過“獅”的飛行員對其敏捷性和推力贊不絕口,一些專家認為在大多數方面,“獅”的性能可以與F-16C/D媲美,甚至在某些方面甚至超出。該機鴨式三角翼的在靜不穩定上的控制權限要優于傳統有尾布局,這意味著“獅”能比F-16更快轉彎。

      但是到了1987年8月,以色列內閣卻以12票對11票以及一票棄權的投票結果取消了“獅”項目,此時兩架原型機已經完成了82架次飛行,探索了很大一部分的飛行包線。這個決定遭到IAI工人的抗議反對,無濟于事。IAI別無選擇,只能解雇近5000名員工。

      在項目被取消后,IAI仍自行籌資在兩年后完成了第三架原型機B-03號,該機被用作IAI的技術驗證機,以測試和評估外銷航電設備。

      “獅”之死

      不出意外,和大多數夭折的戰斗機研發一樣,“獅”之死是高研制成本和政治因素雙重作用的結果。美國一開始對這個項目提供了支持,同意以色列使用其對外軍事銷售(FMS)項目的信貸購買“獅”式戰斗機的美國組件,所以這是一種嚴重依賴美國技術的戰斗機。有超過20億美元的美國援助和技術流入了“獅”研發項目,也就是說美國承擔了該機研制成本的很大一部分,高達40%。

      到1983年,項目成本已從7.5億美元研制成本和每架飛機700萬美元的制造成本分別猛增到15億美元和1550萬美元,到項目被取消時,單機成本已經接近2000萬美元,與F-16相比毫無性價比可言。在美國和以色列,人們都在問為什么要花這么多錢研制這種戰斗機?在美國人眼中,與自己的戰斗機相比,政府似乎更愿意幫助外國研制戰斗機。與“獅”形成鮮明對比的是,1986年11月,諾斯羅普由于缺少軍方訂單而被迫取消F-20“虎鯊”輕型戰斗機項目,損失超過10億美元,并流失了2000個工作崗位。

      在以色列,由于“獅”項目在吞噬大筆寶貴的國防預算的同時卻無法在10年內以最佳狀態服役,因此受到國防部長的抨擊,1985年爆發的經濟蕭條也使該項目雪上加霜。更為關鍵的是,如果沒有美國的財政幫助,以色列就無法制造出“獅”,因此當美國國會決定撤回資金時,整個“獅”項目就轟然倒塌。

      “獅”的取消使以色列徹底喪失了研制戰斗機的能力,至今IAI公司仍是全球航空工業的小型競爭者,無法成為重量級選手。與之形成鮮明對比的是,同樣是小國的瑞典堅持自主發展戰斗機的戰略,JAS-39“鷹獅”戰斗機在戰斗機市場上極具競爭力,這從一個側面證明了“獅”本來是可以完成的。

      按計劃,“獅”的總產量約為300架,將從1990年開始交付,全面服役日期約為1992年,IAI生產線每月制造12架,該機將成為以色列空軍的核心裝備,并獲得持續機身和武器升級?!蔼{”被取消后,美國同意以色列訂購額外的F-16,以及以前嚴格控制采購數量的F-15重型戰斗機。

      如今,“獅”仍以某種形式存在著,不,當然不是殲-10,而是洛克希德·馬丁公司為以色列定制的F-16I“雷暴”(Sufa),“獅”的一些設計理念和技術已被融合到以色列空軍的F-16I機隊中。此外該機的綽號也被以色列空軍進口的M-346高教機繼承。

      今天,“獅”已經成為回憶,B-01、04和05型原型機被報廢拆解,B-02保存在哈澤林(Hatzerim)的以色列空軍博物館,B-03原型機作為IAI先進戰斗機和座艙技術的驗證機一直飛到90年代。

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