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东西方战机设计思想比较
耿志云 提要
美国麦道公司产制的F-15「鹰鹫式」（Eagle）战机和俄罗斯苏霍伊设计局（已改编为企业）的Su-27「侧卫式」（Flanker）战机，堪称现今全球最具代表性的两款典型高性能战机，二者已分占美系与俄系战机使用国的第一线主力机种，却至今尚未有公开的交战记录，尤其后者亦为中共空军「歼击师」主力，本文旨在自各项西方发布之数据，试图对二机种技术与性能作一通盘比较与评析。 前言
近年来，由于俄罗斯苏霍伊设计公司于各航天展中大力推销Su-27「侧卫式」系列战机，让该型战机的各衍生型，也是销售行情颇佳的Su-30系列，在航天业界和军事观察家们的眼中颇为耀眼，连带也让许多评论者认为Su-30的次音速机动性能，可能会高于美制的F-15「鹰鹫式」，至于有意为Su-37发展探路的Su-35，也优于F/A-18E/F、法制的Rafale「飓风式」和欧洲四国合制的「台风式」等第四世代战机，在西方国家的军武评论中，多半也是将上述的几种战机和Su-35相比，这也等于是向世界宣称Su-27、Su-30皆已不符本世纪初最新的空战标准，在F-22尚未全面服役前，大概只有Su-35可以称霸空域，然而这种分析将成为事实吗？
由于新世代战机都标榜着「电战性能」，也因为所谓的「视距外空战」尚未普遍化，至今仅有零星的战果记录，因此，在挂载了长程视距外飞弹的战机，似乎也不能就此放弃传统的「缠斗运动性能」概念，这点，当以俄罗斯的战机厂商为典型，但西方战机厂商却认为藉由提高运动性能，来增强战机的战力已到了极致，在内大气层进行战术运动的载人战机，反而是须以改进机载飞弹性能、提升电战装置、和加强匿踪性、超音速巡航等为首务。其实，导致这种概念的分歧原因，究其竟，是因为东西方对于战机本身的使用寿期有着不同的要求，一般的西方制战机，通常维持在 8,000飞行小时的标准，到了接近使用寿期时再进行机体结构翻新提升。但是，俄国战机却因为偏重于战术运动，并不讲求「机体延寿」计划，因此仅在3,000、4,000小时，俄国人甚至认为战机进行高G战术运动的寿期仅有几十个小时。
发展背景与部署概况
F-15可以算是实现了1970年代空战概念的最佳作品，也是美国空军根据越战的实战经验所发展的典型新世代战机，最初目的就在于争取「空中优势」，以维持战场的制空权，进而保护美国的长程战略轰炸机得以不受前苏联MiG-25「狐蝠式」（Foxbat）高空高速拦截机的威胁。回溯自1969年美国空军选用F-15以来已届33个年头；首架F-15A单座原型机于1972年试飞，再于1974年11月开始拨交部队服役；电战与射控性能改良的F-15C单座机也在1979年2月试飞，稍后在同年6月，F-15D双座型教练机也出厂；再至1986年，麦道再推出第三代的鹰鹫式双座型长程阻绝打击机，也就是F-15E「打击之鹫」（Strike Eagle），它和先前的B、D型不同之处，大致上在于这已非一架「双座教练与任务转换机」，后座配置的不是施训教官，而是专责于武器系统管理操纵的空勤军官（Weapon System Officer-WSO），在执行长程低空渗透攻击任务中，实施「低空导航」、「目标搜索」和「武器控制精确攻击」等课目。至今，美国共购买了1,100多架的F-15，分配在三个战术空军司令部（驻欧美国空军、太平洋空军、空战司令部）麾下的各个第一线作战联队之中，且也有部分的空中国民兵部队换装了F-15，目前仍有多达790架在役中；此外，中东的以色列也早在80年代之初就购买了52架F-15A/C，90年代又再增购21架双座型打击机F-15I；沙特阿拉伯也有74架F-15C，以及和以色列同时增购的F-15S双座打击机，由于沙乌地空军有部分F-15C系波湾战争结束后向美国采买的中古机，因此，F-15S也多达72架；日本航空自卫队则装备了193架F-15J/DJ，造价几乎是美国原厂生产的两倍，其中绝大多数是经由麦道授权日本三菱重工生产组装。麦道曾在90年代中建议美国空军以不超出5,000万美元的单机成本，重开F-15E的生产线，待南韩决定采购KF-15，可能也是以「授权」方式量产。
