特种机是执行特殊任务的飞机,是现代空中力量的重要组成部分。主要是指执行专门任务,如侦察、巡逻、预警、通讯、指挥、干扰、电子战、心理战、空中加油等任务的飞机。特种机的发展来看,由于特种机存在批量小,多品种的特点,很少采用全新设计一种机型的情况,现代特种机大多数是由运输类飞机改装、改型而成的,因此,特种机的发展首先取决于平台的发展、其次才是任务系统和设备的发展,然后是二者在改装中综合、集成的发展。
可以选作特种机平台的主要有军用运输机,如运8、伊尔76等;民用运输机,如波音737、波音767、空中巴士330等;轻型运输机,如萨博2000、湾流等。实际上,在国际上特种机的平台越来越倾向选用民用规范,也就是选用民用运输机的适航条例作为型号设计规范的基础,民用运输机安全性高、可靠性好、经济性优异,这对于确保价格昂贵、战略价值较大的特种机的安全具有重要意义。
我国使用的民用运输机通常来自欧美国家,改装用于军事用途的特种机受到很多限制,因此,我国国的特种机平台绝大部分都来自军用平台。我国特种机的研制最初始于20世纪60年代末,以苏联的远程轰炸机图-4为载机平台改装的空中预警机。同一时期,我国还以图-4为平台改装了电子侦察机和电子干扰机,但是无论是载机平台还是当时中国的电子系统的水平都比较差,所以这些飞机大多没有投入真正的使用。
我国特种机(也称高新机)的真正发展是近30年的事情,得益于我国航空科技和电子科技的迅速发展,特别是我国运8型运输机的研制成功,也揭开了运8飞机改进改型的发展序幕,为我国特种机的发展源源不断的提供了平台。到目前为止,以运8平台相继研制成功了海上巡逻机、海上警戒机、电子侦察机、电子干扰机、空中预警机、反潜巡逻机等不同类型的特种机。
运8是航空工业陕西飞机公司研制生产的一款中型、中程运输机,1969年开始由西安飞机公司和603所在苏联AN-12基础上测绘设计的,1974年首飞,1980年1月国家批准设计定型后转入小批量生产。该机采用四台WJ-6涡桨发动机,机翼为平直梯形上单翼,翼面为低阻层流翼型,在不大的阻力下,有很好的升力特征,在大攻角时有较好稳定性和操纵性。
在原型机的基础上,运8又推出了运载“黑鹰”直升机进出西藏的运8A、吊挂无侦-5无人机的运8E无人机母机、运8F-100邮政运输机等;以及民用型货机运8B,出口型货机运8D2等。
运8飞机是一种用途广泛、发展潜力大的运输机,它为我国特种机发展提供了一个较为理想的平台(实际上当时中国也没有其他更好的选择),并且在后续的改进改型中逐渐形成了三类平台。
1、运8飞机的I类平台
80年代后期,运8进行首次重大改进,将非气密货舱改为气密舱、后门改为下放式货桥大门。运8C气密型机于1990年首飞,1993年中交付使用。气密型飞机极大地拓展了运8的应用范围,可用于空运货物、人员和空投、空降,运送鲜活物品,小时候曾见过运8C运送活羊的报道,给笔者幼小的心灵留下了深刻的印象。以运8C为基础又进行改进推出了运8F-200民用运输机、三人体制的运8F-400民用型和运8F-600等几种型号。运8 C气密型飞机为特种机的研制奠定了基础,形成了运8飞机I类平台。
2、运8飞机的II类平台
再以运8C飞机为平台改装电子干扰机的时候,因为该型机巨大的电子天线整流罩导致飞机阻力增大,比较复杂的电子系统又导致飞机电源不足等技术困难。为了减阻,取消了后舱门,重新设计了尾段;换装可驱动大功率发电机的WJ-6D发动机,这就形成了运8II类平台。该平台飞行阻力小,飞行性能好,能够为大功率任务系统提供充足的用电保障和良好的工作环境。
3、运8飞机的III类平台
根据新型特种机的新要求,在空警200的研制中,结合飞机的新要求,对运8II类平台进行了大幅度改进,从而诞生了运8III类平台。该平台换装了大功率的WJ-6C发动机和配套的低噪声六叶复合材料螺旋桨;提升了飞机的起飞重量;机翼采用整体壁板结构油箱,机翼载油量大大增加,增加了飞机的航程、航时;该平台还全新设计了“玻璃化”座舱,采用了全新的先进的综合航空电子系统、显示系统;采用了新的仪表照明系统,彻底改变了运8飞机照明方式,极大地改善了驾驶员的舒适度;新设计的助力飞行控制系统,减小了操纵力,减轻了驾驶员工作负担。运8III类平台的载重能力和飞行性能都显著地提高,机体寿命大幅增加,使用起来也更加方便。运8III类平台的诞生,不但为特种机改装提供了性能优良的平台,还以此平台发展出了运9运输机。
