空军世界 :: 以色列 “狮” LAVI 战斗机

以色列 “狮” LAVI 战斗机

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以色列是中东一个人口不足500万的蕞尔小国,建国后在与周围阿拉伯国家不断的战争中磨练出一支善战的军队和一个不断发展壮大的高科技军事工业体系。 “狮”是以色列飞机工业公司于1980年代已研制出原型机、后因经济等问题而停止研制的轻型战斗机。其首要任务是近距空中支援和遮断,第二位任务是截击防空,另外还有教练型。据称我国的歼-10就是在“狮”战斗机的技术基础上研制的。

以色列从1948年接收第一种战斗机以来,陆续装备英国、法国和美国研制的作战飞机。上世纪五六十年代,以色列空军依赖法国提供的战斗机,如以色列的第一种2倍音速战斗机“幻影”IIIC。然而,1967年6月5~10日的“六日战争”后,法国拒绝交付以色列已付款购买的50架“幻影”5战斗机,从而迫使以色列决心发展自己的战斗机。
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1971年,以色列研制的多用途战斗机“幼狮”(Kfir)样机完成试飞计划。该机为仿制“幻影”5,并在其基础上大幅改进,装美国的J79发动机,前置鸭翼,性能比“幻影”5有很大提高。该机大量装备以色列空军。“幼狮”的样机刚完成试飞计划,以色列飞机工业公司就开始考虑发展其后继机型,以适应新技术的发展。 “狮”是为满足以色列空军的要求而专门设计的,用以取代以色列空军的A-4攻击机、“幼狮”和F-4战斗机。该机具有机动性好,能高速突防,一次通过轰炸准确度高等特点。此外,由于采用作战损伤容限设计,飞机有较高的战场生存能力。
 

最初的基本方案确定新飞机是一种以空战为主的小尺寸、低成本轻型战斗机。由于以色列是小国,又刚仿制出“幼狮”,基本设计思想依然围绕着改进“幼狮”而展开,确定了立足于用涡升力获取最大升力,提出了类似于“幼狮”的固定前翼近距祸合鸭式布局。但进一步的工作因第二次中东战争而中断。1974年,中断的布局设想具体化,基本设计原则是采用已经验证的“幼狮”的气动力布局并确定选用美国当时正为F-15F-16研制的F100发动机。但是最终方案交空军审定时,空军认为其性能低于F-16而予以否决,并表示将直接采购F-16。

为提高性能,设计人员考虑将原有的单发方案改为双发,并初步选择英国罗罗公司的RB-199或美国通用电气公司的GE-404。另外就是完全改变飞机外形和气动布局,彻底摆脱“幼狮”。为寻求新气动布局,进行了不同机翼与进气道布局的选型。因选用的发动机都为涡扇型,对进气道诱发的气流畸变十分敏感,因而大迎角气流畸变特性是进气道形式选择的重点。设计人员按皮托型、二元型和有可动锥的轴对称型进气道形式分别设计了不同的全机布局进行风洞试验,以评估各方案的流场畸变特性。进气道尽可能放在低位置,以减少大迎角时机翼诱发的上洗流的影响。试验中还进行了各种机翼、前翼和垂尾匹配的鉴定。 经过全面评估,设计人员确信这种双发布局的性能可以超过F-16。但飞机的尺寸必须加大。可是到了1979年秋,因为预算上的原因,这种意见又被否决。

 

LO-33方案确定基本构型 设计人员被迫再次转向小尺寸的单发布局。根据前3个阶段的经验,最终确定的飞机基本构型为三角形机翼带近距藕合全动前翼,腹部进气。选用美国通用公司 F404 一级的发动机作为动力,再结合先进的飞行控制、航空电子和结构技术来弥补小尺寸的缺点。LO-33 方案得到了赏识,国防部于1979年末向政府提出以这个小尺寸方案为基础,自行研制战斗机以替代采购F-16。两个月后,政府批准了这个方案,并责成国防部、空军和以色列飞机工业公司组成联合工作组进行具体设计,空军很快地提出了使用要求和设计指标,并将新机定名为“狮”(Lavi)。至此,该计划才正式纳入轨道。 以色列于1979年正式宣布“狮”战斗机方案;1981年4月选定普拉特·惠特尼公司的PW1120发动机为“狮”的动力装置,1982年2月与普拉特·惠特尼公司签定合作生产合同;1983年6月,以色列与格鲁门航宇公司签定为“狮”研制复合材料 机翼和垂直安定面的合同;1986年7月21日,第一架“狮”原型机装配完毕,1986年12月31日首次试飞。

