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从米格-21/歼-7的机翼说起

在设计和后续改进米格-21时，苏联就曾经尝试过多种机翼外形，才最终确定了我们现在看到的米格-21的经典翼型。总体而言，这种翼型就是为“设计出一款高空、高速、轻巧、爬升快，能有效截击入侵的敌轰炸机和高速目标的国土防空截击机”这样一种目标服务的。而这个目标并不十分符合我们中国空军希望米格-21/歼-7作为一种更加偏向于“制空”或“空优型战斗机”的角色定位。从我们改进歼-7II时加厚进气唇口的操作开始，我们实际就是想要让歼-7变成一种低速操控性和格斗性能更加优秀的战斗机；当然，如果能全天候作战就更好不过了。之后的种种歼-7改进计划，除了应急的歼-7III方案，基本都是朝着这一目标努力的。而这一目标的真正实现，就要从我们逐步摸透歼-7并尝试为其安装全新的机翼开始。

Ye-2方案的后掠翼造型。后掠翼是二次世界大战后在设计超音速飞机时普遍喜欢采用的机翼造型。而为了获得更大的马赫数，机翼的后掠角就会相应变大。但这有一个限度，一旦超过该限度，就会很容易翼尖失速和机翼变形导致飞机失控。而如果后掠角不变大，当马赫数超过1.3之后，飞机的阻力系数也会增加。Ye-2A试验机加装翼刀的后掠翼造型。为减缓翼尖附面层的气流堆积，提高临界迎角，增强操控性，延缓失速的发生，最简单经济的做法就是给机翼加装翼刀，强行打断附面层气流朝翼尖流动。因为简单经济（粗暴），翼刀基本都是早期苏系超音速飞机的标配，有时还不止一对。而美国为解决这个问题发展了“缝翼”技术，在高速飞行机翼前缘打开一道缝，让通过缝隙的高速气流吹散机翼上的附面层气流。一代机时，缝翼技术还不成熟，可靠性差，翼刀独领风骚；而从二代机开始，由于气动布局技术不断发展，航空材料、工艺的发展让缝翼技术逐渐一家独大。此外，翼刀在飞机水平机动时还会相当于一块减速板，削弱飞机的水平机动能力。F-4鬼怪的前缘缝翼Ye-4试验机的不切尖三角翼造型。为克服后掠翼带来的问题，设计师们找到的方法之一就是采用F-104那种小展弦比、高翼载方案。但这样做的结果是速度虽然提升了，但损失了飞机的机动能力，而这对于战斗机来说是很难接受，毕竟我们想要的并不是人操火箭。而另一种办法就是选择“三角翼”。“三角翼”的后掠角大，普遍为50-60度，可降低超音速时的飞行阻力；且平均翼弦比较长，翼载较轻，也保证了战斗机具备足够好的高速机动性，同时大迎角时不易失速。但三角翼的缺点是展弦比小，亚音速时升阻比小、低速性能差；最大升阻比较小，不利于航程（二者呈正比关系）；虽然大迎角时升力较好，但飞行员前向视野变差，不利于起降和空中进行机动动作。王伟驾驶同样采用三角翼的歼-8II拦截美国P-3C并与之相撞的部分原因就是当时为了低速伴飞，王伟只能选择一个较大仰角的飞行姿态，既要注意前方视野保持飞行姿态，又要执行驱离任务，导致在美机突然大幅转向抵近时未能及时规避。Ye-4试验机的“切尖三角翼搭配多翼刀”方案。机翼切尖可以削弱翼尖涡流，保证飞行安全。米格-21F（Ye-6方案）的切尖三角翼搭配小翼刀的造型。米格-21F-13（歼-7原型机）。根据苏联中央空气动力学研究院的决定，米格-21在使用三角翼的同时保留了水平尾翼。虽然增加了一些阻力，但这种布局能够使用襟翼，保证了较好的起降性能。而如果在没有电传操控系统的前提下使用无尾三角翼布局，因为不能使用襟翼，就需要很长的起降距离；另外，低空大迎角机动性能也较差，典型的如法国“幻影III”就存在这些问题。米格-21F-13机翼近照Ye-6/2增加翼尖挂架的方案，并作了轻微的双三角翼修形米格-21I的无尾曲线三角翼方案。该机主要用于验证无尾三角翼的超音速飞行特性。歼-7系列早期的三角翼造型。歼-7/米格-21飞机在M数大于1.1以后,水平增速性能相当好,即使达到M数2.05,剩余推力仍很大,如果不是受机身弹性变形使方向安定性下降的限制,其最大M数可以达到2.3。即使与现代战斗机比较,歼-7良好的阻力特性也是很突出的。例如F-16的零升阻力系数在亚声速时为0.0175,在M数1.16时为0.043,也就是说,M数增加,其阻力系数增加很快,到M数1.9时约为0.06左右,都比歼-7差。

