為什么中國還在使用殲7訓練?——中國高教機遭遇到的瓶頸問題

最新一期的軍武零距離發(fā)布了。央視記者吳杰探訪了我國中部戰(zhàn)區(qū)某旅的殲7和殲教7部隊,并試用了模擬器。從視頻能夠看到,殲7作為訓練機并不甚理想,由于缺乏可用的雷達和精確制導炸彈發(fā)射能力,飛行員只能在該部隊鍛煉機炮、火箭彈和格斗導彈操作的基本要領,發(fā)動機壽命也不夠(1990年以前僅有200小時大修壽命,現(xiàn)在提升到300小時,但遠低于渦扇10的1500小時,更遠低于美國F110系列的3000小時),而且殲7固有的一些不友好操作特性——如降落進場速度快,起飛穩(wěn)定性差,缺乏電傳導致飛機發(fā)射導彈時容易瞬間失控(發(fā)射掛點所處的機翼突然遭到強烈氣流沖擊產生向上升力,同時對側因為平衡喪失迅速下降,使得飛機發(fā)射導彈會出現(xiàn)翻滾動作,杰哥就體驗到這一點)等等,都極大加高了訓練風險。印度持有的MIG21發(fā)生大量事故的原因除了保養(yǎng)不當外,七成以上都是和MIG21自有缺陷有關。這問題在殲教7上更為嚴重,巴基斯坦空軍在2018年,2020年都發(fā)生了殲教7墜毀,機毀人亡的悲劇。所以,除了“舊物妥善利用以外”,殲7繼續(xù)作為教練機實在是一種高教機不足的權宜之計。
那么,為什么中國能生產出殲16,殲20這樣全球領先的戰(zhàn)斗機,卻難以為基層訓練補充足夠的教練機呢?今天,就讓我們看看小小的教練機后面的故事。

教練機:低成本,高壽命,強機動的小型飛機
飛行員是一個非常嚴謹的職業(yè),必須要有非常精確的操作手法和敏銳的態(tài)勢感知,因此飛行員在工作年限內都要不間斷保持飛行訓練,有的飛行員(尤其是民航)還在家中購置手柄和模擬飛行類軟件,在家休假時都不忘飛一兩個小時保持手感。而飛行員手感下滑的影響是非常大的,據《中途島奇跡》采訪的日本軍人回憶,由于珍珠港后日本人狂妄自大,加上航母缺乏輪換,很多飛行員在疲勞的作戰(zhàn)后訓練量下降。到了錫蘭海戰(zhàn)結束后,日本艦隊回國休整預備中途島戰(zhàn)役時,留給南云訓練飛行員僅有1個月時間,除了加賀號還處于妥善狀態(tài)外,第一航空艦隊其他3艘航母受到減員、新兵訓練不足帶來的各種問題,這也導致中途島第一次轟炸非常不理想,才會出現(xiàn)著名的“需要二次攻擊”,打亂了日本人的飛機計劃。所以,飛行員必須要在任何時段內維持飛行訓練。
雖然當代飛行員有著模擬器訓練——但是對于需要戰(zhàn)斗的戰(zhàn)斗機飛行員來說,地面模擬器無法為他們模擬現(xiàn)實中需要承受的高G力和實際的各種復雜環(huán)境(如無線電靜默下復雜氣候環(huán)境貼在山谷進行突襲),還是需要使用真機訓練。但對于現(xiàn)代的戰(zhàn)斗機來說,由于飛機成本較高,且維護難度比二戰(zhàn)飛機大很多,寶貴的戰(zhàn)斗機必須要隨時備妥以用于各種突發(fā)環(huán)境,對于作戰(zhàn)飛機較少的國家更為關鍵。為了節(jié)約昂貴的戰(zhàn)斗機的壽命和使用成本,同時盡可能模擬戰(zhàn)斗機的作戰(zhàn)性能,這就促成了一種特殊的教練機——高級教練機的產生。

