天生死敵——F-15和蘇-27誰是當年的“絕對空優”(二)

原創不易,請認可價值,本文為“今日頭條 英雄光”原創,轉載請註明出處 2020-3-18

這篇文章也是很早之前寫的,突然間又開始推薦,許多網友看了原來的文章對結果也有一些質疑,所以這篇文章補充一些細節,著重從給出一些蘇-27和F-15兩機可靠的數據來進行對比。當然我們要知道的是,數據本身是存在侷限性的,從數據上觀察得到的結論也不完全適用於實際情況。

(PS:本文受限於作者水平,可能有很多問題存在,所以歡迎評論區裡理性討論指正。)

推重比

推重比對於飛機機動性是非常重要的,因為它與能量機動理論公式直接掛鉤,一架飛機的推重比和升阻比越高,那麼它的能量機動性就越好。


天生死敵——F-15和蘇-27誰是當年的“絕對空優”(二)

上面是定常平飛狀態下的公式

T/W就是推重比,K就是升阻比,這個式子想要越大,推重比和機動升阻比就要越大。

(PS:帶過載和攻角肯定是機動升阻比為主,巡航升阻比則要大一些,因為攻角和過載都小一些。)

根據已有的數據,我們可以簡單計算一下兩者的推重比,當然在計算之前,我們首先要做到提出計算標準:使用空重+50%載油量+兩枚同規格導彈。

我們還需要細化標準“50%的載油量”必須保證相同的載油係數下進行,為什麼要這樣做呢?如果不考慮不同發動機在不同情況下的耗油率以及飛機自身的升阻比的話,那麼載油係數高的飛機在天上的留空時間就更長一些。


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F-35的載油係數非常高

標準中的50%載油量就可能會帶來一個不良的影響:留空時間不一致,飛機A取半油在天上能飛3個小時,飛機B取半油卻只能飛2個小時,這樣的話對飛機A明顯不公平。因為大家的留空時間一致,在此基礎上飛機A卻攜帶了更多的載油,在比較機動性時無疑對飛機A的性能有很大的誤判。

所以我們應該統一F-15A和蘇-27SK的載油係數,不論是F-15和蘇-27誰高誰低,只要採用一樣的係數即可,計算方式為總空戰油重/飛機的使用空重,蘇-27SK的載油係數為5200/17240kg≈0.302。那麼F-15A應該攜帶的載油為12.473*0.302t≈3.77t,那麼再乘以50%就是1.885t


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F-15A/B/C/D的使用空重,帶翼下油箱,中線油箱的詳細空重數據

(PS:蘇-27由於內置超載油箱,所以內油儲備是極其龐大的,總油量達到驚人的9.6t,這也是我們沒見過蘇-27裝配副油箱的原因。但是這樣高的載油在空戰中顯然是不現實的,所以蘇聯空軍規定蘇-27的空戰滿油為5.2t。)

蘇-27SK的空戰重量為:2.6t+兩枚R-27ER的重量約為0.7t+使用空重17.24t,加起來一共是20.54t,AL-31F的加力推力為12.5t,最後可以得到蘇-27的推重比為1.217。【1】

F-15A的空戰重量為:使用空重27500磅也就是12.473t+半油1.885t+兩枚AIM-7F約為0.46t=14.818t,F100-PW-100的加力推力約為10.8t,F-15A的推重比為1.457。


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攜帶兩個翼下油箱和一箇中線油箱的F-15

可能有人會對計算過程產生質疑,為什麼不用更輕的R-27呢?非得用R-27ER呢?我個人認為導彈的射程應該基本一致,比如AIM-7F和R-27ER的射程一個是70一個是75,如果兩者在這方面的差距過大的話,那麼就和留空時間一樣會造成誤差了。

況且就算改變導彈型號或者兩者發動機的型號,甚至將F-15A改成F-15C,作用都很小,因為兩者的推重比差距是很大的,如果想要使兩者的推重比數據一致,那麼需要讓AL-31F增推2.46t,兩個一起增推4.92t,或者讓F-15A的重量增重到17.74t,這不是改變導彈型號或者簡單提升發動機推力可以解決的。

通過上表,F-15C的使用空重也就比F-15A重了1500磅,680kg,一樣用處不大。


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俄羅斯蘇-27

(PS:正常情況下,我們還需要計算升阻比,但是升阻比目前對我來說還是無法計算的。想要計算升阻比,通過上述的圖片我們應該至少知道:攻角,過載,推重比,SEP,飛行速度這五個值才能反推升阻比K的值。

如果我們有能量機動包線圖的話,那麼我們就有了上述所有的數據,除了攻角,一個等式兩個未知量,這肯定是計算不出來的,更何況我還沒有兩者的能量機動包線圖。

當然這只是我知道的計算方法,我在其他文章中見到過利用飛行手冊計算出的結果,但是沒有提到過方法,具體的升阻極曲線我也找不到,所以除了部分可靠文章中提及到的數據可以借鑑以外,絕大部分的升阻比都是一個未知數,說白了我也只是一個菜鳥。)


