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台湾航空制造业发展历程(八)

2017-12-07卓跃张颖

海峡科技与产业 2017年10期
关键词:航发战斗机研制

卓跃+张颖

不料此时随着国际形势的转变,美国尼克松政府开始与中国大陆接触,诺斯罗普公司协助台湾设计飞机一事也受到影响,直接借助美方力量已经不大现实。1976年12月,台湾当局派往美国诺斯罗普公司的设计人员,除了少数仍逗留外,其余均返回台湾,并带回了初步设计方案和技术资料。这段实习经历为他们带来宝贵的工作经验和飞机设计知识,为日后在岛内开展航空方面的研发工作奠定了基础。

随后台湾航空工业发展中心(简称“航发中心”)开始进行AT-3的详细设计,克服了材料、工艺等困难后(期间还曾经多次赴美进行风洞试验),航发中心终于在1980年7月17日实现了首架原型机出厂。

此时正值1978年12月美国政府正式宣布与台湾断交,台当局于是将AT-3命名为“自强号”,以表示所谓“自强自立”的决心。1980年9月16日,“自强号”首飞成功,经过试飞后交付台空军。随后,航发中心又在AT-3的基础上,开发出单座的A-3“雷鸣号”攻击机。总体而言,AT-3飞机设计在当时比较成功,飞机性能满足使用要求,并在1988年成为台湾空军“雷虎”特技飞行小组的表演用机。

培育航空科研制造业基础

上世纪60年代末,由于美国对台军事援助逐年减少,同时中国大陆相继爆炸成功第一颗原子弹和氢弹,震惊了台湾当局。此后台湾当局下决心发展军事科研,建立自己的航空工业,于1965年成立负责军事科研的中山科学研究院(简称台湾“中科院”)和核能研究所,1968年又成立了培养军事科研人才的中正理工学院,后在12所岛内高校设立相关研究所,支持中山科学研究院的“武器发展计划”等。

中山科学研究院是台湾最大的军事科研机构,隶属台当局防务主管部门,负责其陆海空三军各种武器装备的研制和生产。该院于1965年7月成立筹备处,1969年7月1日正式成立,位于桃园县龙潭乡石门水库旁,占地300余公顷。到上世纪80年代,共有员工2万余人,其中大学以上学历的科技人员有7000多人,博士400多人,硕士2800多人。此外,该院还聘有许多外籍顾问和美籍华人专家,全院设有4个研究所,包括航空工程研究所、火箭导弹研究所、电子通讯研究所和化学研究所,另外还先后设立了多个研究发展中心或小组,主要有航空工业发展中心、雷达系统发展中心,战车发展研究中心、品质保证中心、海军发展中心、火箭导弹研究小组、海军舰艇发展小组等。

该院主要研制项目包括:军用飞机、航空发动机、舰艇、坦克、装甲车辆、导弹、雷达、火控系统、电子战系统、作战指挥系统、通信器材等。1986年,该院列在军方名义下的经费预算为4.25亿美元;1989年为7.2亿美元,占台军事预算总经费为9.4%。另外,还有部分经费列在台湾科技、教育等主管部门名义下。

总部设在台中水浦机场,原属台湾空军的航空工业发展中心,到上世纪80年代有员工5000余人。1983年1月,该中心划归中山科学研究院,并与该院航空工程研究所合并,下设3个生产工厂,主要负责研制生产新型战斗机。

实际领导飞机研制工作的是曾服役于黑猫中队的华锡钧。他生于江苏无锡,1946年考取空军官校26期,1948年随校至台湾,1959年赴美接受U-2侦察机训练,回台后任职空军总部情报署国际情报调查组35中队(即“黑猫中队”)飞行员,曾10次驾驶美国U-2高空侦察机深入中国大陆执行侦察拍照任务。1964年,他被选送至美国普渡大學留学,取得航空工程硕士和博士学位后,于1969年回台湾担任航空研究院设计室主任,1982年11月任航空工业发展中心主任,后兼任中山科学研究院副院长,因研发IDF战机有功,1989年10月晋升台湾空军上将军衔,后任台翔航天公司副董事长,被称为“IDF之父”、“台湾兼具飞行实战经验与航空学术理论基础的第一人”。

