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ALR Piranha:未能凌空的剽悍雀鷹

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ALR Piranha:未能凌空的剽悍雀鷹

作者:曄暉叔叔

<開發緣起與氣動設計>

  【開發緣起】

  1945年二戰結束後未久,以柏林危機為開端,美蘇兩大強權揭開長達數十年之久的冷戰序幕。
  漫長的冷戰中,北約各國對東方強鄰懷著戒慎恐懼的心情,而身為永久中立國的瑞士也同樣把蘇聯當作最大假想敵,嚴陣以待。

  無疑的,要抵抗蘇聯龐大的軍力,必須要有精良且剽悍的部隊,才可維持國家的自主性,以及中立國身分。
  歷經無數戰亂仍屹立不搖的瑞士深黯此點,擁有數量龐大的後備部隊外,瑞士空軍向來是瑞士國防的中堅分子。
  二次大戰時,瑞士便是以空軍攔截敵機――不論是盟軍或軸心國――的方式來告訴參戰國,不同於其他永久中立國是建立在一廂情願的口號,瑞士是以絕不懈怠的國防為礎石,圖謀不軌者將被予以迎頭痛擊。

  在剽悍空防與民防的加成下,瑞士免於被那場席捲世界的戰火侵擾,並見證了軸心國的戰敗,以及二戰後新秩序的到來。
  隨著戰後各國開始復甦,航空科技也邁入噴射時代,各國紛紛致力於噴射機之研發,瑞士亦不落人後,於1947年開始研發編號N-20的四引擎戰鬥轟炸機。
  即便該機在研發過程中曾展現不俗的性能,但因技術問題及預算超支,最後僅製造一架原型機便取消方案。

  在N-20案逐漸顯得問題叢生、隨時都會被取消時,瑞士空軍隨即在1950年代初展開P-16攻擊機案,試圖研發一架穿音速攻擊機,以取代本國生產的兩款活塞式攻擊機:D-3802、C-3604,該機在設計上比起N-20相對保守許多,也稱得上樸實可靠。

  然而,當瑞士政府下單訂購一百架P-16時,一次不幸的液壓系統故障使瑞士國會要求取消所有訂單,最後瑞士空軍沒接收任何P-16,取而代之的是英國霍克公司的獵人式戰機。

  冷戰初期開發的兩款軍機最後雖都告吹,瑞士空軍仍在外購戰機的情況下維持良好戰力,如英製的DH.100吸血鬼式、獵人式、毒液式,以及法製的Mirage-3等,但隨著時光流逝,部分1950年代初的戰機也逐漸跟不上時代,極需汰換,此時,瑞士再度動了自製戰機的念頭。

  1970年代,美國第四代戰機F-14、F-15、F-16等機騰空出世,昭告著戰機第四代世代的到來,過去講求高空高速的攔截機時代已不復往,注重穿音速機動性的第四代戰機在與第二代、第三代等講求速度、高度的戰機纏鬥時將更加有利。

  F-15、F-16的出世也宣示著瑞士空軍戰力該迎來下一代戰機,早該汰換的獵人式與毒液式此時更顯老舊。

  老舊戰機自然應該汰換,但如何汰換成了瑞士所面臨的課題,應該採取自製或是外購?

  對於軍購限制不多的瑞士人而言,要購入如F-16等第四代戰機汰換國內的老舊戰機易如反掌,而在自製方面,瑞士也有著一定程度的航空工業基礎,並非難事。

  然則,F-16等四代機的價格要汰換當時所有的老舊戰機又顯得太過昂貴,飛行成本與後勤也較難以負擔,這使得瑞士在權衡利弊後,在1975年展開第三次自製戰機計畫的先期作業――這也是瑞士最後一個自製噴射戰機計畫,即為食人魚式(Piranha)。

  由於該機預定取代舊有負責對地攻擊任務的吸血鬼式、毒液式,主要仍是一款次音速的攻擊機,可發射無導引火箭、攜帶炸彈進行密接支援,爾後汰換對象納入幻象三,遂將性能需求改為可肩負一定程度空防的多功能戰機。


