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[军事] 苏联女武神,苏霍伊T-4三倍音速轰炸机研发始末

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发表于 2020-9-9 12:04 PM | 显示全部楼层 |阅读模式


本帖最后由 源济 于 2020-8-15 02:41 PM 编辑

苏联女武神,苏霍伊T-4三倍音速轰炸机研发始末

 Armstrong 空军之翼 2020-05-31

  米亚西舍夫M-50项目失败后,苏联并未停止研发超音速轰炸机的脚步。尽管在上世纪50年代,苏联总理赫鲁晓夫对洲际弹道导弹表现出强烈偏爱,并为此不惜取消许多飞机项目,但随着50年代末60年代初北美XB-70“女武神”轰炸机项目的上马,有力说服了克里姆林宫:苏联也应该拥有自己的三倍音速轰炸机。

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XB-70“女武神”

  新轰炸机项目在1962年12月开始预研,虽然此时苏联空军已经开始装备图-22“眼罩”超音速轰炸机,但该机最大速度仅为1.42马赫,实用升限13100米,航程4800公里,并无法满足苏联空军的需求,因此苏霍伊、图波列夫、雅科夫列夫三家主要设计局都开始探索更先进的超音速轰炸机。

苏联女武神

  与XB-70不同,“苏联女武神”的主要任务并不是对敌国进行战略打击,而是主要用于摧毁美国航空母舰战斗群并执行战略侦察任务,该机将是一种中程战术轰炸机,甚至还会成为苏联超音速客机的起点。新轰炸机预研从一开始就争吵不断,焦点集中在到底应不应该花费巨大代价研制一种3马赫不锈钢/钛合金飞机,2马赫级别的铝制飞机显然更加现实。

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雅克-33三面图

  无论如何,经过一番权衡后,苏联政府还是在1963年1月确定新轰炸机将是3马赫设计,升限20000-24000米,巡航速度2.8马赫,具有6000公里的高空内油航程,并能在简易跑道上起降。该机可通过发射两枚巨大的5马赫Kh-45“闪电”超音速反舰/空地导弹对目标发起致命一击,并凭借3马赫冲刺能力足以逃避美国海军最先进的舰载战斗机的拦截。尽管虽然此时XB-70已量产无望,转为研究用途,但苏联人仍认为3马赫轰炸机仍具很高的战术价值,将成为令美国航母恐惧的杀手。

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图-135模型

  在苏霍伊、图波列夫和雅科夫列夫设计局提交的T-4(T代表三角翼)、图-135和雅克-33超音速轰炸机方案中,雅克-33由于体形太小(只与英国TSR.2相当),根本无法满足要求,因此首先出局。图-135尽管看上去像B-70,但实际上是一种2.35马赫的铝制飞机。只有苏霍伊T-4从一开始就毫不妥协地选择了3马赫设计,因此最终在1963年4月获胜。

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T-4早期方案

  这无疑触动了图波列夫设计局在轰炸机领域的奶酪,因此该设计局表示了强烈反对,甚至苏霍伊设计局内部也有许多部门负责人不支持研制T-4,认为背叛了设计局研发战斗机的主业,苛刻的性能要求和有限的资源将使设计局无力承受。


索特卡

  不管怎样,苏霍伊的T-4还是开始了详细设计。在中央空气流体动力学研究院(TsAGI)的大力协助下,苏霍伊设计局对50多种气动布局进行研究,并考察了图曼斯基R-15BF-300和祖贝特斯RD-17-15涡喷发动机,最终确定T-4将安装四台科列索夫RD-36-41发动机。

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RD-36加力涡喷也是图-144超音速客机的动力装置

  经过大量风洞测试后,T-4的气动布局被锁定在了鸭式三角翼,测试表明这种布局能降低2%的亚音速和3-5%的超音速配平阻力,使飞机航程增大7%。1966年,苏霍伊设计局改装了一架苏-9截击机,对T-4的各种机翼构型进行了飞行测试,同样在1968年,T-4的鸭翼也被安装在一架苏-7U教练机上进行试飞。此外还有更多的飞行测试台对T-4将要使用的航电设备和其他系统上进行测试。

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T-4的布局演进

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用于测试T-4三角翼的苏-9

  在不同构型中,发动机舱两两成对布置至于机翼或机身两侧的发动机舱中。1964年10月,翼下发动机舱的T-4早期方案通过了苏联国家飞机技术委员会(GKAT)的初步设计审查。1965年1月,设计师决定像B-70一样将所有发动机并排安装在机腹而不是之前的成对安装,使T-4在外形上更加接近“女武神”。T-4全尺寸模型的审查在1966年1月17日至2月2日进行,苏霍伊为模型配备各种可拆卸导弹和侦察吊舱。

