英雄落寞——揭秘米格MFI战斗机发展史

万磁王

原作者：Armstrong

　　苏联第五代战斗机的研制可以追溯到20世纪70年代，当时苏联几大战斗机设计局和几大研究院开始了三个大项目的预研和论证工作，其中包括I-90、Sh-90、B-90项目，分别代表90年代战斗机、攻击机、轰炸机。所以苏联/俄罗斯空军一直以I-90称呼MFI。至少有5个大研究院参加了其中I-90计划的理论探所和资料分析，根据对手国家的技术发展情况来制定I-90的任务需求和技术性能指标。其中苏联国防部所属的第30中央科学研究院（TsNII-30)及第2科学研究院（NII-2）负责制定未来战斗机整体性能要求，中央流体力学研究院（TsAGI）负责大致确定战斗机的外型尺寸和气动布局等，中央航空发动机研究院（TsIAM）提出先进发动机、进气道布局、尾喷管的基本构型，国家航空系统研究院（GosNII AS）规划第五代战斗机的火控系统、武器、生存能力等指标。各大飞机设计局则在这个框架下设计自己的方案。
　　80年代初，米高扬设计局和其他苏联战斗机设计局着手进行新一代战斗机的预研工作，假想敌是美国正在研制中的先进战术战斗机项目（ATF）。第五代战斗机分成两个项目，一个是双发重型多用途战术战斗机MFI（俄语“多用途前线战斗机”的缩写），另一个是单发轻型战术战斗机LFI（俄语“轻型前线战斗机”的缩写）。米格设计局的MFI获得了“产品5.12”（Izdeliye 5.12）的设计局内部代号，LFI的代号则是“产品4.12”，“Izdeliye”（产品）一词通常被用于军事硬件项目的代号中。
　　有俄罗斯媒体猜测采用“产品5.12”这个代号是为了迷惑西方情报机构，即使他们知道了代号，也只会以为这是另一种米格-29改型而已，类似于米格-29“支点”-A的“产品9.12”、米格-29“支点”-C的“产品9.13”、米格-29S“支点”-C的“产品9.13S”、米格-29UB“支点”-B的“产品9.51”。但这种说法并不可信，原因有两点：第一、米格-29所有内部代号都以9开头而不是5；其次、一般来说“产品”编号都是随机分配的。
　　MFI和LFI之间将尽可能共享组件，此外更大型的MFI将分为几种专用型号（但无具体资料）。
　　当时苏联科研单位的官僚体系以及研究单位的分散使得科研效率很低，面对这种大型而先进的计划时力不从心，也造成了资金分散。此外，第五代战机的系统和设备的研发也是一件复杂的事情，研发成本和工作的复杂性越来越大。所有这一切都导致苏联政府在1983年制定了所谓的“联合研制计划”，为所有级别的五代机共同研究新系统和技术，该计划还能起到了提高各机构和部委间互动、遏制官僚主义、使效率最大化的目的。计划获得了米高扬总设计师贝利亚科夫的支持，苏联空军和工业界高层领导将其纳入五年经济发展计划，足见重视程度。
　　1986年苏联空军命令苏霍伊、米格、雅科夫列夫三大战斗机设计局提交自己的第五代战斗机方案，定于年底决定的研发单位。苏霍设计局提交了前掠翼战斗机设计，雅科夫列夫设计局则提交了鸭式布局、但机身与F-22类似的设计。米格设计局的5.12和4.12是与空军、国土防空军、空军研究院等共同协商的产物，真正能符合苏军作战思想，而且当时米格设计局是苏联唯一一所专职于战斗机研发的单位，苏联空军最终选择了米格设计局作为“主承包商”，苏霍伊的前掠翼战斗机作为备选方案。米高扬设计局的初步设计（PD）部门主管施车频成为联合研制计划的主要负责人之一。

