红雷——九一三冲击波 之 抬式布局技术与 751 任务战斗机

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本文属于作者的《华羽杂记》系列，文中照片除说明外都为作者拍摄

彩虹熊

“1971 年 9 月 13 日，林彪一伙自我爆炸。九一三事件后，某某项目就此下马。”　　这句话常常作为新中国航空工业在上世纪 60~70 年代研制的一系列下马飞机项目的记录中，作为最后一笔来进行收尾。然而，为什么这些项目会被九一三事件波及？是因为这些项目有着共同的特点——符合林彪军事思想的需要或者林彪集团直接下令研制。而这整个计划，几乎要打造一个全垂直/短距起降、快速反应、高生存力、适应高强度战争的空军，而且能够辅助陆军进行大规模而快速的部署，并能协助陆军进行大规模的抗侵略作战。
　　然而 1971 年 9 月 8 日，林彪在其妄图策划反革命政变、谋害毛泽东的阴谋败露后，于 9 月 13 日零时与妻子叶群、儿子林立果等从山海关机场强行乘飞机外逃，凌晨 3 时在蒙古人民共和国温都尔汗肯特省贝尔赫矿区南 10 公里处机毁人亡。而另一方面，预想中的大规模战争并未爆发。因此在这个预想战争体系下的各种飞机项目纷纷下马，而这个预想中全垂直/短距起降的快反空军也仅仅停留在了纸面上。

收藏在西北工业大学航空馆内的“抬式布局”模型 ZM-01 号

　　今天，重新审视当时计划中的快反空军和当时的各种垂直/短距起降项目，而每一个项目都有其具体的情况、每一种方案都有他独特的地方。这里面有的项目就此尘封，有的却能借尸还魂，有的则顶石破土，这里面的人人事事颇值得玩味。本篇起，将为读者一一梳理那个独特年代下的枝枝昙花。
　　这一切，还都要从头说起。
　　1953 年斯大林去世，苏联共产党内部的权利斗争白热化，随后中国共产党与苏共开始产生裂痕。1956 年，匈牙利事件爆发，苏共的大国沙文主义膨胀。随后发生的中苏论战持续了 10 余年，双方都想用马列主义理论来批驳对方的思想，在赫鲁晓夫时代，双方关系已经有所恶化，但并没有达到分裂的境地，中苏关系的裂痕还只是停留在表面，但是到了勃列日涅夫执政时代，中苏的分歧已经从意识形态，国家利益等方面恶化为国家间的敌视状态。
　　1960 年初，苏联开始在中苏边境不断策划和制造事端。1964 年中苏边界谈判失败，1968 年 8 月，苏联根据其“社会主义大家庭”的“有限主权论”，突然袭击捷克斯洛伐克首都布拉格，并随即占领了捷克斯洛伐克全境。中国认为苏联提出的“有限主权论”是对一个国家主权严重的侵犯。

