苏霍伊之巅——苏-27战斗机研发史
原作者：无影侠SUPER本文节选自 DCS:Su-27中文手册，有兴趣的读者可以在此下载完全版
苏-27是俄罗斯第四代单座超音速战斗机，是全世界公认的20世纪最优秀的作战飞机之一。凭借其完美的飞行性能与操纵特性，这架战机深受飞行员与地勤人员的喜爱。在世界各地举办的多个航展中苏-27均进行过表演，其表演过程中所展示出的顶尖的机动性让观众心动。时至今日，苏-27依旧保持着27项国际航空联合会认可的世界级飞行记录，在所有创纪录飞机中名列前茅。在苏-27的基础上，苏霍伊设计局发展出了一个拥有多型战机的战机家族，这一家族包括苏-27UB双座战斗教练机、苏-33舰载战斗机、苏-30多用途战斗机系列、苏-34战斗轰炸机以及经过深度现代化改进的苏-35战斗机。
中国空军的歼-11战斗机 为了实现这些惊人的成就，苏-27的研发者经历了漫长而艰苦的研发过程。这型拥有现代化外形、能够保卫俄罗斯以及其他使用国家领空的战机的研发离不开许多工程师、设计师、科学家、飞行员的努力。苏-27战机研发中最为重要的力量就是苏霍伊设计局与阿穆尔共青城飞机制造厂组成的设计制造团队、土星-留里卡设计局的动力系统团队、提赫米洛夫仪器仪表研究所的雷达开发团队和三角旗设计局的导弹武器团队。除了上面所说的机构，苏-27战机的研发还得到很多科研机构的协助，包括茹科夫斯基中央空气流体力学研究院（TsAGI）、中央航空发动机研究院（CIAM）、俄罗斯国家航空系统研究院（GosNIIAS）。其他的一些设计局、研究所设计制造了苏-27战机的不同系统。本文主要讲述40多年前开始的苏-27战机研发历史。
先进前线战斗机
1969年，一队来自苏霍伊设计局的研发人员在帕维尔·奥西波维奇·苏霍伊的带领下开始为苏联空军与国土防空军研发先进新一代战机。1970年代中期，这种新战斗机的大体概念逐步成型。概念要求设计一款拥有强大武器系统和完美的火控、导航系统的高机动性远程战斗机，能让飞行员在远距导弹互射与近距格斗中获得优势。这型新战斗机的基本性能要达到世界顶尖水平，部分性能要超越其主要对手——被美军将领寄予厚望的F-15战斗机。苏霍伊设计局计划在这一设计局内部代号为T10的新战机上运用一些创新设计。
苏霍伊、米格、雅克设计局各自提交的竞争方案
1970年，苏霍伊设计局设计出了第一个版本的新战斗机方案，这个版本的设计方案采用了一体化气动布局，飞机的机翼与升力体机身平滑连接，两个各自独立的发动机吊舱安装在机腹。这样的一体化气动设计使得战机的气动性能有了明显的提升，也提供了更加宽敞的内部空间去布置油箱还有其他设备。为了让战机能在较大的速度、高度区间上实现期望的飞行性能，新战斗机的机翼前缘根部采用了尖拱型边条。设计者们认为翼根边条可以确保战机在超音速飞行气动中心发生移动时保持高升力特性，同时能生成边条涡提升机翼以及各个控制面的效率。同时苏霍伊也针对新战斗机计划设计了采用传统非一体化气动布局的方案，在这一方案中，两台发动机紧靠在一起安装在机身后方，通过位于机身侧面的进气道进气。1972年，两个版本的设计方案均被提交到了空军委员会进行审查。委员会对三家飞机设计局（苏霍伊、米高扬-格列维奇、雅科夫列夫）各自提交的预计于八十年代初期进入苏联空军服役的先进战术战斗机方案进行了评估。
第一架原型机T10-1
经过对所有提交审议的方案进行全面的评估之后，空军委员会批准苏霍伊和米高扬对各自的方案进行的进一步发展。苏-27（T10）项目的目标是发展出一款重型先进多用途战术战斗机，而米格-29项目的目标则是生产一款可以易于大批量生产的轻型战术战斗机。这两款战机的主要作战任务是近距格斗、中距交战以及全向目标截击，次要任务是摧毁地面目标。拥有更大的载油量、载弹量与更加精密复杂的导航、自卫、通信系统的苏-27主要以小队为单位独立深入敌方控制区域250-300公里执行任务，而更加轻型、便宜的米格-29则只能深入敌方控制区域100-150公里执行任务。苏-27的火控系统可以有效对抗潜在对手——当时西方阵营所拥有的最强大战斗机F-15，也可以在遭遇占据数量优势但是战斗力稍差、产量较大的战斗机（比如YF-17、YF-16、歼-6）的时候将对手尽数消灭。另外，苏-27在经过对设备、武备适当的改装后也服役于苏联国土防空军。
T10-1的机翼
