罕见!C919客机反尾旋伞曝光,即使飞机失速,也能平安降落!

2021-04-18 10:25:40 科罗廖夫

日前,中国民用飞机试飞中心的官方媒体号发布了一篇题为《听首飞机长说说试飞那点事儿》的文章,详细叙述世界和中国试飞员的故事。这篇文章的配图很不寻常,是一架我国自行研制的C-919干线客机在机尾拉出一个减速伞。这张图片引发了热议,这个减速伞究竟是做什么的呢?

我们知道,民航机一般是不安装减速伞的,主要依靠发动机的反推装置和轮胎刹车来减速。而且民航客机也不可能在空中飞行时放出减速伞。历史上安装减速伞的民航客机,只有苏联的图-104喷气客机,而且安装减速伞的原因是图-104客机是由图-16轰炸机改进而来的,保留了图-16轰炸机的减速伞。而近些年的所有喷气客机都没有减速伞。

C-919的这个减速伞,是为了进行科研试飞使用的。在2020年6月,我国的C-919大飞机完成了高风险高难度的失速伞(反尾旋伞)试飞,为最后完成C-919客机的失速试飞奠定了基础。本文配图C-919后面拉出的那个伞,就是失速伞(反尾旋伞)。

失速伞,也叫反尾旋伞,主要是用来在研制新型飞机时,试飞新机的失速性能和改出尾旋时使用的,在新型飞机试飞时由于失速进入了尾旋以后,用于辅助新型飞机改出尾旋的特殊减速伞。

(F-35隐身战斗机试飞时,也进行了失速试飞,这是F-35进行反尾旋伞地面释放的试验)

一般情况下,当新型飞机进入失速-尾旋的飞行状态,飞机会像秤砣一样不受控制地螺旋坠落。如果试飞员用力拉杆、使用飞机操纵面也无法改出尾旋时,就可以启动这个反尾旋伞系统,利用减速伞的拉力,强迫飞机改出尾旋。

普通的飞机如果失速,进入尾旋状态,是相当危险的事情。在重力的影响下,飞机会沿着螺旋轨迹一头栽向地面,造成机毁人亡。这是任何飞行员都谈之色变的状态。尽管现代化的民航机和战斗机都安装了失速告警器,迎角限制器,以及自动尾旋改出系统,但在飞行中仍不能避免在极限情况下导致飞机进入失速尾旋。因此,新型飞行的研制中,飞出尾旋极限性能,是一个重要的试飞项目。题图的那一张图片,就能看出飞尾旋的重要性,即便是我国研制的C-919干线客机,也要进行尾旋试飞。

在以前,我国没有掌握反尾旋伞系统时,进行失速/尾旋试飞完全依靠试飞员的高超技术。在1999年4月,我国试飞英雄李中华和空军特级试飞员李存宝分别成功地从正飞尾旋和倒飞尾旋中改出,填补了我国失速试飞领域的空白。

直到我国自行成功研制出“反尾旋伞”,才为后续进行高风险的失速尾旋试飞提供了最直接的安全保障。再后来,我国已经普及了飞行员的失速尾旋训练,甚至在空军飞行学院都已经开始了新飞行员的失速尾旋训练,这一切都是有了反尾旋伞以后,对战机极限飞行性能有了更好的掌控。

在2018年的珠海国际航展上,我国配备矢量发动机喷口的歼-10B战机演示了高超的“落叶飘”机动,这个超机动的动作就非常类似于失速尾旋,但是它是可控的。战机做出的“落叶飘”动作,也是打着转掉下降的,所以“落叶飘”动作又被称为“踏板转弯”动作,飞机以大偏航率原地旋转下降,非常具有观赏性。

当然,战机进行“落叶飘”机动,绝非是为了提高观赏性,而是“一切为了实战”。在空战中“落叶飘”的意义非常大,能够让战机拥有高转弯速率的超级机动性,此时战机的转弯半径近乎为零。

“落叶飘”动作是让飞机主动进入失速状态,但飞机仍然可以保持接近水平的状态,这个时候调整推力矢量或者依靠推力差来实现左右的转动。战机在以机尾为中心,旋转下坠时,可以获得360°的机头指向能力,可以指向几乎任何方向上的敌机,而且此时飞行员承受的过载也远低于那些高G机动的动作。