西北工业大学校领导陪同教育部评估专家在校内参观视察，注意照片下方的“抬式布局”模型 FM-03 号。（翻拍）

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　　在此之后，苏联军队在中苏边境地区挑起各种边境事件。1967 年后，苏联边防军开始入侵中国领土珍宝岛，阻挠中国边防部队巡逻队上岛巡逻，多次制造流血事件，打死打伤中国边防部队巡逻官兵多人，抓捕中国渔民。随着摩擦的加剧，1969 年 3 月，一场震惊世界的冲突爆发了。珍宝岛冲突爆发后，苏联领导层反应十分强烈。以苏联国防部长格列奇元帅、部长助理崔可夫元帅等人为首的军方强硬派主张“一劳永逸地消除中国威胁”。准备动用在远东地区的中程弹道导弹，携带当量几百万吨级的核弹头，对中国的军事政治等重要目标实施“外科手术式核打击”。
　　这一时刻，中苏两国几乎到了全面战争的边缘。此时的苏联当局在酝酿一个非常大的冒险计划。他们不断从其欧洲地区向远东及蒙古集结兵力，企图用突然袭击手段对中国进行一场有限目标的速决战，同时一举摧毁中国刚刚建成初具规模的核设施。
　　此时苏联的对外政策一直带有很大的冒险性，而中苏之间有数千公里的共同边界，苏联在边界地区和蒙古陈兵百万，对中国虎视眈眈，从中蒙边界到中国心脏北京不过六七百公里之遥，因而把苏联作为中国战备的主要对象自然是顺理成章。毛泽东在 1969 年 4 月中共“九大”期间多次讲到战备问题，提出“要准备打仗”，就主要是针对日益增长的苏联对中国的威胁讲的。
　　就在这一时期，1969 年 4 月在中共九届一中全会上，林彪当选为中央政治局常委、中共中央副主席和中央军委副主席，被定为毛泽东的接班人并写进了党章。
　　此前的林彪，坚持军队建设必须向高科技发展，并对军队的科研工作大力支持。1960 年 2 月 27 日林在中央军委第六次扩大会议上提出：“1、将来的战争是要按电钮的。2、战争准备中间最迫切的、最重要的、放在第一位的，我认为就是解决武器，特别是搞尖端武器。3、今后的战争已不只是靠步兵，而靠空军，导弹。空军在战场上的作用会越来越大，甚至在某些时候会成为致胜手段。应当优先发展空军。”指出“两弹为主，导弹第一，努力发展电子技术”的发展国防尖端技术的方针。明确提出要在建立完整的现代国防基础上，大力发展空军、海军和特种兵等。在 1962 年 7 月 13 日，中央开会听取国防科委汇报，会上国防部长林彪说：“军队要向导弹化方向走，常规武器和尖端导弹的研制不能兼顾时，宁可多把重点指向尖端。洲际导弹暂时不管，五院在中程导弹和稍加改进的“543”方面要打歼灭战”。“空军要大搞直升机，大搞运输机”。同年 8 月 25 日，周洪波在航空工业“8.25”会议上，强调要用坚持贯彻执行林彪的“大搞运输机、大搞直升机”的指示和积极开展垂直起落飞机的研究。
　　1969 年 10 月，时任空军司令员的吴法宪按林彪的授意，任命林立果为空军司令部办公室副主任兼作战部副部长，后吴法宪把空军的指挥大权私自交给林立果。为了做出一些成绩，林立果随后主导了《对关于“三五”期间我国飞机发展问题的建设的几点意见》的报告：在指导方针方面，“打破常规，尽量采用世界最新的科学技术成就……必须综合利用国外的航空科技成果，创造自己的道路，录取捷径，以掌握主动权。”建议：一、尽快解决垂直战斗机问题，把全国变成‘活基地’，使敌人攻不胜攻，防不胜防；二、补充两点具体意见：除了要飞的高、快、远外，注重飞机的灵活性和进攻性。在发展高、中空兵器的同时，也要适当注重发展低空性能的飞机。周恩来总理 7 月 2 日批示：“此间拟原则同意，将在 7 月国防工业‘抓革命，促生产’会议上进行动员，并分头进行专业讨论，以便落实。”
　　对于垂直起降飞机和短距起降飞机（当时称为短跑道飞机或短场起降飞机）是十分顺理成章的需求，本身中蒙边界到北京距离仅六七百公里，而且在远东苏联部署有大量的超音速快速轰炸机。一旦大规模战争爆发，中国所有的前线机场第一时间就会遭到毁灭性打击，而一旦失去制空权，后果难以想象。因此，不需要或不完全依赖跑道的垂直/短距起降飞机就成了不二选择。
　　然而新中国的航空工业是建立在苏联援助的基础上，工业基础薄弱，人员经验不足。垂直起降飞机是怎么回事、短距起降飞机怎样实现等等，很多问题摆在眼前。在这种情况下，中国航空工业必须放眼世界。
　　在这个时期，很多欧洲国家所面临的情况和中国类似，拥有战斗机设计制造能力的瑞典，其解决方案别具一格。
　　虽然瑞典国小人少，但冷战期间特殊的地理位置迫使其不得不全力投身于这场战斗机革命，随着一些具有前瞻性的飞机不断被设计生产出来。而对于机场受到同样威胁的瑞典空军，对于战斗机的一贯性能要求主要是：起降滑跑距离不超过 500 米，能够在隐蔽在丛林中的高速公路中起降和完成维护。1967 年 2 月 8 日，航空史上的一朵奇葩——萨伯 37“雷”战斗机首飞成功。