随着客户对于1980年代战术战斗机提出了更新更具体的要求，苏霍伊设计局在1972年开始了T10项目的初步设计，随后进入了概念设计阶段。1970-1975年间，设计人员考察了超过15项战机布局、配置。这些布局、配置不仅仅在战机整体布局（翼身融合布局或者传统布局）上有不同，在一些具体问题的解决上也有差异（发动机与进气道位置、起落架设计、控制系统类型等等）。最终，设计人员更倾向于采用翼身融合、静不稳定布局的总体设计方案。苏-27也成为了苏联第一款飞行中纵向通道使用电传操纵系统进行控制的战机。采用纵向静不稳定布局带来很多好处，翼身融合的静不稳定布局使苏-27拥有了优秀的机动能力，这种能力能让苏-27实现传统布局战斗机无法拥有的机动能力，同时这一布局也让苏-27的航程在不需要外挂副油箱的情况下达到了4000km。世界上没有其他的战斗机能拥有类似的航程。
苏-27战机采用机翼在前，水平安定面在后的常规气动布局，向前延伸的机翼前缘形成的边条可以加强机翼升力，但同时只会增加一小部分阻力，保证了飞机在大迎角条件下的性能。水平尾翼安装在分离的发动机吊舱外侧的承载梁上，双垂尾则分别安装在发动机吊舱上方。飞机的操控由全动水平尾翼、副翼、舵面实现。机翼的增升装置是襟翼。为了让发动机可以在任意速度与高度达到最佳性能，安装在边条后下方的进气道可以通过斜板进行调节。机体的前部安装有雷达并罩有透波材料制成的头锥，以及拥有全向良好视野的座舱。
T10-3原型机
苏-27战机的武器装备与米格-29轻型战术战斗机一致，包括30mm口径高射速航炮，R-27中距空对空导弹，R-73与R-14近距空空导弹，唯一的区别在于载弹量：米格-29战机只能携带6枚导弹，包括2枚R-27导弹，而苏-27则可以携带8枚导弹，包括4枚R-27导弹或者R-27E改进型远距雷达/红外制导导弹，即R-27ER与R-27ET。
两架战斗机的火控系统也高度一致，这在航空史上还是第一次。这套火控系统有两个探测通道，一个是雷达系统通道一个是光电系统通道，同时还配有头盔瞄准具。针对苏-27设计的火控系统拥有更好的性能。N001雷达是由维克多·格里申率领的法佐特伦研究发展共同体研发的。莫斯科“地球物理”中央设计局则在主任设计师霍洛尔领导下研发了OLS-27光电系统，该系统由的一个红外接收跟踪定位器与一个激光测距仪组成。
OLS-27的传感器平台位于风挡前端
起落架采用了传统的前三点式设计，前起落架舱位于座舱下方。主起落架向前收进位于中央翼下方的主起落架舱，收起过程中，起落架旋转90度，主起落架舱舱门作为减速板使用。
苏-27的动力来自于两台强劲而经济的AL-31F涡轮风扇发动机，这型发动机单台最大推力为12500kg，起飞推重比超过1，由阿尔欣·米哈伊洛维奇·留里卡领导的土星机械厂（后来的土星-留里卡设计局）研制。较低的耗油率与占据了机体内部大部分空间的油箱所装载的8t燃油保证了战斗机能够实现预定的任务半径。
陈列在俄罗斯空军博物馆（莫尼诺）的T10-1
苏-27战斗机的概念与细节设计于1975-1976年完成，在需要的设计文件与图纸完成后，第一架原型机在库隆机械厂开始制造。不幸的是，帕维尔·苏霍伊没有来得及看到这架战斗机便在1975年与世长辞，叶甫根尼·伊万诺夫接替了他的工作。1976年，苏-27项目开始由主任设计师米哈伊尔·西蒙诺夫指导。1977年早些时候，第一架原型机T10-1制造完成。由于AL-31F涡扇发动机的拖延，这架原型机装备的是AL-21F-3AI涡喷发动机，这型发动机是AL-21F-3A涡喷发动机的修改版本，AL-21F-3A发动机在苏霍伊设计局其他的一些战机如苏-17、苏-24上均有应用。在完成的必须的地面检查与滑行测试之后，一切准备就绪。1977年5月20日，T10-1在苏霍伊设计局首席试飞员弗拉基米尔伊留申的操纵下成功首飞。第一架原型机主要用来评估关键飞行性能与稳定性和操纵性。
1978年，第二架原型机T10-2完成，但是这架原型机飞行时间并不长。1978年7月7日，这架原型机发生飞行事故，导致试飞员叶甫根尼·索洛维耶夫牺牲。飞机在超音速飞行时发生纵向振荡，产生了极大的过载，进而在空中解体，导致事故发生。黑匣子的数据显示，这架飞机进入了一个之前研究尚未发现的共振范围，导致飞机空中解体。这一切发生的太快，以至于富有经验的功勋试飞员，苏联英雄叶甫根尼·索洛维耶夫都没有机会弹射。事故后的分析查明了悲剧的原因，让研制人员对战机的设计做出必要的修正。1978年，苏-27战机的预生产准备工作在远东阿穆尔-共青城加加林机械制造厂完成。与此同时，库隆机械厂还组装了另外两架苏-27原型机。与头两架原型机不同，这两架原型机装备了AL-31F发动机。新的发动机相较于AL-21F-3AI重量减少了500kg，推力增大了12%，油耗也更低，尽管有外涵道，AL-31F发动机的直径与长度都要更小一些。1979年8月23日，弗拉基米尔伊留申驾驶T10-3完成了首飞，两个月后，T10-4也加入了飞行测试。一开始，两架飞机都用来进行发动机飞行测试，之后T10-3被重新改装，在尼特卡训练设施上进行测试，以支持在苏-27基础上发展的舰载型号，而T10-4则被用来进行火控系统的试飞。
