歼—15舰载机的设计特点
记者（以下简称记）：为了适应在航母上的使用，歼-15舰载机必定会根据舰载机的各项要求进行设计，与歼-11相比，它的技术改进都体现在什么方面？
傅前哨（以下简称傅）：我不了解具体研制情况，只能通过对公开发表的照片和视频的观察分析，对歼-15的气动特点和相关联的技术作一些解读，谈点个人看法。
研制部门在歼-11平台的基础作了许多适应性的改进。比如说加强了起落架和机体的结构，缩短了后机身的尾锥，增设了着舰尾钩，修改了气动外形，设计了可折叠的机翼和平尾，使用了大量的复合材料，更换了前机轮（由单轮改为双轮）等等。另外，前起落架上设有大角度的机轮转向机构，以方便其在面积有限的甲板上移动。
记：歼-15动力装置的性能如何，能满足需要吗？
傅：歼-15配装具有较大推重比和良好加速性的小涵道比涡扇发动机。从该型机的首次拦阻着舰和滑跃起飞试验，以及前期的科研试飞情况看，其动力系统符合上舰使用的要求，是值得飞行员信赖的。
记：歼-15的气动外形与歼-11系列飞机相比变化很大，为什么要这样改，其目的是什么？
傅：该机最明显的更改是用一对全动式的小鸭翼替代了原先的固定式的翼根边条，从而使该机由后尾式变成了三翼面式气动布局。若仔细观察还会发现，该机主翼的翼展、翼面积都变了，其后缘的活动翼面也作了大幅度的调整。
记：我们先来说说机翼的改进。
傅：由于机翼、机身和起落架等部位的结构需要加强，与同级别的陆基飞机相比，歼-15的空机重量可能要增加一两吨。全机空重的增大，必然会给起降性能带来不利影响。在推力没有增加的情况下，要想缩短滑跑距离，怎么办？一是尽量使用新材料，以设法减轻结构重量；二是改进外形，以设法增大全机升力。在同样起降迎角（一般为十几度迎角）的情况下，可用的配平升力应比陆基飞机高30%左右。
飞机的升力越大，起降性能和机动性能就越好。那么，升力又跟什么有关呢？大气密度（p）、相对速度（v）、机翼面积（S）、升力系数（Cy）等因素都对其有影响。然而，海平面的大气密度基本保持恒定（温度对它有一些影响），觇载机的起降速度有一定的限制，靠增大速度和大气密度来提高升力不现实。于是，改善舰载机的性能，便只剩下S和Cy可做文童了。对舰载机的起降而言，最关键的是S和（Cy这两个参教。为此，需加大机翼面积、使用效率更高的增升装置。当然，还要考虑到飞机的配平和纵、横向的操稳特性。下面，我们就对这两个环节的改进作一分析。
首先，看看歼-15的机翼设计方案是如何调整的。采取的第一条措施是修改主翼的平面形状。与歼-11相比，增大了翼展、展弦比，增加了翼面积。这些改动都有利于擢拔舰载机起降状态下的升力特性。机翼面积的拓展，还可使翼载荷减小，这也有助于缩短滑跑距离、改善机动性能。
另一条基本措施是，改善机翼增升装置的效率，提高全机配平升力。对比歼-11的襟翼系统，给人的第一印象是歼-15后缘襟翼的下偏量很大（可达30度左右）。若仔细观察，变化还不仅于此。歼-11没有专门设置用于横向操纵的副翼，仅在中内翼段安装了一块襟副翼，看上去非常简洁。起降时，襟副翼左右对称向下偏转的角度比较小，大概在18度左右（进行横侧操纵时，会产生角度差）。歼-15的襟翼系统则复杂得多，其内翼段和中翼段各配置了一套开缝式襟翼系统，日存外翼段增设了一块襟副翼（起降时也向下偏转一定角度）。从歼-15起飞和着舰的照片看，它的襟翼和襟副翼虽然都是下偏的，但较之襟副翼，内侧两块襟翼的转角更大，位置也更靠后，这说明该机采用的是后退式开缝襟翼。该方案在放下襟翼，增大翼型弯度的同时，主翼的投影面积不但不减小，反而有可能进一步增大。而开缝的目的，是将前方的高压来流引入襟翼上表面，以吹除处于分离状态的紊流，改善襟翼背风面的流场。这一点可媲美大型旅客机的襟翼设计。