“狮”主要执行近距离空中支援(CAS)和战场遮断(BAI)任务,其次是空中防御。双座型用于教练。按照构想,Lavi作为一种轻型攻击机以代替在以色列空军服役的老旧麦道A-4天鹰,麦道F-4鬼怪II和以色列航空工业公司的幼狮。单座Lavi采用F404涡扇发动机,然而不久就发现它不能满足今后发展的需要,又选择有更大推力的普惠PW1120涡轮喷气发动机。较大的推力使Lavi可以和同在以色列空军中服役的F-16相匹敌。

按计划,以色列飞机工业公司将研制6架(后改为5架)原型机,前两架作性能试飞,第三、第四架才安装全部电子设备试飞。截止1987年8月30日,已出厂原型机两架,试飞81个起落。由于操纵性不足,现有机翼需重新设计,加大操纵面改善飞机操纵性。

因受国力和航空技术水平的限制,以色列在制定“狮”的计划时就把希望寄托在美国身上,打算利用美国成熟的科研成果,把经过实用的材料、工艺和系统加以修改用于“狮”上。为此,凡当前和今后都无力研制的项目(如PW1120发动机),因技术所限在当前无力研制的项目(如复合材料机翼、飞控计算机)、凡不必专门研制的项目(如发电机)都转包给美国公司。

空军世界 :: 以色列 “狮” LAVI 战斗机第一架出厂的Lavi是Lavi B-02。Lavi B-01因为要通过最后的结构强度实验而未能准备好。Lavi B-02从外表上看来还不错,但是内部的电子设备等却未安装。 第一架Lavi(B-01)于1986年12月31日首飞,试飞员是IAI的首席试飞员Menacachem Schmoll。操纵性的评价非常优秀,具有高度的着陆抗侧风稳定性。第二架Lavi(B-02)于1987年3月30日试飞成功。B-01和B-02为座位前后布局的双座型,后驾驶舱安装了测试装备,这时还没有装备全部的电子设备并进行空气动力测试。不幸的是,1987年8月30日Lavi项目被取消,在此之前,Lavi B-01和Lavi B-02进行了超过80次飞行。这两架原型机速度从204km/h到1.45马赫,最大迎角达到了23度。其它许多系统,包括数字飞行控制系统也进行了测试。第三架Lavi(B-03)和后来的几架Lavi原型机(B-04 B-05)安装了定型后带有升降舵补助翼的机翼并且后三架原型机有完整的电子系统。Lavi B-04和B-05接收最后定型的机翼时,该项目下马了。第一架生产型飞机计划于1990年交付使用,在1992年具备初始作战能力。如果全力运转,一个月可以生产12架飞机。Lavi将是以色列空军九十年代最重要的战斗机。

1979年以色列飞机工业公司提出“狮”战斗机方案时确定,“狮”是小型、低成本、综合性飞机,在以色列空军的高低搭配中充当低档飞机,其研制费为5.7亿美元,且大部分资金需要靠美国军援。随着研制工作的展开,以色列军方对“狮”提出了更高的要求,研制标准不断提高,实际上“狮”已发展成为一种对美国战斗机外销市场构成威胁的先进战斗机,加之以色列对新技术的研究成本估计不足,故而导至研制费用不断上涨,按1987年估计已达20多亿美元,与此同时,“狮”的单价也从1979年的600~700万美元上升到1987年2000万美元左右。研制费用和飞机单价的上涨使以色列内部和美以之间在该计划上的分歧不断加剧。在美国的压力下,以色列内阁终于在1987年8月30日决定停止“狮”的研制。但以色列工业公司仍坚持生产第3架原型机用作发展先进战斗机机载设备的技术验证机。
 

