俄罗斯雅克-152教练机
2020-08-12宋心荣
宋心荣
地面上的雅克-152
2020年,俄罗斯空天军的新一代初级教练机雅克-152通过了俄罗斯中央空气流体力学研究院的全面测试,这标志着该机离服役又近了一步。本文就将介绍雅克-152教练机的前世今生。
发展历程
雅克-152教练机的研制可以追溯到20世纪90年代。当时,雅克福列夫设计局(以下简称雅克设计局)开始了新一代初级教练机和高级教练机的研制,其初级教练机方案几经演变形成了今天的雅克-152,而高级教练机方案则形成了今天的雅克-130。
雅克设计局选择以雅克-54特技运动飞机为基础设计新一代初级教练机。雅克-54是一种出色的飞机。在苏联解体后资金困难的日子里,雅克设计局的首席设计师德米特里·达拉奇和首席工程师弗拉基米尔·波波夫瞄准特技运动飞机的国际先进标准设计了雅克-54。雅克-54采用中单翼布局,后三点式固定起落架。达拉奇通过更改驾驶舱布局、减轻机载设备重量等方法将全机空重大幅降低到仅有700千克。这使得雅克-54在使用360马力M-14P型星形活塞发动机作为动力的情况下,也能实现460千米/小时的最大平飞速度和15米/秒的爬升率。雅克-54外形小巧,全长仅6.91米,翼展8.16米,翼面积12.9平方米,采用了新型襟翼系统,因此具有极佳的机动性,最大机动过载达9g。雅克-54的驾驶十分简单,操纵性极佳,初学者十分容易上手。
雅克-54特技飞机
雅克-54的这些出色特点使其充分具备改造为初级教练机的潜力。1994~2002年,萨拉托夫飞机制造厂一共生产了14架雅克-54,因此以雅克-54为基础设计的新一代初级教练机在投产上也不会有太大障碍。最初,雅克设计局将新一代初级教练机命名为雅克-54M,2000年被更名为雅克-152。雅克-152这一型号名称中也隐含着雅克设计局对其的期望,希望该机能成为苏联时期大获成功的雅克-52初级教练机的继任者。雅克-52从1979年投产到1998年停产,生产了几千架之多,构成了苏俄航空训练体系的中坚环节。
2001年,雅克-152方案参与了俄罗斯国防部关于新一代初级教练机的竞标。在竞标中,雅克-152的主要竞争对手是苏霍伊设计局以苏-26特技运动飞机为基础研制的苏-49。
苏-49全长7.84米,翼展9.19米,机高2.89米,翼面积12.2平方米;空重1050千克,正常起飞重量1340千克,最大起飞重量1500千克;同样采用一台360马力的M-14P型活塞发动机作为动力;最大平飞速度350千米/小时,最大航程1500千米,爬升率13.3米/秒,最大机动过载9g。
总体来看,雅克-152比苏-49更轻巧,机动性也更强,而且单价远比苏-49便宜。但由于种种原因,2001年,俄罗斯国防部宣布苏-49赢得了竞标。不过,由于军费不足,俄国防部并未给新一代教练机项目拨付任何资金。因此,苏霍伊设计局也就没有将苏-49项目继续推进下去,这为雅克-152迎来了转机。
雅克设计局向国防部提出建议,由设计局自己出资继续雅克-152的研制。同时,将老旧的雅克-52升级为雅克-52M,提升俄空军教练机队的技术水平。雅克-52M将配备新的航电设备、视野更好的驾驶舱罩、M-14X活塞发动机和MTV-8螺旋桨。雅克-52M于2004年4月16日首飞,并于2005年春成功通过了国家测试。相比于雅克-52,雅克-52M的燃料箱更大,航程更远,并且安装了SKS-94弹射座椅。
与此同时,雅克-152引起了中国的兴趣。中国航空工业集团洪都飞机公司与俄罗斯雅克设计局开展合作,以雅克-152为基础联合研制初教-7初级教练机。2010年11月,初教-7首次在珠海航展亮相。这一合作使雅克设计局得以有资金和机会继续推动雅克-152的研制,从而为雅克-152重新赢得俄国防部的竞标奠定了基础。