满载起飞的 AJ 37，挂了四枚“雷神之锤”子母弹箱和两枚“室女座”减速炸弹（网络图片）

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　　萨伯 37“雷”在普通公路上仅滑行400米即可起飞；使用逆推则在公路上着陆的滑跑距离可限制在 450 米以内，完全满足了瑞典皇家空军的短距起降要求。
　　为了满足短距起降的要求，萨伯公司在“雷”战斗机的设计中加入了鸭式气动布局，萨伯 37“雷”也是萨伯公司设计的第一款鸭式布局战机。鉴于萨伯 35“龙”战斗机的成功研制，无尾三角翼对于萨伯公司来说已不再陌生，而且由于对无尾三角翼技术的熟练掌握，开始在三角翼布局的基础上向设计鸭式布局的战机挺进。由于在保证短距起降性能的前提下还要兼顾“雷”的高速性能，选择了带有副翼的近距耦合固定式鸭翼和小展弦比三角主翼的气动布局。对于“雷”来说，鸭翼翼面上产生的脱体涡在主翼上不仅可以产生附加升力，还可以抑制大迎角机动时的气流分离，大大提高“雷”的格斗机动性能。鸭翼的后缘襟翼则可以提高飞机的低速性能——特别是短距起降性能。萨伯 37 虽然在鸭翼上安装了后缘襟翼，但它的主翼却没有安装任何襟翼，主翼后安装的只是两段式升降副翼。飞机主翼前缘有三种后掠角，前翼为简单三角翼。主翼下反。前翼原有上反角，后因带导弹时稳定性不好，生产时改为无上反角。主翼前缘有锯齿，后缘有两段式液压作动升降副翼，可差动偏转或同向偏转。前翼有后缘襟翼。
　　瑞典的萨伯 37 战斗机以其鸭式布局很快就吸引了中国的目光。很明显，鸭式布局可以不但令中国的飞机迅速摆脱“米格式”的外形，更重要的是能够赋予战斗机短距起降能力。
　　其实当时而言，鸭式布局并不是什么新生事物，可以说比较公认的人类第一架完全概念的飞机——莱特兄弟的“飞行者”一号就是鸭式布局。然而后来飞机设计的主流仍旧是后尾式的正常布局。对于鸭式布局，F-16 的总设计师——通用动力的哈瑞•希尔莱克曾说过说“鸭翼最好的位置是在别人的飞机上。”而早在 1939 年英国的气动学家就在他的《鸭式飞机札记》中写道：“认为鸭式飞机特别适于高升力设计的出路，都会在配平问题面前破产。”
　　鸭式飞机在当时存在一个缺陷。当时的受到飞控系统水平等一系列原因的限制，飞机是静安定的，飞机整体设计在飞行中趋于更加稳定，因此飞机重心设计在全机气动焦点前面。而鸭式飞机等于将尾翼布置在了重心的前面，在保证飞机是静安定飞机的同时、尾容量相同的情况下，鸭式布局的配平力臂比正常式布局短了两倍的静安定度的长度。除此之外，鸭翼对机翼的下洗作用使气动焦点前移，配平力臂将更加缩短。虽然鸭式飞机的性能看起来更加优异，但是配平紧张会带来阻力增加。为了加剧鸭翼的配平能力，往往加剧了对机翼的气动干扰，使俯仰力矩曲线出现严重的非线性。要保持足够的静安定度，就要以气动焦点前限为准设置重心，结果鸭翼力臂进一步缩短。
　　近距耦合鸭式布局飞机，因为前翼和主翼之间的有利干扰，增加了涡升力。但配平的困难依然存在。对于结构简单的飞机来说，鸭式布局可以由鸭翼提供正升力，有利于改善低速特性；但是对于装有完善增升装置的飞机来说，鸭式的配平能力是无法与正常式布局相比的。
　　对于鸭式布局，可以看作是重心前后的前翼和主翼两个气动面力量“抬”着重心——飞机进行飞行；而正常式布局则是主翼在中间“挑”着前面的重心后后面的尾翼配平力量。两者相较肯定鸭式布局应该更有利。但是鸭式布局的配平是费力杠杆，再加上鸭式布局的鸭翼对机翼和垂尾的干扰非常复杂。与之相对应的正常式布局，气流流经水平尾翼作出贡献后就到了机身后，一般就视作不对机身产生任何影响。所以大多数设计人员宁愿回避鸭式布局的麻烦，选择采用俯仰控制面后置的正常式布局。
　　然而，鸭式布局可以消除正常式布局的局限性，而且还能适应主动控制和直接力控制的需要，在结构上也能带来收益。再加上瑞典的萨伯 37“雷”式战斗机的成功，促使中国的航空工程人员迎难而上。
　　既然鸭式布局的前翼配平能力不足，就引来发动机的能量增强它。在 1963 年，瑞典曾公布的一项专利就是在鸭翼上装吹气襟翼来提高配平能力。不过萨伯 37 并没有采纳这一方案，因为鸭翼上的吹气装置限制了机翼后缘襟翼的下偏。因为鸭翼增升的同时，强烈的下洗作用使机翼焦点前移，为了保持安定度不变，重心也要相应地前移，这也就要求鸭翼的配平负荷也加重，最终的增升效果也不明显。
　　60 年代末，中国也开始在鸭式布局的基础上，用吹气增升等类似形式增加前翼的配平能力。同时为了解决上述这一问题，开始尝试利用额外的能量提高鸭翼配平能力的同时，还设法为主翼补偿下洗造成的升力损失。这种布局称为“抬”式布局。1969 年，“701”抬式运输机方案“延安”号开始提出。该方案是借助前翼上安装的螺旋桨滑流来加强前翼配平能力。滑流在起降时吹向主翼下方造成地面效应；平飞时滑流吹掠主翼上表面产生附加升力，从而抑制伴随鸭翼增升而来的焦点前移。