此外,岛内参与战机研发的科研机构和企业还有“联合勤务总司令部”所属研究部门、电子战中心、中正理工学院、台湾工研院、台湾机械公司、全特技术工业公司、神基科技公司等。

台军“联合勤务总司令部”所属主要研究机构有“国防工业局”、“军用车辆生产局”、“军需局”。其下属工厂分布在台湾各地,除负责传统的轻武器等生产外,还承担“中科院”研制成功的重要武器系统和外国技术转让的尖端武器装备的生产。

台湾电子战中心成立于1988年,设于台北新店市台湾通用器材公司内,原本是美国通用器材公司军事防务系统设在岛内的一个部门,后被台湾军方接收,主要研制电子战设备。

中正理工学院系1968年由台湾“陆军理工学院”、“海军工程学院”、“联勤测量学校”等合并而成,是岛内培养军事科技人才的最高学府。该校位于桃园县境内,占地67公顷。院内共设理学部、工学部、专科部和研究部等4个学部,其中研究部设有机械工程、应用物理、应用化学、电子工程、造船工程和航空工程等6个研究所。1985年7月,该院还成立了一个兵器系统研究中心,分设兵器工程组、射控系统组、兵器模拟组及弹道组,以支持中科院”的研制开发工作。

台湾工研院隶属于台当局经济主管部门,主要从事应用科学与工业技术研究以及新技术引进活动,上世纪80年代有科技人员3000多人。自成立以来,该院积极参与台湾军事科技的研究与发展,特别在导弹制导系统研制方面取得进展,其它主要研究成果有航空电子、机载设备和液压制动系统等。

台湾机械公司是台当局经济主管部门所属的公营企业,位于高雄县,下设重型机械厂、铸造厂、船舶修造厂、钢铁厂和合金钢厂等5个大型工厂,主要产品除民用外,在台湾军事科研和生产中也占有相当重要的地位,如航空机炮、火箭筒、导弹发射架、推进器、导弹精密零件、风洞设备、防弹装甲板、增程火箭炮管、特种弹头用钢等。

全特技术工业公司成立于1984年,位于桃园县杨梅工业区内,主要为中山科学研究院研制和生产军用特殊铝合金零部件和高压锻件,曾先后参与了AT-3、F-104、IDF飞机发动机和多型导弹的研制,此外还制造枪管、炮管等。endprint

神基科技公司成立于1989年6月,位于新竹科学园区内,由台湾神通电脑公司与美国通用电气公司各出资50%,主要生产军用电子计算机、通信设备和雷达等精密电子系统。

除上述各机构外,参与台湾军事科研的还有台军“国防医学院”、成功大学航太航空工程研究所、台湾大学应用力学研究所、新竹交通大学材料科学研究所和电子资讯研究中心、新竹清华大学原子科学研究所等。此外,当时参与军品生产的还有200余家岛内企业。其中具有较大军工生产能力的有台湾铝业公司、中华石油公司、台湾金属开采公司、BES工程公司、中华石油化工开发公司和中华钢铁公司等,参与军事工业的直接从业人员约有5万人。

为加强此项工作的指导和协调,台湾防务主管部门和科技主管部门于1986年成立了一个跨部门的“军事科技发展推进委员会”,下设“学术合作协调小组”和“工业合作协调小组”。

台湾军费开支历来是台当局预算中各种开支的重点。从进入80年代以来,台湾军事科技迅速发展,一些重要研制项目相继上马投产,军费开支增长较快,年均比例达7.4%;特别是1989年至1992年间,每年递增11%以上,超过前10年的平均水平;在1993年增至100亿美元后,1994年才略有下降。在这种情况下,台湾的军事科研支出也因此获得大幅度的提高。例如,台湾1988年军事科研支出为132.82亿元,占军费预算的7.73%;1990年为174亿元新台币,比1988年增加31%;1991年为178.96亿元,比上年增加2.85%。

困难重重的“鹰扬计划”

20世纪70年代末,台湾装备的战斗机主要是F-5E和F-104,还有一些F-100战斗机。F-100是美国早期第二代战斗机,性能已经落后;F-104是2倍声速的高空高速截击机,高空高速性能优秀,但格斗能力较差;F-5E则是美国用于国际军事援助的轻型战斗机,注重中低空机动性,具备多用途能力,但性能并不突出。

