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法兰西的四倍音速梦想

发布时间:2021-07-18 08:42:36 浏览数:

上世纪60年代初,追求高空高速性能是当时战斗机发展的主要趋势,美国和苏联都曾研制过速度达3倍音速的战斗机。而—直秉承独立自主的法国航空工业也提出了速度达3—4倍音速战斗机的设想。这些计划虽然因种种原因夭折。却在法国航空史上写下了浓重的一笔。

世纪60年代,法国达索公司曾试图研制一系列速度高达3—4倍音速的战斗机。这些研制计划既不是由军方提出,也不是由某家飞机制造商的研发团队提出,而是一帮航空专家深思熟虑的结果。1964年2月,时任法国国防部长的皮埃尔·梅斯梅尔受美国兰德公司的启发,下令成立了由军备,总工程师休斯·德莱图瓦勒领导下的展望和评估中心。该中心的任务就是在国防领域进行长期的研究。展望和评估中心制定了一系列涉及面广富有创新性的研究计划,具体包括在低空飞行的、核动力推进的核武器运载工具、大气推进的卫星运载火箭、配备流线型螺旋桨的垂直起降飞机等。

1965年2月,休斯·德莱图瓦勒组建了两个致力于空中防御的研究小组。第一组负责研发中远程地空导弹,第二组负责研发“高马赫数飞机”。根据1965年5月25日的一份记录,休斯·德莱图瓦勒曾明确指出了“高马赫数飞机”研发项目的目标:“面向20世纪80年代,研究一款可执行战略攻击、空中防御和远程侦察等任务的高马赫数飞机的应用可能性和性能。”就这样,一个与众不同、雄心勃勃的研制计划付诸实施了。

备受质疑的计划

1967年8月,展望和评估中心与法国空军、尤其是其下属的航空展望局(即展望和研究局的前身)进行了接触。当时,鉴于航空展望局的工作目标与展望和评估中心颇为相似,法国空军便同意与该中心进行合作。空军有五名军官参加了展望和评估中心第二研究小组每半年举行一次的会议。然而,空军参谋部内部很快便有人对“高马赫数飞机”研发项目持保留意见。数名军官曾多次表达了他们的怀疑态度。根据1965年10月26日的一份记录,空军普通计划局局长皮埃尔·利萨拉格上校曾做出了以下评论:“这一研制计划的范围似乎界定不准,缺乏条理。”就该研制计划接受咨询的很多高级军官均同意利萨拉格上校的这一看法:“只要民用飞机的飞行速度达到马赫3.5,我们就得需要一个飞行速度马赫4的‘空中警察’,以便无须长时间追踪就可侦察到它们。相反,如果空空导弹速度够快的话,战时的截击机就无须拥有如此快的速度。况且,提升导弹的性能比提升作为其载具的飞机的性能要容易得多且花钱较少。”但是,航空展望局却于1965年11月22日同意对高马赫数飞机的参数进行研究。

研制高马赫数飞机的初衷是为了截击当时已问世的3倍音速战机。1964年3月,苏联的米格25战斗机实现首飞,1965年3月16日,该机以2319公里/小时的速度创造1000公里闭合航线速度记录。1967年10月,该机又创造了新的飞行记录:在29977米的高空以2982公里/4,时的速度飞行了500公里。1967年7月9日,苏联在多奠杰多沃航展上首次公开展示了4架米格-25战斗机,令西方感受到了实实在在的威胁。

与此同时,美国也在研制马赫3一级的战斗机。1964年2月,约翰逊总统透露说,自50年代末洛克希德公司就已开始研制高速飞机。当时,美国中央情报局已开始使用洛克希德A-12侦察机执行任务,洛克希德公司下属的臭鼬工厂正准备研制该机的截击型YF-12和战略侦察型SR-71。在此背景下,法国萌生研制高速战斗机的想法也是情理之中的了。