雅科夫列夫设计局的MFI方案，长着鸭翼的YF-22

苏霍伊的前掠翼战斗机方案

米格的MFI早期方案，两侧进气道布局

万磁王

初具雏形
　　米格设计局对MFI（5.12）和LFI（4.12）的初步研究工作持续好几年。正如前面提到的，包括中央流体力学研究院在内的许多研究机构也积极参与了概念制定。经过大量理论研究和风洞试验后，中央流体研究院建议米高扬在MFI上采用鸭式布局，因为这种布局不仅能满足敏捷性要求，并且能使重心后移的静不稳定设计飞机的升力最大化。该机应该具有前缘后掠角40-45度的大型三角翼，具有内置弹舱或至少是半埋式武器挂架。应该具有机腹可调进气口，能在剧烈机动和所有速度范围内保持最大进气效率（特别在是大迎角机动中）。此外，该机还需要配备推力矢量（TVC）喷管以提供超机动性和短距起降（STOL）能力。

MFI早期风洞模型，具有机腹V型进气口

　　苏联人在MFI的初步研究中完成了规模空前的风洞测试和缩比模型测试，来确定飞机的雷达反射面积（RCS），并验证进气口和发动机喷管性能。他们对双发共用进气道、二元（矩形）矢量喷管、以及其他各种构型的进气道和喷管进行了一一评估。他们测试了飞行控制致动器、雷达组件和航电接口，为MFI的弹射座椅精心选择了最佳的后倾角度，还考虑了在飞行中调整后倾角度的可能性，这样能使飞行员承受更大的过载。他们还对侧杆操纵和先进机炮等以及数以百计的其他问题进行了研究。
　　米格设计局的工程师们在研究中央流体研究院的风洞测试数据、制定发动机和航电初步规格、计算雷达吸波材料（RAM）参数后，逐步完善了初步研究阶段的飞机设计。正在这个阶段，他们确定下了飞机的鸭翼布局和大致尺寸，进气口、喷管、垂尾和腹鳍的构型以及飞机的主要参数也大致成形。1987年，米高扬和合作机构把MFI和LFI的初步研究成果提交审核，获得了高度评价。
　　米格的第五代战斗机与现有苏制战斗机在所有方面都大相径庭：
　　首先，该机采用近距耦合鸭式布局和自适应机翼设计，不仅在亚音速和超音速下都能实现高升阻比，还具有极佳的大迎角飞行能力，并能在所有飞行状态下始终保持较高的升力系数。该机的变弯度机翼有前缘襟翼和后缘襟副翼。
　　其次，该机将安装留里卡设计局（土星科研生产联合体）正在研制中的第五代推力矢量发动机，这种发动机除推重比高外，结构也很紧凑且易于制造。发动机的额定推力远超之前战术飞机使用的任何发动机。
　　第三，该机的综合航电使用了人工智能和交互式控制技术，飞行仪表、火控系统、电子对抗（ECM）套件、导航和通讯设备都通过多重数据总线连成一个整体。机载数据链可以把战术信息上传或下载到地面指挥控制和通信中心（C3）。
　　第四，该机的航电和武器系统将代表苏联最先进的电子技术，能达到一个全新的性能水平。
　　最后，该机可根据技术状况进行操作和维护，无需像以往那样规定硬性维护间隔时间。与现有设计相比，MFI的服役寿命更长，维护工时更低，损伤修复时间也更短，标准化外场可更换单元（LRU）能大大降低维护工作量。

