保形油箱

张亦驰

近日，有专家在接受媒体采访时指出，中国歼-10战斗机改进型将采用保形油箱。如今放眼世界，几乎西方的所有三代和三代半战机的改进型都已经采用或者考虑采用保形油箱了，就连中国台湾的IDF升级版也使用了保形油箱。显然，安装保形油箱已经成为第三代战机改进的潮流。那么，保形油箱究竟有多大魅力，让世界各国战机设计师趋之若鹜？安装保形油箱又为何集中出现在第三代战斗机的改装领域？四代机会不会安装保形油箱呢？

历史不算短

保形油箱是作战飞机外挂油箱的一种，在不对飞机整体气动外形进行较大改变的前提下，通过紧贴机体表面设置外部油箱，提高载油量和飞机航程。

实际上，保形油箱的出现也并非近几年的事，早在第二次世界大战期间就有多种型号的战机使用了保形油箱。美国贝尔公司的P-63A“眼镜王蛇”就是较早使用保形油箱的飞机。该机系在P-39“飞蛇”战斗机的基础上改进而来，1943年10月开始交付。该机内部燃油量为379升，为了进一步提高航程，该机可在机腹下携带容量为663升的保形油箱。和传统的副油箱相比，这个保形油箱除了阻力小以外，另一个特点就是容量大。相同部位挂载的副油箱，容量只有284升。该机使用机内燃油的航程为628千米，如果在机翼下挂载副油箱，加上使用保形油箱，其转场航程可达4140千米。这种腹部的保形油箱，是最早的保形油箱形式。

而保形油箱在喷气式战机开始大行其道，还是始于美国的F-15C/D型战斗机。当然，在此之前，美国的F-4、F-14都有采用保形油箱的方案，但并未真正投入使用。

上世纪70年代，麦道公司开始对基本型F-15A/B进行改进。为提高航程，F-15C的机翼根部被整个扩大为整体油箱，这一扩充增加了907千克的内部燃油。为了进一步提高燃油携带量，在机翼整流罩下方进气道两侧分别增加了一具保形油箱（学名叫“燃油和传感器战术舱”，简称FAST舱）。单个保形油箱可容纳2904升燃油。根据其最初设想，其内部采用隔舱化设计，还可以在舱内安装传感器、雷达探测和干扰设备等。另外，为了不影响武器挂载，F-15C的保形油箱下方安装了串列挂架，可挂载“麻雀”中程空空导弹。该保形油箱设计合理，而且改善了飞机的气动外形，基本不影响飞机的载荷系数和飞行速度，飞机的亚音速阻力甚至比干净构型还小。与机身内侧两具2270升副油箱相比，采用保形油箱不仅大大减小了阻力，而且增加了1268升燃油。采用保形油箱后，F-15C的机内燃油超过10吨，转场航程高达5745千米，不仅超过了使用9.4吨机内燃油的苏-27，也超过苏-30进行一次空中加油的转场航程。而F-15E的保形油箱进一步得到改进。由于设备增加导致机内燃油量进一步减小，F-15E“攻击鹰”配备了2737升的保形油箱。1980年，一架使用保形油箱的F-15从美国直飞英国参加范堡罗航展，成为世界上第一架无需空中加油就飞跃大西洋的战斗机。此后的F-15I、F-15K和F-15S也都使用了保形油箱。

继F-15之后，F-16改进型也使用了保形油箱。洛克希德-马丁公司先后为F-16研制了两种保形油箱，一种应用在F-16ES验证机上（另有资料显示运用于该验证机上的保形油箱很可能是为了研究气动外形的模型），另一种应用于为以色列研制的F-16I（Block5（/和Block52）和为阿联酋研制的F-16Block60上。F-16ES上的保形油箱带有试验性质，从整体上看，其外形短而钝，前起于座舱盖后框架下缘附近并向下弯曲，后止于主翼与平尾之间。后来出现在F-16I上的更为细长，总共容纳1360千克燃油，而且对保持全机的面积分布更为有利，并能更好的保持机翼边条的作用。

