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红色“女武神”,苏联T4超音速远程战略轰炸机发展简史

2020年2月9日 - 国际动态
红色“女武神”,苏联T4超音速远程战略轰炸机发展简史

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20 世纪 50
年代,面对着美国战略空军,苏联人感到了巨大的威胁,他们迫切地感觉到组建一支战略性空中力量的重要性。鉴于这个军种的高技术含量以及战略上的要求,往往一种型号的飞机在列入现役之前,对于将要替代它的下一型号飞机的研制工作就开始了。比如说图-22眼罩”,作为一种超音速飞机,它的任务是轰炸那些图-16獾”无法很好轰炸的目标。在漫长的日子里,图-22眼罩”经受了实战的考验,然而,它们不是用于轰炸北约的战略设施,而是在中亚和非洲贫瘠的土地上空施展威力。

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图-22M,北约代号:Backfire,是苏联图波列夫设计局研制的一款超音速可变后掠翼长程战略轰炸机。除了担任轰炸任务以外,Tu-22也担负侦查、电子作战与攻击航空母舰战斗群等任务。于1972年开始量产,目前俄罗斯仍有162架图-22M3正在服役中。

新萄京棋牌官网,1961年7月,苏联航空节上两架米格-21战斗机伴随M-50轰炸机公开登场,这款据称装备核动力并能实现无限巡航的轰炸机让西方着实一阵紧张,随后北约给它取了个“野蛮人”的绰号。实际上M-50轰炸机于1957年就已经首飞成功,这是一款双座四发后掠翼超音速轰炸机,当然超音速只是名义上的因为试飞之后最大飞行速度只能达到0.99马赫。

M-50是苏联四发动机超音速轰炸机的原型,由马萨契夫实验工厂设计;始终没有服役,确定生产的只有一架,1957年首飞。一位作家曾经评这架飞机的设计是:“以对高速飞行一无所知下,M-50算是最成功的失败”。

研制来由

M-50轰炸机

结构特点

Tu-22最初设计的目的是要取代当时苏联服役中的Tu-16轰炸机,以超音速的飞行性能突破防空网和空中拦截,对欧洲的战略目标投掷核子武器攻击。在1950年到1953年之间,图波列夫设计局曾经研究了多种不同任务的超音速飞机设计,包括战术攻击机、侦查机、中型与重型轰炸机等等。等到1954年Tu-16轰炸机进入量产之后,苏联官方正式将下一代超音速轰炸机的发展计划交给该设计局来进行。

原因首先是发动机推力不足,再加上这个时期苏联对于高速飞行器的特性缺少认知,从而导致了气动布局的不合理也造成很大问题。虽然后期换装了大推力发动机,不过由于导弹制胜论的兴起改进的M-52版本一直未能顺利升空,也就没能最终实现超音速飞行的设计目标。

M-50是四引擎高速轰炸机,配备两具VD-7和两具VD-7F涡轮发动机,一对挂在翼尖,一对在翼下的奇特布局。机翼则是切调翼端的高单翼三角翼。

这一个设计案初期的内部编号是Samolet 103,又被称为Yu计划(Project
Yu),这个阶段的基本设计是以Tu-16为蓝本,配合4具安装在翼根处的VD-5或VD-7涡轮发动机。1954年另外一个改良设计逐渐成形,编号是Samolet
105,两者最大的差异之一是后者将两具涡轮发动机安装在机尾,垂直安定面的下方两侧。机身的设计则与另外一个战术攻击机计划Samolet
98类似。这个设计最后定型为Tu-22,于1958年6月进行原型机的第一次试飞。

M-50轰炸机可以携带30吨弹药攻击美国本土或航空母舰,为了实现高空高速超远程的目的采用了细长机身加大三角翼设计方案。发动机的安装也很有意思,两台D-15涡轮喷气发动机吊装于两侧翼下,另两台则安装在两侧翼尖上。

结构特点

M-50轰炸机

该电子战斗机具有可变后掠式下单翼;两台萨玛拉/库兹涅佐夫NK一25涡轮风扇发动机安装在机身上;进气口位于两侧。

跨洋打击

战机性能

M-50轰炸机上还运用很多新技术,包括:钛合金骨架、特殊的起落装置和自动驾驶仪等,而且操作简单机组成员只需要两人。从设计数据看200吨的起飞重量、1950千米/小时的最大飞行速度、7400千米的航程在当时看似相当不错,但这些纸面上的性能基本没能实现。虽然M-50轰炸机设计最终失败,但是对于超音速飞行的远程轰炸机而言积累下来的经验和技术就相当重要了,很自然的就应用到下文要讲到的T-4超音速轰炸机上。