记：襟翼改进后的实际效果如何，它是怎样使用的？
傅：开缝式后退襟翼、简单下偏式襟副翼加上全翼展前缘襟翼，三者在计算机的控制下协调偏转，可形成适应不同飞行状态的翼型弯度（主要用于低速和亚音速），其气动效率明显比歼-11改善很多。不过，增大襟翼下偏角度固然会产生良好的增升效果，但阻力也将随之上升，这对着陆或着舰有好处，但对起飞和复飞时的加速性可能产生不利影响。陆基飞机住往选择起飞时襟翼下偏量小，而降落时下偏量大的方案。但舰载机不能采用此种办法，因为着舰复飞时，飞行员根本就没有功夫去调整襟翼的转角。所以，歼-15在起降时，襟翼系统必须保持大致相同的下偏量。复飞时就要看发动机能否提供足够的推力和加速能力了。从歼-15前期的试飞情况研判，其增升系统是卓有成效的，动力系统也符合设计要求。
记：上述机翼和襟翼系统的改动会不会带来重量的增加？
傅：增重是肯定的，就看能获得多少气动上的好处了。尽管复杂的增升系统以及扩大的机翼带来了结构重量的上升，增升的效果会被飞机的增重吃掉一部分，但综合起来看，利远大于弊。这样改是值得的，因为它最终达到了所追求的目标。
记：歼-15为什么要用鸭翼取代边条，变成三翼面气动布局？这样设计对飞行性能会产生什么样的影响？
傅：总体而言，鸭式前翼在气动上的优点：一是由其前缘产生的脱体涡流经主翼上表面，可以改善主翼的流场，延迟气流分离，推高失速迎角。二是在起降时能提供一定的抬头力矩，帮助飞机配平。三是在机动飞行时可与平尾相互配合，对飞机进行操控。四是跨音速和超音速飞行时可使全机焦点的后移量减小，从而降低配平阻力。
与平尾用负升力配平飞机的情况相反，鸭翼是用正升力来克服飞机低头力矩的，若采用近距耦合的方案（鸭翼与主翼靠得比较近），它们之间还能形成有利干扰，使全机升力特性明显改善。如果鸭翼的面积足够大，它可使起降时的配平升力系数提高20%-30%，面积小的鸭翼也可提供10%左右的收益。
记：边条也能利用涡升力给飞机增升，许多高机动的三代机都选择了这样的设计，歼-15为什么要舍弃它，道理何在？
傅：鸭翼、边条虽然都能利用自身产生的脱体涡给主翼增升，但它们增升的区段、影响的范围不完全一样。
边条翼的功效主要集中在大迎角区域，它可使全机的最大升力系数提高30%以上，失速迎角也明显提升。因此，许多强调机动空战的三代机（如F-16、F/A-18、米格-29、苏-27等）都选择了中等后掠角、中等展弦比的带边条的机翼。飞行时，在其翼面上产生的是混合流型，它们可利用边条脱体涡在机翼上诱导出较高的涡升力，从而改善飞机亚音速、大迎角飞行时的机动能力。尽管主翼本身的后掠角不算大，但翼根边条的后掠角却高达70度左右，这无形中就增加了主翼的等效后掠角，所以，它们的超音速特性都还不错。
