为什么中国还在使用歼7训练?——中国高教机遭遇到的瓶颈问题

最新一期的军武零距离发布了。央视记者吴杰探访了我国中部战区某旅的歼7和歼教7部队,并试用了模拟器。从视频能够看到,歼7作为训练机并不甚理想,由于缺乏可用的雷达和精确制导炸弹发射能力,飞行员只能在该部队锻炼机炮、火箭弹和格斗导弹操作的基本要领,发动机寿命也不够(1990年以前仅有200小时大修寿命,现在提升到300小时,但远低于涡扇10的1500小时,更远低于美国F110系列的3000小时),而且歼7固有的一些不友好操作特性——如降落进场速度快,起飞稳定性差,缺乏电传导致飞机发射导弹时容易瞬间失控(发射挂点所处的机翼突然遭到强烈气流冲击产生向上升力,同时对侧因为平衡丧失迅速下降,使得飞机发射导弹会出现翻滚动作,杰哥就体验到这一点)等等,都极大加高了训练风险。印度持有的MIG21发生大量事故的原因除了保养不当外,七成以上都是和MIG21自有缺陷有关。这问题在歼教7上更为严重,巴基斯坦空军在2018年,2020年都发生了歼教7坠毁,机毁人亡的悲剧。所以,除了“旧物妥善利用以外”,歼7继续作为教练机实在是一种高教机不足的权宜之计。
那么,为什么中国能生产出歼16,歼20这样全球领先的战斗机,却难以为基层训练补充足够的教练机呢?今天,就让我们看看小小的教练机后面的故事。

教练机:低成本,高寿命,强机动的小型飞机
飞行员是一个非常严谨的职业,必须要有非常精确的操作手法和敏锐的态势感知,因此飞行员在工作年限内都要不间断保持飞行训练,有的飞行员(尤其是民航)还在家中购置手柄和模拟飞行类软件,在家休假时都不忘飞一两个小时保持手感。而飞行员手感下滑的影响是非常大的,据《中途岛奇迹》采访的日本军人回忆,由于珍珠港后日本人狂妄自大,加上航母缺乏轮换,很多飞行员在疲劳的作战后训练量下降。到了锡兰海战结束后,日本舰队回国休整预备中途岛战役时,留给南云训练飞行员仅有1个月时间,除了加贺号还处于妥善状态外,第一航空舰队其他3艘航母受到减员、新兵训练不足带来的各种问题,这也导致中途岛第一次轰炸非常不理想,才会出现著名的“需要二次攻击”,打乱了日本人的飞机计划。所以,飞行员必须要在任何时段内维持飞行训练。
虽然当代飞行员有着模拟器训练——但是对于需要战斗的战斗机飞行员来说,地面模拟器无法为他们模拟现实中需要承受的高G力和实际的各种复杂环境(如无线电静默下复杂气候环境贴在山谷进行突袭),还是需要使用真机训练。但对于现代的战斗机来说,由于飞机成本较高,且维护难度比二战飞机大很多,宝贵的战斗机必须要随时备妥以用于各种突发环境,对于作战飞机较少的国家更为关键。为了节约昂贵的战斗机的寿命和使用成本,同时尽可能模拟战斗机的作战性能,这就促成了一种特殊的教练机——高级教练机的产生。

以世界最负盛名的T-38教练机为例,该飞机1959年由诺斯罗普开发,1973年结束生产,美军一共配备了1187架。一直到2017年,也就是停产后的44年,T-38教练机还有503架在美国空军服役。该飞机用于美国所有的飞机飞行员培养,上到B-52,B-2,SR-71,U-2,下到F-15,F-16,F-35的飞行员,都无一例外使用T-38作为教练机型。在服役的60年里,T-38为美国空军输送了50000名以上的合格飞行员,并且成为飞行员保持训练的最重要的装备。T-38的事故率很低,平均每10万小时才有一次一级事故(坠机),尽管如此在漫长的60年里也有200多次坠毁记录(包括著名的雷鸟飞行队钻石编队事故,此后该飞行队改装F16),可见该型号1187架飞机执行了起码2000万飞行小时的飞行训练,平均每一架飞机都飞过了20000小时,大幅超过原定7500小时设计寿命。而对于绝大部分三代机而言,机体寿命不过4000小时(早期的苏27和米格29仅3000小时,而F-16有一架飞机突破了10000小时,是世界战斗机迄今为止最高纪录),所以寿命较长的教练机对于降低三代机使用频率,维持飞行员手感至关重要。
T-38的发动机通用电气J85-5A发动机是该飞机如此长寿的原因之一。

GE J85-5型发动机是世界上最负盛名的长寿命小推力涡喷发动机。它空重只有180千克(无后燃器版本)/230千克(有后燃器版本),主机工作温度只有800摄氏度(1073K,而战斗机平均都在1600以上),最大军用推力(不开后燃器)只有13.8Kn,油耗27克(kn·s)(即如果推力在10KN的话,每秒消耗270克航空燃料),加力版本最大推力22KN。该引擎用于T-38,F-5,A-37攻击机,甚至还有修复的ME262战斗机。由于该引擎非常实用,在1988年就已经生产到了12000台,美军计划一直用到2040年。该引擎除了油耗极低外,由于涡轮温度很低,足以让它安全运行10000小时以上,是目前绝大部分三代机引擎的3-5倍时间。
所以,一款好的教练机,看中的不是它的载弹量、机动性,而是对于训练最关键的——寿命和成本。