回溯1969年，前苏联空军提出一项对于全天候制空战机的需求，以进一步强化其前线防空军的战力，并委由苏霍伊（Sukhoi）设计局开始研制Su-27，1977年5月，Su-27原型机出厂试飞，时至今日，已发展出一系列北约代号为「侧卫」（Flanker）的多种衍生型，计有：纵列双座的Su-30战术机，以及专供出口的Su-30MK多功能战机、并列双座的Su-32FN侦察／海上攻击机、Su-33舰载战机、Su-34并列双座战轰机、Su-35电战提升型多功能战机和采用向量推力喷口的Su-37多功能战机。目前，俄罗斯空军与海航共有465架Su-27，然根据美国「航天技术月刊」在1996年5月的报导指出，另有两个亚洲国家也购买了总价为17亿美元的Su-27，总数达52架，这两个国家经证实为越南与中共。
技术性能比较
首先，在空气动力设计上，Su-27可谓融合现代美制战机和前苏联所自创的大成，它采取了F-16和F/A-18相似的「翼身融合」的举升体设计，基本原理是将翼根增厚并且使翼面和机背连接，使之彷佛为一体成型，也因此，机体横截面的纵向变化更符合「面积率」的要求，由于采用「翼身融合」设计，Su-27的机身也能产生部分升力，尤其是在大攻角飞行时，此作用更加显明，其次，这种设计也降低了穿音速时的阻力，但其缺点在于机身的长细变得比超音速战机所需要的为小，但「翼身融合」的优点在于改善容积分布，并且可让燃油围绕飞机重心储存，权衡比较结论利大于弊，也由于采用「翼身融合」机体，Su-27能将容积集中，使机身内部舱室空间比一般设计来得大，还可缩短机身长度，进而节省结构重量。此外，Su-27也配置有主翼延伸板，即在其中等后掠角机翼翼根前缘和机身之间增加了一块大后掠角的小翼面，当飞机以大攻角飞行时，主翼延伸板前缘气流分离所产生的涡流流过机翼表面产生的涡升力，进而提高了飞机的升阻比，同时也改善了高攻角时的次、穿音速机动性，特别在于瞬间的转弯率。Su-27将机翼与机身融合并且向前延伸形成前缘锋利的延伸翼，其所构成的涡流在大攻角时，对于维持机翼内侧附面层和防止翼根失速，与航向稳定均有正面的效果，这也使得Su-27能采用较轻的小展弦比机翼，进而降低机翼重量。Su-27也是前苏联第一种采用「放宽静稳定度」技术的机种，此技术系「随控布局」设计范畴内的一项，一般的飞机设计对于稳定度的要求很高，必须将气动力中心置于飞机重心之后的某一点，并且严格限制在一定的变化数值范围内，如此才能让飞机在平稳的姿态中飞行，所谓采用了「放宽静稳定度」技术，亦即放松了对「静态稳定度」的严格限制，飞机气动力中心可以很接近重心，还可以重迭，甚至可以置于气动力中心之前，让飞机的静态稳定度变得很小，或者变得不稳定的状态，而飞机飞行时主要是藉由「增稳系统」自动调整控制面，达到飞行稳定的目的，是一种颠覆传统设计理论的控制技术，如此的优点，在于提高了飞机的机动性，换言之，它只需要小的机动面就可做出大的战术动作，由于对尾翼提供配平力的要求也降低，因此，尾翼的尺寸也可缩减。Su-27的垂尾具有独特的类似斜翼尖结构，两具发动机之间也装有大型尾锥，这些设计可以改善飞行稳定性，或者降低某些马赫数值时的阻力。再者，Su-27下垂的翼尖除了可携挂飞弹之外，还兼有降低飞机衍生阻力的效果，因此，可以说Su-27的气动力设计和F-16、F/A-18相当，更优于第一代的F-15。