雅克-52初级教练机,曾经代表雅克设计局的辉煌
2014年春天,俄国防部重启了新一代初级教练机的竞标。3月17日,俄政府招标采购网公开了新一代初级教练机的竞标信息。5月30日,俄国防部正式宣布雅克-152赢得了竞标,并与雅克设计局签署了新一代初级教练机的研制合同,合同价值3亿卢布。合同规定,原型机的设计必须于2014年9月30日之前完成。应于2015年10月30日之前完成4架原型机的生产(2架用于飞行测试、2架用于静力测试)。原型机首飞应于2016年9月30日之前进行。
2016年夏,雅克-152首架0001号原型机在伊尔库茨克飞机制造厂下线。8月27日,该架原型机被推出装配车间,两天后进行了首次滑跑试验。在经过紧锣密鼓地准备后,试飞员瓦西里·塞瓦斯捷亚诺夫驾驶着雅克-152原型机进行了首飞。首飞持续了10分钟左右,十分成功。
首飞成功之后0001号雅克-152原型机开始进行各类飞行测试。与此同时,伊尔库茨克飞机制造厂开始制造0002号原型机和用于静力测试的0003号原型机。
2010年珠海航展展出的初教-7教練机
技术特点
雅克-152采用下单翼布局,具有可收放的前三点式起落架。该机全长7.8米,翼展8.82米,机高3.11米。翼面积12.9平方米。空重948千克,最大起飞重量1490千克。该机采用1台RED-A03T柴油发动机作为动力,最大航程为1500千米,爬升率为10米/秒,实用升限4000米,最大机动过载为9g。
雅克-152机体全部由金属材料制成,只有尾舵和副翼采用碳纤维材料制成。全金属机身为半单壳体结构,用4个翼梁加固。雅克-152配备了副翼和可伸缩襟翼,因此获得了极佳的机动性,起降特性也大大改善。
该机的机载设备是根据训练的需求配置的,能使新飞行员通过实践掌握现代飞行仪表、导航和瞄准设备以及无线电通信等设备的操作。雅克-152采用了传统的串联双座布局,学员坐前座,教练坐后座。SKS-94M弹射座椅,可供驾驶员安全逃生。
雅克-152设计简单,为维修和保养提供了极大便利。同时,作为螺旋桨飞机,其飞行成本很低,适合用于初级训练。
雅克-152的主要用途是为飞行学员提供初级训练,包括:驾驶技术,特技飞行,导航基础,仪表飞行、盲降、在简单和复杂气象条件下的飞行。雅克-152的航电设备功能强大。驾驶舱的彩色多功能显示屏能显示关于飞行参数和飞机机载设备状态的多种参数,黑匣子能记录机组成员的对话。
该机起落架轮胎为低压轮胎,承受冲击的能力更强,加上起降滑跑距离较短,使得雅克-152能在跑道耐压大于5千克/平方厘米的小型未铺装机场上起降。该机的另一优点是可靠性高,能存放于机库之外。其预期寿命至少为1万飞行小时或3万飞行架次。如果按俄空军初级教练机的正常使用情况来推算,1架雅克-152可以足足用上30年。
雅克-152及其配备的RED-A03T型V形12缸柴油发动机
发动机之殇
长期以来,雅克设计局设计的雅克-18、雅克-52等特技运动飞机/教练机都采用AI-14/M-14星形活塞发动机。最初,雅克-152的总设计师达拉奇也根据这一传统,选用M-14P作为雅克-152的动力。这在某种程度上也是无奈之举,因为当时俄罗斯飞机设计师可以选用的小功率活塞发动机就只有M-14系列。
相比于西方国家,俄罗斯在该领域已经落后,西方国家的轻型飞机要么转而采用水冷直列发动机,要么更多地开始采用涡轮螺旋桨发动机。