万磁王

全新的名字
　　尽管MFI和LFI项目从初步研究阶段顺利进入全面发展阶段，但是米高扬设计局无力在资金上同时支持两种五机的研制，所以LFI项目遭搁置，把人力物力集中在重型MFI上。在人事方面，谢多夫被任命为MFI项目首席工程师，沃罗特尼科夫、扎知金担任他的副手，波利亚科夫随后也被任命为副手。沃罗特尼科夫负责结构系统设计，扎知金负责财务和样机制造，波利亚科夫负责航电套件。这是苏联设计局的通常做法：项目首席工程师负责整个项目的统筹协调，副手负责各方面的实际设计工作。由于MFI是高优先级项目，所以米格总设计师贝利亚科夫和他的第一副手贝洛斯威特会在项目过程中进行持续检查。在此阶段，MFI的内部代号被改成了“产品1.42”。
　　米高扬工程师们开始了艰苦的努力来设计出大规模采用复合材料的低雷达反射面积机身以及机身主要组件。为了让数量众多的气动控制面能发动机矢量喷管协调操纵，米格设计局还要寻求一套综合飞控系统。同时，其他参加项目的专业设计局也忙于设计具有多重数据交换通道的航电套件、全新数据显示/输入方式、新一代高性能标准化计算机。他们对综合航电、新一代火控雷达和新型导弹进行了大量研究。
　　随着苏联空军摈弃高低搭配（轻型战斗机/重型战斗机）概念，用一型通吃取而代之，MFI名称中的“多功能”一词就变得极为重要了。这意味着战斗机必须同时拥有空空和空地作战能力，而且这两种能力不会互相制约。尽管苏联第四代战机（米格-29和苏-27）可挂自由落体炸弹、非制导火箭和其他种类的空地武器进行对地攻击，但因为缺乏合适的瞄准系统和与空地任务相关的设备，打击能力受到了很大限制。这就是“支点”和“侧卫”后续改进型（米格-29M、米格-29SMT、米格-29UBT、苏-27SK、苏-35、苏-30MK）着重发展打击能力的真正原因。
　　在MFI项目通过先进研发项目审核前的1986年，米格设计局就发出了MFI的第一批图纸。同时，中央流体研究院和俄罗斯南部萨拉托夫附近阿赫图宾斯克的契卡洛夫苏联空军研究院继续为该机进行气动研究。苏联空军研究院使用直升机吊挂MFI大型无线电遥控模型进行自由飞试验，特别关注模型在极端迎角下的稳定性、操控性、尾旋改出特性，并确定飞行包线中的其他限制。
　　苏联空军研究院对这些测试采取了极端的保密措施，只有当美国间谍卫星不在头顶时才允许进行直升机投放，而且模型也涂上了黄绿相间的迷彩。根据一位目击测试的前研究所工作人员回忆，回收小队被告知必须要找到模型，而且模型落地后只能离开视线几分钟。这些遥控模型都安装了传感器和数据链系统，能把数据实时传回地面站。自由飞测试获得的数据、照片和视频被提供给米高扬设计局、中央流体研究院相关部门、苏联空军研究院和格罗莫夫试试飞院进行分析研究，研究成果促进了气动外形的优化。

MFI的自由飞模型

万磁王

　　理论研究和模型滑翔试验都证实MFI能在60度迎角下保持稳定性和操控性，此前，苏联人认为没有安装自动增稳系统的静不稳定设计是不可能做到这点的。
　　正如前文讲到的，“产品1.42”（常被简称为1.42）和苏联第四代战机相比存在巨大差异。该机没有机翼前缘边条，在大迎角状态下由全动鸭翼产生涡流来为机翼上表面气流补充能量。研究人员通过大量研究才最终确定了鸭翼厚度和相对机翼的位置。1.42的早期构型的鸭翼没有锯齿，后来增加了前缘锯齿以产生额外的涡流。这个锯齿鸭翼的设计很独特，后来被米格-35原型机借鉴在平尾设计中。

非常有特色的锯齿鸭翼

　　有意思的是，米格-23的改进型也从锯齿鸭翼中获益。米格-23M“鞭挞者-B”在可变翼前缘根部增加了一对大号锯齿，米格-23MLD“鞭挞者-K”又在翼套根部增加了一对小锯齿，这些改进大大提高了“鞭挞者”的机动性。
　　随着研究的进行，MFI的外形设计也逐渐冻结。该机具有数量众多的操纵翼面，只有这样才能满足战斗机在所有飞行模式中的气动操纵需求。

万磁王

飞控与航电
　　为了降低1.42的雷达反射面积并实现超音速巡航，米格设计局研究了各种内置武器的挂载方式。他们一度考虑了背部弹舱，发射时使用液压活塞把导弹向上弹射出弹舱。这种设计具有一定的优点，能在大过载机动中简化目标锁定和导弹发射程序，但也存在不少工程设计难点，更别提使装弹作业大大复杂化了，而且无法沿用现有标准导弹装填机械。最终，工程师们选择了更为传统的中央机腹弹舱设计。