“怪蛇”给出的难题

前文提到，1983年以色列的“怪蛇”导弹进入中国，国内代号“霹雳-8（PL-8）”。霹雳-8可以实现离轴发射，全向攻击，不可逃逸区较大，这当然极大提升了我们对空作战的能力。但是其120公斤的重量堪称现役最重的近距空空导弹，直接导致的问题就是载机适应性差。霹雳-8发射时冲击力达7.2吨，而歼七II发动机推力才6吨，在引进之初用歼-7作为载具测试时就发现歼七发射该弹后侧翻严重，改平后发动机还会因吸入导弹尾烟而停车。为解决该问题，最终决定在歼-7II前机身增加130公斤配重，并将改装过的飞机称为歼-7IIH。而经过增重配平，发射问题虽然基本解决了，但随之而来的问题是飞机的机动性有所下降，这使当飞机想要机动到目标后半球发射时的难度变大了（虽然霹雳-8可以全向攻击，但红外引导的导弹后半球发射命中率仍较高）。

试射霹雳-8的3147号歼-7II，可以看到导弹尾焰几乎盖过整个机身。1984年11月，成飞试飞大队的余明文、王成帮、雷强，分别驾驶3147号机进行了首次霹雳-8导弹发射试验，共发射6枚。据说当时前两位试飞员试射后飞机都因震荡侧翻，飞行员出于习惯选择改平，结果发动机吞烟，加上涡喷-7不能连续点火便导致停车。而到当时刚参加工作一年的雷强试射时，雷强以1马赫速度飞到8000米高度发射导弹，飞机同样直接40度上扬，但当时雷强面对突发情况先愣了两秒随后确认导弹已经发射，再去改平时发现刚好成功避过了导弹尾烟，阴差阳错解决了吞烟的问题。通过此次经验，部队干脆将这套处置方式变成了一套标准动作，借发射冲击导致的坡度直接摆脱。雷强也是之后歼-10的首席试飞员。

焕然“翼”新，E改前非

而就在成飞为歼-7II增加配重、改装设备发展出歼-7IIH这个型号的时候，西北工业大学的沙伯南老师正带着一些本科生进厂实习，他很快就发现了加在歼-7前机身的那块让人感到“多余又无奈”的死配重。作为一位当过航空兵、参加过朝鲜战争并多次立功的人，沙老师很清楚部队想要的是什么样的装备；而作为一位在哈军工接受了教育，现在又成为科研工作者和老师的人，沙伯南认为自己有责任去攻克这个难题。于是，他就将这个难题作为学生的毕业设计课题，带领学生进行攻关：去掉配重，提升歼-7性能。而要提升歼-7的性能显而易见只有三条路：1.换发动机，改机身 2.改机身，上雷达 3.改机翼。而从我国当时航空技术实力的现实出发，很显然相对更可行的只有最后一条路。通盘考虑之后，沙伯南确定了思路：立足原型机，修改机翼形状、改变飞机的气动布局和局部调整飞机装载，从而达到移除机头配重、提高飞机性能的目的。随后，沙伯南亲自设计了新的机翼造型，并初步通过了风洞试验，论证了可行性。以此为依据，1985年沙伯南团队向成飞提出歼-7的修改意见方案，并同当时负责歼-7II项目的副总师陆英育就修改方案达成共识。之后，西北工业大学和成飞达成了就改进歼-7的合作协议。但当时由于歼-8II项目即将最终设计定型、歼-7III项目也即将完成，考虑到有限的资金，是否有必要“节外生枝”再开发一种歼-7型号引起了人们的怀疑。但当时主管空军装备的林虎将军在听取了厂、校双方的联合汇报后，认为新的歼-7改进方案很有前途，肯定了厂、校双方的积极努力。在空军的支持下，歼-7E改进项目在1987年正式在总参获得立项。