事实上,在20世纪50年代末,法国人就已着手考虑高速飞机的研制工作了。1958年6月,当“幻影”III战斗机的飞行速度还未达到2马赫的时候,法国空军就已制定了3马赫战斗机的研制计划。北方飞机制造公司提出了“超级雨燕”研究计划,达索公司则提出了“幻影”VI战斗机设计草案。让·屈尼在《1944—1960年间的法国战斗机》一书中对“幻影”VI-A做了介绍,称其配备了“超级阿塔”喷气式发动机,可产生9吨的推力,起飞重量为13吨,飞行速度可达3马赫。尽管这一研制计划已被放弃,但米格25战斗机和SR-71战略侦察机的出现却重新激发了法国人对高速战斗机的兴趣。

展开竞标

1965年12月14日,展望和评估中心面向布雷盖飞机制造公司、达索公司、北方飞机制造公司和南方飞机制造公司进行了招标。1966年2月15日,布雷盖飞机制造公司的董事长亨利·齐格勒代表该公司参加了投标。当时,尽管布雷盖飞机制造公司刚刚被选中参与“战斗和战术支援教练机”(即后来的“美洲虎”攻击机)研制项目,但其在超音速飞行方面的经验并不太丰富。北方飞机制造公司建议在1965年6月制定的一个战斗轰炸机研制草案的基础上研发一款速度可达马赫4.5的三角翼+鸭翼布局飞机。当然,达索公司也参加了投标。当时,由该公司研制的“幻影”Iv轰炸机自1964年开始便承担起了核威慑使命,“幻影”III战斗机也已大量列装部队并形成了战斗力。达索公司的技术人员已对可变翼飞机(如“幻影”G战斗机)和后掠翼飞机(如“幻影”F1和“幻影”F2战斗机)进行了研究。因此,当时的达索公司已经成为法国战斗机的主要供货商。

针对上述几家公司的投标,法国空军参谋长于1966年3月24日给出了自己的看法,达索公司处于有利位置:“显然,该公司具备完成此类研究所需的活力、资金和人才。”此外,他还强调指出了北方飞机制造公司的优势:“在发动机研制领域,该公司似乎处于领先地位。”尽管“雨燕”项目已于1961年被叫停,但由于跟美国空军签订了研制合同,北方飞机制造公司的工程师始终在进行涡轮喷气发动机和冲压式喷气发动机组合使用方面的研究。相反,法国空军参谋长对布雷盖飞机制造公司的评价并不高:“该公司似乎并未看到已出现的问题,也未提出任何有效的研究方法和参数扫描方法。”然而,空军参谋部却拒绝做出最终的选择。1966年5月,展望和评估中心采纳了达索公司和南方飞机制造公司的建议。

南方飞机制造公司下属的一个研究小组建议采用兰德公司所设计的德尔菲法这一预测和评价方法。南方飞机制造公司提交了一份有待考虑的参数报告,要求汤姆森-休斯顿公司对截击机及其导弹的导航装置进行研究,要求马特拉导弹公司对空对空导弹进行研究。但没过多久,南方飞机制造公司就对高马赫数飞机项目失去了兴趣。

在1967年10月的一份报告中,马特拉公司建议对面向20世纪80年代的导弹的性能、推进器外形和导弹的制导装置进行一系列的研究。该公司建议研制一种长6米、射程达175公里的大型导弹。须指出的是,考虑到可能出现的进气口问题和推进器堵塞问题,马特拉公司没有采

用冲压式喷气发动机,工程师们主张缩小导弹的尺寸以便将其置于机舱内。马特拉公司还建议采用“双气流”推进方式以便明显提高比推力。“双气流”系统被认为是冲压式喷气发动机和传统的火箭发动机的折衷物。1968年4月,马特拉公司拿出了两个空对空导弹研制草案:“狼牙棒”35导弹装备在3.5马赫级截击机上,“狼牙棒”50导弹则装备在5马赫级战斗机上。这两种导弹均由可贮藏的液体推进剂推进。在随后的“超级530”最小型导弹的设计过程中,这些研究都起到了积极的作用。