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T-4的最终设计

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T-4全尺寸模型

  T-4的初步设计于1966年6月完成,开始制造一架试飞原型机和一架地面试验机体。由于T-4起飞重量预计为100吨,因此该机获得了“产品100”的设计代号,绰号“索特卡”(一百之意)。首架试飞原型机的编号将是101,静态测试样机编号100S,苏霍伊还规划了具有改进结构并采用更多复合材料,取消了脆性合金的102号原型机,用于测试导航/攻击系统、实弹测试和确定武器发射包线的103和104号原型机,用于航电集成的105号原型机,以及拥有完善打击/侦察系统的106号原型机。


细品T-4

  T-4具有直径仅2米的纤细机身,双三角机翼相对厚度只有3%并具有锋利的固定前缘,内翼段前缘后掠74度44分,外翼段前缘后掠60度7分。每侧机翼后缘有三块升降副翼操纵面,垂尾后缘具有两块方向舵。梯形鸭翼被安装在前机身两侧的机翼前缘位置,与主翼间距比XB-70更小。

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制造中的首架T-4原型机

  4台RD-36-41加力涡喷发动机安装在机腹下方的一体式发动机舱内,单台加力推力16吨,两两共享一个楔形进气道,在总体设计上与XB-70极为接近。机腹发动机舱集成有起落架舱,双轮前起落架向后收入发动机机舱前部的进气口隔道中,四轮小车式主起落架向前收入发动机舱两侧进气道与侧壁之间的空间。机尾减速伞舱内置四个十字形减速伞,以缩短降落滑跑距离。

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T-4的进气口/发动机舱设计

  三马赫能力使T-4成为一架动态不稳定的飞机,为了解决配平问题,苏霍伊为该机研制了先进的带机械备份的模拟式四冗余电传飞控系统,并辅以机身油箱自动配平系统,使该机在所有速度范围内都能正确飞行。由于降落时四台发动机的推力管理会让飞行员手忙脚乱,因此该机还具备自动油门系统。自动驾驶仪甚至将使T-4具有低空自动地形跟踪飞行能力,能依靠地形躲避雷达跟踪。

  与日后问世的图-144和“协和”客机一样,T-4也配备有可动机鼻,在空速低于700公里/小时时下偏露出形似火车头的驾驶舱三片挡风玻璃,让飞行员能看到跑道。机鼻抬起后,飞行员就只能通过驾驶舱两侧的舷窗向外观察了。

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T-4的可动机鼻

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T-4的风挡

  巨大的T-4只有两名机组人员(这也是该机高自动化的原因),包括飞行员和导航员/武器系统操作员,他们通过驾驶舱顶部的舱门进入串列座舱,前后座舱都配备有K-36弹射座椅。为了防止可动机鼻故障后在起降中失去前方视野,在试飞员要求下,T-4原型机在制造中增加了潜望镜。T-4驾驶舱在非常宽敞,在布置上力求使机组感觉尽可能舒适,并具有洗手间以支持长航时任务。

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T-4的飞行员座舱仪表

  增压座舱之后是专门用于安装电子设备的大型制冷航电舱,接下来是三个机身油箱,可载油57吨。此外T-4还可在翼下挂载两具副油箱以扩大航程,并具有空中加油能力。

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T-4总体布置


闪电导弹

  T-4的主要武器是与项目同时研发的Kh-45“闪电”空面导弹,由“彩虹”设计局研制。两枚导弹被并列挂载于机腹,具有常规或核战斗部来执行反舰或对地攻击任务,发射重量4.5吨,最大飞行速度7000公里/小时,最大射程1500公里。T-4将配备复杂的导航/火控雷达以及用于引导导弹的数据链系统,该机没有自卫武器,依靠自身速度和先进电子对抗系统就足以摆脱当时战斗机和导弹的拦截。T-4还可挂载内置胶片相机、红外成像仪和侧视机载雷达(SLAR)的侦察吊舱执行战略侦察任务,该机最大有效载荷为19吨。