收藏在西北工业大学航空馆内的“701”抬式运输机方案“延安”号改型模型

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　　然而在 1971 年发生了林彪事件，在空军部门的整顿工作中“延安”号的研制被搁置。
　　在这种情况下，中国的航空工程人员向中央反映工作受阻，要求恢复航空科研工作。1974 年国防工办在北京和平宾馆召开了座谈会，肯定了“抬”式飞机的设想和模型自由飞实验方法的作用，并指出以后的工作应以战斗机外形为主。
　　1975 年，三机部发出 768 号文件，确定“抬”式机研究为国家航空重点科研项目，并确定 751 任务，1976 年，“751”抬式战斗机方案提出，该方案是在前翼上展向吹气来加强涡系的有力干扰。该方案的 FM-8/9 验证模型可以配平后翼后缘襟翼 30 度左右（静安定余度取 10%），迎角 10 度时配平升力系数可达 1.33；在有地板条件下，10 度迎角时配平升力系数 1.43，16 度时 1.61。在抬式布局试验中，设计了多种形式的减阻措施，这其中包括翼梢小翼、帆片、端板和侧板，这其中也引出了侧板鸭式布局以及 LFC-16 战斗机方案（另文介绍）。

“抬式布局”战斗机 751 方案模型

　　1976 年间，抬式布局研究进展缓慢，不久后项目因故再次搁浅。此后“751”抬式战斗机终因经费始无法落实而再也没有启动，不过“抬式布局”却并没有就此尘封。
　　而正是这一选择，展开了中国后来独特无二布局——“抬式布局” 的开端。这种布局不完全是鸭式布局。一般而言，鸭式布局可以简单分为两个级别：
　　第一个级别就是鸭翼本身不作动或不参与飞机控制，仅仅作为涡流发生器。飞机的俯仰控制主要靠三角翼的升降副翼来实现。这个级别的鸭式飞机本质上讲是一种无尾三角翼飞机，鸭翼仅仅是一个后掠的涡流发生帆片而已。以色列的“幼狮”战斗机就是典型的例子，飞机在“幻影”5 为原型的基础上改装鸭翼，但是整体控制仍旧基于“幻影”的无尾三角翼控制，鸭翼是完全固定的，不能偏转，仅仅用于拖出涡流对主翼实现增升效果。
　　第二个级别是所谓“前尾”式布局，也就是将起到俯仰控制功能的水平尾翼移到前方。这样的好处很明显：起飞过程中平尾提供的是下压力令飞机抬头，而前置鸭翼则提供的是上提的升力，这更加有利于提高飞机的短距起飞能力。这其中的典型例子就是欧洲联合战斗机“台风”，“台风”是典型的前尾式布局，鸭翼只提供俯仰操纵，甚至几乎不参与对主翼的涡流增升。
　　本质上，前尾式布局的鸭翼本质上只是对飞机进行俯仰操纵，所以一般采用对称翼型——不产生正升力，在飞机巡航时只进行基本的配平，而飞机当然还是依靠主翼提供的升力来实现飞行。