2013年首飞的F/A-18E/F“先进超级大黄蜂”也在机身与机翼结合部上表面采用了两个低阻保形油箱。这种设计可以将机身腹部外挂点用于携带全新设计的封闭式武器舱，从而可以将导弹和炸弹全部安装在武器舱内，显著减少了前向雷达反射截面积和气动阻力。据波音公司介绍，两个保形油箱在巡航速度下并未产生净阻力。首席试飞员里卡多，特拉文也表示，驾驶该机与驾驶“超级大黄蜂”的感觉没有明显差别。这两个保形油箱可以携带1360千克燃油，与目前在机身下副油箱的容量基本相当，可以增加航程481千米，作战半径增加240千米。波音公司目前已经制造了两个更大的保形油箱，总燃油携带量增加到1590千克。

除了美国作战飞机，欧洲的“三代半战机”也提出了增挂保形油箱的方案。欧洲战斗机公司为新一批次的“台风”战斗机开发了保形油箱。不过由于该型战机非常重视超音速拦截能力，而保形油箱对超音速冲刺能力带来较大的不利影响，因此该油箱用于以对地攻击任务为主的构型的趋势更为明显。法国达索公司展示的“阵风”战斗机保形油箱安装位置与F-16类似，长度略短，单个保形油箱可装燃油1150升。此前，达索公司曾展示过携带保形油箱的“阵风”B双座战斗机。萨博公司也为JAS-39“鹰狮”进行过加装保形油箱的研究。其安装位置与“阵风”相似，但长度更短。此前公布的想象图显示，保形油箱前起于座舱盖后的排气口，后止于垂尾根部前缘。此外，台湾的IDF战斗机在其“翔升”计划中，也增设了两部保形油箱，以改善“腿短”的毛病。

保形油箱除了广泛应用于三代机的改进方面以外，也曾被用来提高早期喷气式战斗机性能。1979年，中国科研人员为歼-6战斗机设计了一款位于机身正下方的保形油箱，容量为700升。由于相比翼下副油箱阻力大大降低，保形油箱700升的燃油达到的航程相当于翼下两个760升副油箱达到的航程。该成果后来转让给巴基斯坦空军使用，有资料称巴基斯坦空军使用的保形油箱容量进一步扩大，超过了1000升，在很大程度上解决了歼-6腿短的毛病。当然，由于该机的空战推重比超过0.85，在同代战斗机中出类拔萃，加之该机的最大迎角本身就较小，保形油箱对飞行速度和空战机动性影响不大。另外，从空气动力学角度来看，该机本身实际上只是一架跨音速飞机。endprint

优点缺点都不少

从上面的介绍可看出，使用保形油箱后，其空气阻力远低于传统的副油箱，而且与使用副油箱并不冲突，战机的作战半径由此大增。当然其优点并非仅限于此，如果归纳总结一下，那么它的优点大致有以下几个方面。

扩大燃油携带量，增加飞机航程 与外挂副油箱相比，保形油箱在不恶化巡航性能的基础上大幅度提高了飞机的燃油携带量，而且不妨碍副油箱的使用。通常而言，加装保形油箱后，燃油携带量可在原机内燃油的基础上提高40%-60%，作战半径最大可提高40%到一倍。例如，应用于F-16I以及F-16E/F上的保形油箱空重为408千克，共容纳1360千克燃油。相比之下，F-16 Block50双座型内部燃油只有2687千克。携带保形油箱后，F-16双座型的燃油携带量增加了一半左右，根据不同的任务剖面，其作战半径可增加20%-40%。而F-15A采用保形油箱后，空中优势作战半径提高一倍，对930千米外目标截击巡逻时间提高1.9倍，对510千米目标的对地攻击载荷提高了两倍。