1990年5月18日歼7E飞机首飞成功时主要工作人员合影，左二为沙伯南教授。虽然换装新型机翼是三条路径中最可行的，但在当时仍然是开创性的，也是一个必然将“牵一发而动全身”的系统问题，飞机的气动特性、飞行性能、操稳特性、结构强度、颤振等一系列问题都要从新考虑并测试调整。改变机翼造型首先需要数据的验证，图为沙伯南教授设计、研制的歼-7E方案的模型在西北工业大学风洞做实验。可以看到已经有了“三翼面”的设计。从最初的方案论证到1990年首飞，前后7年时间，沙教授同其团队在全国7个风洞进行了上万次试验研究：低速、亚音速、跨音速、超音速等速度试验，测力试验、全机测压试验和大迎角等各种性能试验，获得了上千万数据，提供了飞行与实验的相关性数据；为结构强度、飞行品质、性能计算、颤振等计算工作提供了必要的数据。最终确定了前后缘机动襟翼的设计方案，并根据实验结果摸清了了随飞机飞行马赫数和迎角等变化的前、后缘机动襟翼的控制规律，并首次应用在我国的军机上。哈军工纪念馆保存的国家一级文物——歼-7E的风洞模型在沙伯南团队进行气动攻关的同时，成飞进行了材料攻关，并最终成功研发出了铝锂合金材料，这种高强度铝合金材料单位重量的强度比此前飞机常用的硬铝材料要高34%，在当时国外的第三代战斗机上已广泛采用。通过在机体结构件和蒙皮的大范围应用该材料，使整个歼-7飞机的结构重量减轻了17%之多。图为1990年3月12日，歼-7E完成总装的交付仪式。歼-7E首飞现场。照片中前排左三为林虎将军。正是林虎将军当时的敏锐直觉才有了歼-7E的首飞。而在中国引进苏-27的项目中，林虎将军也贡献很大。1990年5月18日，歼7E飞机001架首飞成功歼-7E的001号原型机1992年在成飞试飞站，55岁的陆英育与歼-7E飞机合影。歼-7E95153号原型机（上图陆英育总师合影那架）的俯视图，可以清晰看到双三角翼翼型。加装前缘襟翼之后取消翼刀，同时增加了一对动作筒。在保持歼-7原设计中三角翼前缘内侧的后掠角不变的情况下，把外侧的后掠角由原来的57°减小到42°，后缘同时作前掠处理。原有的副翼向外移动，扩大翼展，增加翼面积，从而降低翼载荷。同时，在机翼前缘首次应用了前缘机动襟翼技术。经过这一些列改进，机翼的升力系数大大提高，显著改善了飞机的盘旋性能、起降性能，提高了亚音速升阻比。虽然使原歼-7的高空高速截击性能略有下降，但其余包线范围内机动性均比歼-7II优秀一个档次，得到了空军的高度评价，也促成了该机型在进入新世纪后仍能大批装备与歼-11系列、歼-10系列乃至歼-20形成高低搭配的局面。作为歼-7IIH的改进机型,除换装双三角翼之外，歼-7E的机械系统还进行了：1、由惯性防滑冷气刹车改为电子防滑液压刹车；2、飞机燃料系统增加压力加油系统;3、换装加大推力的WP-13F发动机等改进。根据1993年空军内部的对抗测试结果，与歼-7II相比，歼-7E的稳定盘旋过载提高29%，爬升率提高 24%，瞬时盘旋角速度提高50%，近距格斗能力提高84%，综合机动性提高43%，综合作战能力提高35%以上，歼-7E在中低空稳定盘旋性能与F-16A基本相当。虽然没装雷达，但歼-7E还是增强了武器挂载能力，翼下挂架数增至4个，使飞机的外挂架达到五个，整机载弹量提升至1600kg：机腹一个挂架，可以挂载720升副油箱。每侧机翼下各两个挂架，可挂载发射霹雳-2、霹雳-5乙、霹雳-7、霹雳-8等多种型号的空空导弹，或者挂载57毫米或90毫米火箭弹发射器，也可以挂载250公斤或500公斤低阻炸弹，外侧挂架还可挂副油箱；同时挂架做了修形处理以降低挂载阻力，且因为采用双三角翼调整了气动焦点，可直接挂载霹雳-8近距空空导弹。歼-7E的95154号原型机0144号歼-7E原型机歼-7E的座舱。