由于当时中国大陆已开始装备仿制苏联米格-21的歼7战斗机,更加先进的歼8战斗机也已经试飞。越南战争的经验表明,米格-21系列战斗机曾重创美军第二代主力战斗机F-4“鬼怪”式,而台湾空军当时所拥有的F-104及F-5E战机性能均不如F-4,台当局感到现有战斗机已不能满足防空需求。此时美国空军已经用第三代战斗机F-15、F-16淘汰在越战中表现不佳的F-4。第三代战斗机的特点是推重比大,机动性好,在保证了超视距攻击能力的同时,强调视距内空战能力。台当局一开始先寻求向美国购买F-16A/B型战斗机,然而在1979年1月,美国政府与中国大陆正式建交,这使得台当局短期内无法从美国采购高性能战机,不得不在1981年5月决定,在继续寻找购买渠道的同时,开始研究自行研制战斗机的可能,为此设立所谓“国防工业发展基金”,提供相关研发经费。新机研制计划于1983年展开,定名为IDF(即“自制防御战机”的英文简称),此项研制计划定名为“鹰扬计划”。

台湾空军而对自行研发战斗机的主要战术性能要求得很高,主要是希望这架飞机能迅速起飞,有效拦截大陆的歼7、歼8战斗机,因此特别重视飞机的加速性能,要求最大速度达到2.3马赫

由于这是台湾自行研制的第6种飞机,因此该机的项目编号为XF-6。航发中心随即开始展开预研,而最重要的就是先确定能找到什么样的发动机。通常设计飞机是根据飞机的性能要求估算大致的重量,随后确定需要什么等级的发动机,然后确定大概的方案,但台湾在发动机方面是一片空白,因此能找到什么样的发动机反而成了决定性因素。

要想研制超音速飞机,发动机必须能提供足够的推力。为找寻适当的引擎,华锡钧等人曾接洽过欧美所有各知名的飞机发动机公司,结果都吃了闭门羹。台湾空军当时正在使用F-104及F-5E/F战机,前者所用的引擎为J79,后者为J85,两种引擎均为美国通用公司产品,但竟连通用公司也不保证售予台湾飞机发动机。一经询问才知道,是美国政府規定军用军用航空发动机的出口等同于战略物资,必须呈报最终使用者的身份。如果美国政府不同意台湾自制战机,通用公司也无法供应台湾自制战机所需发动机。在这种情况下,华锡钧等人被迫不得不先用台湾空军现有的J-85和J-79库存备份发动机开展研究。

然而真正开始实际飞机设计却谈何容易。由于选定的发动机推力有限,如何找出最佳引擎进气口的位置和形状,使超音速的气流减速至引擎表面(引擎仅能吸入0.4马赫以下的气流)过程中,避免产生强力的震波,减低进气能量,而不使引擎产生预定的推力,是华锡钧等人首先遇到的难题。

尽管当时台湾航研院已建成低速风洞,中山科学研究院也有一座超音速风洞,其试验段对飞机而言仍嫌太小,但尚可进行初期的试验。因此华锡钧等人开始着手制作模型,进行大量试验。构型设计方案反复讨论了多次,但却久久无法最终确定。

美国暗中帮忙

1982年8月,当年中美签署发表“八一七公报”,中国政府重申“台湾问题是中国的内政。”美国政府重申“它无意侵犯中国的主权和领土完整,无意干涉中国的内政,也无意执行‘两个中国和‘一中一台的政策。”同时承诺在向台湾出售武器问题上,在性能和数量上将不超过中美建交后近几年供应的水平,并准备逐步减少对台湾的武器销售,经过一段时间导致这一问题的最后解决。

20世纪80年代初,世界正处于冷战的高峰期。对于美国而言,一个友好的能够在亚洲牵制苏联的中国对于缓解欧美的军事压力非常重要;相比之下,台湾的利益就不那么重要了,因此美国必须尊重中国大陆的意见;但美国还是要通过台湾牵制中国大陆。正是在这样的考虑下,美国卡特政府决定不向台湾直接出售武器,但却默许美国飞机制造企业为台湾提供相关技术。