减少跨音速飞行阻力由于保形油箱是在飞机定型后改进设计的，能够弥补部分飞机原始设计的一些不足，尤其是改善跨音速面积分布，从而减小飞机的跨音速阻力。由于广泛采用面积律设计，保形油箱在亚音速和跨音速范围内，巡航阻力即便是相对原始构型也不会有太大增加，如果设计得当甚至会有所降低，更不用说和副油箱相比。因此与常规的挂架安装式副油箱相比，在增加飞机燃油携带量的同时大幅度减少了巡航阻力。

促进装载平衡，改善操纵特性保形油箱内的燃油重心与飞机重心之间距离较近，增大了油箱油量变化的允许范围，对传统燃油系统而言可改善燃油消耗前后的飞机操纵特性。相对于副油箱，保形油箱有效缩短了油箱到飞机重心的距离，增强了飞机的稳定性。机翼下的副油箱因为远离飞机的重心轴线，飞机平衡难度较大，而紧贴机身的保形油箱与飞机重心距离较近，对飞机操纵影响也小。贴近机身的保形油箱对飞机纵轴转动惯量的影响也比普通副油箱小，因此对飞机滚转操纵性的不利影响也小。

提高隐身能力对于保形油箱安装在机身或进气道侧面的飞机，适当的保形油箱外形设计可以减小机翼与机身，进气道之间的角反射效应，减少飞机的侧向雷达散射面积。当然，是否减小RCS还和设计和安装位置有关。有些保形油箱增加了飞机的截面积，对飞机的前向雷达散射截面积有不利影响。总之，如果设计得当，三代机的保形油箱可减小雷达反射截面积，但是其减小幅度有限，尚不足以导致敌方雷达探测距离的明显降低。而对于四代机来说，保形油箱在多数情况下都将增加雷达散射截面积。

提高载弹能力一些战斗机通过保形油箱设计可以让出副油箱所占用的武器装载空间或挂载位置，甚至可以在原有挂架以外增加更多挂架，从而提高飞机的载弹能力。部分飞机的保形油箱虽然可能遮蔽挂架，但是保形油箱上同样可以增设挂架。这一点F-15E的保形油箱最为明显，为了增加对地攻击武器携带量，它使用的保形油箱下的挂点就增加到12个：每侧保形油箱正下方有1个安装3个挂点的整体式串联挂架，侧下方则分别安装了3个小挂架。

当然，事物总有两面性，保形油箱再好，也有先天的不足，这也从某种程度上影响其进一步推广使用。

首先，保形油箱会降低飞机的超音速性能。尽管保形油箱可以改善飞机的跨音速性能，但增加了飞机总重、飞机截面和浸润面积，对飞机的超音速阻力特性仍有不利影响。F-15安装保形油箱前，最大飞行速度可达马赫数2.5，而安装保形油箱后，最大速度一般限制在马赫数2.0以内。

其次，降低飞机的机动性。保形油箱对飞机巡航性能影响不大，但由于保形油箱通常使用橡胶条进行密封，属于半永久性安装，不能在飞行中投放，这就破坏了飞机空战状态的气动外形，尤其对大迎角气动特性有很大的不利影响。F-15安装保形油箱前，最大空战迎角可达28度，但携带保形油箱后，飞行迎角超过20度便容易失速进入尾旋，并很难改出，曾因此造成了多起坠机事故。另外，安装保形油箱的F-15限制过载为5.5g，格斗性能降低较多。因而，携带保形油箱的F-15仅能满足自卫需要，在拆除保形油箱后，才可具备F-15C的空战能力。所以，F-15C较少在空战配备中使用保形油箱。美国号称F-16I没有因为增加保形油箱而影响到敏捷性、操纵性、飞行包线和雷达信号特征，恐有吹嘘的成分。当然，也不排除通过使用复合材料降低结构重量，增大发动机推力，改善气动外形等方式，此消彼长，达到飞行性能基本保持不变的可能。