发动机性能和机体构型比较
在动力装置方面，Su-27装备两具AL-31F涡扇发动机，推重比为1：8.17，据称这种俄制发动机最重要的特性，在于气流不稳定时仍能正常运作无碍，并且具有优异的空中开车能力，还有报导指称，AL-31F的周检时间为1,000小时，使用寿命更达3,000小时，而这两个时限内的维修保养费用，分别只有新发动机成本的10%和15%。F-15早期采用普惠制造的F100-PW-100涡扇发动机，自1985年起改装F100-PW-200，其推重比为1：7.4，性能稳定可靠且使用寿命长达8,000小时。通用电机的F100-GE-129涡扇发动机也曾用于F-15E的推力测试，其推重比为1：7.28。与F100-PW-200相比，AL-31F的推重比高，但使用寿命却相形见拙。就外形尺寸观察，Su-27比F-15略大，最大起飞重与F-15C相当，但却低于F-15E，纯以飞行性能相比，Su-27其实与F-15不相上下。从另一方面观察，与战机缠斗性能有关的两项重要指标是飞机的推力和载重，以飞机的标准空战重量为例，Su-27的推重比约为1：1.16公吨，略高于F-15C的1：1.10，这表示Su-27的加速性能优于F-15C，Su-27的机翼空战载重为每平方公尺3,400公斤，高于F-15C的每平方公尺3,000公斤，但Su-27有机翼前缘襟翼，可以提高飞机的最大升力，增加转弯率，弥补机翼载重较高的缺点。根据曾试飞过Su-27的西方试飞员指出，在飞行性能和操纵灵敏度这两项特质上，可能只有F-15E才能和Su-27相比。Su-27的攻角上限设定在260度，但事实上比这个数值大，尤其是Su-27的「包加契夫眼镜蛇」动作，是F-15E所做不出来的，「包加契夫眼镜蛇」动作通常是战机在海平面高度以大约每小时400公里的速度平飞进入，然后突然将攻角拉至110-130度，经3-4秒后松开操纵杆使飞机恢复平飞，此时飞机速度降至每小时110-120公里。对于「眼镜蛇」机动动作的实战价值，有人认为Su-27在完成这个动作过程中的进入和改出速度过小，动能太低，反让战机在这个阶段容易被其它的敌机所击落，因此，它是「噱头大于实战价值」，但无论如何，「包加契夫眼镜蛇」动作暗示着Su-27在灵敏度和纵向安定性上有出众的表现。
航电设备比较
首先，可以客观提出的是，Su-27、Su-30的电子化程度明显和西方战机存在落差，座舱主要仪表仍为模拟式，在空战中一旦有敌机出现，雷达幕上显示出的还是移动的光点，就算可先行判读目标架数，但是对方在整个接战空域中的方位、速度、坐标以及批号，就必须有地面战管和空中预警机的提供信息，反观西方战机，这些战场情报就可以靠本身的射控系统呈现，不须增加数据链路的工作负荷。其次，俄制战机的雷达在多模式运算、搜索及侦测距离、飞弹导引性能和对目标分辨率、系统稳定度等功能上也不如西方，其中，对于目标的分辨率更是掌握空战先机的关键，这点主要是在于射控雷达对高速机动中目标的运算性能，运算性能越强，对目标的分辨率就越佳，目标也就越不易脱锁，同时雷达在进行俯视扫瞄的抗干扰能力就越好，滤除杂波的效果当然也成正比。由于Su-27采用「放宽稳定度设计」，配合「线传飞控」（Fly By Wire）系统，但其所用之系统为模拟式，其灵敏度不如F-15E所采用的数字式线传飞控，其次，Su-27座舱内的电子设备只达美国60至70年代的水准，仍为指针式仪表，无目前已广泛使用在西方第一线战机上的多功能显示器（CTR），此外，其位于仪表板上方的抬头显示器功能也十分简单，据坊间刊物报导，Su-27的机载电子设备包括：三种功能不同的敌我识别天线、位于机背减速板前方的ARK-19和ARK-20无线电方位仪、SDU-10-27数据链、SPO-15雷达警示器和R-800与R-864极高频、高频无线电发射机。