如果战机再搭配头盔显示器和大离轴角红外成像空空导弹,处于可控失速状态的“落叶飘”机动能让战机拥有无与伦比、史无前例的机头指向能力和大离轴角攻击能力。

现在,我国新型战斗机在研制时都已经普遍地应用了失速-反尾旋伞,例如歼-10战机,歼-11B战机、歼-16战机、歼-20战机都有相应的反尾旋伞,也都利用反尾旋伞飞出了新型战机机动性的极限能力。

(F-22隐身战机释放失速-反尾旋伞的地面试验,后面的烟雾,是反尾旋伞炮启动时的火药燃烧产生的烟雾)

国外也是一样,美国F-22和F-35战机的失速伞。由于失速-反尾旋伞在释放时的速度比较大,承受的动压较高,需要使用动力将减速伞放出,反尾旋伞通常安装在距离机尾表面较高的位置,同时伞舱里配备反尾旋伞炮,通过火药动力将减速伞释放出去。

新型客机或运输机的研制同样需要失速-反尾旋伞。中国研制国产新型客机的首个失速-反尾旋伞,应用在ARJ-21支线飞机上,于2010年试飞成功,随后是运-20、C-919等飞机的反尾旋伞。

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中国研制的C919客机,为什么不能改为军用?其实只差一层窗户纸

C-919型客机是我国自主研制的中程单通道干线客机,起飞重量70多吨,尽管C919客机还存在着最终用户限制,但是军迷们还是迫不及待地对C-919的军用型热议,为将C-919改装为特种飞机进行畅想,有些话题甚至还引起争论。然而也有很多人认为C-919客机是纯粹的民用品,不太适合军用,除非以C-919为基础单独研制一种军用型。这种论断是正确的吗?

我们先看看民用品到底能不能军用。通常来说民用品和军用品之间的性能差距是巨大的,二者之间不能直接通用。然而,军用品退役之后经过改装往往可以适应民用活动,反过来,将民用产品改造为军用产品也并非不可能。事实上,美军就是民用品转军用方面的行家,在过去现在以及未来,民用产品都是美军的重要候补力量。

今天的美国空军,装备着许多的由民用产品改进而来的军用武器,最典型的就是各种型号的侦察机和反潜巡逻机,如果我们细数一下就会发现,美军的空中侦察机机队简直就是用民用机改装打造起来的。如今美军的主力反潜巡逻机——P-3,其机体设计直接来自于洛克希德马丁公司的L-188民航客机。

P-3反潜巡逻机基本按照成熟的L-188客机空气动力学设计,在尾部为磁异常探测器重新设计了机尾,封堵了全部的舷窗,并且在机翼上安装了用于投放反潜、反舰武器的挂点。最终成型P-3反潜巡逻机总共生产了757架,其中大约100架是川崎重工授权生产的机型。这一成熟的设计在美军中从1960年代一直用到了2010年,至今尚未全部退役,甚至超越了L-188客机本身的设计使用寿命。

不仅如此,更加先进的美军反潜机P-8“波塞冬”,同样也是民品军用化的产物。2000年6月,美海军发布了新一代“MMA”多任务海上巡逻机招标。三家投标公司中中标的波音公司,采用的正是从波音737-800型客机改进而来的设计方案。其在737-800型客机基础上部分修改机翼线型,并将原有搭配发动机的两台90KVA民用发电机更换为180KVA的型号,为军用电子设备的安装和使用提供了充足的电力保障。按计划,P-8会是美军未来几十年的反潜巡逻机主力,波音公司的民用机改军用的产品至少还会伴随美军几十年。

此外,1950年代初期波音公司就以波音-707型客机为基础,自费研发成为717型军用机,也就是后来的C-135系列,可说是美国空军用途最广泛、最多样化的空中载机。衍生出运输机、空中加油机、行政专机、通讯中继机、指挥管制机、测试机、弹道导弹/太空任务追踪机、观测机等一系列军机。其中的最典型代表,就是美军战略导弹侦察机——RC-135S。另外,之前曾经飞抵我国附近空域进行侦察的美国陆军侦察机挑战者650,就是由美国雷声公司在“空中国王”A200CT商用公务机基础上改装,是不折不扣的民用产品改军事用途。这款飞机改装后,可进行通信情报截获和窃听、信号侦察、快速方位测向、中继通信等任务。