Tu-22的主翼是中低单翼,为了超音速冲刺性能的要求,后掠角为55度。水平安定面与主翼位于相同的高度。机翼靠内侧的后方,在两边各有一个狭长的整流罩,起飞后机轮向后收藏与此。鼻轮也是向后收起于前机身。

M-50轰炸机

两具涡轮发动机位于单垂直尾翼的底部,这种安排与B-58安装在机翼下方,或者是Tu-16位于机翼根部的设计有很大的差异。安装在较高的位置可以避开来自地面的异物伤害,也可以减少机翼与前机身对于气流的影响,不过在维修方面非常不方便,也会降低尾部结构的寿命。

研制背景

Tu-22不是一架很容易控制的飞机,也不是一般飞行员偏好的机种。试飞员Alexey
Nikonov曾经批评过重的飞行控制装置:在没有自动飞行装置协助下,一般人能够一天飞两趟就很了不得了。在降落前,飞行员必须将空速保持在290公里/时以上,否则飞机会突然仰头导致失速,进而失去控制。资格较浅的飞行员则被限制不得在超过12米/秒的侧风出现时降落。

上世纪50-60年代,随着冷战开启美苏全球争霸在各个领域展开,特别是核武器出现后为了获得优于对手的战略威慑能力,双方在战略轰炸机研制方面你来我往好不热闹。这个时期的战略轰炸机从螺旋桨逐渐过渡到喷气式、从高亚音速进入超音速时代,美国也从二战末期的B-29一路狂奔研制出B-47、B-58轰炸机。而苏联面对压力也毫不示弱,从仿制B-29的图-4开始陆续推出图-16、米亚-4轰炸机,不过和B-58的超音速飞行能力相比高亚音速还是存在一定差距。

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米亚-4对比B-48轰炸机

而且美国人的脚步跨的相当大,在B-58中程超音速轰炸机之后又开始了XB-70“女武神”超音速远程战略轰炸机、SR-71“黑鸟”高空高速战略侦察机的研制。见过XB-70照片的小伙伴们都会被这个庞大而又性能出众的机型所震撼,1964年首飞,在随后飞行测试中达到了3马赫的最大飞行速度以及21500米的最大飞行高度,这在人类航空史上是创纪录的第一次。

XB-70“女武神”超音速战略轰炸机

XB-70最大起飞重量250吨,在6台YJ-93-GE-3加力涡喷发动机驱动下,可以实现最大3马赫飞行速度,11.34吨的载弹量以及超过8000公里的航程。这种性能参数在当时不可谓不高,不过有点遗憾的是XB-70试飞过程由于和F-104相撞导致坠机,随后又由于地空导弹的迅速发展战场生存率下降最终下马。当然这些都是后话,最要紧的是当时美国人强大的战略轰炸机研发能力让苏联很有压力。

XB-70“女武神”超音速战略轰炸机

研制历程

冷战期间美苏双方一贯奉行势力均衡乃至短期超越原则,苏联在这种压力下必须尽快完成新一代超音速战略轰炸机的研制。初始设计目标是要一款能以三倍音速进行远程飞行的侦察、攻击平台,不仅要有远程侦察、攻击和空中拦截能力,还能在必要时充当超音速运输机。

随后苏联航空工业几大设计局提出各种机型供选择,参与竞争并提交单位包括:米亚西舍夫、雅科夫列夫、苏霍伊、图波列夫设计局,经军方和航空工业部科技委员会论证后,最先被淘汰的是雅科夫列夫设计局。

左上雅科夫列夫、右上图波列夫、下图苏霍伊

方案基本明确后大家围绕超音速飞行最重要的指标——速度展开了讨论,对于飞行速度形成了两种意见:第一种认为飞行速度达到2000-2300公里/小时就可以了,速度小意味着在材料使用上要求较低,可以采用铝合金制造价格也便宜。而另一种意见则认为飞行速度要达到3000-3200公里/小时才能满足任务要求,不过3马赫的高速将会带来严重的气动加热问题,机体主要部件必须采用不锈钢和钛合金制造。但是战斗民族比较认死理,考虑到作战任务的需要3马赫的意见被接纳,苏霍伊设计局的方案最符合要求于是被采用。

1963年4月,苏霍伊设计局完成代号“T-4”的设计蓝图,从图纸显示T-4拥有前置鸭翼和细长的三角翼,并采用四台单台推力达15000公斤R-15BF-300或RD17-15发动机。基本性能进一步明确为:最大起飞重量100-110吨,最大航程6000公里,飞行高度20000-24000米,最大飞行速度3000-3200公里/小时。从下面这张效果图看T-4和XB-70造型相当接近,不过发动机数量少了两台。