第三是不利于后勤维护。保形油箱遮蔽了飞机原有的维护口盖，对飞机的后勤维护可达性、快速性造成不利影响。当然，各种飞机保形油箱设计应该尽量避开口盖集中的区域。如果为了迁就保形油箱，可将原来的维护口盖移位，但这同样会影响维修的可达性、快速性。

最后一点就是设计安装复杂。

设计安装有讲究

保形油箱的安装通常是半永久式的，安装少则几十分钟，多则一两个小时。对于保形油箱到底设计安装在哪个位置更好尚无定论，其形状与安装位置必须“因地制宜”，尽量避开重要的口盖，不能妨碍起落架、各种舱门的开关。从目前已经装机的保形油箱和一些设计概念来看，大致分为以下几种安装方式。

挂于肚下机身腹部安装保形油箱是最早的形式，巴基斯坦空军的歼一6就采用这种形式。美军曾在F-4上进行过腹部保形外挂航空炸弹的试验，并取得了良好效果。F-14A曾有一个增加机腹保形油箱的改进方案。1971年，格鲁门公司的改进型F-14A就在机腹增加了一个巨大的保形油箱以增大航程，拟参加空军新一代战机的竞争，但是最终被F-15击败。不过腹部安装保形油箱受到一些因素限制。首先飞机腹部应有较大空间，起落架及其舱门的收放不影响机身腹部空间开放性，机身起落架或机轮收入机身的飞机会受到一些限制。此外，机身腹部与地面之间要有足够距离，腹部进气的飞机满足这一点要求较难。最后，机身腹部空间不受航炮、重要口盖的限制。正是因为这些原因，现役的三代和三代半战机没有采用这种保形油箱的。endprint

挑在肩上 也就是将两个保形油箱安装在机身上表面翼身融合处附近，这是目前最常见的保形油箱安装形式，又被称为机身背负式安装。F-16I、“先进超级大黄蜂”、“阵风”、“台风”等战斗机都采用这种方式。这些飞机中，F-16I和“台风”采用腹部进气，起落架收放占用了腹部和进气道侧壁部分空间，腹部和侧部难以找到布置保形油箱的足够空间。“鹰狮”采用中单翼设计，占用了进气道侧壁的空间，而且采用机身起落架，导致腹部和进气道侧壁不便安装大型保形油箱。我国台湾的IDF战斗机、“阵风”、“先进超级大黄蜂”采用肋部进气和机身起落架，难以在机身侧面和腹部设计保形油箱。上述几种飞机都没有采用上单翼布局，为翼身融合部上表面留下了较为充足的空间，使得挑在肩上的保形油箱安装形式成为较好的选择。

背在背上 尽管目前尚没有一款战机的保形油箱安装在机背中心线处，但这并不意味着这里就不能安装保形油箱。米格-21MF、A-4M、米格-29SMT的隆起驼背内实际上大部分空间被增设的油箱占据，从某种意义上讲，这些机背油箱就非常类似保形油箱，只不过是永久安装的。实际上，在这个位置同样可以设置保形油箱，成为名符其实的机身背负式保形油箱。不过，这种背部隆起的设计可能影响飞机的横向安定性和飞行员后向视野，油箱的大小也受到一定影响。

夹于两肋，即在进气道侧壁安装 F-15这种战机采用上单翼、两侧进气气动布局、机身起落架及舱门收放与进气道侧壁不干涉，机身与进气道两侧空间十分开阔，成为安装保形油箱的理想位置，。

除了安装位置以外，保形油箱外形设计的门道也很多。保形油箱的设计实际上就是在尽可能获得大的载油量和尽可能减小阻力增量之间获取折中。通常而言，设计保形油箱，必须对飞机的面积率分布进行分析，油箱的最大截面应该避开飞机的最大截面处，油箱截面积分布应该填补飞机面积分布中的凹形区域，使得飞机的面积律分布更加平滑。所以，大多数保形油箱，其形状都是不规则的。如果设计得当，增加保形油箱后，飞机的跨音速阻力几乎没有增量。甚至还有所降低。而通常情况下，加挂同样容积副油箱的跨音速阻力会增加10%。