随着时间的推移,飞机复杂程度也越来越高,T-38,L-39,K-8这种缺乏雷达,只能打火箭弹和格斗导弹的教练机也越发不能模拟高度复杂的三代机、四代机的效能。同时,由于教练机使用成本很低,而且操纵性非常良好,适合于某些贫困国家用于替代战斗机对付国内非法武装,因而考虑到“训战结合”的需求,高级教练机这一机种应运而生。如今市场上热销的YAK-130等飞机就是高级教练机的典型。

面对着时代的潮流,我国两大教练机生产商——南昌洪都和贵阳贵飞自然也跟上了时代的脚步。前者通过合作和吸收,将部分雅克130技术移植到国内平台,制造了L-15猎鹰(后来得到正式列装代号教练10);后者则将枭龙部分技术移植到歼教7上,制造了教练9山鹰。


虽然国产高级教练机设计不错,航电标准也高于俄罗斯YAK-130等竞争型号,但却一直未能像美俄欧同类机型一样全球畅销,甚至韩国T-50教练机在海外市场的表现(泰国、菲律宾、印度尼西亚和伊拉克)也比教练9/10要好不少。就算刨除政治因素,这两款飞机国内使用量也并不出众,甚至贵飞在2017年又交付了几架更为原始的歼教7(该机生产线原本2010年就报道关闭,但最终运转到了2017年)。这说明国内无论是使用歼7动力总成的教练9,还是用乌克兰AI-222-25的教练10,都有一些问题尚待解决。其中最主要的问题,还是得归咎于发动机的性能。

由于教练9继承了歼教7的后机身,因此它也继续使用WP-13引擎。国内原本歼7用的是涡喷7发动机,因为寿命过低和不可靠而改为涡喷13发动机。该引擎重量1.3吨,整体设计为图曼斯基R-13发动机,大修寿命增加到300小时,推力43.1 千牛,加力推力则达到了 64.7 千牛,分别比涡喷7提高了50%和15%。加力l状态耗油率与原型发动机相比降低4.5%。R-13发动机的油耗为95千克(KN·h),折算为26.38克(Kn·s),油耗和J85相当。但是,由于WP13原本为军用引擎,最大军用推力是J85的4倍,加力推力接近3倍,对于教练机而言未免太大,而且300小时的大修寿命也难以维持高强度的日常训练,这就导致现实中,空军锻炼飞行员更愿意使用性能已经不敷一线使用的歼7和歼教7培养飞行员,就出现了视频中的一幕。
教练10比起教练9的问题要更加严重一些。虽然教练10整体性能不亚于雅克130,但教练10用的AI-222-25加力发动机却是一个著名的心脏病。

AI-222-25是伊芙琴科·进步设计局在AI-22发动机上改进而来,乌克兰马达西奇发动机厂生产。该发动机仅有440千克(无后燃器版本)/560千克(后燃器版本),最大军推24.7kn,最大加力推力41.2kn,由于是涡扇发动机,其油耗比起涡喷低很多,在非加力工况只有66千克(KN·h),折算为18.3克(Kn·s),仅有WP-13、J-85的三分之二。而且该引擎也对教练机进行了特别优化,冷端(进气口)寿命可达6000小时,热端(燃烧室和加力推进室、喷口)可达4000小时,翻修寿命2000小时,可以多次翻修(而战斗机发动机仅能翻修一次)。因此只有使用这种高度经济的发动机,教练机才能够以较低的日用成本满足日常飞行训练。不巧的是,由于乌克兰和俄罗斯的知识产权纠纷,以及乌克兰内战后工业基础严重被破坏,马达西奇工厂收购计划也遭受美国阻力,AI-222-25发动机引进和国产化的阻力都非常大,这也导致了教练10无论是国内大批量换装和国外出口都受到了很大阻力。

事实证明,不仅只有“大推力发动机”难以制造
受到歼10,歼20等明星机型的影响,国内军迷往往把注意力放在国产大推力战斗机发动机上,对于教练机使用的小推力,高寿命,低油耗发动机注意程度不足。当然,整个国家的技术也是向着大推力发动机倾斜较多,历史上中国除了引进过教练8(K-8转内销)教练机的AI-25(也是L-39等著名教练机的发动机,AI-222-25前代机型,但推力仅有AI-222-25的三分之二并且无加力,只能用于教练-8这样的轻型喷气教练机)作为涡扇11(2002年开始量产,是中国最早进入批量生产的涡扇发动机)外,中国并无独立开展过小型发动机的独立研发和设计工作,当然这问题主要还是中国“飞机型号牵头”的导致的,如果没有对应的飞机项目立项,那么也不会开发发动机,因此中国一直到教练8国内列装时才开始引进小推力发动机技术。但由于AI-25本身就是1960年代的老式发动机,和1990年代开发AI-222-25有着本质上的性能差距,所以中国国产化AI-222-25非常不顺利,甚至有一度传闻要下马,转为整体购买马达西奇的技术和知识产权。
国内发动机产业的滞后,和国内以往的整体型号牵头的研发体制有重大的原因,发动机厂只为了本公司特定型号飞机研发引擎,而不管自己的技术迭代和传承,甚至彼此之间还封锁技术,不像欧美飞机发动机厂如同汽车发动机厂一样连续迭代研发生产,飞机服役时很多可以直接采用货架产品。所以国内成立航空发动机集团,整合原本各个飞机厂的发动机资源,也是为了打破旧的体制束缚。

教练机是维持飞行员战斗力的重要平台。希望未来发动机心脏病根治之后,我国飞行员能够更加善用高级教练机的平台,更有效开展飞机改装、技术保持的训练。