以色列空军提出新飞机作战性能不能低于F-16,要有单座和双座两种型别,后者为教练型。外挂和空地作战半径应不低于 F-4。除配备空空、空地雷达,还应装载综合电子设备和具备低可探测性、高机动性、高速突防性等高战场生存能力。不难看出,以色列空军有意将“狮”塑造成先进的多用途战斗机,以代替以色列空军的麦道A-“天鹰”,麦道F-4“鬼怪”II和“幼狮”等机型。 但以上要求从技术角度看是极为苛刻的。用一种尺寸不大于F-16的轻型战斗机,担负起类似F-4这类典型双发远程攻击机的空地任务,谈何容易。为此,设计人员排出的设计优先程序为:空地任务,先进布局,单双座的最大通用性。并以LO-33为基础,确定了以下设计思想。

其一,三角机翼加近距祸合前翼——这样,可充分利用“幼狮”的经验,只是将“幼狮”的固定前翼改成了全动式。其二,腹部进气——这是借鉴了F-16 的设计和使用经验,在大迎角时流场畸变小,最适合于涡扇发动机。进气道为简单皮托型。其三,采用翼身融合体——除了能减小阻力外,还有明显的结构上的好处,结构重量轻,还可增加有效机内容积。其四,放宽静稳定度——飞机每放宽静稳定度1 % ,最大持续转弯率的性能就可改善1.5 % ,而最大瞬时转弯率和起飞升力系数可改善3%~4%。

为克服鸭式布局重心前移问题,采用了放宽静稳定度的主动控制技术。“狮”采用随控布局设计,有九个独立的控制面:两个前翼、两个前翼襟翼、两个内侧升降副翼、两个外侧升降副翼及一个方向舵,所有控制面均由四余度电传操纵系统控制。计划在今后的发展中,由这些控制面协调动作完成直接力与机身指向控制,使“狮”在没有俯仰的情况下进行爬升或下滑。

“狮”通过将发动机深埋,广泛采用翼身融合设计和复合材料(占飞机结构22%)以降低雷达信号特征。

为能进行长时间飞行试验,在原型上安装了空中加油探头式受油器,可与以色列空军的KC-130“大力士”和波音707空中加油机配合进行空中加油,“狮”的生产型只装伸缩管受油器。

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“狮”要同时满足最大的瞬时和持续机动性,最好的跨超音速加速性,以及最大军用功率下的低空突防性。这对一架小尺寸飞机确是一种严峻挑战,即要取得零升阻力、超音速波阻和跨音速机动升阻比之间最佳折衷。为此设计人员采取了一系列先进气动设计。

其一,高性能机翼。展弦比2.3,前缘后掠角54°,机翼的三元外形由50个不同剖面构成。其二,用飞行控制计算机(FCC)控制的随动布局,各操纵面可以按不同的飞行条件和外挂构形编制偏转程序,使飞机获得最佳载荷分布,能在极宽的迎角范围内都有较好的阻力极线。操纵面系统包括全动前翼,高权限机翼前缘襟翼和后缘内外升降襟副翼。其三,采用了超音速面积律设计机身。

于细微处见功夫

“狮”主要设计点放在了空地任务上,因而必须考虑能容纳多种类型外挂;大挂载能力;任务半径大,续航时间长以及在全外挂条件下低空高速突防。

切尖翼梢和翼梢导弹 “狮”的翼梢弦长为1.15米,不仅能加挂翼梢导弹,还可减缓机翼外段的气流分离,改善阻力性能。翼梢导弹不仅起到端板作用,增加机翼有效展弦比,而且零升阻力的代价也要小于翼下加挂方案,发射后对全机的重心和压力中心飘移的影响也较小。小翼展、大后掠和低位置机翼。机翼翼展8.8米,是基于外挂布置的最小尺寸。从最小干扰阻力和安全投放考虑,两个邻近外挂间的距离最好在1.2~1.25米之间。而大后掠角的前缘也是基于可减小外挂间的阻力,同时更符合面积律要求,跨音速阻力相对较小。至于把机翼放在下位置,利于消除内外挂(通常为大副油箱)与机身的干扰,同时也便于放置起落架。