不过，在中小迎角低速飞行状态下，边条的贡献可就没有那么大了。在小迎角时，边条无法形成强劲的脱体涡，不能给主翼增升。此时，它甚至是降升、增阻的（由于边条的存在，导致磨擦阻力上升，并使主翼翼根上表面的吸力峰值降低）。只有当迎角达到16度以后，边条的涡升力效应才显现出来，从而使升力系数逐渐超过无边条的基本翼。这就带来了一个问题，巡航飞行时，舰载机的迎角仅为几度，起降时所用的迎角也只有十来度，根本达不到产生高升力时的区间。显然，边条翼对提高巡航升阻比、缩短起飞滑跑距离都是不利的。
如果是强调高机动的陆基飞机，上述缺点完全能够容忍，大不了起飞时多滑跑一段距离罢了。而对于“寸土寸金”的航母以及更强调起降性能的舰载机来说，这可是个事关重大的问题。解决矛盾的原则是，滑跑距离能短则短。解决问题的办法有：选择助推起飞；选择弹射起飞；加大发动机推力；修改气动外形；采取增升措施。
记：边条和鸭翼都位于机翼根部的前面，且都能产生脱体涡给主翼增升，那么，它们的作用为何不同？
傅：关键在于“动”与“不动”。如果鸭式前翼是固定安装的，那它的作用与边条差不太多。如果它是全动的，那么整个情形就变活了，这个前置翼面对小迎角、大迎角飞行以及低速、高速飞行均能产生有利的影响。
从歼-15起飞和降落的照片中不难发现，在着舰和升空的瞬间，其前翼的偏转角都是正值（前缘大约上偏十来度）。该机在飞离滑跃式甲板后的迎角以及着舰状态的迎角均为十几度，在此阶段，鸭翼的实际迎角可达二十几度，正是产生强劲脱体涡的时候，主翼可因此而获得额外的升力补充。另外，上偏角达到十来度的鸭式前翼处于一个比较“干净”的流场中，其本身产生的升力也较大。这是它为飞机提供的第二份升力增加值。
直接提高全机升力还仅仅是其技术优势的一个方面，鸭翼偏转后对全机力矩特性产生的影响可能更为重要。前面谈到，设计师们对歼-15的襟翼系统进行了全面的改进，其结果是，襟翼的展长、面积、偏转角度等参数都加大了，增升效率明显提高。但这些气动上的好处能不能拿到手，关键还要看纵向配平。水平尾翼能否提供足够的上仰力矩来平衡襟翼产生的下俯力矩。
我们知道，安装在机翼后缘的襟翼位于全机重心的后方，当大展长、大面积的襟翼系统以大角度下偏时，会产生很高的升力增量，这个新出现的上举之力势必要对飞机重心形成非常强的低头力矩。如果不能抑制此下俯的趋势，飞机的升力再大也有没用。歼-8、歼-11等采用常规气动布局的飞机，一般靠水平尾翼下偏的方式来平衡，即利用平尾的负升力形成抬头力矩来克服襟翼增升时产生的下俯力矩。
记：用负升力平衡正升力？那襟翼增升的效果不是要打折扣了吗？
傅：的确如此。在起降状态下，平尾势必会消耗掉一部分襟翼提供的正升力，使全机配平升力的增幅减少。这是后尾式飞机为了保持平衡和实施正常飞行，必须付出的代价。对歼-15来说，主要的问题还不在这里。关键是采用新的襟翼系统后，该机平尾的配平能力可能不足。面积较大的后退开缝式襟翼的增升效率极高，附带着也引发了更大的低头力矩，全动式水平尾翼要想平衡这一力矩，必须下偏更大的角度，产生更多的负升力才能使机头上仰。其结果，必然会进一步降低全机升力，并引起配平阻力的上升。
即使这样的损失能承受，平尾的负偏度也不是可以任意增加的（下偏的角度有一定的限制）。如果负迎角超过了临界点，平尾上的气流亦会分离，最终导致失速。而失速就意味着失效（舵面效率将急剧下降）。此时，平尾向下偏转得再多，对飞机的俯仰操纵也起不了什么作用。