除去过去被大规模用于空军外,民品产品也是美国海军的重要候补力量。美军军事海运司令部(MCS)下属的海上预置舰队,就大部分来自于民间企业,MCS现在总共租借和拥有49艘民间海运舰艇用于预置舰队用途,其中使用数量第二多的“二级中尉约翰-鲍勃”级集装箱船就是非常典型的民用舰艇。如果战争爆发,MCS下属的这些民用船舶会被立刻投入到战争一线,将重型装备输送到空运抵达的美军士兵手中。

通过大量使用这些民船运输,美军能够极大地节约开支。最夸张的是,美国国会预算办公室认为,未来30年内,美国海军都实现不了355艘军舰的目标,在这个背景下美国海军研究所指出,美国海军可以廉价购买大吨位的旧商船,加装MK41垂直发射器,将其变成“武库舰”,以此用更低的成本实现355舰队计划。当然,这种做法不像空军,民船改军舰的问题恐怕少不了。

由以上例子可以看出,民用产品改为军用毫无疑问的可行的。我国的C-919客机在机体大小、航程、载重能力等方面都和美国的波音-737系列客机比较接近。而美国波音公司在波音-737客机的基础上研发出了P-8A“海神”反潜巡逻机、“和平眼”预警机等大量的特种飞机。所以在理论上,C-919客机自然也可以改装成为反潜巡逻机、预警机等特种飞机。

不过,由于C-919客机是一款中国抓总体设计,主要设备配件国际协作的客机。因此本身存在一些限制“参军入伍”的因素。首先第一个也是最重要的因素,就是C-919客机属于一款国际合作的国产客机,采用了比例较多的国际先进技术设备。例如C-919客机的航电系统主供应商是美国的霍尼韦尔公司,C-919客机使用的发动机是美法合资公司——CFM公司的LEAP-1C发动机。

在国际民航飞机、民用发动机和民航航电系统的销售中,都会有特殊的附加条款,有禁止改装为军用的要求或约束,否则会受到制裁,例如不再销售发动机,不再提供零备件或技术支持。甚至有些重要发动机和航电设备还会在后台自主上传数据,这对于民用机改为军用是不允许的。

假如中国在C-919客机基础上发展军用特种飞机,以美国为首的西方国家绝不会坐视不理。届时美国必定会带头制裁中国商飞,停止向中国出口C-919客机的发动机和航电设备。在2020年,美国政府就考虑强行禁止通用电气公司向中国出口干线客机使用的LEAP-1C航空发动机。该发动机是目前世界上最先进的中等推力大涵道比涡轮风扇发动机,由CFM国际发动机公司生产,这个公司是美国通用电气和法国赛峰集团的合资企业。一旦美国真的把这些反制措施落实,那么C-919的设计甚至可能就此前功尽弃,后果十分之严重。

因此,如果把C-919客机改为军用特种飞机,就必须对C-919进行改型设计,研制一款以C-919为基础的军用基础型,然后在这个基础型上改装各种军用特种飞机。首先是要换装发动机。目前中国正在发展CJ-1000A先进涡轮风扇发动机,对标的就是LEAP-X系列发动机。在2018年5月,CJ-1000A完成了首次点火试验,初步验证了该发动机各部件和系统的可靠性。目前它的最新进度不为外界所知,按照原计划,CJ-1000A发动机将在2022年开始正式装备到C-919客机上。不过,现在看CJ-1000A要取得认证恐怕最快也要3到5年时间,预计距离实际装机测试肯定还是有一段时间的。

不过,一般来说军用飞机的发动机的经济性等要求不如民航机那么苛刻,所以C-919客机的军用型也可以直接使用运-20的涡扇20发动机的改型。此外涉及的航电和特设等系统,目前我们国内都有国产化的基础,C919的液压系统是德国汉臣公司提供的专用液压系统,以及罗克韦尔-柯林斯公司的航空电子设备,德国利勃海尔公司的起落架装置,帕克航空航天公司的飞行控制系统。上述系统都必须完全国产化。如果有需要,我们国家的航空工业完全有能力在最短时间内研制一款C-919军用型。

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(责任编辑:史建磊_NBJ11331)

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