不过,M-14系列发动机也有自身的优势。首先是可靠性高,采用M-14发动机的雅克-54参加国际航空体育比赛时,在两次飞行之间几乎不需要进行太多检查,而西方采用水冷直列发动机的飞机往往需要打开发动机舱盖进行深入检查。显然,可靠性方面老当益壮的M-14更胜一筹。其次,M-14的功率重量比较高。早期的AI-14功率为240马力,到M-14X功率已经增加到了360马力,而涡轮增压型的功率更是达到450马力,与此同时,发动机重量没有太大增加。因此,M-14虽然性能不算先进,但用来作为雅克-152的动力也还说得过去。
然而,到了21世纪初,就连M-14发动机也无法装备了。苏联解体后,俄罗斯经济经历了严重的危机,航空业订单急剧下降,轻型飞机及其发动机更是如此。1995年,沃罗涅日机械制造厂停产了M-14活塞发动机。虽然M-14仍有许多库存,但随着时间的推移,可用的发动机越来越少,已经无法再将其用作俄空军新一代教练机的发动机了。
为此,雅克设计局不得不为雅克-152寻找新的发动机,一款柴油发动机随即进入了其视野。飞机用柴油发动机作为动力并不是什么新鲜事,像DA-42教练机,“安卡”S无人机都采用柴油发动机作为动力。雅克设计局为雅克-152选择了德国RED公司研制的RED-A03T柴油发动机。
雅克-152原型机
RED公司是由德籍俄罗斯人弗拉基米尔·莱克林创建的。莱克林设计了一种高性能航空柴油发动机,通过使用特制的铝制零部件可以大大减轻重量,但其加工制造很复杂。为了便于制造,莱克林干脆将发动机公司设在了机械制造业发达的德国阿登瑙。RED公司研制了包括RED-A03和RED-A05在内的多种航空柴油发动机,是多型无人机和轻型飞机的动力供应商。
相比于M-14,采用RED-A03T型12缸V形柴油发动机后,雅克-152的性能有明显提升。根据雅克设计局工程师的计算,使用相同的雅克-152机体和相同的2.5米直径MTV-9型三叶可变螺距螺旋桨条件下,采用RED-A03T柴油发动机方案性能明显更优。由于RED-A03T功率比M-14X大一百多马力,因此飞机的最大平飞速度更高,可以达到380千米/小时,而采用M-14X时最大平飞速度仅有335千米/小时。RED-A03T作为动力时的最大起飞重量可达2125千克,而M-14X动力方案仅为1400千克。
此外,RED-A03T耗油率更低,在油箱容量同为200千克的情况下,如果保持最大航程为1500千米不变,RED-A03T动力方案可以额外携带多达550千克的有效载荷。这就使雅克-152具备改造成战斗教练机的潜力,可以在翼下增加4个挂点,用于吊挂炸弹和导弹。
鉴于柴油发动机的诸多优势,雅克设计局决定为雅克-152换装RED-A03T柴油发动机。2016年首飞的0001号原型机正是采用RED-A03T作为动力的。该机目前已經完成了200余架次的飞行,通过了工厂测试,期间发动机没有出现任何问题。这也证明了RED-A03T发动机的可靠性。
然而,RED-A03T发动机虽好,毕竟不是俄罗斯本国产品。在俄罗斯遭到欧盟制裁的情况下,俄罗斯空天军的雅克-152能否顺利获得足够多的REDA03T发动机仍是一个问题。这也为雅克-152的前景蒙上了一层阴影。
虽然从决定采用RED-A03T柴油发动机那时起,俄罗斯人就一直在探讨该发动机的国产化,然而并非易事。除了复杂的铝制零部件难以加工外,该发动机采用了大量先进的数字传感器、数据传输/交换系统,这些俄罗斯都无法完全生产。由于发动机无法国产化,而从德国进口又面临制裁,存在巨大不确定性,因此发动机之殇无疑对雅克-152的命运有重大影响。