T10的座舱
1980年初，已经有3架原型机（T10-1、T10-3、T10-4）参加苏-27的试飞计划，第一批预生产型飞机也即将投产，一切都按照预定计划进行，几年之后新战斗机就会服役。但是，来自西伯利亚航空研究院（SibNIA）的空气动力学专家以及主任设计师米哈伊尔·西蒙诺夫坚决反对按照现有的气动布局投入生产。SibNIA的专家在经过大量针对苏-27项目的空气动力学研究之后认为，这型战斗机在研发阶段便有几个错误。T10的机翼与边条布局会导致涡流过早分离；机翼周围的不稳定气流在迎角8-10度时便会出现，导致飞机升力下降、发生抖动、横向稳定性降低。T10的尾部结构设计没有能够提供有效的纵向、横向与航向控制面。西伯利亚航空研究院的专家们研究了T10在1975-1976年进行的风洞测试结果后指出，如果不处理好上述问题，开发出来的不会是一款高机动性战斗机。
位于乌克兰卢甘斯克一个博物馆里的T10-10 对苏-27项目进行彻底修改已迫在眉睫。米哈伊尔·西蒙诺夫是进行修改的坚定支持者，但是航空工业部的领导却有不同的意见。苏霍伊设计局的总设计师伊万诺夫对于冒风险彻底修改苏-27设计也并不热衷。因此，第一批苏-27按照最初的气动布局生产并测试。T10-1和T10-3的飞行测试结果证实了西伯利亚航空研究院（SibNIA）空气动力学专家的质疑。为了补偿在大迎角条件下由于垂直安定面效率下降导致的航向稳定性下降，第一批原型机根据茹科夫斯基中央空气流体力学研究院（TsAGI）的建议在机翼上表面安装了扰流条。但是这个扰流条降低了机体的升力，并削弱了边条带来的性能提升（这个导流条在其他机型上并不常见，与翼刀从用途上也并不相似）。
对T10的测试也显示这型战机的性能并没有达到预定目标。首先实际航程与设计航程的差距就超过了20%。苏霍伊设计局总设计师向航空工业部报告说造成T10性能达不到预期指标的主要原因有两个。第一，航电开发者没有能够实现设计指标中的重量要求，航电系统超重了几百千克，自然导致飞机总重增加，限制了飞机的机动性，降低了航程；第二，发动机的耗油率也同样没有达到设计指标的要求。但是当后来发现最初指定的发动机耗油率指标太高，不易达到，便进行了调整，第二个问题也就不存在了。尽管测试与研究显示T10的缺陷非常明显，叶甫根尼伊万诺夫依然希望通过细微的调整、增加燃油储存等措施来完善T10。然而，米哈伊尔·西蒙诺夫却一直努力推动飞机的全面重新设计，从1976年-1977年开始他的下属便和西伯利亚航空研究院（SibNIA）的科学家们一起设计研发一个新的气动布局并在风洞中对新布局进行测试，这个新的气动布局解决了之前布局中的大量缺陷。在西蒙诺夫（他于1979年调到航空工业部工作，并在1983年回到苏霍伊设计局任总设计师）的坚持与劝说下，航空工业部的领导层决定冒险对T10进行彻底的修改。后来证明这一决定非常正确，即使在过了30多年的今天，按照这一决定进行修改后的生产出来的战机依然被认为是世界上最好的战斗机之一。凭借着苏-27，苏霍伊设计局确立了其世界航空工业领先者的声誉，忠实地保持了从不交付一架平庸的飞机的传统。
从T10到T10S
采用新的布局的战斗机编号是T10S，全面的设计工作于1979年展开。最初是由苏霍伊设计局与和西伯利亚航空研究院（SibNIA）（在SibNIA的工作由技术科学副博士斯坦尼斯拉夫·卡沙弗特季诺夫领导）设计一个战斗机方案，尝试去解决第一版T10的各种缺陷，达到设计指标的要求，从而确定对原始布局的修改方案。随着他们工作的不断深入，T10S与T10之间的差别日益明显。最终设计师们设计出的是一款全新的飞机。米哈伊尔·西蒙诺夫开玩笑说：T10S和T10只有主起落架与弹射座椅是一样的。但是苏霍伊本人为苏-27确定的包括整体气动布局、重心相对靠后的静不稳定设计、电传操纵系统、采用机腹进气道以及独立发动机吊舱等设计得到了保留。
在风洞中进行测试的T10-21（T10S）缩比模型
T10S在平面图上的改变
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