以世界最負盛名的T-38教練機為例,該飛機1959年由諾斯羅普開發(fā),1973年結束生產,美軍一共配備了1187架。一直到2017年,也就是停產后的44年,T-38教練機還有503架在美國空軍服役。該飛機用于美國所有的飛機飛行員培養(yǎng),上到B-52,B-2,SR-71,U-2,下到F-15,F-16,F-35的飛行員,都無一例外使用T-38作為教練機型。在服役的60年里,T-38為美國空軍輸送了50000名以上的合格飛行員,并且成為飛行員保持訓練的最重要的裝備。T-38的事故率很低,平均每10萬小時才有一次一級事故(墜機),盡管如此在漫長的60年里也有200多次墜毀記錄(包括著名的雷鳥飛行隊鉆石編隊事故,此后該飛行隊改裝F16),可見該型號1187架飛機執(zhí)行了起碼2000萬飛行小時的飛行訓練,平均每一架飛機都飛過了20000小時,大幅超過原定7500小時設計壽命。而對于絕大部分三代機而言,機體壽命不過4000小時(早期的蘇27和米格29僅3000小時,而F-16有一架飛機突破了10000小時,是世界戰(zhàn)斗機迄今為止最高紀錄),所以壽命較長的教練機對于降低三代機使用頻率,維持飛行員手感至關重要。
T-38的發(fā)動機通用電氣J85-5A發(fā)動機是該飛機如此長壽的原因之一。

GE J85-5型發(fā)動機是世界上最負盛名的長壽命小推力渦噴發(fā)動機。它空重只有180千克(無后燃器版本)/230千克(有后燃器版本),主機工作溫度只有800攝氏度(1073K,而戰(zhàn)斗機平均都在1600以上),最大軍用推力(不開后燃器)只有13.8Kn,油耗27克(kn·s)(即如果推力在10KN的話,每秒消耗270克航空燃料),加力版本最大推力22KN。該引擎用于T-38,F(xiàn)-5,A-37攻擊機,甚至還有修復的ME262戰(zhàn)斗機。由于該引擎非常實用,在1988年就已經生產到了12000臺,美軍計劃一直用到2040年。該引擎除了油耗極低外,由于渦輪溫度很低,足以讓它安全運行10000小時以上,是目前絕大部分三代機引擎的3-5倍時間。
所以,一款好的教練機,看中的不是它的載彈量、機動性,而是對于訓練最關鍵的——壽命和成本。

隨著時間的推移,飛機復雜程度也越來越高,T-38,L-39,K-8這種缺乏雷達,只能打火箭彈和格斗導彈的教練機也越發(fā)不能模擬高度復雜的三代機、四代機的效能。同時,由于教練機使用成本很低,而且操縱性非常良好,適合于某些貧困國家用于替代戰(zhàn)斗機對付國內非法武裝,因而考慮到“訓戰(zhàn)結合”的需求,高級教練機這一機種應運而生。如今市場上熱銷的YAK-130等飛機就是高級教練機的典型。

面對著時代的潮流,我國兩大教練機生產商——南昌洪都和貴陽貴飛自然也跟上了時代的腳步。前者通過合作和吸收,將部分雅克130技術移植到國內平臺,制造了L-15獵鷹(后來得到正式列裝代號教練10);后者則將梟龍部分技術移植到殲教7上,制造了教練9山鷹。


雖然國產高級教練機設計不錯,航電標準也高于俄羅斯YAK-130等競爭型號,但卻一直未能像美俄歐同類機型一樣全球暢銷,甚至韓國T-50教練機在海外市場的表現(xiàn)(泰國、菲律賓、印度尼西亞和伊拉克)也比教練9/10要好不少。就算刨除政治因素,這兩款飛機國內使用量也并不出眾,甚至貴飛在2017年又交付了幾架更為原始的殲教7(該機生產線原本2010年就報道關閉,但最終運轉到了2017年)。這說明國內無論是使用殲7動力總成的教練9,還是用烏克蘭AI-222-25的教練10,都有一些問題尚待解決。其中最主要的問題,還是得歸咎于發(fā)動機的性能。

