|
共青城廠1999年新產品 SU-33UB艦載戰鬥教練機 SU-33UB ship based two-seats fighter
By 竹中軍研社校友/成大軍研社LUZE
發展背景與發展史 1999年莫斯科航空展期間某日，一架造型怪異的蘇愷二十七以未塗裝姿態來到會場，落地後不久隨即離去，這是蘇霍伊設計局又一力作--SU-33UB--這架飛機一方面作為艦載戰鬥教練機，一方面也是一架具有第五代戰機特性的SU式飛機。設計局再這架飛機上實驗了多項新技術，例如材料、航電等，作為下一代飛機的技術儲備及試驗。 SU-33UB主要需求就是用作俄國海軍航艦教練機，此外，必須有長程攔截、長程攻擊、長時間滯空、對付高難度空/面目標之能力。 俄羅斯的主力艦載機是SU-33單座型戰機，由於蘇聯解體時，相對應的教練機SU-27IB未研發完成，且俄國軍方當時連採購、維護現有裝備都有困難，因此取消艦載教練機計畫。艦上起降訓練因而都是靠SU-25UBT或是模擬器來完成，缺乏性能接近SU-33的實機來演練，使得訓練上有不小的困難。另一方面，俄軍發現單座型的SU-33在執行任務時飛行員負擔太大，再加上一些對未來空戰的考量，他們需要一種雙座艦載機，做為訓練之用，並且還要有很好的作戰能力，能長時間滯空並攻擊高難度空中目標。SU-33UB在這樣的背景下發展起來。 其實早在SU-27剛問世且還沒有量產時，蘇聯的艦載機計畫就開始了，艦載戰機就是今天的SU-33，而訓練SU-33飛行員的教練機與SU-33同步展開，經過測試，認為採用並列雙座較好，因此當時選定的教練機構型就是今日SU-34的前身SU-27IB。既然如此，為何SU-33UB不是SU-27IB的改型呢？一方面，SU-27IB約在1990年首飛，約兩年後蘇聯便解體，蘇聯解體衝擊到艦載機計畫，例如SU-33也只有約30架服役，而訓練任務則交由SU-25雙座型。SU-27IB之後的發展與艦載教練機完全是兩回事了，他發展成為長程戰鬥轟炸機SU-34/32FN。1990年代初就取消的計畫，加上構型看似不適合空戰，應該是不已SU-27IB修改城SU-33UB的原因。 首架飛機以第二架SU-33(T-10K-4)為基礎進行修改，在共青城製造組件並在位於莫斯科的蘇霍伊實驗工廠裝配完成，1999年春進行第一次高速滑跑。1999年4月29日原型機由蘇聯國家英雄包加契夫及俄羅斯聯邦英雄Melnikov駕駛完成處女航，展示予俄羅斯海軍司令等對軍工發展有重要影響力的高級官員。年底莫斯科航展以未塗裝姿態首次對外公開。二號機在初號機首飛不久的推出，是新造的，編號717，擔任後續的試飛任務，原型機不再進行試飛。
1999年8月底，SU-33UB開始在〝銀針〞系統試驗(銀針系統：蘇聯用來訓練航艦起降的系統，用來模擬滑跳甲板)。9月3日，包加契夫及羅曼•康卓切夫(Roman Kondratyev)再銀針系統上完成捕捉勾著陸試驗。包加契夫對這架飛機非常滿意，他說SU-33UB具有較SU-33更低的著陸速度，使得降落更安全，也降低使用捕捉勾產生的衝力。9月6日，完成滑跳起飛試驗。 銀針系統試驗完後，就是艦上試驗，1999年10月初，SU-33UB轉往庫茲涅佐夫號航母進行艦上操作試驗。10月6日，包加契夫與康卓切夫完成艦上滑跳起飛及著艦，按照俄國海軍的傳統，這天被定為SU-33UB的第二個生日。 2000年12月，俄羅斯空軍試飛員Aleksander Rayyevsky、Nikolai Dioditsa以及Vladimir Petrusha加入試飛行列，與蘇霍伊試飛員包加契夫、康卓切夫、波戈丹(Sergei Bogdan)共同進行新階段的試驗。第一階段從2000年12月到2001年1月，在銀針系統進行共27次試驗，包括捕捉著陸、滑跳起飛、最大重量起降、夜間起降等。第二階段開始加入雷達系統測試，如地形測繪等，也是在銀針系統試驗。 2002年春，試驗告一度落，SU-33UB送回莫蘇霍伊實驗工廠修改，預計會換裝推力更大的發動機，甚至將擁有向量推力系統。
技術特徵
