漫谈苏霍伊T-50的设计

万磁王

　　T-50另一个有别于F-22的地方是可动边条，也就是进气口上方前缘的气动控制面。事实上，这不光是T-50有别于F-22的地方，也是T-50的首创。边条的作用是产生涡升力，在大迎角高机动飞行中增升。固定的边条只能针对特定的气动条件进行最优化，可动边条的最优工作范围更大。在高速平飞时，也可以适当产生升力，协助平尾配平，降低配平阻力。在这一点上，可动边条大体相当于较小的鸭翼。但T-50的可动边条最大的作用是从过失速状态的恢复。在过失速状态下，常规气动控制面的作用大大下降，缺乏有效的气动控制常常是限制过失速机动的关键。推力转向的有效性不因为进入过失速而丧失，所以推力转向是可控过失速机动飞行的最有效保证。问题是苏霍伊设计师们对俄罗斯推力转向技术的复杂性和可靠性不放心，需要备用控制手段，以保证万一推力转向失效时依然能有效地恢复到安全的飞行状态。T-50的可动边条正是这样的备用飞控手段。在过失速大迎角飞行时，一旦推力转向失效，可以像放下前缘襟翼一样大幅度放下可动边条，降低前机身升力，抑制上扬趋势，帮助改平。当然，在推力转向依然有效的时候，两者共同工作，可以增加控制权限，使改平加速。与苏-27相比，这也是T-50从眼镜蛇过渡为平飞状态更加可控、更加稳定的原因。换句话说，眼镜蛇从苏-27时代的极限特技开始变为T-50时代的可用战术机动了。F-22没有相应的气动控制，既可以说是洛克希德-马丁的设计师对推力转向技术可靠性的信心更足，也可以说是他们对过失速机动的要求没有那么极端。

苏-30MKI地面停机时，容易看出，转向喷管呈V字形下垂

T-50的矢量喷管也如出一辙

万磁王

　　T-50的推力转向当然不仅限于帮助从眼镜蛇改平。仔细观察的话，容易发现T-50的推力转向喷口和苏-30/-35系列相似，并不是像F-22那样简单地上下偏转，而是像倒八字一样，或者像底部开口的V形。这一点在飞机停放在地面、推力转向喷口液压系统卸压状态时最明显。也就是说，从后方观察的话，左发动机的喷口由左上向右下偏转，右发动机的喷口由右上向左下偏转。关于俄罗斯3D喷口可以全向偏转的说法是不对的，至少在T-50（以及苏-30/-35系列）上只能沿倒八字的倾斜直线运动。也就是说，喷口偏转时，不仅产生垂直方向的推力分量，还产生水平方向的推力分量。这个设计别具匠心，也是俄罗斯特有的。在向同一方向以相同偏转量运动的时候，水平分量互相抵消，垂直分量产生俯仰力矩。一侧向上、一侧向下的差动运动时，水平分量不再抵消，将不仅产生横滚力矩，还同时产生偏航力矩，而且偏航方向和横滚方向一致。也就是说，向左横滚时，同时机头指向向左偏转，右侧机翼的升力增加，左侧机翼的升力减小，进一步加速向左的横滚。向右横滚则相反。如果要单独产生横滚或者偏航力矩，那就需要由襟翼和平尾做相应的补偿。两侧向同一方向但不同偏转量运动时，则同时产生俯仰、横滚和偏航力矩。
　　推力转向不仅对过失速机动有特殊意义，对于超声速机动也是至关重要。由于气动中心随速度增加而后移，相当于刚体运动的支点后移，超声速飞行时常规的尾翼控制面的作用大大降低。推力转向则没有这样的限制，在超声速飞行时继续有效。

T-50的发动机短舱不是平行的，而是呈前八字

万磁王

　　T-50的另一个特点也和苏-27/-30/-35一致：两个发动机短舱不是平行的，而是呈前八字。也就是说，进气口之间的间距比喷口之间的间距要小。这样在万一发生单发停车时，剩下的一台发动机的推力轴线略微朝外，可以单发推力保持飞机直线前飞，而不是由于不对称推力而发生不可控平转。这个道理可以用单人划桨推动舢板来说明。如果单人在左侧划桨，直线向后划的话，舢板必定在前进的同时向右偏斜。但在左侧向后划桨的同时，略微向左后用力，产生的向左偏斜的力就可以补偿原先左侧划桨的向右偏斜的运动。T-50的发动机推力轴线也是这样设计的。这样做的缺点是，在正常飞行中，推力的水平分量互相抵消，造成推力损失。这是宽间距双发特有的问题，窄间距双发不需要这样的前八字布局。事实上，T-50推力转向不是像F-22那样简单地上下运动，也是由于发动机这样的前八字布置。
　　T-50的飞行性能依然在很大程度上是保密的。但根据有限的视频观察，T-50具有出色的过失速和非常规机动性能。除了在苏-27系列上已经展示的眼镜蛇、法轮机动外，T-50还能做不可思议的平螺旋，也就是像落下的秋叶一样，几乎在原地重复地水平环扫360度。很重要的是，苏-27系列做眼镜蛇、法轮那样的过失速机动时，实际上处于失控状态，飞行员不能在进入和改出过失速过程中主动改变飞行状态，完全依靠飞机的自然稳定性回归正常飞行状态。T-50的推力转向和出色的气动控制使得这些过失速机动成为可控的，这对过失速机动的战术使用具有重大意义。但另一方面，过失速机动依然极大地损失能量，作为困兽犹斗的最后一击自然有其重要意义，但在不能保证一击夺命的通常空战中主动进入这样的低能量状态，这依然是一个有争议的战术选择。

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　　另一方面，F-22在视频中，表现出惊人的跃升能力。在短短的起飞滑跑后，马上接近垂直地拉起，然后紧接着“拍下”改平，做出一个硬朗、利落的垂直S形机动。这不仅是包括推力转向在内的强劲飞控的效果，更是强劲得变态的发动机的功劳。F-22的超声速巡航和超声速机动性能也是现代战斗机的标杆。和F-22的普拉特惠特尼F119发动机相比，T-50的土星117发动机就要逊色了。土星设计局声称117的推重比达到10：1，但这改进自苏-35S的117S，两者都由苏-27的土星AL-31改进而来。但土星设计局正在研制更先进的30发动机，这将作为T-50定型后的基准发动机，预计2020年后投入使用。
　　T-50的原定最大速度为M2.35，后来降低到M2.1，但一般认为，现在的实际最大速度为M2.0。这主要是因为T-50大量使用复材。相比之下，采用117S发动机的苏-35S的最大速度达到M2.25，但苏-35S大量采用钛合金，结构耐温能力高于T-50的复材。T-50的最大速度应该不是发动机推力或者气动设计的限制，而是结构材料耐温能力的限制。
　　现在已经有5架T-50投入试飞，其中3架在2013年8月的莫斯科航展上做编队飞行演示。据报道，俄罗斯计划在2014年开始国家验收，批量生产计划于2015年开始，2016年开始交付空军使用。但在目标发动机还远未定型的情况下，即使勉强投产，也将是试验性的，而无法形成有意义的战斗力。尽管如此，这仍将是苏联解体后第一种真正的新一代战斗机，代表了这个前超级大国的最先进水平，值得人们关注。