达索公司技术研发部门很快便拿出了好几份草案。显然,其技术人员对高速飞机抱有浓厚的兴趣。1966年10月19日,达索公司向法国空军提交了首批“高马赫数”战斗机研制计划。展望和研究局根据这些战斗机的流线型和推进方式对其进行了分类,并赋予其不同的内部名称或编号。其中,字母X表示单发三角翼飞机,字母Y表示单发可变翼飞机,字母z表示双发三角冀飞机。第二个字母则表示发动机的类型。空军希望其未来的战斗机能够采用可变翼。

1967年11月18日,“幻影”G示范机进行了首飞。该机所担负的使命是截击以马赫2.7飞行的目标。高马赫数战斗机的性能被划分成三个等级:在10970米高空飞行速度达马赫2,2的战斗机属“0”级;在16460米高空飞行速度达马赫3的战斗机属“1”级;在22550米高空飞行速度达马赫4.2的战斗机属“2”级。欲研制出高马赫数战斗机,势必要找到一款合适的发动机。为此目的,达索公司与斯奈克玛公司进行了紧密的合作,对单独采用涡轮喷气发动机还是结合采用涡轮喷气发动机和冲压式喷气发动机进行了深入的研究。全部算起来,工程师们共研究了10类发动机。仅有的一个三角翼战斗机研制项目准备采用普拉特一惠特尼J58发动机。在那个年代,这种发动机是西方唯一一种能进行马赫3速度飞行的发动机。洛克希德YF-12截击机和SR-71战略侦察机就配备了这种发动机。

超级“幻影”战斗机

“0”级和“I”级高速战斗机与“幻影”III和‘幻影”IV系列较为相似。然而,无论是在达索公司的档案中还是在法国空军的档案中,这些战斗机始终都未被称作“幻影”战斗机。不可否认,单发高速战斗机保留了“幻影”III系列战斗机的特征。体型最小的高速战斗机空重约为10吨,其大小与一架“幻影”III战斗机相近。最快的单发战斗机能够在5分钟多一点的时间内达到马赫3.2这一速度。装备有一台TF 306 DS发动机的AY-4战斗机能够在6分冽)内爬升至16460米的高度,速度达到3.2马赫,并能以该速度飞行4分42秒。不过,工程师们认为这一性能还不够好。他们很快便发现,双发战斗机似乎更能满足续航时间和速度方面的要求。

为了使飞行速度超过马赫4,工程师们将进气口设在了机腹位置。当时达索公司的一份报告对这一设计是这样解释的:“由于发动机进气口和尾喷口面积增大,发动机的选择对飞机的整体设计有着重要的影响。进气口位于飞机重心前部,其面积增大会导致飞机飞行不稳定,进而导致垂直安定面面积增大。同样,机身最大截面也会显著变大。因此,当马赫数增大时,进气口更不能远离飞机重心。此外,当马赫数增大时,升力梯度缩小所导致的飞行迎角增大会使飞行稳定问题变得更加突出,从而使得未被大迎角机翼遮挡住的垂直安定面的应用成为必要。”

1966年11月,达索公司提出了两款飞机的研制方案。这两款飞机分别是三角翼和可变翼,配备了一台北方公司的X-81涡轮一冲压式喷气发动机,飞行速度可达马赫4。然而,在后来的其他研制计划中,X-81发动机却再也没被提及。在1967年所提交的4马赫战斗机研制计划中,工程师们打算给这种战斗机配备推力为12吨的斯奈克玛M51-30发动机。1967年7月,达索公司提出了雄心勃勃的MZ1-46Q战斗机研制计划。这款战斗机的大小和重量均超过了米格25战斗机。按照设计,这种战斗机能够在起飞7分钟之内将速度提升至马赫4.2,并能够以该速度追击目标达8分钟之久!