更严重的是，采用新型襟翼系统后，歼-15的平尾还有可能丧失一部分产生负升力的功能。歼-15配备的后退开缝式襟翼的下偏角度比歼-11大，起飞和降落阶段，平尾有可能被襟翼所遮蔽，流场条件和工作环境很不好，致使平尾的舵效降低。
记：这一问题看起来很严重，用什么办法去解决？
傅：如果不能修改平尾的面积、形状和安装位置的话，就要向前看了——位于主翼前方的鸭翼可以帮助平尾克服这一难题。照片和影像资料显示，在起降状态，歼-15的鸭翼是上偏的。由于位置靠前，目流场条件好，鸭翼的操纵效率很高。它们可以用较大的正升力对飞机重心形成一个向上的力矩，使飞机抬头。
有了鸭翼的辅助，平尾的下偏量便可相应减少，从而降低负的配平升力。这实际上是鸭式前翼对全机升力做出的第三份贡献。
可以这么认为，只有在鸭翼、机动前缘襟翼与平尾的协调配合下，歼-15的高效率襟翼系统才能充分发挥作用，使其起降性能大幅改善。而短距起降能力好的舰载机，其空战机动性一般也很优秀，加之配装先进火控雷达、综合航电系统、精确制导武器，歼-15完全能与当今世界上最高档的舰载战斗机相匹敌。
记：既然鸭翼有这么多好处，为何不干脆将歼-15改成鸭式气动布局？
傅：这样做改动量太大，等于重新研制。再说前置鸭翼也有其不足之处。与平尾相比，它的配平能力偏低，尤其是在放襟翼的情况下，无法提供足够的抬头力矩去平衡襟翼放下后所产生的低头力矩。如果不放宽静安定度，采用近距耦合鸭式布局的飞机（如瑞典Saab.37战斗机）的后缘升降襟翼在起飞和降落状态时，不但不能放下用于增升，反而需要向上偏转七八度（当平尾用），以帮助前翼配平飞机。即使采用了电传操纵系统，并放宽了静安定度，某些鸭式战斗机（如“阵风”等），在起降状态下，襟翼的偏转角度也就在零度左右。我国自行研制的歼-10战斗机，在这方面是做得最好的，起飞和降落阶段，其襟翼的下偏角可达七八度。需要指出的是，虽然鸭式飞机起降时不能充分发挥襟翼的增升作用，但它们的短距起降能力仍比普通的后尾式飞机强一些，更远远优于采用无尾气动布局的战斗机。
从上面的分析中不难看出，任何一种气动布局都有其优缺点，就看如何取舍了。虽然三翼面布局的配平升力系数较大，但它的零升阻力也偏大。但为了保证舰载机有良好的起降性能，应该将解决增升问题作为主攻方向，然后才考虑降阻问题。具体到歼-15，如果机翼没有改动，只是将边条换成了小鸭翼，其零阻倒不一定会增加，甚至有可能比边条翼还低一些。
综合来看，歼-15采用三翼面布局，是一种比较理想的选择。该型机在气动外形上的改进非常成功，达到了预期目标。
记：看起来舰载机的设计真不容易，要想改善起降性能，必须获得更大的升力，而为了得到这一收益，又需采取一连串的措施，且每项措施都是牵一发而动全身，影响面很大。转了一大圈才得以解决。
傅：舰载机尤其是超音速舰载战斗机的研制是一项非常复杂的系统工程，涉及面很广，设计师的任务是针对矛盾，解决矛盾，出现问题，解决问题。统筹兼顾各方要求，综合权衡各项指标。而且，不光要考虑到“机”，还需顾及到“舰”，即二者间的适配性。哪项技术性能不达标，哪个环节出现了问题都不行。
记：歼-15在翼尖处安装了一块外形奇特的板子，它是干什么用的？
傅：那是翼尖导弹挂梁。从它的构形分析，空空导弹在歼-15的翼尖上是垂直吊挂的，而非像F-16那样采用水平挂载的方式。