機體部分的修改：外型、材料、氣動力佈局等 SU-33UB採用並列雙座設計，是SU-27IB之後又一種使用並列雙座佈局的SU-27改型飛機，這使得在航艦起降任務時教官與學員較容易溝通，減少訓練困難及危險；而長時間作戰時飛行員間也較易溝通並形成默契，部分儀表也可共用。與SU-32FN類似，飛行員是經由前起落架艙進入座艙的，可見其座艙空間也不小(因為至少要留個通道)這能提升長時間作戰的舒適程度，例如飛行員可以不必全程坐在椅子上，偶爾可以起來休息，無形中增加長時間飛行時的戰力。內裝光電探測系統的球狀物就放在座艙正前方，因為是並列雙座設計，因此這時光電球不會影響視野。為了保護飛行員，座艙附近也裝設金屬與陶瓷複合裝甲，可見該機頗重視對面攻擊。 SU-33的氣動力效率是SU-27家族中最好的，而SU-33UB又青出於藍更勝於藍。與SU-33相比，翼面積由67.84平方米增為71.38平方米(extended area，就是把機翼前後緣延伸交會後所得的大三角形的面積，通常飛機性能諸元提到的翼面積指的就是這個)；翼展由14.7m增至15.9m；展弦比由3.44增為3.54；平尾、前翼、腹鰭、垂尾、控制面等也都增大。保留了SU-33的可偏折45度的雙縫式後緣襟翼。在前緣襟翼與主翼之間以柔性材料相連，如此一來前翼與主翼間再任何時候都不會有縫隙，減少誘導阻力，提高氣動力效率，也可吸收部份雷達波，減輕接縫處的繞射現象；此外，機身部分可能也有自適應材料以提升各種飛行狀態之效率，這方面後面再連同材料討論。這樣的改動下，SU-33UB的氣動力特性將比SU-33高出不少，其最大升力係數將高於SU-33的2.4(SU-27是1.83)，其升阻比(lift-drag-ratio)超過13，是相當高的水平(SU-27是11.8，同時代飛機大都在12以下)。氣動力效率的提升使得與SU-33相比，在使用相同燃油的情況下，航程增加15%到20%。SU-33UB僅靠內燃油的航程達3200km，與陸基型雙座SU-27(如SU-27UB、SU-30MKK)相當。而SU-33是3000km，這樣看似乎很奇怪，按照上面的說法，SU-33UB的航程應該在3450km到3600km之間，莫非哪個數據出錯了？ 其實沒有錯，因為SU-33UB使用兩次摺疊機翼，第一次摺疊時翼展10.2m，第二次摺疊後整片主翼幾乎完全被收在機背上。這將使得SU-33UB摺疊後寬度比SU-33的7.4m還要窄，停放面積當然也更小(SU-33摺疊後的停放面積比F-14、F/A-18E/F、Rafale-M都小)。其兩次摺疊機翼除了有更適合航艦的好處外，在地面上，他可以停放在俄國大量的MiG-21的機堡中，而不必為了他新建機堡。因為兩段機翼的使用，使內燃油少了些，這是上述〝數字遊戲〞的解答。他的設計師仍在為他設計新的結構油箱，目標是使其最大航程(只靠內燃油)達4000km。落地速度也由SU-33的240km/hr降至220km/hr，故失速速度必然小於SU-27的200km/hr。 第一次折收時的翼展與平尾相當，前兩架原型機的平尾不像SU-33那樣可對折，外型也有點不同，因此如果不是借用自別的飛機，就是整片可折收，再不然就是還要修改。 SU-33UB線條非常簡潔(與SU-33相比)，表面幾乎都是由大塊部件構成，這使得接縫處產生的阻力以及增加的RCS能儘可能減少。此外，開口處的減少表示SU-33UB的維修點更少，後勤更簡單。 機體材料上，更動量非常大。翼前緣用了柔性複合材料，前面提到，在主翼與前緣襟翼間連著一塊柔性材料，使得不論前襟翼如何動，都不會有縫隙，減少誘導阻力發生(後緣襟翼的縫隙是為了增升需要，而前緣縫隙則是需要避免的)。 柔性材料也是〝自適應氣動結構〞的重要組成成分之一。所謂的自適應氣動結構就是能隨飛行狀態改變氣動力特性以盡量提升各種狀態下的氣動效率的結構設計。其作用方法有許多，例如以機翼內的空腔抽除機翼附面層(空中巴士的某型客機)、或是改變機翼表面彎曲度、甚至未來可能用的微噴流都算。其中改變機翼彎曲度就可以應用柔性蒙皮，其使用方式簡單的說就是在骨架上裝設與飛控系統連結的機械設施，上面再鋪設柔性蒙皮，該機械根據飛控電腦命令運作，達到〝控制〞柔性蒙皮進而改變機翼表面弧度之作用。