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新家伙,新气象

据报道,中国中电科集团下属芜湖钻石飞机制造公司制造的Dart-450涡轮螺旋桨动力飞机首次试飞,中国型号为TA-20。这种飞机可能成为中国空军新一代初级教练机。

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TA -20首飞成功,可能启动中国空军训练改革

初级教练机是飞行员的入门教练机,其飞行性能要求并不高,但对养成飞行员的良好习惯至关重要。初教也是筛选飞行员的步骤,根据不同条件和需求,将飞行学员最后分流到战斗机、运输机、直升机等不同专业。

在传统上,飞行学员在初教上学习起飞、着陆、目视飞行等基本飞行技能后,转入中教,学习更高级的编队、仪表飞行。最后转入高教,学习复杂气象飞行、基本战术动作等。这样的三级体制训练时间长,成本高,在先进飞控将很多过去靠“手艺”的复杂飞行简化的现在,已经不再必要。另一方面,仪表飞行、复杂气象飞行、战术动作的训练要求提高了。换句话说,尽管学员的起点不变,但训练的前半段压缩了。这使得现代初教与传统初教有很大不同,在很大程度上取代了传统中教,实现了初中合一,改三级体制为两级,时间更短,成本更低,效率更高。在过去30年里,世界主要空军国家全面转向涡桨-涡扇的两级体制,不是偶然的。

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现行的三级训练体系层次多,时间长,体制陈旧,已经不适合时代的需要了

涡桨动力也使得初中合一在技术上易于实现。活塞式发动机和涡桨都用螺旋桨推动,但活塞式发动机在本质上与汽车发动机相同,是四冲程内燃机。不过在飞机上,常把直列或者V形排列的气缸改为星形排列,结构上更紧凑,风冷效果也更好。初教-6采用的正是这样的9缸星形发动机,简单皮实可靠。

不过星形发动机的功率不容易大幅度提高,圆周只有360度,布满了气缸就是布满了,再多就没地方了。双层星形可以增加气缸,但后排风冷效果大打折扣,历史上不乏后排气缸过热甚至部件融化的恶性事故。

直列或者V形(如V8、V12)通常采用液冷,功率密度更高,但体积大,重量大,结构也更加复杂。

涡桨则是将涡轮喷气发动机的喷流动能通过动力涡轮转换为旋转的机械能,驱动螺旋桨。喷气尾流已经没有什么动能了,基本上不产生推力。

与活塞式发动机相比,涡桨的耗油要高一点,但重量大大减轻,功率大大增加,可以提高起飞重量,多带燃油,增加航程和留空时间。TA-20正是这样。

初教-6的空重1095公斤,最大起飞重量1400公斤,发动机功率285马力,最大速度300公里/小时,升限6250米,航程700公里。相比之下,TA-20的空重1330公斤,最大起飞重量2300公斤,最大燃油 容量850升,最大速度463公里/小时,巡航速度426公里/小时,航程2778公里,续航力8小时10分钟,升限7010米,过载+7g/-4g。

显然,TA-20的最大燃油容量已经很接近初教-6的空重了,航程和留空时间大大增加就不奇怪了。对于初教来说,航程不特别重要,但很长的留空时间意味着可以在多次反复出动之间不需要停机加油。这节约了加油和暖车时间,也增加了训练出航密度。

+7g和-4g的过载也很重要。正过载导致大脑失血和黑视,可以通过过载服进行补偿;负过载导致大脑充血,就较难补偿了。传统活塞式发动机使用汽化器,对大过载的适应性不好,燃油喷射要好得多,涡桨就更多了。

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TA-20代表的新一代教练机可以初中合一,把三级训练精简为两级

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全新的航电仪表也与现代战斗机更加接近

如前所述,初教的要点是帮助飞行学员培养良好飞行习惯,仪表是重要部分。TA-20采用先进的单个大屏触摸显示,并用侧杆操纵,在操作习惯上接近现代高性能战斗机。TA-20还装有弹射座椅,大大增加了安全性。

另一点是飞控。单螺旋桨飞机有“扭力滚转”趋向,增减发动机功率的时候,必须蹬舵补偿螺旋桨反扭力的变化。这是喷气飞机没有的,在初教转中教的时候,一些学员就因为已经养成的习惯改不了,而不宜继续下去。现代飞控可以较容易地自动补偿,使得扭力蹬舵的动作对飞行员透明,不导致坏习惯。现在还不清楚TA-20是否有自动扭力补偿,但如果有此功能,将不奇怪。

飞控还可以改变稳定性,针对学员的熟练程度,逐步放宽安定性,甚至模拟不同飞机的飞行特性,但这对飞控的要求比较高了。

TA-20的另一个特点引人注意,其来自乌克兰的AI450S涡扇是与加拿大普拉特-惠特尼PT6相似的逆流自由涡轮结构,这容易从螺旋桨后的两撇“小胡子”喷管看出。这与直接从主轴引出动力的传统涡桨不一样,动力轴是“浮动”的,与主轴没有机械连接,在动力涡轮的驱动下直接驱动螺旋桨,转速容易做到最优。由于螺旋桨和动力涡轮前置,发动机进气气流由前到后,在压气机和燃烧室中由后向前流动,然后再在前端动力涡轮附近向两侧喷出。这是很值得注意的涡桨发动机结构,具有很大的发展到涡轴和涡扇的潜力,很庆幸中国已经“在路上”了。

中国空军的教练机体系现在很杂,既有老旧的洪都初教-6、教-8,也有先进的洪都教练-10和妾身未明的教练-9。教-8是很成功的中教,已经装备了几百架。在初教-6已经不符合需要的现在,笔者曾经赞同用教-8包揽初中教,甚至揽下部分高教任务,由战斗机同型双座战斗教练机负责战术训练任务,并兼做补充战斗机。这样的“全程教练机”概念在60-70年代已经尝试过,并不成功,尽管当时的欧洲全程教练机的基点是高教,而以中教为基点的全程教练机在购置和训练成本上会有显著降低。但现在看来,喷气中教的训练成本依然难以与涡桨相比。据报道,TA-20的每小时飞行成本只有约3500元,低于初教-6的6000元,更是远远低于教-8的15000元。更低的单位训练成本意味着更多的训练飞行小时和缩短的训练周期,意义重大。

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TA-20与教练-10搭配,组成两级训练体系,可使得中国空军的训练体系也现代化

如果TA-20进入中国空军的训练体系,这将“侵占”大片传统上由教-8承担的中教任务,现有的几百架教-8的地位就尴尬了。但现有教-8剩余寿命的消耗与TA-20进入训练体系可能有很大重叠,使得过渡比较平顺。剩余教-8可作为援外物资转让给友好国家。

在另一端,教练-10终于入役,这是两级体系的高端。这样,中国空军的训练体系也现代化了。

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