在进行气动修改的同时，歼-7E还更新了一些机载电子设备：安装了BT-2晶体化力臂自动调节装置,用于改善飞机的纵向操纵品质；加装JT-1型平显武器瞄准系统、SRT-651C型通讯电台、JD-3型塔康导航系统、8430型大气数据计算机以及930-4型机尾雷达告警器和941-4C型箔条/红外干扰弹综合投放器等新设备。还更换了航姿系统、无线电罗盘、信标接收机、无线电高度表、超短波电台等国内新改进出来的设备。与大气数据计算机交联的平视显示及武器瞄准系统，实现了飞行参数与武器瞄准信息的综合显示，增加了瞄准射击方式并提高了瞄准攻击的精度。虽然设计之初空军就要求为新歼-7配备雷达，但当时国内仍没有尺寸和性能都同时满足需求的雷达产品，而为了保证飞机的机动能力又不能强行塞入重量和体积过大的雷达，所以歼-7E飞机仍没有安装火控雷达，依旧安装的是雷达测距仪，因而仍然无法全天候执行任务。同样为保证机动灵活性，也不像国外对米格-21的改进那样为歼-7E不配备中距空空导弹。装备歼-7E的即为涡喷-13F型，全加力推力比原来的涡喷7乙增加了7%。涡喷13F1发动机第一次翻修寿命为300小时,比涡喷7乙延长了50%;发动机总翻修寿命为900小时,也比涡喷7乙延长了50%，其经济性和效率都提高不少。歼-7E取消了左侧的机炮及其输弹带结构，减重约150公斤，机内正常备弹量减少为60发，腾出空间用于增加载油量，加上双三角翼设计带来的机翼油箱扩大，歼-7E机内燃油航程按高度不同，同比歼-7II增加了17%-44%。虽然仍然“腿短”，但航程和续航时间都有所提高，任务弹性已经提高很大。重力加油改为压力加油方式，加满机内油时间从30分钟减至6分钟，提高了再次出动率。从1994年到2001年，歼-7E共装备部队260多架，远超过同期歼-8II的数量，由此也可看出部队对该机型的满意程度。在20世纪90年代到21世纪初那段时间，苏-27刚刚引进，歼-10仍在研制，歼8II配套中距弹尚不能国产的情况下，歼-7E作为当时国产战机中飞行性能最出色的型号飞机，承担了人民空军事实上的主力，支撑起祖国空防的“大梁”。“八一”飞行表演队的歼-7EB歼-7EB三视图歼-7MG由歼-7M结合歼-7E上的新技术发展而来。该机型的主要研制目的是满足国际市场不同潜在客户的要求。很多新技术、新设备经过歼7MG验证通过后,成为新飞机的标准配备;同时改装工作本身也方便研制单位进行技术储备。而其中一个比较重要任务就是验证和解决国产新设备和引进设备之间的兼容匹配问题。左侧为歼-7MG的0143号即，仍采用传统的三角翼；右侧为0144号歼-7MG，已经换装了双三角翼。歼7MG电子设备试验机主要改装了KTR-908和909电台系统、KNR634A导航系统、KTU709塔康系统、KDF806罗盘系统以及电子飞行仪表显示系统(FEIS)等。歼-7MG安装的意大利“格瑞佛”雷达歼-7MG/PG型的座舱。歼-7PG是巴基斯坦定制版的歼-7MG，在歼-7MG基础上安装了意大利Grifo雷达，首先换装整体圆弧风挡和先进的“一平两下”座舱布局和“手不离杆”（HOTAS）技术，可使用具备全向攻击能力的PL-9C空空导弹并恢复左侧机炮（巴空军很强调机炮格斗），更换HTY-6M型弹射座椅，性能又上了一个台阶。巴基斯坦飞行员曾经在接受采访时称歼-7PG战斗机为“小F-16”，这是因为歼-7PG非常灵活，在格斗空战中其部分性能甚至不亚于美国F-16战机。歼-7PG的成功，反过来又催生了自用型歼-7G。歼-7PG座舱和巴基斯坦女飞行员。歼-7G型飞机是为替换超期服役的大量歼-6并与苏-30、苏-27、歼-8等飞机形成高-低档战斗机搭配而改型发展的。它主要用于对敌轰炸机、攻击机等进行攻击,保护我地面重要目标;配合其它飞机进行制空作战,掩护陆、海军和其他地面部队作战;对敌地/海面目标实施攻击。2001年8月22日，歼-7G型战斗机通过立项。2002年3月正式进入样机试制阶段。