當把上述機械裝置以微機械取代進而與柔性蒙皮結合，就可稱做〝智慧型材料〞。自適應氣動結構是現代飛機的趨勢之一，特別是需要具備全空域全速度功能的防空型戰機。每一種機翼形狀、翼面曲度都會有他最適合的高度、速度，因此以往的飛機只能突出任務需求方面的性能，至於其他的就只能遷就、或是盡量避免，例如早期的三角翼戰機，就以攔截為主，盡量避開低速纏鬥。而有了智慧型結構後，可以調整出適合各種情況的翼面，使得升阻比盡量最高，這些都根據實驗證實了可行性。這種智慧型柔性蒙皮同樣的被用在S-37前掠翼戰機上，可以解決前掠翼再高速時產生的離散效應等。歐洲也有發展，未來EF-2000上也會有類似的技術。 觀察照片可以發現，SU-33UB的複合材料使用率應該很高，從未塗裝照片可明顯的發現主翼與翼前緣為黃色，而他們中間的帶狀地帶是藍綠色，除了機翼的帶狀部份外，機背、進氣道、左側前翼都是別種顏色，其中機背與進氣道部分顏色與機翼的帶狀地帶幾乎相同，可以推測這些部分可能都是複合材料，這也與蘇霍設計局說〝該機也注意到匿蹤〞交互印證。但這些地方未必全都是自適應結構，可能只是單純的複合材料而已。但筆者認為在左側翼前緣延伸部分的藍綠色部分可能是自適應結構，因為該處具有控制翼前緣延伸處氣流的效果，有這種設備頗為合理。此外，右側同一地方沒有，可能是仍在驗證。
拜新結構、材料以及先進航電之賜，SU-33UB尺寸雖大於SU-33，但操作重量都與後者相當，外掛重也由6500kg提升至7000kg。
航電系統：座艙介面、雷達、環境意識(SA)系統等
SU-33UB的航電系統具有第五代戰機水平，各次系統功能高度整合，由統一的超級電腦處理，自動化程度高，操作就如同使用傻瓜向機一樣。
座艙介面：SU-33UB的資料顯示主要由一個21英吋以及4個15英吋液晶顯示器負責，原型機上在左側設有抬頭顯示器(HUD)，俄國也正在發展頭盔顯示器以取代抬頭顯示器。座艙以〝黑暗座艙〞的原則設計，也就是說除非機上有系統故障，否則系統不會發光或發出聲響，只會保持〝黑暗〞，這樣可以減低飛行員的精神負擔，且一旦真的有事，飛行員對於系統發出之警告也較敏感。 飛機高度自動化盡可能減低飛行員的工作量，使飛行員在一些情況只需做〝決定〞而〝不必操縱飛機〞。將精神聚焦於任務執行、戰術運用等等。如何自動化、如何傻瓜化，將在後面討論。 多路訊息取得系統使飛行員能接收各方向的戰場環境，提昇飛行員的環境意識(SA)。所謂的〝多路訊息取得〞顧名思義，是說用許多管道，包括包括雷達、紅外線探測器(包括前視探測及環場探測)、各種頻道無線電(接收指揮中心、友機資料)、甚至我軍船艦、衛星等等取得戰場資料，再加以整合，得出最適合的資訊給飛行員。例如用紅外線探測系統取得比雷達還要精確的方位資料，加上雷達或雷射測得的距離，作為被精確後的目標資料。 SU-33UB這方面至少包括前、後視相控陣雷達、雷達警告器；前視、環場紅外線探測；多頻道無線電；多機資料鏈互連；預警機與地面戰管資料等。衛星方面，目前俄羅斯軍用衛星幾乎不具備實用價值，故從衛星取得資料應該不是SU-33UB的重點。以下簡單討論上述各系統之作用。 環場紅外線探測使SU-33UB能發現並鎖定360度方位角以及一定俯仰角內的戰機或飛彈的熱訊號，提供精確的方位資料(在他的操作範圍內，精確度比雷達高)與雷達共同定出目標更精確方位。提供環場飛彈來襲警告，必要時可以發射飛彈攔截之。 機首及尾刺內都有相控陣雷達，法佐特龍(NIIR)公司幾年前推出了側置雷達天線，使飛機能360度發射雷達波，新的幾款飛機不知會不會裝備；雷達與雷達預警系統能被動感側有威脅的電磁波，在紅外線探測器操作範圍之外，以這筆方位資料作校正(雷達警告系統的定方位精度通常高於雷達，而遜於紅外線)，可提供反輻射資料。 雷達是〝隼〞式(SOKOL)相位陣列雷達，對RCS為3平方米的空中目標探測距離170到180km，追蹤距離60到80km，追30打6，對驅逐艦300km，對快艇180km，鐵路橋樑150km，移動坦克25km，X波段。可同時處理空中及地面海面目標。