法国空军的疑虑

研究人员首次使用了计算机来计算飞机的轨迹和性能。由于飞机速度超过马赫3便会产生很高的温度,研究人员便开始研究飞机的构材和涂层材料。在对铝材外面涂热防护层这一传统结构进行了研究之后,研究人员最终选择了外罩蜂窝式护板的钢钛构材。

马赫4飞机的研发带来了很多技术问题。在1967年6月的一份报告中,空军着重指出了所面临的困难:“我们无须事先知道高马赫数飞机属于哪一等级便可指出,研制一款‘2’级飞机(马赫4-4.5)面临着较大的困难,如缺乏最佳的制造材料和发动机、起飞重量过大等。航空工业需要跨一大步才能达到目的。”

数位空军高级军官继续表达他们的怀疑观点。1967年9月12日,在高马赫数战斗机所担负的任务这个问题上,展望和研究局表达了与展望和评估中心不同的观点:“光是充当空中警察这一使命似乎并不足以成为研制高马赫数战斗机的充分理由。无论如何,这都不能成为高马赫数战斗机的头号任务。在空军看来,这种战斗机所承担的任务应依次是侦察、介入和截击。”

展望和评估中心为高马赫数战斗机所设定的空中警察这一头号任务的有效性引起了一些人的怀疑。有好几份记录表明,在遭到所谓的“高马赫数”战斗机截击之前,以3马赫的速度飞行的敌机能够深入法国境内400公里。根据保留至今的档案记载,我们不难看出,法国空军内部始终有人对“高马赫数”战斗机项目持怀疑态度。

无论是法国空军还是达索公司,它们均未公开“高马赫数”战斗机研制计划。然而,一些专业期刊还是对该计划进行了披露。1967年12月,时任法国空军参谋长的菲利普·莫兰将军曾在《国际飞机杂志》上谈及马赫3战斗机;“当国外的战斗机、甚至运输机的飞行速度都已达到马赫2.5-3时,我们的军用飞机不能长期局限在马赫2.2这一速度上。”关于高速研究,他说:“为了使我们飞机的速度超过马赫3.5,应该考虑研制大功率发动机,如涡轮一冲压式喷气发动机。”1968年4月,马塞尔·达索飞机制造公司总经理贝诺·克洛德·瓦利埃也通过《国际飞机杂志》透露说:“显而易见,像我们这样的尖端飞机研究机构不可能不对马赫3战斗机感兴趣。”1969年6月,《航空杂志》公布了MD 750战斗机研制计划,但并未提供更多细节。由此可见,“高马赫数”战斗机研制计划的保密工作做得相当好。

“高马赫数飞机系统”项目

1967年底,展望和评估中心建议延长研究期限。对此,空军内部也有人持保留意见。1968年4月24日的一份综合报告如是评价道:“应当谨慎地解读马塞尔·

达索飞机制造公司技术研究的结果,因为关于不同飞机设计的规章制度已逐渐明确起来。相对而言,只有那些新近设计出来的飞机才是有价值的。”

1968年5月18日,曾任达索公司首席试飞员、时任空军参谋部装备项目局局长的罗兰·格拉瓦尼上校将其关于“高马赫数”战斗机研制项目的意见传达给了展望和研究局。他着重指出,技术人员未对燃油问题进行足够的研究,而燃油问题是洛克希德A-12侦察机、YF-12截击机和SR-71战略侦察机等机型在研制过程中所遭遇的重大技术问题之一。他还强调指出,美国空军刚刚抛弃了洛克希德YF-12截击机研制项目,而超音速运输机研制项目未来的命运仍不确定。超音速运输机研制项目遭到了国际航空运输协会的反对。1971年,该项目被放弃。然而,展望和评估中心又准备了一份新合同。与1965年的招标不同的是,该中心并未征求制造商们的意见。当时,布雷盖公司刚刚被达索公司兼并,而北方飞机制造公司则g在进行涡轮喷气发动机和冲压式喷气发动机联合使用的研究工作。展望和评估中心明确支持选择达索公司:“1967-1968年间,马塞尔一达索飞机制造公司对于担负空中警察任务的、马赫3~3.5级的高马赫数飞机进行了全面研究。鉴于这些研究的宝贵价值、该公司在研制高性能飞机方面的丰富经验及其研究团队的高水平,有必要在这家公司继续进行高马赫数飞机的研究工作。”