就在”八一七公报”发布的同一个月,美国通用动力公司的技术人员偷偷来到台湾,开始与华锡钧等人详细就战斗机研制方案进行商讨,此后台湾航发中心与通用动力公司的联系日渐密切。1982年9月,台湾航发中心与通用动力达成初步协议,决定分4个阶段研制一种轻型战斗机:第一阶段,美国通用动力公司根据台湾的情况进行军机的战术技术分析,提出具体方案;第二阶段,台方研究通用公司的方案,决定继续XF-6的设计还是通用公司的新设计,通用动力公司提供必要的支持;第三阶段,台方技术人员赴美国通用动力公司进行初步设计;第四阶段,通用动力公司派遣技术人员到台湾完成飞机的制造。军机日后可以在国际市场销售,台湾与通用公司共同分成。其实,美国通用动力公司当时已考虑向台湾出售性能较低的F-16-79(安装J-79发动机)战机,并非真心要给自己增加一个竞争对手,之所以愿意协助台湾研制战斗机,不仅有当时政治背景,而且更贪图台湾方面的金钱诱惑,打算一鱼两吃,一举两得。导致10余年后,台湾刚刚耗费大量资金研制出IDF,此时收购了通用动力的洛克希德-马丁公司立刻向台湾出售了150架F-16战机,从而严重影响了IDF的生产销售,促成台湾军机制造产业得终结,颇具讽刺意味。endprint

新的“安翔计划”登场

美国的暗中帮忙,使得台湾自行研制军机的计划真正步入了正轨。1982年11月,台方派员赴美了解通用动力公司的设计方案。该方案的分析基本建立在美国已经完善的三代机设计理论基础上,即战斗机应该强调中低空机动性,而非片面的高速性能。此结论最终被台湾空军所接受,其理由是对台湾防空而言,其岛内防御纵深不大,战斗机紧急起飞到达拦截点的时间相差不会很大,高速战斗机的性能无从发挥。

这样一来,原来的XF-6方案即被推翻。战斗机将按照高机动战斗机的思路重新设计。1983年初,台湾航发中心划归中山科学研究院管辖。同年2月,台当局开发新一代战斗机的“安翔计划”正式启动。该计划包括四个子计划。其中,“鹰扬计划”主要是飞机机体研制;“云汉计划”主要负责研制发动机;“天剑”计划”负责空空导弹的研制;“天雷计划”负责飞机雷达和航电系统的研制。整个”安翔计划”由时任中山科学院代院长黄孝宗兼任总主持人,华锡钧任副总主持人。同时,在美国通用动力公司的配合下,合作研制计划进入第二阶段。

此时,台湾航发中心和美方分别提出了数个气动构型方案,包括无尾布局、正常布局、鸭式布局、双垂尾+边条正常布局等方案。这些方案总体而言经历了两个过程。第一个过程始于”鹰扬计划”的最初几年,主要是台湾分别在F-104和F-5的基础上发展出的构型和自行设计的构型。台湾航发中心最终倾向于双垂尾+边条正常布局,也称C构型。

第二个过程是美国通用动力公司加入以后,这一过程主要存在三个气动外形系列,即C构型的延续系列、采用单/双垂尾的无尾三角翼布局40X系列,以及采用正常布局的30X系列。后来美方经过技术分析后,将40X系列和30X系列整合成G构型。到了合作第二阶段的后期,问题焦点集中在航发中心C2构型与通用动力G4构型的争论上。

实际上此时C2构型与G4构型已经大同小异,气动特点均为中等展弦比机翼的正常布局,拥有边条翼,进气道均为简单的正激波固定进气道。所不同的是台湾航发中心的C2构型采用分离的双发双垂尾设计,类似F-14,而美方的G4则为类似F-15的双发紧挨布局,单垂尾。总体而言之采用窄间距的双发布局在跨声速和超声速时阻力较小,而宽间距的布局则在亚声速时阻力较小,大多数现代战斗机都选择了窄间距设计,例如F-15、“狂风”等。