  【氣動設計】

  考量到冷戰戰況嚴峻,一俟開戰,大量地對地飛彈攻擊將破壞瑞士空軍基地,使戰機難以升空迎敵,如何保存戰力便成為瑞士空軍最大的考驗。

  因此在性能需求書中,瑞士空軍要求食人魚式可在狀況惡劣的臨時機場,甚至是平坦的公路起降,起降距離不可過長,且便於維護整備,當敵機凌空時可躲藏於山洞之中。

  在審視過性能需求以及各類氣動設計,ALR航空工業集團決定採用當時最為前衛的氣動設計之一:前翼。

  前翼此一氣動設計早在飛機出現之初便已存在,但此一構型在早期極為容易陷入靜馳穩定而未被大量採用,直到1960年代末首飛的JA-37三叉閃電式才得以實用化,也因前翼有著許多優點,一時之間便成為各國所競相研究的氣動布局。

  其中,JA-37的近耦合前翼可有效縮短起飛距離,機動性亦有不俗的表現,唯阻力較大、不利於超音速作戰。
  此一缺點對於最初只要求在次音速飛行的食人魚式而言顯然不成問題,即便而後研發目標改為多功能戰機,食人魚式也非一昧追求高速的機種,較不利超音速飛行仍非阻礙,於是乎,食人魚式便敲定採用與JA-37相同的前翼-三角翼設計,直到最後成品食人魚6都維持著大致上相同的氣動設計。
   一般而言,近耦合前翼戰機通常會以兩側進氣為主要進氣方式,前翼將設置於進氣道外側,如瑞典的JA-37、爾後的JAS-39、以色列的幼獅C1等,但食人魚式情況極為特殊,兩側進氣道置於主翼下方,長度僅佔機身二分之一,和一般戰機進氣道長度佔機身三分之二以上相去甚多,致使食人魚式前翼位置甚為獨特,高於主翼,與座艙罩後段略為相接。

  且如同JA-37,食人魚式的前翼為兩段式而非全可動,在起飛時前翼後緣與主翼後緣襟翼同時下壓產生渦流,以縮短起飛距離,此一設計成功的將食人魚式起飛距離降低到400公尺以下。
  食人魚式主翼採三角翼構型,主翼前緣設計和JA-37相仿有二後掠角,外側具有犬齒狀設計以增加大攻角時的可操作性,內側角度與外側角度分別為56度及40度,和JA-37不同的是,主翼後緣具有76度後掠角。
  因空軍尚要求食人魚式必須便於疏散、可藏匿於山間,相當程度的局限住該機主翼與機身尺寸,連帶影響到掛載量、航程與滯空時間,但以一架防禦型戰機而言,不負擔入侵敵國國境的遠程作戰下,航程與滯空時間較低並非太大的缺點。

<構型沿革>

  【構型沿革】

  確立基本氣動設計後,食人魚式的設計工作如火如荼的展開,研發團隊很快地推出食人魚1型的改進版食人魚2C,此構型以一具勞斯萊斯的RT172-58引擎作為動力來源,後燃推力8416磅、最大軍用推力5540磅,翼展僅13.5平方公尺。

  除了原先的對地攻擊外,因越戰後武裝直升機蓬勃發展,對陸軍威脅增大,食人魚2C負擔的任務中亦加入了獵殺直升機此一重責大任。

  但出於成本與任務考量,食人魚2C並未裝設雷達。

  很快的,瑞士空軍發現,一款對地攻擊機或許可以滿足現有的要求,但面對強悍的MiG-23等戰機顯然是不夠的。
  改良過的幻象三雖然性能有所提升,卻有著數量少的缺點,且在未來空戰中,也難以應付更先進的蘇聯戰機。
  隨著瑞士軍方戰略思想的改變,ALR集團很快的在食人魚2C的基礎上進行研改,推出食人魚2D(1)構型,此一構型不再是一架單純的攻擊機,開始擁有雷達等完備的航電設備,需負擔起爭奪制空權的任務。