T-4轰炸机效果图

虽然目前只是图纸机,但规划中表现出来的武器配置、电子技术、性能参数等都很符合苏联空军作战需求,而且该机型的顺利研发还将对未来类似机型的发展提供参考。得到首肯的T-4轰炸机方案紧锣密鼓的开始研制,预计1964年完成初始设计,1968年实现首飞。

T-4轰炸机三视图

1963年到1965年间T-4轰炸机进行大量风洞试验,包括机翼后掠角、驾驶舱以及整流罩的不同设计,鸭翼以及垂直尾翼等动力学问题。还有飞机的整体布局如:发动机安装位置、武器系统、机身结构等,统统都进行了反复研究确认,对于超音速和亚音速的设计差别是非常大的,一些技术经验都需要长期积累。

气动布局之一

在实物测试中苏霍伊设计局也下了大血本,1966年曾在苏-9歼击机上改装出一架100Л试验机进行测试,主要用于验证T-4轰炸机的机翼部分。

苏-9试验机

经过大量吹风研究表明,T-4在以3000公里时速飞行时将产生严重的气动加热,机体前缘部分表面温度高达300度。这对于机体材料以及相关部位设备的耐高温性能提出很大要求,在苏霍伊设计局协调下各科研机构对耐高温合金、非金属材料、特种橡胶等以及它们的制造工艺,还有机载仪器设备的防热保护进行了大量研究,最后收获的成果除了T-4使用外也在米格-25等机型中得到应用。

米格-25

1966年之后T-4开始进入实质性开发阶段,1969年完成原型机的机体制造,苏霍伊果然是慢工出细活,在之后的整整两年间完成了内部设备的安装调试。当然这么长时间不仅是安装设备而已,和机体安装同步包括配套电子设备、武器系统以及发动机都进入实质生产阶段,这就是航空大国的优势研发新机型极少出现飞机等发动机、等配套设备的无奈和尴尬。

T-4原型机

T-4原型机

时间快进到1971年12月,神秘而又充满吸引力的T-4终于揭开面纱开始进行试验测试,在经过地面长时间复杂考验后即将迎来新的大考——原型机首飞。

T-4原型机

1972年8月22日T-4成功首飞,试飞员是被授予“苏联英雄”称号的伊柳申以及资深导航员阿尔费罗夫,先后进行了9次试飞。对于T-4的评价是:具备良好的可操控性和稳定性,在起降中的表现都相当出色。下图是试飞期间释放减速伞降落中的T-4原型机。

T-4原型机

他们先后进行了9次试飞,认为T-4具备良好的可操纵性和稳定性,无论是起飞与还是着陆的表现都可圈可点。在伊柳申的驾驶下T-4试飞就达到12000米高度,同时成功突破音障达到1.3马赫圆满完成试飞任务。

试飞结束

试飞结束后伊柳申和阿尔费罗夫受到地面人员热烈欢迎,毕竟这是苏联航空史上巨大的骄傲之一,超音速远程战略轰炸机可不是谁都能造。

试飞结束

经过大量试飞科研人员发现T-4轰炸机部分钢质零部件无法适应高强度工作环境,于是只能改用造价更加昂贵的钛合金以此来排除隐患,这么做的代价就是成本急剧上升这也是导致该机下马的重要因素之一。

在101号机全力研制试飞过程,包括102、103号机也都在快速的生产装配中。1973年102号机装配完成并计划于当年底进行试飞,而103号机也预计在1973年完成,计划于1974年进行测试,甚至104、105、106号机也都在做足准备随时启动改型研制。当然,如果都按苏联人的设想能够走完整个流程,那么T-4轰炸机绝对是一款性能卓越的平台机型。

T-4原型机

机体结构

T-4战略轰炸机采用双三角形下单翼和无平尾布局,机长44.5米、翼展22米、机高11.2米,外部造型和XB-70相似,大小尺寸和B-1B接近,不过和文中开头提到的M-50相比偏小。机体设计细长,驾驶舱之前的圆锥形机头在起飞着陆过程或者在地面停放状态都可以下垂,使飞行员视野得到保证。在机头两侧有一对梯形鸭翼,鸭翼控制面有55度的前缘后掠角,双三角形机翼从前翼延伸到后方总面积达295.7平方米。