F-14战斗机由于要在机腹下放置导弹挂点,因此选择了宽间距设计,但该机的高速性能能够从变后掠翼的设计中弥补回来。垂尾的区别则不是很明显,双垂尾的方向安定作用略强于单垂尾,但单垂尾加大面积后可以弥补。对于双发飞机而言,窄间距发动机布局一般采用单垂尾,宽间距布局则采用双垂尾,由于通用动力经验丰富,最后航发中心同意通用动力的意见,设计方案向G4构型靠拢;但将G4构型的两侧进气改为类似C2构型的肋部进气。

第二年8月,美方技术人员来台,检验台湾航发中心第二阶段的工作成果,并准备进入第三合作阶段。此时美国政府出于政治考虑和对市场的保护,也暗地对台湾自研战斗机作了技术限定,即航程不可超过F-5E,对地攻击能力不能超过F-16。这些限制可谓造成IDF战斗机先天不足的根源所在,其对航程的限制直接限制了飞机的内部空间大小,这使得该机的航程永远不可能得到明显改善,而限制对地攻击能力则减少了该机的挂载能力。

设计进入第三阶段后,航发中心派遣工作人员前往美国沃斯堡,在通用动力公司附近设办公场所,在G4型机的基础上开始具体的设计,主要是确定飞机的气动外形。为了保证试飞进度,台湾航发中心共制造4架原型机,其中3架为单座型,1架为双座型。

飞机主要数据指标为:全长14.48米,翼展8.53米,高4.7米,空重6.429吨,最大起飞重量12.247吨,可携带“天剑1型”/AIM-9红外短程空对空导弹4枚、“天剑2型”主动制导中程空对空导弹两枚和400发20毫米机炮炮弹,续航能力2639公里,作战半径1100公里,最大速度1.8马赫,实用升限16,760米,最大爬升率254米/秒。采用双涡扇发动机TFE-1042-70,系由教练机动力装置改进而来,单台加力推力只有4200公斤。机载雷达是中山科学研究院研发的脉冲多普勒雷达(由美国APG-67雷达改良而来),拥有15种操纵模式,以及一套激光陀螺惯性导航系统,还装有雷达告警接收机和电子对抗装置。

制造原型机的过程中,电传飞控系统的调试成了最困难的工作之一。IDF战斗机的电传系统硬件部分是从各厂商采购而来,其中核心的控制计算机是美国里尔公司的产品。台湾的工程人员根据飞机的气动特性制定了电传系统的控制率,然后由通用动力公司根据该控制率来编写飞控软件。

第一架IDF原型机于1988年底组装完毕并,时任台湾领导人李登辉为飞机贴上“经国”二字,从此后IDF被命名为“经国号”。经过一系列地面测试后,A1号原型机于1989年5月首飞,试飞过程中曾多次发生事故,导致试飞员身亡,在岛内造成非常恶劣的影响。直到1993年,试飞中发现的各种技术问题才基本解决。

总体来看,IDF比起台湾原有的作战飞机,还是上了一个台阶,但在总体设计上仍有欠缺。该机亚音速、大迎角性能不错,但高空高速性能较差,其机动性也不算突出。发动机推力不足,影响飞机的加速性;另一个缺点是机内只能携带2100公斤燃油,导致该机航程较短;加之采用双发布局,阻力偏大,影响了该机的飞行性能,使之无法和第三代战斗机处于同一水平。

台当局原计划生产250架IDF,然而此时国际形势发生重大变化,俄罗斯在90年代初向中国大陆提供先进的苏-27战斗机。当时即使美国也缺乏有效对付该型战机的飞机,台湾的IDF就更不用提了。在此情况下,美国只好用数量来弥补性能差距,一次答应给台湾多达150架的F-16;法国也向台湾出口了60架幻影2000。这样一来,IDF戰斗机的地位受到了很大威胁,生产数量最终只有130架。

第一架生产型IDF战斗机于1992年1月出厂,3月交付台空军。2000年1月,最后一架量产型战机完成组装,IDF自此停产。当F-16和幻影2000逐渐形成战斗力以后,IDF战机在岛内的一线防空任务逐渐被它们所取代,转而担负一些辅助空战和对地/对海攻击的任务,此外主要担负飞行员的训练等非直接作战任务。endprint

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