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烏克蘭蘇-27

機動優勢區間

兩者的機動優勢區間是很重要的概念,它不僅可以幫助我們瞭解飛機的機動性的特點,也能夠幫助我們簡單比較兩者的機動性。

  • 蘇-27


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蘇-27穩盤過載包線圖

這是一張穩盤過載包線圖,縱座標是過載,橫座標是空速,圖中的曲線的高度在變化。紅線就是超音速陷阱的過載限制,虛線代表飛機無法做到的機動。蘇-27的載荷條件是兩枚R-27,兩枚R-73,50%的燃油量。

從圖上來看蘇-27的機動優勢區間很明顯在高亞音速,表現在圖中就是700~950,這個區間內蘇-27能夠達到最大的可用過載,只不過低高度下受到超音速陷阱的限制無法做出相應的機動,所以如何繞過超音速陷阱的限制對於蘇-27來說是至關重要的。

在11000米的高空下蘇-27的機動優勢區間在500-1300km/H,這個範圍內蘇-27能夠一直保持3.5G~4G的機動過載。

我們可以歸納出蘇-27的作戰方式:高空超音速迅速抵達的情況下,擁有著很高的能量,見到對手之後,轉入跨音速/高亞音速區間進行作戰,在格鬥中不斷減高度減速度,越過超音速過載的限制,達到自己的另一個機動優勢區間。


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烏克蘭蘇-27

  • F-15


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F-15穩盤過載包線圖,上圖縱座標是過載,下圖是角速度,橫座標是真空速

我們要做到載荷基本一致,有三個方法:1.載荷同使用空重的比例基本一致。蘇-27的載荷應該是我們上述已計算的結果+兩個R-73=20.75t,那麼方程就很簡單:20.75/17.24=X/12.473,X≈15.01t,即33091磅。

2.上述已計算出的結果增加兩個AIM-9的重量,那麼F-15的載荷應該是14.818+0.19=15.008t,即33086磅。

3.直接將上圖中蘇-27的載荷加到F-15上,蘇-27的載荷為20.75-17.24=3.51t,12.473+3.51=15.983,即35236磅

無論是哪種結果,總重都在35000磅附近,所以上面那張穩盤過載包線圖是可以進行對比的。

從上述結果來看,F-15的機動優勢區間在跨音速/高亞音速區間,海平面下更是可以達到9G過載,而且F-15在40000英尺的高空下(12192米)0.9~2.2Ma的飛行速度能夠保持2.5G到3G的可用過載,對應下面的角速度也有2.5-5度/秒。


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美國F-15鷹

那麼我們應該如何通過上圖去比較兩者的機動能力呢?那就是確定兩者飛行速度相等的情況下,比較過載,誰的過載更高,說明在這個飛行速度下的穩盤角速率更高。(因為切向速度固定,法向過載作為加速度越高肯定是角速度越大的。)

3000米及以下的高度,0.7~1.1Ma的飛行速度區間內,F-15的穩盤過載在8~9G明顯要高於受過載限制的蘇-27,但是在0.5Ma的低速下,蘇-27的穩盤過載要略高於F-15。

8000米的高度,0.6~1.1Ma的飛行速度區間內,蘇-27的穩盤過載略高於F-15,在0.6~0.8Ma大概有5G到5.5G,0.8~1.1也高於4G。F-15沒有對應的圖線,但根據趨勢0.6~0.8Ma的過載應該是在3~5G,0.8~1.1Ma在4~5G之間。

11000米高度下,蘇-27在1Ma以前過載基本在3~4G之間略高於F-15,但在1Ma以後顯著下降,明顯低於F-15一直持續到2.2Ma左右的2~3G過載。


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伴隨夕陽的F-15

顯然F-15和蘇-27各有各的機動優勢區間,就穩盤來說,F-15隨著高度的變化,機動優勢區間有一定的變化,其在低空下高亞音速階段和高空下的跨/超音速階段都有很良好的穩盤速率。蘇-27則在任何高度下都著重於高亞音速,兩者的區別還是比較明顯的。

從作戰角度來說,兩者各有各自的方法,這個無法區別優劣,因為只要合適國情和軍隊的需求就是好的。但是從狗斗的角度來看的話,F-15A的機動優勢區間是很佔便宜的。

因為F-15可以在超音速階段在保持能量不掉的同時,完成部分佔位,然後在跨/高亞音速音速區間內保持能量優勢直接解決掉對手。而蘇-27卻需要將高度和速度降到過載限制無效之後,在憑藉機動優勢進行格鬥,如果是純粹比較機動能力的話,這樣毫無疑問會吃很大的虧。

況且之後的側衛系戰機進一步增重,推重比數據進一步下降,所以在2008年紅旗軍演出現強行使用TVC調頭卻導致能量不足掉高度的事件是完全可能的。

本文引用:

  • 歐陽莫《F-15E 技術特點》


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