此外,活塞动力的雅克-152也面临着涡轮螺旋桨动力飞机的竞争。巴西航空工业公司研制的EMB-312“巨嘴鸟”和瑞士皮拉图斯公司研制的PC-7/9/21涡桨教练机都取得了巨大的成功。虽然涡桨教练机的维护和飞行成本比活塞发动机昂贵得多,但其飞行速度更快,在油门响应、加速方面的特性更接近喷气机,更适合喷气机飞行员的初期训练。“巨嘴鸟”的每小时飞行成本约为1000美元,比活塞机贵,但比喷气教练机L-39便宜得多。虽然涡桨飞机有这样的优势,但它毕竟是通过螺旋桨产生推力,气动特性和喷气机有很大不同,飞行员掌握了涡桨飞机的操纵后直接上手喷气机仍有难度。因此,涡桨飞机的优势也是有限的。
雅克-152的座舱仪表板
考虑到俄罗斯拮据的军费,如果采用涡桨动力的初级教练机,飞行成本将大大提升,导致训练时长缩短,这对于飞行员的训练是十分不利的,足以抵消涡桨飞机的上述好处。当然,如果军费充足,采用涡桨教练机训练效果肯定要更好一些。
展望
苏联时期,曾经有完备的飞行员培训体系。然而,随着苏联解体,由于经费困难,俄罗斯的飞行员培训体系每况愈下。同时,生产于20世纪七八十年代的雅克-52、L-39等教练机也已老旧不堪。直到近年来,俄罗斯空天军才开始重新重视飞行员训练体系的建设,飞行员训练质量逐年提高。21世纪初,俄空军新飞行员的平均训练时间仅为30~50飞行小时。2007年,这一数字上升到了165飞行小时。如今,新飞行员需要在初级教练机上飞行60小时,在中级教练机上飞行80小时,在高级教练机上飞行70小时,总训练时长超过200飞行小时,这已接近苏联鼎盛时期的水平。与此同时,俄罗斯空天军也十分重视教练机的更新换代。2015年9月,俄国防部副部长尤里·鲍里索夫宣布,俄国防部计划购买150架雅克-152。
飞行中的雅克-152
雅克-152作为一款初级教练机,除了用于在航校训练飞行员外,其潜在用途还有很多。首先,它可以用作飞行员选拔考核初筛的飞机,以考察候选人的身体和心理素质,以及是否适合飞行。其次,该机可以用在各种飞行协会和准军事组织中培养飞行员,作为军事飞行员的后备力量。早在2015年6月,俄罗斯海陆空志愿者协会(DOSAAF)航空部副主任安德烈·列巴德耶夫在接受采訪时就表示,协会计划到2020年共采购105架雅克-152教练机。此外,雅克-152还可以用于军队飞行员的技能恢复。军队飞行员在因各种原因(休假、生病或其它原因)离开一线一两个月后,其飞行技能会有所下降,需要先驾驶雅克-152这样的初级教练机加以恢复。而且,由于雅克-152的飞行成本低廉,其完全可以用于增加前线航空兵、军事运输航空兵、轰炸航空兵及其他人员的飞行小时数,提升其驾驶技能。
伊尔库茨克飞机制造厂中正在制造的雅克-152机体
雅克-152驾驶舱内景,配备了弹射座椅
根据俄国防部的现行规定,俄军队飞行员年度飞行小时数不得低于40~80小时,具体时间取决于其驾驶飞机的类型。但由于喷气式飞机的飞行成本过高,很多飞行员可能难以满足最低飞行小时数要求。而飞行成本低廉的雅克-152就可以用于为这些飞行员增加飞行小时数。虽然雅克-152是活塞机,仍然可以让飞行员锻炼很多驾驶技术。此外,雅克-152的驾驶舱仪表盘和雅克-130高度相似,均采用了“玻璃座舱”概念,用液晶显示屏代替了各种传统仪表。因此,驾驶雅克-152还可以使飞行员熟悉各种航电设备。
此外,雅克-152还能在失速速度附近以极低的速度飞行,可以用于训练飞行员改出尾旋的能力。如果无法改出尾旋或遇到其它危险,雅克-152安装了弹射座椅,安全性很高。因此,不仅俄武装部队需要雅克-152,俄罗斯的各准军事组织、航校、飞行员再培训中心都对雅克-152有着巨大的需求。俄罗斯只要解决了发动机国产化的难题,雅克-152的前景将十分光明。