仅3个月时间，完成了战斗机零件、成品配套、战斗机部装、总装，6月28日实现首飞。歼-7G的另一个研制初衷仍然是要让歼-7具有全天候作战能力，也解决“近视”问题。为换掉歼-7E的那个探测距离不到10千米的226雷达测距仪，国内曾做了许多努力：与英国马可尼公司在1995年合作研制SSR（“超级空中巡逻兵”）雷达；尝试加装以色列EL/M2001多普勒雷达，以及尝试意大利的Grifo-MKII雷达，但这些雷达都很难在“性能-改装难度-价格”三方面同时最优。最后是通过实物/本机飞行考核的方式招标选中了607所的JL-10G（外贸版又称SY-80）火控雷达。本身歼-7G这个型号除了航电换国产的，加上就一门炮之外和歼-7PG基本一样，和歼-7E的差别也就是改装了整体式前风挡和装备了机载雷达，主要工作基本就是在测试国产航电。同时该机机身大量采用复合材料，整体风档、全玻璃化驾驶舱、头盔瞄准具、全向雷达告警器、箔条/红外投放器、零零弹射座椅等，性能大大提高。此外，一部分歼-7E也通过使用歼-7G的JL-10G型雷达等电子设备进行了升级，升级型号被称为歼-7L。升级后的歼-7L/G在预警机或地面雷达的指引下，在现代空战中仍可执行包括国土防空拦截，护航攻击机群等作战任务。在三代机彻底取代二代机之前，这些飞机仍将在空军服役。歼-7G战机垂尾顶端的610敌我识别应答机天线。三根红色III波段天线，是过去苏联和中国战机的标志。此外座舱后部独特的蘑菇状天线、翼尖的航行灯和编队灯、背鳍上新增加的编队灯也是歼-7G的标志性特征。607所为歼-7G研制的JL-10G型X波段脉冲多普勒火控雷达可在全天候、全高度条件下对空中目标进行搜索和跟踪，对地目标进行精确测距，为航空电子设备提供必要信息，并配合控制武器发射和投放，具有频率捷变和多种抗干扰能力以及自动检测功能。根据其外贸版SY-80火控雷达的参数可大致推测JL-10G火控雷达的性能，该雷达全机重量≤60kg，体积＜0.04立方米，使用高度0~18000m，扫描范围±30°，探测距离30km，单目标跟踪距离26km，跟踪角精度6mrad，平均无故障间隔100小时。探测距离超过英国SSR雷达的26km，搜索距离也比SSR的20km远了6km，测角精度亦比SSR的10mrad高得多。据介绍，SY-80雷达性能也比J7PG装备的GRIFO7/PG/MKII为高。该型雷达功率适中，不需要复杂的环控系统，只需要较少的进风量即可满足风冷散热要求，这样也就不需要对飞机的环控系统进行改动。良好的下视性能使J-7具有对付低空目标能力，充分发挥J-7的国土防空和截击的性能。JL-10G火控雷达体积小重量轻，不需专门配装显示设备，可直接在平显上显示。训练改装都十分方便。同时能实现霹雳8空空导弹的雷达随动瞄准，充分发挥该型导弹的离轴发射能力。在2004-2008年间据说JL-10G雷达生产了200台，配装歼-7G和歼-7L，后来的歼教9教练机也装备该雷达。2008年9月9斯里兰卡歼-7GS使用SY-80雷达击毁了一架500米高度低空飞行的猛虎组织兹林143轻型飞机，这是我国雷达首次实战击落飞机。歼-7G技术指标为：安装一台涡喷13F发动机，正常起飞重量7700千克，正常着陆重量6500千克，最大着陆重量7450千克，机内燃油重量1926千克，机外燃油量1302千克(480升、720升副油箱)，最小平飞表速240千米/小时，最大表速1200千米/小时，最大M数2.0，最大爬升率165米/秒，最大航程1900千米，实用升限17300米，起飞速度280千米/小时，起飞滑跑距离650米，着陆速度260千米/小时，着落滑跑距离730米。歼-7G/GB的座舱国产头盔瞄准具

未完待续

（图片整理自网络）

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