由于教練9繼承了殲教7的后機身,因此它也繼續(xù)使用WP-13引擎。國內原本殲7用的是渦噴7發(fā)動機,因為壽命過低和不可靠而改為渦噴13發(fā)動機。該引擎重量1.3噸,整體設計為圖曼斯基R-13發(fā)動機,大修壽命增加到300小時,推力43.1 千牛,加力推力則達到了 64.7 千牛,分別比渦噴7提高了50%和15%。加力l狀態(tài)耗油率與原型發(fā)動機相比降低4.5%。R-13發(fā)動機的油耗為95千克(KN·h),折算為26.38克(Kn·s),油耗和J85相當。但是,由于WP13原本為軍用引擎,最大軍用推力是J85的4倍,加力推力接近3倍,對于教練機而言未免太大,而且300小時的大修壽命也難以維持高強度的日常訓練,這就導致現(xiàn)實中,空軍鍛煉飛行員更愿意使用性能已經不敷一線使用的殲7和殲教7培養(yǎng)飛行員,就出現(xiàn)了視頻中的一幕。
教練10比起教練9的問題要更加嚴重一些。雖然教練10整體性能不亞于雅克130,但教練10用的AI-222-25加力發(fā)動機卻是一個著名的心臟病。

AI-222-25是伊芙琴科·進步設計局在AI-22發(fā)動機上改進而來,烏克蘭馬達西奇發(fā)動機廠生產。該發(fā)動機僅有440千克(無后燃器版本)/560千克(后燃器版本),最大軍推24.7kn,最大加力推力41.2kn,由于是渦扇發(fā)動機,其油耗比起渦噴低很多,在非加力工況只有66千克(KN·h),折算為18.3克(Kn·s),僅有WP-13、J-85的三分之二。而且該引擎也對教練機進行了特別優(yōu)化,冷端(進氣口)壽命可達6000小時,熱端(燃燒室和加力推進室、噴口)可達4000小時,翻修壽命2000小時,可以多次翻修(而戰(zhàn)斗機發(fā)動機僅能翻修一次)。因此只有使用這種高度經濟的發(fā)動機,教練機才能夠以較低的日用成本滿足日常飛行訓練。不巧的是,由于烏克蘭和俄羅斯的知識產權糾紛,以及烏克蘭內戰(zhàn)后工業(yè)基礎嚴重被破壞,馬達西奇工廠收購計劃也遭受美國阻力,AI-222-25發(fā)動機引進和國產化的阻力都非常大,這也導致了教練10無論是國內大批量換裝和國外出口都受到了很大阻力。

事實證明,不僅只有“大推力發(fā)動機”難以制造
受到殲10,殲20等明星機型的影響,國內軍迷往往把注意力放在國產大推力戰(zhàn)斗機發(fā)動機上,對于教練機使用的小推力,高壽命,低油耗發(fā)動機注意程度不足。當然,整個國家的技術也是向著大推力發(fā)動機傾斜較多,歷史上中國除了引進過教練8(K-8轉內銷)教練機的AI-25(也是L-39等著名教練機的發(fā)動機,AI-222-25前代機型,但推力僅有AI-222-25的三分之二并且無加力,只能用于教練-8這樣的輕型噴氣教練機)作為渦扇11(2002年開始量產,是中國最早進入批量生產的渦扇發(fā)動機)外,中國并無獨立開展過小型發(fā)動機的獨立研發(fā)和設計工作,當然這問題主要還是中國“飛機型號牽頭”的導致的,如果沒有對應的飛機項目立項,那么也不會開發(fā)發(fā)動機,因此中國一直到教練8國內列裝時才開始引進小推力發(fā)動機技術。但由于AI-25本身就是1960年代的老式發(fā)動機,和1990年代開發(fā)AI-222-25有著本質上的性能差距,所以中國國產化AI-222-25非常不順利,甚至有一度傳聞要下馬,轉為整體購買馬達西奇的技術和知識產權。
國內發(fā)動機產業(yè)的滯后,和國內以往的整體型號牽頭的研發(fā)體制有重大的原因,發(fā)動機廠只為了本公司特定型號飛機研發(fā)引擎,而不管自己的技術迭代和傳承,甚至彼此之間還封鎖技術,不像歐美飛機發(fā)動機廠如同汽車發(fā)動機廠一樣連續(xù)迭代研發(fā)生產,飛機服役時很多可以直接采用貨架產品。所以國內成立航空發(fā)動機集團,整合原本各個飛機廠的發(fā)動機資源,也是為了打破舊的體制束縛。

教練機是維持飛行員戰(zhàn)斗力的重要平臺。希望未來發(fā)動機心臟病根治之后,我國飛行員能夠更加善用高級教練機的平臺,更有效開展飛機改裝、技術保持的訓練。