从运8系列特种机的发展我们可以看出,特种机的改装模式主要有:
一、飞机平台主要性能同改装的特种机相比,有较大裕度,对任务系统/设备适应性强。这种改装模式风险小、工作量不大、周期短、成本低,我国运8I类平台基础上的改装就是如此。
二、飞机平台主要性能同特种机相比,有一定裕度,但是安装的任务系统/设备对飞机性能影响较大,为此必须对基本平台进行较大改进,这种模式难度较大,且有一定的技术风险。但是这是特种机改装最常见的模式,运8II类平台和III类平台就是这种模式发展而来的。
特种机的改装会加装各类任务系统的传感器、设备,比如天线、光电吊舱等,一般会改变原平台的气动设计,使得飞机的气动特性恶化。以远程电子干扰机为例,其机身两侧各安装了1个多波束雷达干扰天线罩,这些新增的天线鼓包增加了飞机的最小阻力系数。又比如预警机的天线罩和支架会增加飞机的阻力系数,降低飞机的航向稳定性,所以需要在气动设计上做出补偿,在水平尾翼两端安装端板。
特种机改装的另一项重要的工作就是根据任务的需要,在机身内部布置、安装特种设备以及搭载执行任务的空勤人员。飞机机舱通常分为若干功能区,包括设备舱、工作舱和休息舱。设备舱主要布置无须经常操作的设备,比如发射机、电源、机柜等,这些设备应该尽量靠近外部天线所在位置。
工作舱主要布置控制台、操作员和其他相关设备,它必须具备操作员正常、安全、舒适的工作环境。工作舱操作员及其工作台有两种布置方法:
1、横向并排布局
横向并排,相邻的操纵台和操作员座位顺航向设置,操作台的一侧为任务舱的通道。这种设计任务舱布置比较集中,工作台比较靠近,操作员比较舒适;但是维护就不太方便,工作期间人员之间交流相对而言就没那么方便。横向布局要求机身比较宽,所以通常用于大型机比较多,比如E-3、E767,包括我国的空警2000也是采用横向并排布局。
2、纵向并排布局
纵向布局时,操作员面向一侧,座椅背面形成任务舱的通道,而操作台紧靠机舱壁。这种布局,设备容易安装,维护也方便,节省空间,工作期间操作员之间沟通也比较方便。比较适合中小型机,特别是飞机机身比较窄的情况下适合采用这种布局。比如E-2C、萨博2000 AEW&C,包括我国的Y8系列高新机通常也是采用这种布局。
休息舱的设置和设施视飞行值勤时间的长短而定。一般来说,如果飞机在空中飞行时间较长,超过6h,应该设置为操作员休息的设施。根据央视军事最新的新闻片段,我们也可以看到我国的特种机也设置了休息舱,安排了3个高背座椅和2张床铺,在休息舱的一角设置了2个标准航空厕所,还设置了民航客机上常见的厨房和食品柜。这些设施能够为操作员提供良好的休息环境,提高了长航时条件下操作员的战斗力。
虽然我国以运8/运9系列为基础改装了多种类型的特种机,其中ZKD-03预警机还出口到巴基斯坦。但是,我们也要看到运8/运9平台已经过于老旧了,其全寿命期机载设备可靠性低和维护费用高的劣势也较为突出。我军依靠强大的维护能力还尚且可以支持,但是对于军贸市场来说,这种低价低质的模式已经行不通了。
以巴基斯坦为例,其购买的ZKD-03预警机提前被巴空军退役,最主要的原因就是飞行平台故障率高、维护性差、维护周期不统一,导致整体维护成本高,出勤率低,其可用性、可靠性远不如巴基斯坦从瑞典引进的“爱丽眼”预警机。
对于预警机等特种飞机的平台,在国际上越来越倾向选用民用规范,也就是选用民用运输机的适航条例作为型号设计规范的基础,民用运输机安全性高、可靠性好、经济性优异,这对于确保价格昂贵、战略价值较大的特种机的安全具有重要意义。
【美国P-8反潜巡逻机】
我国使用的民用运输机通常来自欧美国家,即使是国产的ARJ21和C919飞机因为采用了大量的西方国家的零件,改装用于军事用途的特种机受到很多限制,目前来看暂时不存在可操作性。
随着我国经济社会和科学技术的发展,我国航空工业的长足进步,随着运20运输机批量装备部队,C919民用运输机研制工作稳步推进,我们有理由相信,新一代中型运输机平台即将展翅飞翔。