随后,达索公司便拿到了一份价值五百万法郎的合同,马塞尔·达索电子设备公司则成为分包商,专门负责研制未来的雷达。后来,这一研制项目便被称作“高马赫数飞机系统”项目。这一项目的研究目标少了份野心,多了份精确,因为技术人员只打算研制马赫2.5~3级截击机和马赫3-3.5级截击机这两种机型。马赫4级飞机已不在考虑之列。为了更好地使用射程为30公里和70公里的导弹截击以马赫3速度飞行的敌机和以马赫5速度飞行的敌导弹,空中警察(即追击和鉴别入侵者)这一任务遂遭舍弃。至于导航装置,展望和评估中心要求使用空中防御信息处理和显示系统。

无果丽终

1969年2月19日,达索公司拿出了一个双发三角翼飞机的研制计划。该机类似LZl-43飞机,最高速度可达马赫3.5,可在5-6分钟内提速至马赫3.2、爬升至16500米高空,可以马赫3.2的速度追击10分钟。展望和研究局对研究结果表示满意:“马塞尔一达索飞机制造公司对正在执行的合同表现出了极大的兴趣,投入了大量的资金,进行了认真、有效的工作。”

然而,1970年却是一个转折点。法国空军放弃了未来战斗机采用可变翼这一观点。有两架“幻影”G8战斗机被生产出来,但它们只是验证机。在经过一番深思熟虑后,人们并不认为“高马赫数飞机系统”具有说服力。有关“高马赫数飞机系统”项目的最后一份报告建议研制一款起飞重量为16吨、速度可达马赫2,5的战斗机。这与起飞重量为40吨、速度可达马赫4的战斗机计划相距甚远。此外,这份报告还强调了机载系统的重要性:“由于空中防御信息处理和显示系统存在缺陷,机载系统也变得复杂起来。另外,因为这些缺陷的存在,飞行员须提前进行探测。”

展望和评估中心、法国空军及达索公司三方之间的会谈结束了。理论研究工作已经完成,下一阶段的工作——即原型机的生产似乎已无必要进行。1971年7月9日,展望和评估中心以“高马赫数飞机系统”项目总结报告的形式公布了市场开拓说明书。人们认为,地对空导弹更加有效,其造价仅为“高马赫数”战斗机的四分之一。根据1969年所作的一份评估,十年中生产和维护170架“1”级战斗机(马赫3~3.5)或240架“0”级战斗机(马赫2~2.5)须耗费200亿法郎,而维持一个中远程地对空导弹系统只需50亿法郎。显而易见,“高马赫数飞机系统”的造价实在是太高了。接替德莱图瓦勒担任展望和评估中心主任的首席工程师迪·帕斯给法国三军参谋长写了一封信,向其解释了“高马赫数飞机系统”项目下马的原因:“欲使外形传统的‘高马赫数’飞机担负空中警察的使命似乎不太现实。”

结语

“高马赫数飞机系统”项目在法国战斗机研发史上留下了浓墨重彩的一笔。它表明,在机载系统和导弹变得日益重要的情况下,一味地追求高速度已没有多大意义。“高马赫数”战斗机研制计划消失了,只留下一些研究资料。然而,对于航空工业而言,这是一个对未来技术进行全面思索的机会。马特拉公司最终研制出了“超级”530D导弹,并将其装备到“幻影”2000战斗机上。在发动机领域,该项目的影响更是显而易见。后来的“幻影”2000战斗机上所配备的斯奈克玛M53发动机便是该项目研发的结果。

对于航空技术人员而言,参与研制“高马赫数飞机系统”是一个绝佳的锻炼机会。一个富有创造性的研发团队借此机会稍许突破了性能和技术的限制。因此,该项目理应在达索公司的历史上、甚至法国军事航空史上占有不容忽视的一席之地。

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