尾刺內則裝有〝法蘭〞(FARAON)項控陣雷達，是隼式的縮小版。 資料鏈連結其他SU-33UB或有類似系統的戰機，使網路內的飛機能進行無線電緘默作戰。共青城於1999年推出的SU-30MKK的機隊內資料鏈可連結達16架飛機，SU-33UB應該就是這個水平。 機上裝備每秒運算100億次(10GHZ)的計算機，以處理上述複雜的數據。該計算機之運算能力已屬於超級電腦級，算是很大的進步。 SU-33UB裝備了機上氧、氮氣製造器，能從外界空氣中取得氮與氧，經適當混合後提供飛行員使用。與過去的氧氣瓶相比，這種系統沒有供氧限制，滯空時間可以更長，且重量較輕。這是當前新世代戰機使用的供氧設備，在俄國戰機中也是首次使用。
探測系統與導航系統的結合：SU-33UB的飛行員能夠很〝傻瓜〞的操作她。這是因為這架飛機的射控/探測系統與導航系統作了整合，加上有空戰專家協助設計的軟體，與自動飛控系統相連，飛行員幾乎可以不必思考如何開飛機。 首先是自動防撞。雷達、雷射測高數據會傳給飛控系統，飛控系統會自動校正飛行，只要不關掉限制，飛行員不管怎麼飛都不會撞地，因此進行低空任務時，飛行員大可不必在意高度，專心執行作戰任務即可。這種能力EF-2000有，Rafale前兩批還沒有。 接著是〝自動空戰〞。SU-33UB的飛行員只要選定目標並下達命令，飛機就會按照設計好的方式飛行，不必勞煩飛行員。例如說，使用機炮模式時，飛行員選定目標並扣下板機後，飛機就會自己瞄準，在適當的時候開砲。超視距作戰時，探測系統將目標座標輸入導航系統，成為可能的導航點，當飛行員選定某個目標時，飛機會根據設定好的程式而以最不浪費能量的方式飛達適當的空域(中途可以將雷達關機)，以提升飛機的攔截效率。這種事情通常是靠飛行員自己判斷的，他必須知道怎麼飛比較不費能量、怎麼飛比較快到達、在什麼狀態下發射飛彈比較有利......等，可以說是一種藝術，但在這種傻瓜式系統中，這些程序已經由空戰專家與工程師合作寫進程式裡了(也就是所謂的專家系統)。對於一些空戰天才來說，這幫助或許不大，但對大多數的飛行員以及新手來說，這將提昇作戰效率，也減少訓練成本。
動力系統
原型機使用AL-31K，單具最大推力13300kg。2002年春季的測試結束後，第二架原型機進場改裝，包括換裝更強的發動機，可能會裝備TVC噴嘴。 由於SU-33UB是1999年新改造的戰機，而且改動幅度甚大，不太像是單純的實驗機。從SU-33UB的任務需求以及SU-33將提升成SU-33UB等級的情況來看，SU-33UB可能與改良的SU-33並列為俄羅斯第五代艦載機。若如此，情況與SU-34/32FN類似，後者因此考慮裝備AL-41F發動機以與第五代戰機保持後勤共通性極更高性能，所以SU-33UB的量產型不無可能使用AL-41F。
生產計畫
SU-33UB是有生產計畫的，預計試驗完成後會投入生產，首先將加入北方艦隊作SU-33的教練機。按照俄羅斯戰機過渡改良計畫，SU-33將提升至SU-33UB的水平，包括兩次折收機翼、航電系統等。如果這樣的願景達成，則俄羅斯海軍航空兵將具有更有效的訓練模式以及更有效的長程對面打擊能力。 除了海軍，空軍也是蘇霍推銷SU-33UB的對象，甚至印度海軍也是被鎖定的客戶。
總結 增大翼面積、減輕設備重量以及智慧型材料的使用，使SU-33UB成為側衛家族戰機中氣動力特性最好的，升阻比大於13而基本氣動力特性未減的情況下，氣動力效率將高過SU-35。其落地速度已經減低到220km/hr，相當適合航艦使用。優異的氣動力外型加上向量推力的使用使其能完成超機動動作、過失速機動等。機動力增加之餘，航程也增加15%到20%。載彈量也由SU-33的6000kg提升到7000kg。此外航電上的大幅精進讓他可以同時對付遠距離的空中及地面海面目標，減低飛行員負擔的駕駛艙以及並列雙座配置也使飛行員能長時間執行這些任務。 整體而言，SU-33UB在氣動力效率(關係到機動力、武器籌載、航程等)SA系統等方面具有第五代戰機水平，也注意部份匿蹤性能(例如較多複合材料)。加上之前的討，可以猜測，她可能是俄國第五代艦載戰機，或是類似SU-30這種〝指揮機〞。
|