下图左边红框处是T-4战略轰炸机,边上是M-50轰炸机,下方是米亚-4轰炸机,右上角中间位置是图-16轰炸机,几种机型对比大小很明显。

T-4战略轰炸机

机翼后缘是全翼展的升降副翼,总共分为四段都可以独立操纵,而面积较大的垂直尾翼两侧没有平尾,垂尾后缘方向舵分为上下两截也都可以独立操纵。

T-4战略轰炸机三视图

雷达和导航仪器位于驾驶舱前方机头内,上面覆盖绝缘天线屏蔽器并设有维护舱口,驾驶舱都位于机身的上半部分。除起降时机头下垂使飞行员具有良好视野外,通常情况下依靠仪表飞行,不过有意思的是驾驶舱居然装有潜望镜。T-4配备了K-36弹射座椅,由于机组成员只有两名和前期米亚-4、图-16相比弹射逃生概率大很多。

下面这张照片就很明显了,在飞行中只能依靠仪表飞行,毕竟外面温度有点高。

T-4战略轰炸机

T-4战略轰炸机

T-4战略轰炸机配备四台RD36-41涡轮喷气发动机,四台发动机并排安装发动机短舱内。

T-4战略轰炸机

机载设备相当丰富,包括惯性导航系统、远距前视雷达、侧视雷达、光学、红外、无线电设备等,而且进入70年代后机载设备的配套性以及自动化程度都非常高。正是由于采用大量先进的航电系统,机组乘员只有飞行员和领航员,两人就可以完成所有的飞行以及作战任务。

给大家看两张T-4驾驶舱照片,从设备分布看相当简洁和现代飞机相比基本没什么不同,由于时代的限制没有大屏显示器等。

驾驶舱

驾驶舱

升级改型

苏霍伊设计局对T-4战略轰炸机未来的预期相当看好,除了原型外还提出了变后掠翼的T-4M超音速侦察轰炸机、T-4MS、T-4МС超音速战略轰炸机方案。

1967年到1969年苏霍伊参与了变后掠翼远程超音速侦察轰炸机的设计,在基本保持T-4发动机、机载设备、材料工艺不变的情况下,将T-4改为可变后掠翼结构。降低了高空高速指标同时兼顾亚音速飞行状态定型编号T-4M,不过由于性能提升有限没有获得军方垂青。

T-4M超音速侦察机

T-4M超音速战略轰炸机

1967年当美国人提出“先进有人驾驶战略轰炸机计划”时,也就是后来的B-1战略轰炸机方案,这是一种具有高速超低空突防能力的新型战略轰炸机。对于美国的举动苏联同样在审视己方不足后提出了新的战略轰炸机计划,这次竞争者中同样的苏霍伊设计局推出的版本是T-4MS。

T-4MS超音速战略轰炸机

T-4MS采用包括现在都非同寻常的带可变后掠翼三角飞翼布局,这种造型使机身足够大也足够厚,能够容纳更多的燃料飞的更远。而且机组人员以及武器弹药和辅助系统都可以内置,基本实现了初级版本的隐形设计,同时新布局改善了低速状态下操纵和飞行品质,和T-4用到潜望镜以及机头下垂设计完全不在一个档次。当机翼完全向后掠时主翼前缘后掠角72度,主翼向前转动到顶时前缘后掠角30度,每个机翼在发动机吊舱尾喷口有四片副翼,可以使飞机完成俯仰、滚转和偏航控制等。

T-4MS采用4台RD-36-41或NK-101发动机,最大飞行速度3200公里/小时,实用升限24000米,最大载弹量可达45吨。由于可变后掠翼带来的性能提升,以900公里时速飞行最大航程可达14000公里,以3000公里时速飞行最大航程可达9000公里。

T-4MS超音速战略轰炸机

T-4MS型号的设计在当时绝对是惊人之作,已经达到苏联高空高速突防机型设计上的一个新高度,后续还有一个T-4MC超音速战略轰炸机的改型,不过终归只停留在图纸上具体性能不详。

T-4MC超音速战略轰炸机

性能参数

T-4超音速战略轰炸机,最大起飞重量125吨、载油量57吨、最大飞行速度3200千米/小时。实用升限20000-24000米、最大航程7000千米,携带2枚空对地导弹。

T-4超音速战略轰炸机效果图

结语

设计之初的T-4定位以及性能都符合当时的需求,但是研发过程由于各种原因导致进度严重滞后,一味追求高空高速所带来的技术难题也是麻烦不少。惊人的造价影响采购,而整个计划耗时9年时间也低估了现代战场迅速的变化,随后图波列夫改进而来的图-22M闪亮登场,以及图-160的登台研制都直接促成了T-4的谢幕。

T-4超音速战略轰炸机

1974年,赶追XB-70而来的T-4“红色女武神”战略轰炸机迎来了和前者一样的命运,作为苏联第一架实现3马赫飞行速度的机型,只留下一架原型机被放置于莫斯科航空博物馆供人参观。

T-4超音速战略轰炸机

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