1.42的机腹弹舱布置推测

万磁王

　　外形上的其他隐身措施还有垂尾外倾15度，操纵翼面和机身间的缝隙最小化。但是该机凸起的脊背和腹鳍设计对隐身不利，米高扬的工程师们也意识到了这一点，不过这些设计都是利大于弊的。例如，独特的可动腹鳍可作为方向舵使用，能增强大迎角方向操控性。
　　该机的综合飞行控制系统尤其值得一提，这种数字电传（FBW）飞控系统除控制常规操纵翼面外，还要控制增升装置（两段前缘襟翼和两块后缘襟副翼）和发动机矢量喷管。系统会在所有飞行模式下持续监视这架静不稳定设计飞机的动态，防止失控并减轻飞行员的工作负荷。
　　如前文所述，1.42将安装苏联最先进的航空电子设备，其中包括功能强大的相控阵火控雷达以及一部后视预警雷达（RWR）。后视雷达除在探测到后半球敌机时触发主动电子对抗设备外，还能引导后射近距空空导弹攻击敌机！闪电科研生产联合体当时已经用R-60/R-60M（AA-8“蚜虫”）和R-73（AA-11“射手”）格斗导弹验证了后射概念。
　　各机构在研制航电设备上面临着艰巨的工作，他们必须研制出高性能计算机、建立大量数据库、开发打击任务所需的提前量计算系统、设计能对输入信息进行过滤和排序（例如雷达数据）的各种算法、最后还必须为综合火控系统设计雷达数据应用算法。
　　MFI综合航电的研发工作量和复杂程度都在不断增加，其机载计算机具有共用数据处理资源和任务分布特点，不再只是互联的多个独立处理器。该计算机硬件由莫斯科附近泽廖诺格勒科学城的“埃”计算机研究所负责研制。

1.42座舱想象图，采用侧杆布局和单块大型显示器

　　MFI在早期发展阶段就已经显现出了与美国第五代战斗机截然不同的特点，例如，这架米高扬战斗机从一开始就具有可调机腹进气口，而F-22则在机身两侧布置了不可调加莱特双波系进气口，其对手诺斯罗普/通用动力公司的YF-23更是采用不可调的翼下进气口。苏联空气动力学家认为机腹进气口在各种机动状态中都具有优势，能最大限度降低大过载转弯和大迎角飞行时进气道失速的危险。此外，MFI的鸭式布局能使升力最大化，鸭翼在大迎角中起到俯仰阻尼的功能。相比之下，F-22和YF-23采用具有梯形机翼和尾翼的传统气动布局。米格声称初步计算显示MFI的作战效能比其竞争对手苏霍伊S-32前掠翼战斗机、F-22、欧洲战斗机、萨博JAS-39“鹰狮”和“阵风”都高。

万磁王

发动机
　　早在1986年，苏联部长会议和苏共中央委员会就联合发文指示全面发展AL-41发动机，当时留里卡设计局创始人阿尔西普.米哈伊尔洛维奇.留里卡已经退休，他的副手维克托·米哈伊洛维奇·切普金担任发动机的总设计师。留里卡-土星科研生产联合体与巴拉诺夫中央航空发动机研究所合作设计了AL-41F发动机，并将其集成到MFI的机身中，他们取得了长足的进步。
　　从一开始，AL-41F就是为米高扬MFI战斗机设计的。这是一个庞大的工程，想要让发动机的性能达标，就必须增加发动机的工作负荷，如增加发动机总增压比的同时降低压气机级数，所以需要应用新的结构材料。此外发动机还采用了能与飞控系统集成的新型全权限数字发动机控制系统（FADEC）。