记：首次上舰的歼-15没带弹，翼下也未安装挂弹架，为何却保留翼尖挂弹架？
傅：试验结果表明，翼尖导弹挂架无论是平挂（相当于增大了机翼的翼展），还是垂挂（相当于安装了一块翼尖端板），都有助于降低翼尖诱导阻力。而位于机翼下表面和机身腹部的武器挂架，在飞行时只会增加型阻和磨阻。首次上舰的歼-15只带翼尖导弹挂架是有其道理的。
记：歼-15的机翼是可以折叠的，它在设计上有什么特点？
傅：歼15是一款重型舰载机，尺寸较大，为了减少上舰后的占地面积，机翼必须折叠。从照片看，该机的主翼和平尾均可上折。其机翼的转折点位于内侧襟翼与外侧襟翼的交接处，即主翼翼展的2/3以上都要向上折起，且翻转角达到135度左右。相比之下，米格-29K舰载机的机翼只上折大约1/2，折转角在120-130度之间；F-4和F/A-18C/D舰载机的机翼仅上折1/3左右，折角为90度。机翼的折转线越靠内，折起的翼面积就越多，折叠机构的受力就越大，相关位置的管线就越复杂。这样做，增加了歼-15设计上的难度，但却有利于将其占地面积减至最小。
若仔细观察，还可以发现，折叠机翼时，歼-15的外襟翼、襟副翼和前缘襟翼都是下偏到最大角度后才向上折起的。而F-4和F/A-18C/D舰载机的机翼在折叠时，其副翼或襟副翼不作任何偏转。
记：有外媒认为，歼-15是依据苏-33仿制的。其理由是，2005年中国曾购买了一架乌克兰的苏-33早期原型机T-10K-3。对此您怎么看？
傅：此事是否属实我不清楚。但即使引进了一架老款的苏33舰载机，其作用也只能是“仅供参考”，大量创造性的开发工作还得靠自己。否则的话，测仿和反向设计岂非成了一件很容易的事？
T-10K-3只是苏-33的原型机，技术上与后来的定型机有较大差异。就算是没差别，买一架样机，也得不到具体的软硬件设计参数，必须自己完成气动外形、机体结构、动力系统、起落装置、折叠机构、着舰尾钩以及各个子系统的设计、改进、试验、计算、分析和检测。
比如说，折叠了机翼后的舰载机，就如同一个变形金刚，总体形状全变了。此时，它们只能移动，不能飞行。佃停放在甲板上不飞，并不意味着它不会产生空气动力，海风吹在这样一个竖起双臂的古怪物体上，将形成什么样的流场7出现什么样的法向力、横向力、侧向力？需要在什么部位设置系留钢索？设置多少根系留索，才能保证它不会侧翻、倾覆？这些相关的问题和数据都是无法通过买
架样机就能获取的，需要科研人员通过各种角度、流速的风洞实验，才能摸清规律，并最终确定下来。
与苏-27相比，歼-15的机翼、襟翼、襟副翼和气动布局都变了，控制律也不样了，可以说是一架全新的飞机。与其相关的气动数据只有进行大量的吹风试验才能得到。上个世纪80年代设计的苏-33采用的是比较陈旧的模拟式电传操纵系统，而歼-15肯定会选择我国开发的更为先进可靠的数字式电传操纵系统。T-10K-3原型机的航空电子设备已经过时，歼-15必定会采用更高级的国产雷达、综合航电系统和机载设备。飞行控制系统、航空电子系统的软件与硬件要想优于苏-33，不是单靠模仿能就能实现的。
国内报道称，我国自行研制的首型舰载多用途战斗机具有完全的自主知识产权。这是有道理的。总体而言，歼-15在综合技术性能方面超过了已落伍的T-10K-3，达到了目前第三代喷气式舰载战斗机的先进水平。我国的新闻媒体已有报道该机“可遂行制空、制海等作战任务，飞行性能良好，能配挂多种精确制导武器，具备远程打击和昼夜间作战能力”。