与Su-27相比，F-15E的机载电子设备就显得高级甚多，其座舱内有1具抬头显示器与多具阴极射线管多功能显示器，前座飞行员座舱内有1具抬头显示器、1具彩色显示器和2具单色显示器，后座武器系统操纵官（WSO）座舱有彩色和单色显示器各2具，若与F-15基本型相比，F-15E增加了一具前视红外线（FLIR）探测感应器和显示战场实时情况的活动式地图显示器，另外，还在机翼下挂载低空导航暨夜间红外线标定荚舱（LANTIRN）。现今一般而言，航电技术的发展平均每5年就可升级一次，目前，F-15的航电系统价格已占全机成本的三分之一。
射控及武器系统比较
Su-27同时使用雷达和红外线导引系统，配有雷射测距仪，这让Su-27在空战中即便关闭了雷达也更有奇袭性，此外，根据近年以来航展中俄国厂商所公布的资料，Su-27所装备的「甲虫式」（ZHUK）27型雷达的功率在X波段，具有「空对空」和「空对面」两种工作模式，其空对空模式包括：仰俯视功能，可同步搜索、测距，也能同步扫瞄、跟踪8个目标，再选定其中4个威胁程度最大者加以攻击，空战模式有：垂直搜索、平视搜索、广角搜索、校靶和低空作战的地形自动规避等功能。在空对面模式上包括，及时波束地形测绘、都卜勒波束解析、合成孔径、波束信号放大及暂停能力，也能同步扫瞄并追踪4个目标，还具有地面移动目标的指示与追踪，以及专用于导航系统数据更新的飞机速度测定和空对面测距。其雷达搜索范围向前为100公里，向后也达55公里，雷达涵盖角度为正、负各200度，俯、仰视扫瞄以2行或4行扫瞄，雷达尖峰功率为5,000瓦，平均功率为1,000瓦，输入功率为8,500伏特400赫兹交流电，和1,500瓦直流电，雷达机组采气冷和液冷两种冷却模式，平均故障间隔时间达120小时，雷达机组重量达260公斤，体积为8立方公尺。F-15E则采用X波段的APG-70多模式高功率雷达，不但能进行一般的空对空搜索，还具备地形规避与跟随的功能，由于采用了先进合成孔径技术，因此可提供各种固定和移动中目标的高解析画质图像，其次，考虑到计算机处理器软、硬件的差距因素，「甲虫式」27型可能在自动化和可靠度上皆不如APG-70。
Su-27的主要空用武装是R-27（北约代号为AA-10）中程空对空飞弹，它系以半主动雷达导引接战敌机，但也有红外线导引型，此外，还有最让西方国防观察家最感兴趣的R-73（AA-11）红外线导引缠斗用飞弹，根据西方观察家们认为，R-73所采用的技术，至少要比现役中的美制AIM-9L/M「响尾蛇」飞弹高出10年以上，R-73是目前当今同级飞弹中技术最复杂且高级的一款空用飞弹，它采用气动和推力向量两种控制技术，且具备高机动的灵敏度，还可以大偏角度发射，值得注意的是，R-73已可经由飞行员的头盔显示器瞄准，和飞行员的头部动作同角度，可直接控制发射，比西方国家的技术领先，其次，Su-27的雷达射控软件略作修改，还可搭载R-77（AA-12）全主动雷达导引飞弹，性能与美制的AIM-120C先进中程空对空飞弹（AMRAAM）相当，但Su-27所能执行的空对面作战，却仅能挂载传统炸弹，或者一般火箭荚舱进行有限度的对地攻击。F-15E却可携带AIM-9L红外线导引飞弹、AIM-7E半主动雷达导引飞弹，和AIM-120C中程主动雷达导引飞弹，另也能携带多种美军现役中的各款空对地导引炸弹以及炸弹。从Su-27可搭载的主要空对空飞弹加以观察，仅有R-73一款武器超越美制F-15E携带的武器，和另两种R-27、R-77性能则大致相当，显然在空对面的功能上，F-15E要胜出Su-27甚多。