在2001莫斯科航展上展出的AL-41F

AL-41F与117S（AL-41F1A）的尺寸区别

万磁王

　　AL-41F发动机需要使MFI能持续进行超音速巡航，也就是说飞机能在发动机最大军用推力状态下维持超音速飞行。相较而言，最好的第四代战机在外挂武器时也只能做开加力的超音速飞行，这不仅大幅增加耗油量，持续时间也只有10-15分钟（当然米格-31“猎狐权”重型截击机是例外，该机的索洛维耶夫D-30F-6加力涡扇发动机为长时间超音速巡航进行了优化）。苏联空军在第五代战斗机的总体作战需求（GOR）中指出，MFI需要进行持续超音速巡航，仅在剧烈机动或急加速时开加力。
　　AL-41F从一开始就被设计成推力矢量发动机，只有这样才能满足MFI的机动性要求。米高扬工程师们一开始设想了类似麦道F-15S/MTD（短距起降/机动性技术验证机）的二元喷管，虽然只能进行俯仰矢量控制，但隐身性能更好，结构也比轴对称收敛-扩散矢量喷管简单。因此留里卡-土星科研生产联合体把研究重心放在了二元喷管上，把轴对称矢量喷管作为备选方案。
　　1989年，留里卡-土星科研生产联合体和苏霍伊设计局把苏-27UB“侧卫-C”战斗教练机“蓝色08号”改装成推力矢量技术测试平台。该机在改装了左侧发动机舱后，装上了尾部呈楔形的方形二元矢量喷管，被称为LL-UV（PS），即俄语“推力矢量技术测试机（偏平喷管）”的缩写。与F-15S/MTD不同的是，LL-UV（PS）的右发保留了标准轴对称喷管。

为MFI设计的二元矢量喷管

万磁王

　　LL-UV（PS）的试飞肯定了矢量喷管的价值，对飞机敏捷性的改善符合预期。但是这种二元喷管内部的温度分布不能令人满意，某些矩形截面的部件在飞行中会过热，有被烧毁的可能。留里卡-土星只能决定给AL-41F换上轴对称矢量喷管。1991年，轴对称矢量喷管设计被冻结，并应用了MFI的最终构型中。
　　留里卡-土星在AL-41F的研制中采用了包括粉末冶金在内的多项新技术，发动机大量采用复合材料和新型合金等先进材料。留里卡的工程师们在降低发动机的红外和雷达特征上复出了巨大努力，最终AL-41与苏-27战斗机使用的留里卡AL-31加力涡扇发动机相比，在几乎每个方面都有了很大提高。例如涡轮温度上升12%，推重比从AL-31的8提高到了11，另一个重要指标——推力/迎风面积比也得到了改善。AL-41F的零件数量更少，单晶叶片高压涡轮采用全新叶片冷却概念。此外，留里卡-土星科研生产联合体还必须满足一个关键指标：发动机运行成本降低约25%。
　　AL-41F的研发在早期十分顺利，但随着苏联在1991年底的解体，MFI项目获得的拨款急剧下降，几年后接近于无，留里卡-土星科研生产联合体只能自筹资金继续研制AL-41F。在如此困难的条件下，该公司还是设法制造了几十台原型发动机，在自己的测试设施以及巴拉诺夫中央航空发动机研究所里进行了测试。
　　1993年，俄罗斯格罗莫夫试飞院用一架图波列夫图-16LL“獾-A”发动机测试平台开始测试AL-41F，原型发动机安装在图-16机腹的一个特殊吊舱中，测试时吊舱从机腹弹舱下降到干净气流中。随后，AL-41F原型机被装在不同的测试飞机上进行进一步测试，其中包括一架米格-25PD“狐蝠-E”截击机（“产品84D”）。这架米格-25的编号是“蓝色306”（C/N N84042680 F/N 0306），左侧的图曼斯基R15BD-300加力涡喷发动机被AL-41F取代，完成改装后的内部代号是“产品84-20”。“产品84-20”完成了超过30次的试飞，其中一些试飞涉及高空和超音速科目。虽然这两种发动机的推力差对飞机操控产生了不利影响（全加力17700千克静态推力 vs 全加力11200千克静态推力），米格-25PD的最大速度还是超过了2马赫，AL-41F在空中关车和重启及其他测试科目的表现都不错。上述试飞收集了大量宝贵数据，反过来促进了留里卡-土星对发动机的进一步完善。

图-16LL发动机测试平台

米格-25PD“蓝色306”