通常而言，保形油箱外形为三大类。第一类截面为简单的圆弧形，从前到后类似纺锤，形状单一，看上去像一个大鼓包，但是由于机身表面的变化，这种保形油箱很难做到完全的顺滑。歼-6的腹部保形油箱就属于这类。第二类的保形油箱尽量和机身外形相切合，外形和翼身融合外形保持一致，相当于加大了融合区域。这种保形油箱气动阻力较小，外形和机身表面变化一致，是使用较多的外形，例如“台风”、“阵风”。另外一种可供选择的外形主要是从隐身角度考虑，油箱外形为倾斜直面，气动阻力较大，但是可有效降低机身侧面RCS，隐身性较强。

会昙花一现吗？

尽管近几年保形油箱成为战机改装的潮流，但是并非所有飞机都适合装保形油箱。保形油箱难以用于早期推重比较低的飞机，也不一定适应高隐身性能飞机。俄罗斯人就对保形油箱不太感冒。人们不禁会问：保形油箱会不会是昙花一现？

因为保形油箱无法在飞行状态下投放，如果发动机推力较小，将对飞机的空战机动性产生极大影响。歼-6能够安装保形油箱，相当一部分原因是歼-6推重比较大。苏联之所以未给米格-19加保形油箱，是因为苏联人可选择的机型很多，米格-19只是一个过渡机型。因此，在三代机之前的战斗机上，很少装备保形油箱。

虽然西方现在大力发展保形油箱，但战机设计的另外一支——俄罗斯，对保形油箱却持保留态度。迄今为止，其两大系列的三代机——苏-27系列和米格-29的各种已知改进型都未装备保形油箱。苏-27系列还有情可原，毕竟其内部载油系数相当大，9.4吨的内部燃油，只比F-15C内部燃油加保形油箱燃油总和小不到一吨，甚至连副油箱都不屑于安装。其深度改进型苏35也未使用保形油箱，而是通过增加内部燃油，外带挂-装两个副油箱的方式，俄国人大概认为这就够了。再不济还可以空中加油。不过对于以“保护机场围墙”著称的米格-29而言，不安装保形油箱似乎令人费解。其改进型米格-29SMT在隆起的机背增加了内部油箱。实际上，无论是米格-29还是苏-27，都拥有安装保形油箱的潜质。两种机型理论上可以像F-16那样增设两个背部保形油箱，或者在机腹两个进气道之间加装机腹保形油箱，加装机腹保形油箱甚至还可以减小飞机的浸润面积。由此来看，保形油箱并非通吃。或许在俄罗斯人眼中，保形油箱大概就是介于机内油箱和副油箱以及空中加油之间的鸡肋吧。

另外，在四代机上安装保形油箱，其前景也并不明朗。至少类似F-22这样追求4S性能的四代机如果安装保形油箱恐怕是弊大于利。F-22的气动外形是权衡了隐身、超音速巡航和超机动性的结果，在现有技术条件下增设保形油箱无疑会大幅度破坏四代机的隐身、超音速巡航和机动性，4s指标至少要损失两个半。而且即便不考虑上述性能降低，目前的F-22大概也很难增设保形油箱。其进气道两侧、机腹有弹仓门，机背也设有辅助动力装置排气口，几乎很难找到安装保形油箱的位置了。而从俄罗斯对三代机安装保形油箱的态度来看，T-50大概也不会安装保形油箱。

不过，对于F-35这类强调对地攻击，没有超音速巡航要求，而有外挂武器需求的四代机而言，加装保形油箱或许是一个可能的选择。实际上，当年洛克希德·马丁公司提出F/B-22隐身战斗轰炸机的概念时，就提出为该机装备保形油箱，这种保形油箱采用了柔性技术，对战机隐身性能影响较小。由此来看，F-35这类战机装备保形油箱并非不可能，但是需要保形油箱设计技术的巨大跨越。endprint