  食人魚2D(1)與食人魚2C相比,尺寸並沒有太大變動,惟將引擎更換為推力更大的RT-172-63,此引擎軍用推力6570磅,後燃推力達10000磅,比起食人魚2C的8416磅提1584磅,在機身重量並未增加的情況下,食人魚2D(1)空戰性能無疑有所成長,速度則達1.6馬赫。
  但考量到食人魚2D(1)的翼面積就一架輕型戰機而言仍嫌過低,連帶的使翼負荷稍高,瞬間轉彎性能多少受到影響,研發人員增大食人魚2D(1)的翼展至6.4公尺,將翼面積放大為16平方公尺,略微改善轉彎性能,但重量稍有上升。

  一直採用單發動機做為動力的食人魚在食人魚4構型上有了改動,顧慮到蘇聯向來注重野戰防空,部署不少如ZSU-23-4的機動防砲,如果要攻擊地面來犯敵軍,勢必得直接承受蘇聯野戰防空系統的正面反擊,如何提高生存性就成了一個重要的問題。
  ALR集團研發團隊經過幾番討論後,決定將原本的單具RT-172-63引擎改為兩具斯奈克馬公司(SNECMA)的M-74/05渦扇發動機,以提高生存性。
  M74/05渦扇發動機軍用推力3800磅、後燃推力5800磅,兩具引擎的總推力為11600磅,比起食人魚2D(2)的10000磅提高1600磅。
  然而,將構型改為雙發的決定使得食人魚4增添重量,機身變得短、寬,整體而言機動性並沒有成長,更可能略微下滑。

  食人魚5是基於食人魚4持續修改的構型,但引擎更換為當時我國航發中心與蓋瑞特公司合作發展的TFE-1042-7。
  TFE-1042乃是蓋瑞特公司在其產品TFE-731的基礎上進行大改的新引擎,蓋瑞特公司意圖以該引擎進軍軍用引擎市場,並找上當時開始自製戰機計畫的我國共同研發。

  食人魚5採用TFE-1042-7時,該引擎仍在研發階段,軍用推力估計為四千兩百磅、後燃推力6800磅,總推力13600磅,加上食人魚5在氣動布局上更為注重超音速,不僅機動性增長,最高速也達到1.8馬赫。

  固然雙發安全性高出許多,但對一架輕型戰機而言,雙發構型帶來的結構冗重是十分多餘的,同樣的空重,雙發構型能裝載的燃油更少,將影響到滯空時間。
經幾度研改,食人魚式最終構型---食人魚6重新採用了單發動機構型。.

  和過去的食人魚各式構型相比,食人魚6可以說是相同氣動布局的大改版本,機身放大許多,空重也因此增加。
  食人魚6機身長11.57公尺、翼展7.62公尺,翼面積為22平方公尺,空重4340公斤,滿載燃油量2111公斤,標準起飛重量為7000公斤。

  該機預定採用一具中推力的渦扇發動機,並將目光投向當時正在研發或已服役的數款引擎,如F404、RB.199等。

  其中最有可能採納的是美國通用電氣(GE)開發的F404,該引擎軍用推力11000磅、後燃推力17000磅,是美製戰機F/A-18大黃蜂系列所採用的優異引擎,在開發時即將可靠性擺在第一位,耗油方面具更高的經濟性,同時成本低廉。

  其他有可能的引擎備案尚有疾風(Rafale)預定採用的M88、EF-2000未來的引擎EJ200、以及龍捲風(Tornado)戰機的RB.199,其中M88、EJ200都是尚在發展的引擎,若是採用EJ200,該引擎高達20000磅的後燃推力將使得食人魚6擁有更加剽悍的空戰性能。

  食人魚6是食人魚式所有構型中尺寸最大者,因機身的放大使空重相較於先前多數構型不足四千公斤的空重增加許多,但托推力高達一萬七千磅推力的F404、甚至是推力達兩萬磅的EJ200之福,食人魚6機動性不減反增,在標準掛的七千公斤上擁有高達1.1的推重比,前翼構型更是帶來極高的機動性優勢。

  一份在一九八二年由美國飛機生產商提出的報告中將食人魚6與F-16、F-5G等四代機比較後,認為其持續迴轉率、爬升率、加速性能和F-16相當,並超越F-5G,足見該設計的傑出性能。


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