早先的第四代俄制战机其射控雷达俯视性能不佳，因此连带发展出一种藉由地表杂波掩护进行突击的战术理论，这也可能是造成Su-27、MiG-29系列才会普遍有"low-low-low"和"low-high-low" 等攻击机使用的特殊战术出现，但在多模式和导引性能上，俄制雷达就差了一些。但在Su-35上，上述的缺点都获得改善，座舱采用了多功能显示屏，大幅增加了电战的自动化，且使得俄制战机首度摆脱了「战管引导」的空战模式。在空战中最常见的动作为滚桶、觔斗等，虽然Su-35和其它侧卫式系列一样，也可以做出「包加契夫眼镜蛇」招牌动作，但前提是双方须相对速度差别较大，一般在航天展中所呈现出的上述动作，是在无外载、低速状态下进行的，倘若换成多外载的高速运动状态，Su-35是不可能做出这种特技动作的。再者，俄国人也认为，从Su-27、Su-35到实验中的S-37，都是以强化运动性能为着眼点，运动性能好的战机不但占尽空战先机，甚至还可能藉此规避空对空飞弹的攻击。西方设计思想以人为本，再好的运动性能都将以9个G为上限，F/A-18E/F和F-22的技令中也都明白标示着G力限制，任何战机超G操作就有解体的危险。
仅凭高运动性取胜的概念，在未来面临视距外大G力空对空飞弹的攻击时，也很难藉此规避，因为第四代的空对空飞弹动辄可承受30个G到40个G，因此战机要避过新一代的飞弹，只有以加强电战反制设备一途，F/A-18E/F就配备有AN/ALQ-165电战反制器、AN-ALR-67(V)3雷达警示接收器、AN/AAR-57空对空飞弹防御警示器、AN/ALE-47反干扰器、AN/ALQ-214多功能电战防御器等，这些电战防御装置是侧卫式战机系列所望尘莫及的，这种结果不但是东西方战机设计思想上的分歧，也是东西双方长期以来就冶金工业和电子工业各自发展的落差呈现。 结语
从以上各项分析可以看出，在进行视距外空战之时，Su-27若无搭配R-77主动雷达导引飞弹，其空战能力将远低于携带了AIM-120C的F-15C和F-15E，但就算装上R-77，在考量到射控雷达和电子战技术的差距，Su-27的视距外作战能力最多也只是能接近F-15C和F-15E，但是，因为有特殊的飞行性能同时又能搭配头盔显示器，进行R-73先进红外线导引飞弹的发射，Su-27的近战缠斗能力将高于F-15C和F-15E。 参考数据
一、USAF F-15 Eagle：Units，Color and Marking (Schiffer Military History)--Don Logan
二、McDonnell Douglas F-15 Eagle --Davies，et al
三、Lock On No.22: McDonnell Douglas F-15E Strike Eagle--Francois Verlinden
四、Lock On No.4：F-15C／D Eagle --Francois Verlinden
五、McDonnell Douglas F-15 Eagle（Warbird Tech，Vol 9）--Dennis R. Jenkins
六、F-15 Eagle Modern Fighting Aircraft --Mike Gething
七、Color and Marking of the F-15 Eagle in Detail and Scale，Part 1
八、F-15 Eagle in Action--Lou Drendel 作者简介
耿志云先生，曾任：「全球防卫杂志」航天技术编辑，译着：「现代美国战机」、「军用直升机」（麦田出版）。
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2003-2-26 16:57:08
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