为什么F-15强于苏-27
作者:大隐道哥看到了《鹰与侧卫-龙虎相争30年》和Panzerkom的质疑,其中大量的数据非常值得分析。笔者的专业恰好是飞行动力学相关,与同事一起在课余时间翻看了TsAGI计算报告的中译本和F-15A/B/C型的操作手册,发现身为航空爱好者的网友虽然精神可嘉,但是对部分概念和航空术语的理解还有偏差,在此略提一二,也方便大家学习。
为了理清脉络,本人先说结论。有兴趣的读者可以看后面的详细分析:
1. F-15的手册解密时间较晚,手册实测数据(1985年10月实测值)普遍超过苏联时期TsAGI估算的F-15数据(1983)。
2. Panzerkom在阅读手册时误以为速度一直维持在0.95马赫,且未进行等效空速和实际空速的换算。
3. F-15手册上使用的是较重载油,16787千克的性能,与苏-27的18920轻载油性能不能直接比,需要换算。
4. 经过TsAGI小幅低估的F-15性能,相对苏-27依然有一定优势。
详细分析如下:
TsAGI计算的F-15和苏-27性能条件为:1964苏联标准大气,F-15作战重量15800千克,苏-27作战重量18920千克。
而Panzerkom给出的F-15A/C手册的F-15C性能是在更多载油的37000磅,也就是16787千克给出的。我们先看看F-15C此时的持续机动包络线:
注意,苏-27在18920千克作战重量下,载荷量只有空重的12%(按照现存最轻的苏-27单座基本型16800千克计算)。而F-15的37000磅(16787千克),载荷量高达空重的31%(F-15C MSIP改进后空重为28400磅)。如果统一标准,根据转弯过载与重量呈反比,转弯率数据会对苏-27不利。即使不统一标准,按照TsAIG的计算标准(15800千克),F-15的持续机动峰值依然略占优势。
其次,Panzerkom网友给出的瞬时盘旋比较数据,并不是F-15C手册值,有相当大的出入。令人感觉奇怪的是,Panzerkom网友给出的F-15C海平面瞬盘只有24度每秒,而且大部分区间的瞬盘值还不如苏-27的穏盘值。但手册上的F-15C在3000米高度的瞬盘值都有25度每秒(外挂8枚导弹,资料来源USAF Test Pilot School Flight Test Manual Vol.1 chapter 9, 1991.8)。显然,Panzerkom网友把“F-15手册实测值”和“苏联TsAGI估计值”搞混了。后者和前者有出入是可以理解的,毕竟苏联估算F-15性能时可用的数据很少,只能大量采用F-4的数据。而F-15手册解密时间较晚。但通过两者的比较,还是可以见到苏联在估算F-15性能时下了很大力气。
那么,苏联到底高估还是低估了F-15的性能呢?我们从下面的爬升率数据中可以窥知一二。
下面是Panzerkom网友给出的另一质疑:爬升率。
Panzerkom网友表示:这图上是F-15的爬升时间,换算出的0.95马赫爬升率明显低于TsAGI估计的F-15爬升率。
这里有两个问题:1. TsAGI给的并不是0.95马赫的爬升速度,而是更高马赫数的速度。因为横轴是等效空速而不是实际空速,这两者需要用大气数据换算。例如:在高空,1200公里每小时的等效空速对应的实际速度是2马赫以上。
2. 仔细看F-15手册原文会发现:爬升速度是从350节开始的,速度上限是0.95马赫。换句话说,Panzerkom网友将速度上限误当为爬升速度。350节加速到0.95马赫在爬升过程中是一个很缓慢的过程,他取的那个点并没有达到0.95马赫的速度。
那么,TsAGI究竟高估了还是低估了F-15单座型的爬升速度呢(TsAGI估计值为310米/秒)?我们先看看手册上的双座型F-15B的空载爬升率(重量15100千克,与苏-27载荷系数相当):
在低空,有一段区间达到1200英尺/秒,相当于365米/秒。换句话说,即使考虑到F-15C内油增大造成的爬升率衰减,而不考虑单座型的阻力下降,也会在340米每秒左右(这个结论与本人校友方叶檀同志的计算结果相当)。而TsAGI给出个估算值仅有310米/秒。换句话说,TsAGI可能低估了F-15的推力,或者高估了F-15的阻力,或者两者兼有之。如果仔细观察TsAGI估计的F-15爬升曲线,在峰值附近被消掉一截,尚不清楚这样做的目的是什么(通常飞机的爬升曲线并没有这个平台区,而是有一个尖峰值。当然也可能是本人见得太少,恳请前辈批评指正):
经过低估的F-15的螺旋上升转弯包络线,仍然超过了苏-27一截,如下图所示:
我们知道螺旋上升转弯是很耗能量的机动,而被TsAGI低估的F-15仍然表现出了一定的优势。
其他还有一些低估的问题不一而足:TsAGI与1983年估计的F-15最大可用升力系数是1.08,而F-15的试飞结果是1.55,等等,以后可以逐一讨论。
最后是针对08年红旗军演新闻发布会上的访谈。
Panzerkom网友似乎没有亲自听原文,而是去搜索译文,这些译文可能有不完整的部分,本人反复听了几遍原文,对Panzerkom网友提出一些疑问,希望能获得解答:
1. 原文似乎没有提到苏-30MKI在20000英尺的瞬时盘旋能力达到30度每秒(也可能是本人听力不佳漏过,恳请指正)。
2. 原文指出F-15C演习中携带了4枚导弹和2个翼下副油箱,而30MKI几乎是空载。即然这样,这二者的性能就毫无直接可比性了。
3. 原文提到苏-30MKI的一个特点: It’s a huge airplane. When it turns, it creates tremendous drag. 换句话说苏-30MKI的转弯机动产生巨大的阻力,这应该属于一种缺点吧。
4. 然后是关于印度飞行员为什么一定要启用推力矢量:如果不乱用推力矢量,是否胜负依然难料?原访谈表示:You get to the merge, rolled in and turned in on him, he kicks into vector thrust and starts to fall. 这表示,F-15切入内弯导致30MKI别无选择,要么继续被咬,要么启用推力矢量放手一搏。当然这里还有一个疑问:为什么转弯率更高的苏-30MKI会被F-15咬尾?仍然注意原文:苏-30MKI的高转弯率是用推力矢量达到的(Panzerkom网友已经给出),而它被咬尾时尚未启用推力矢量。不能小看这一点差别吧:不用推力矢量则不会跌高度,但是转弯率低;开推力矢量转弯率高但是跌高度。这种推力矢量是不是用起来有点纠结呢?
5. 没错,被访谈者提到30MKI很先进,但这是因为它使用了很先进的技术:推力矢量,相控阵雷达,远程武器系统。但是先进技术的堆砌是否能达成良好的性能?这似乎是两个概念。
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