万磁王

产品1.44
　　由于第五代战斗机的航电采用了多路数据交换通道技术，多以需要研制全新的机载计算机控制数据记录设备。圣彼得堡的仪表科研生产联合体和其他航电企业合作为1.42研制了伽玛-1106记录仪，填补了俄罗斯的一项空白。伽玛-1106记录仪出使用传统通讯电线外，也能使用光纤。米高扬设计局用自己的一架米格-29”支点-A”（“蓝色11号”，内部代号“211号”或“产品9.21”，F/N 1601）对新型记录仪进行了成功的测试。ASIS-2000是另一种为1.42专门研制的特殊数据存储和分析系统，其板载组件也通过了几种航电测试平台的测试。
　　“隐身”已经为第五代战斗机的关键词之一，也同样适用于MFI。一般来说实现隐身有两种手段：雷达吸收材料和涂层，以及能降低雷达反射面积的机身外形。围绕MFI项目一直流传着等离子体隐身技术的流言，据说苏联姆斯季斯拉夫·V·克尔德什研究中心发明了一种革命性的隐身技术，通过安装在飞机表面的等离子发生器产生的等离子体来吸收雷达波，能把飞机的雷达反射面积降低约100倍。不过米格MFI和苏霍伊S-32验证机来看，等离子隐身只是个传说。当时苏联人还没开发出能有效计算战斗机雷达反射面积的程序，外加对隐身的不重视，这两种战斗机的外形都没有表现出明显的隐身设计元素。
　　总而言之，在80年代末，苏联人认为自己的航空工业已经拥有了所有制造第五代战斗机的关键技术，他们对赶超美国的ATF怀有充分信心。
　　1988年，米高扬设计局收到了MFI多用途战斗机（1.42）的具体作战需求（SOR），第二年，他们发出该机的首套完整图纸。1991年，MFI先进研究项目成果顺利通过苏联空军的审核，设计局接下来要做的事情就是向生产工厂发出制造图纸和其他技术文件了。苏联的科研生产体制和西方不同，设计局只拥有制造原型机的实验工厂，当一种新型飞机获得投产命令后，苏联飞机生产部会指定下属的一家大型工厂进行批量生产（当然这个工厂往往和飞机设计局之间存在密切关系）。直到苏联解体后，俄罗斯的飞机设计公司和飞机制造公司才开始向独立的设计制造公司方向融合。
　　与此同时，设计局下属的第155实验厂和飞机生产部下属的高尔基市第21飞机制造厂（现在的诺夫哥罗德市“猎鹰”飞机制造厂）都在摩拳擦掌地准备制造MFI原型机。MFI是一种全新的飞机，复合材料部件（包括主要机体装配）的数量大幅增加，意味着这两个厂要熟悉先进结构材料，掌握全新制造技术。
　　米高扬的工程师们在战斗机的系统整合上付出了巨大努力，其中第一项也是最重要的工作就是综合电传飞控系统了，他们为MFI的计算机编写了大量软件，并准备好所有的测试和数据记录/数据链设备。米高扬和中央流体研究院建造了众多的测试平台和“铁鸟台”来验证飞控、电气、液压、燃油和空调系统，许多飞行员也因此获得了原型机首飞前“驾驶”1.42的机会。航空电子科研生产联合体负责为MFI研制飞行控制系统，祖国科研生产联合体负责生产全新的操纵翼面制动器，这两个机构对飞机设计做出了很多的贡献。
　　米高扬设计局对MFI的进气口、操纵翼面、弹舱布局以及其他设计细节进行了一遍又一遍的精炼和完善，6种整机构型就有4种在苏联空军研究院进行了比例模型滑翔测试。该机的弹射座椅也在莫斯科附近福斯托沃的国家飞机系统研究和测试场进行了测试，用到了一个架在火箭滑车上的1.42前机身模型。

用于弹射试验的前机身段模型

　　米高扬设计局决定先制造一架技术验证机作为迈向全面测试MFI的第一步，该机内部代号为“产品1.44”，将用于初步试飞科目，验证气动布局和综合电传飞控系统，也被用于测量雷达反射面积和验证某些子系统。