起落架 大部分作战飞机的主起落架要么放在机身中(如F-16、F-18、“幻影”F-1),要么放在机翼中(如“幼狮”、“幻影”2000、F-4、F-5),都需占用较大空间,也减少了外挂点数量。“狮”则充分利用了下机翼和翼身融合体的特点,独具匠心地把起落架设在翼身融合区内,既节省了空间,也便于安排更多的外挂点。和“幼狮”相比,翼下挂架从4个增加到6个,机身外挂从5个增加到9个,总外挂点从9个增加到15,增加近一倍。

半保形外挂舱 由于起落架位置很巧妙,使机身腹部气动外形很有利于外挂布置。“狮”采用了半保形外挂吊舱,和常规外挂吊舱相比,阻力可减小40%。由于“狮”的外挂点多,因而对全机的重心和压力中心飘移的影响很大。这就要求有高权限的操纵面和飞行操纵系统。“狮”的全动前翼完全能满足最大后重心时的低头力矩和起飞时的抬头力矩。

驾驶员座舱 座舱采用气泡式风档,视野良好。但没有采用类似F-16的大倾斜座椅和侧杆控制,而选择了传统的垂直座椅和中置控制杆。倾斜座椅会抬高飞行员的膝盖,侧杆操纵有三个缺点:大大占用了右舷空间,使控制面板布置困难;在训练中教练无法知道学员的握杆位置;如果飞行员右手受轻伤,就不能驾驶飞机返回基地。而采用中置操纵杆,飞行员可以不太困难地用左手控制飞行。 空军世界 :: 以色列 “狮” LAVI 战斗机

动力装置 一台普拉特·惠特尼公司PW1120加力涡轮喷气发动机,加力推力82.7千牛(8430公斤)。采用腹部进气。最大内部载油量3330升,外部载油量5100升。Lavi采用源于F100的普惠PW1120涡喷发动机,额定推力6,137Kg,加力推力9,337Kg。按照以色列空军的说明,PW1120从1980年6月开始研制。它保留了F100的核心机,变速箱,燃料泵,输油管,和F100相同的数字电子控制系统,仅作了少许修改。PW1120独特的结构包括宽弦低压的压缩机,单级低压涡轮,单一的加力装置和轻型的敛散喷嘴。全尺寸测试开始于1982年6月,飞行测试开始于1984年8月。PW1120同F100有70%类似,因此,以色列空军不需要特殊的零备件。它将按许可证在以色列生产。IAI将一台PW1120发动机安装在以色列空军的一架F-4E(编号 334/66-0327)的右发来研究机身/发动机的结合以提升F-4E,既著名的鬼怪2000计划,同时为Lavi测试发动机。PW1120与安装在F-4E上的J79-GE-17涡喷发动机相比具有更大的推力,更高的效率。

F-4E的结构改变包括修改进气道,新的动力连接点, 新的或修改过的检修舱门和新的带综合发电设备的变速箱和自动刹车装置。另外,修改了电压器管理和空气调节输送系统,修改了燃料和压力系统,发动机控制/机身接口。发动机于1987年4月24日装机试飞。这次测试非常成功,鬼怪2000不用开加力即可超过1马赫,并且推重比达到1.04(比F-4E高17%)。飞机的横滚性能提高了15%,爬升率提高了36%,中空水平加速提高27%,低空带18枚炸弹速度从1,046km/h提高到1,120km/h。这架验证机于1987年在巴黎航展以编号229展出,国内注册号4X-JPA。然而,麦道公司拒绝批准这些改进,因为改进后的性能可同F/A-18C/D相匹敌,威胁到F/A-18C/D的出口。

Lavi机内燃料容量3,330升(2,722kg),比F-16少16%,然而,据称这点可以Lavi较轻的机体重量和低燃料消耗的发动机来弥补。采用单点高压的燃料补给系统以实现快速转换,同时具有伙伴式的空中加油能力。为了完成飞行测试计划,Lavi原型机上也装备了门闩式加油探测杆。此外,还可在机翼内侧携带两个可容纳4,164kg燃料的2,548升副油箱。

座舱采用气泡式座舱罩,侧面下视80°,驾驶员上半球视野达360°。驾驶舱内装有广角衍射光学平视显示器和3个多用途阴极射线管下视显示器(2个黑白,1个彩色)。装正常位置的马丁-贝克公司弹射座椅和中央驾驶杆。