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除舰载战斗机外，航母还需配备哪些机型？
现代航母往往需要配备多种不同的飞行器。从20世纪50年代起，航母舰栽机的面貌和种类都发生了很大变化：一是喷气式作战飞机逐步接替活塞式飞机；二是一些老的机种被淘汰，例如，鱼雷攻击机被反舰导弹载机所取代，俯冲轰炸机被多用途的战斗/轰炸机和攻击机所取代；海上目视侦察机被光学/电子侦察机和预警机所取代；三是出现了许多新的机种和机型，如直升机、喷气式垂直起降飞机、倾转旋翼飞机以及电子对抗飞机、空中加油机等等，甚至无人驾驶飞行器也成为了舰载机家族中的一员。
一艘现代大型航母搭载的舰载机大约在70-100架左右，舰载飞行器的种类已经非常全面，大凡空军所装备的机种，在航母上几乎都能找到其身影，而且有些机型还是空军所没有的。目前使用的舰载机主要有如下几类：战斗机、攻击机、反潜机、预警指挥机、运输机、空中加油机、电子侦察机、电子干扰机、直升机等。而舰载直升机又可分为反舰型、反潜型、预警型、对地攻击型、电子对抗型、救援型、运输型等等。
当然，上述舰载机并非每艘航母都必备，而是根据其排水量的大小、使命任务等具体情况选装。
除了歼-15外，“辽宁”舰还可能装备什么样的舰载机？
“辽宁”舰是一艘主要用于科研和训练的航母、为了保证舰载机飞行员的培训以及技术探索、战术研究等任务的完成，应尽量考虑多配置一些未来作战航母所需的机种和机型。
人民空军有一个光荣传统，那就是建军先建校，把人才的培养放在一个非常重要的位置、“辽宁”舰的作用和意义也在于此要想将该舰打造成我军第一个、第一流的“海上航校”，首先要为其配备一款先进的喷气式舰载教练机，作为舰载机飞行学员在航母上进行高级训练和改装过渡训练的飞行平台。其次，需装备一定数量的单座和双座舰载战斗机，作为战术技术训练和战法研究的机型。第三，要配备部分执行勤务保障和防卫作战任务的机种和机型（如救援型、运输型、预警型、反潜型直升机等）
搜救型舰载直升机是航母必备的机型，作用极为重要，甚至可将其称为飞行员的定心丸。一旦飞机在海面上空出现严重故障，将很难返回舰母，也不一定能找到合适的地方迫降，往往只能在茫茫的大海上跳伞逃生救援就成了一个大问题。在陆地上跳伞后，飞行员可以自救和等待，而落入水里则危险得多，不能待太长的时间，必须对其实施快速搜索和援救，
舰载机在返航降落方面有一条规定是与陆基飞机完全不同的：陆基飞机如果出了故障，在空中的其它飞机都会给它让路，以保证其以最快的速度，沿最短的路径返回机场降落。而如果舰载机发生了故障，那它就丧失了着舰的优先权。由于该机是带故障的，着舰时便有可能出现难以纠正的偏差，倘若在降落时损坏了航母上的助降系统等设备，那么，所有在天上的舰载机就都无法安全“回家”了。因此，只有等到其它的状态良好的舰载机全部返航后，才允许带故障的这架飞机降落在航母上。最终的结果往往是，驾驶故障机的飞行员被迫跳伞，在海里等待直升机的救援，从中不难看出，拥有专用设施、具备空中悬停能力的舰栽搜救直升机的重要性。
作者：傅前哨
来源：《兵器知识》2013年第03期