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Kh-45“闪电”空面导弹

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T-4发射Kh-45的情景

  和XB-70一样,为了承受3马赫速度下的气动摩擦加热,T-4主要采用不锈钢和钛合金制造,包括VT-20、VT-21L和VT-22钛合金、VIS-2和VIS-5不锈钢以及VKS-210结构钢。苏霍伊为此发展了自动焊接系统,能完成96%的焊接工作。为了在较高的机身温度下安全存储燃料,苏霍伊还专门为T-4研制了高闪点RG-1燃油,并为机身油箱配备了氮气填充系统。RG-1燃油也被作为冷却剂来吸收机身蒙皮热量,因为在超音速飞行中,T-4机身蒙皮能达到300摄氏度高温。

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组装中的T-4原型机

  机鼻雷达罩也给设计师带来了很多问题,甚至成为最困难的任务之一。T-4的雷达罩在透波前提下还要承受巨大气动载荷和600摄氏度高温,最终苏霍伊设计出一种用浸渍耐热粘合剂的玻璃纤维蜂窝材料制造的雷达罩,有五层结构,主载荷由厚度仅为1.5毫米的中间层承担,雷达罩外部覆盖有耐热和耐候的有机硅涂层,最终圆满完成设计任务。

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T-4的高科技雷达罩

  大量新技术、新机械和新材料使T-4在研制中获得了600多项专利,有力推动了苏联航空工业的发展,当然也使T-4原型机的研发和制造成本相当于等重的黄金,也就是100吨黄金。


黯然谢幕

  1971年秋,T-4首架原型机“黑色101号”从图西诺飞机制造厂下线,同年12月30日,该机被运输到茹科夫斯基试飞中心准备试飞。1972年4月20日,著名试飞员弗拉基米尔·伊柳辛(Vladimir Ilyushin,伊柳辛设计局创始人谢尔盖·伊柳辛的儿子)和导航员尼古拉·阿尔菲约洛夫(Nikolai Alfyorov)被确定为首飞机组,由于莫斯科附近的森林大火导致天空中弥漫着烟雾,原型机首飞被推迟到同年8月22日才完成。

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T-4原型机101号

  随后试飞速度逐渐加快,但前5次试飞都是在起落架没有收起的情况下进行的。1973年8月8日的第9次试飞,该机的速度达到了1.28马赫。尽管试飞显示后机身油箱需要增加一个钢制隔热罩,并且液压系统也存在一些问题,但总体没有出现严重问题。飞机表现出很好的操控性能,自动系统也无需飞行员更多关注,突破音障非常轻松,仅能从马赫表上看出来,机鼻下垂后的降落视野也很好。密切关注试飞的苏联空军对此感到十分兴奋,并在即将到来的五年计划(1975-1980年)订购了首批250架飞机,生产型将在喀山飞机制造厂制造。

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不收起落架的早期试飞

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T-4的一次完整试飞

  此时第二架原型机102号已经完工,103和104号原型机也在制造中。到1974年1月,101号原型机已经完成10次试飞,在12000米高度达到1.36马赫的速度。但就在苏霍伊准备全力拓展T-4性能包线时,该机的命运已经被乌云笼罩。地空导弹杀伤力的增强以及远程空空导弹与高速截击机的出现使T-4生存能力下降,虽然速度和高度仍然有用,但是从成本效益的角度看并不能提供足够优势来抵消研发该机的巨大投资。此外为了集中资源大量生产苏联空军更加急需的米格-23,前途已经黯淡的T-4即将被忍痛抛弃。

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即将梦碎的“航母杀手”

  1976年2月28日,苏联航空工业部长捷缅耶夫下令终止T-4的研制,以集中力量和资源研制图-160战略轰炸机。该命令发布后,苏霍伊设计局提交了T-4项目的最终造价估算,这笔费用高达13亿卢布,而当时1卢布相当于0.75美元。

尾声

  T-4被取消后,不甘心的苏霍伊设计局又提出了可变后掠翼的T-4M改进型,大幅提高低速飞行性能,但并未被采纳,此外还提出了T-4的超音速客机版本,也停留在纸面。只飞行了10架次共积累10小时20分钟飞行时间的T-4 101号原型机在1982年被莫尼诺航空博物馆收藏,102号原型机从未离开地面,最后被拆解报废,建造中的103和104号则直接在生产线上被拆毁。

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T-4M

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基于T-4早期设计的客机

  T-4“航母杀手”的角色最终被图-22M“逆火”轰炸机取代,该机在研制中发展的许多新技术被用于图-144超音速客机和图-160超音速轰炸机的研发。苏霍伊设计局此后专注与战斗机研发,最终推出了十分成功的苏-27“侧卫”系列战斗机。

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