空军世界 :: 以色列 “狮” LAVI 战斗机系统 加雷特公司环境控制系统。气动液压公司自动液压系统,采用阿贝克斯公司油泵。利尔·西格勒公司直流和应急发电机,SAFT公司主电池组和马拉松公司备份电池组。加雷特公司辅助电源和应急电源装置。

机载设备 埃尔塔(Elta)电子工业公司的电子战防卫系统;埃尔塔公司的EL/M2032多模态脉冲多普勒雷达(1991年装于第3架原型机上作技术验证);休斯公司宽视角全息平视显示器,显示计算机和SMS-86外挂管理系统与MIL-STD-1553数据总线兼容;埃利斯拉公司的雷达警戒接收器;大气数据计算机;塔曼(Taman)公司的机载导航系统;利尔·西格勒/MBT公司的具有增稳特性的四余度数字式电传操纵系统;腊达(Rada)电子工业公司的MIL-STD-1750十六位中央处理机等。 Lavi采用了四余度的Lear Siegler/MBT全数字飞行控制系统以增强稳定性,并且没有机械备份。它装在两个盒子中,通过两个数字通路相连。如果一个损坏,另一个能够提供足够的控制以返回基地。设计故障间隔时间107小时。该项目于1982年10月完成,并于1988年交付使用。

“狮”曾计划使用Elta EL/M-2035多功能脉冲多谱勒雷达发展自IAI Kfir-C2的Elta EL/M-2021B多功能脉冲多谱勒雷达。 Elta可编程信号处理器采用分布嵌入式网络设计,能够最合理分配计算机的功能,满足系统和运算的升级需要。

Lavi的电子设备采用了模块结构--可以通过向Elbit ACE-4任务计算机装载新软件来升级。其目的是使飞机在其寿命期内不需要对机体结构进行修改。几乎所有的电子设备都是以色列自己设计的。飞机设计强调机动性和视野以减少在高G和高威胁的环境下飞行员的工作量。大气计算机由Astronautics提供。大多数Lavi的电子设备已经由IAI在Boeing Model 727上进行了实验。

武器 装一门30毫米“德发”机炮。机翼下有4个外挂点,可携带空-地、空-空导弹、炸弹、火箭和其它外挂物,内侧的一对可挂副油箱。机身下有7个外挂点,可带6枚Mk80系列炸弹,两个翼尖挂点各带1枚红外空-空导弹。最大外挂载荷7269千克。当Shafrir 2(蜻蜓2)在1978年进入以色列空军服役的时候,Rafael的工程师开始发展怪蛇 3,设计要求一个更大的弹头以增强破坏性。该弹采用修改的弹体,外带更大的高后掠翼和一个新型的搜寻角正负30度的红外线导引头。怪蛇 3 重120kg,工作在红外或雷达被动模式并可以全向攻击。其高爆(HE)弹头重11kg,采用激光近炸引信。到1982年黎巴嫩战争的时候,怪蛇 3 已经在以色列空军服役,并且在贝卡峡谷上空同叙利亚空军空战的胜利中扮演了重要的角色。它赢得了50次的空对空的胜利。怪蛇 3 也被出口到中国和南非,并且可能授权给中国生产,在中国其被称为PL-8。

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外形尺寸

翼展8.78米
机长14.57米
机高4.78米
机翼面积33.05米2
主轮距 2.31米
前主轮距3.86米
重量及载荷
正常起飞重量9990千克
最大起飞重量18370千克
空战重量(机内半油加2枚空-空导弹) 8324千克
最大内部载油量(可用)2620千克
最大外部载油量 4160千克
最大外挂载荷7269千克
最大使用过载-3g~+9g
推重比(作战)1.07
性能数据
最大平飞速度(高度11000米以上)M1.85
低空突防速度
 (带2枚红外导弹和8颗Mk117炸弹) 997千米/小时
 (带2枚红外导弹和2颗Mk84炸弹)  1106千米/小时
盘旋角速度
 持续(高度4575米,M0.8) 13.2°/秒
 瞬时(高度4575米,M0.8) 24.3°/秒
最大横滚速率 300°/秒
作战半径
 空-空任务(作战巡逻)  1850千米
 空-地任务(带2颗Mk89炸弹)
(高-低-高) 2130千米
(低-低-低) 1110千米
起飞滑跑距离 305米

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