　　而中国展开的“抬式布局”则更进一步——前鸭翼提供正升力，这也就令飞机拥有了两对气动面，甚至可以认为是双翼飞机——串列翼布局。在其他条件（包括阻力、重量等等）都等同的情况下，拥有两副机翼的优势可想而知。然而其复杂和困难程度也是可想而知。

西北工业大学航空馆内的“抬式布局三剑客”，从左至右依次为“701”抬式运输机方案“延安”号改型模型、“751”抬式战斗机模型、ZM-01 抬式战斗机外形试验模型

　　不过这种布局带来的巨大优势是诱人的。从 751 任务开始，中国的工程人员不断进行摸索，成都飞机设计研究所的鸭式布局歼 9 战斗机也是几上几下，各种鸭式布局虽然并未跃出纸面，但是中国工程人员对鸭式布局的追求和研究一刻都未停止。在这艰辛的努力下，歼 10“猛龙”战斗机终于在 1998 年破壳而出，一飞冲天。这种第三代战斗机虽然外表上也许并不比“欧洲三杰”抢眼，但是却是几十年艰苦汗水一脉相承的结晶。相比而言，欧洲“台风”和瑞典“鹰狮”战斗机的鸭翼主要起俯仰控制作用，涡流增升由专门的涡流发生片产生；法国“阵风”的控制则主要基于“幻影”系列的无尾三角翼控制方式，鸭翼虽然也参与控制，但是在更多的时候还是起到涡流发生器的作用。而歼 10 战斗机的鸭翼，不但兼顾俯仰操纵和对主翼的涡流增升功能，更重要的是基于最早从 751 任务就已经开始的“抬式布局”研究，鸭翼采用能够产生正升力的平凸翼型，某种程度上已经是结合了双功能鸭式布局和串列双翼布局的综合体，而这一切仅仅就是靠一对鸭式前翼实现了，这一切的艰辛，岂是三言两语能够承载。
　　然而付出终有回报，现在中国比肩世界先进水平的最新型战斗机已经面世，这种飞机不仅仅是中国人制造的机身、发动机，更是中国人自己创造的气动研究成果造就的身躯，也是从中国制造走到中国创造的坚实一步。在此，向中国全体航空工业人员致以深深的敬意。

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751“抬式布局”战斗机复原图。笔者初次看到 751“抬式布局”战斗机模型的时候，曾经误以为只是一架带鸭翼的幻影 2000，毕竟带锥形堵头的进气口外形很具有迷惑性。而实际上完成复原后，可以明显看到飞机采用的是后掠角不大的大展弦比后掠翼设计，飞机的速度应该不会很高，显然这主要也是为了照顾短距起降性能。而具有了抬式布局——类似串列双翼布局所赋予的高升力前提下，机翼采用大展弦比小后掠机翼，飞机不仅起降距离能够缩短，而且载重量、低速性能、航程、滞空时间都将大大提升，虽然因此可能会失去超声速飞行能力，但是却有可能成为一种出色的对地攻击机，再加上优异的飞行性能，这种飞机完全能够胜任曾经红极一时的“战场飞机”概念，不但能够进行战场遮断，更是武装直升机和低速飞机的杀手。遗憾的是 751“抬式布局”战斗机最终夭折，不过所积累的技术则孕育了新时代的战鹰。