主题：【原创】尴尬的教练机 （上） -- 晨枫

教练机以训练飞行学员为主业，以作战为副业，这一般都没有什么异议。但主业和副业的定义和两者的相对比重，这里面差别就大了。教练机的批量大，使用寿命长，出勤率高，对成本控制和使用经济性的要求几乎和民航客机一样苛刻，这样就需要尽可能减少不必要的重量、设备和飞行阻力，否则每天背石头上山，那什么经济性都免谈。但作为作战飞机来说，战场上只有两件事是最重要的：生存力和任务完成能力，其他都无关紧要。

教练机作为战术飞机，一般有两种：攻击机和战斗机。攻击机用于攻击地面目标，教练机具有良好的低空低速操控性能，后座可以用来帮助观察战场和操作武器系统，用作兼职攻击机好像是天然的选择。但仔细琢磨一下，问题就来了。攻击机需要暴露于敌人地面火力之下，需要具有一定的抗打击能力。美国A-10和俄罗斯的苏-25都有钛制装甲“澡盆”，用于保护飞行员和关键设备，教练机要是也背上这么一个澡盆，那发动机推力和油耗的增加可就太多了。如果在设计时考虑战时可以增装装甲，而平时不装，这个问题小一点，但留有余地同样意味着设计死重，留得余地越大，死重越大。

攻击机一般用航炮、火箭弹、导弹和炸弹攻击地面目标。航炮可以用吊舱，但火线离飞机轴线太远，瞄准精度不好。发射时的强烈振动和挂架的刚度不足使射击精度进一步下降，长期的强烈振动也对挂架的强度有害。真正的航炮都是固定安装在机身上的，或者在机腹，或者在翼根，或者在机头，或者其他位置。要达到一定的射程、精度和毁伤效果，航炮需要有一定的口径和初速，这样航炮的后坐力就较大，炮身就较重。A-10攻击机的7管30毫米GAU-8转管炮不带炮弹的空重达到281公斤，装满炮弹后顶A-10的空重的16%，要是拆下来放在地上，个子比一辆小轿车都大。由于GAU-8太沉重了，整个A-10飞机差不多都是围绕着它设计的，成为攻击机中最大最重的。地勤要把它拆下来之前，一定要把后机身用千斤顶架好，否则GAU-8一拆下来，A-10就要前轻后重跷跷板了。当然，GAU-8有点变态了，但是用于对地攻击而有点威力的航炮大多个子不小，太轻飘飘的没有多少威力，不要也罢。这样一来，教练机的重量又要增加了。如果是可拆卸的，那卸下来时飞机重心就不对了。或者说，如果航炮有相当重量而且是可以拆卸的话，教练机的重心设计就会很不好办，顾得了一头就难顾另一头。如果连重心都弄不好，那教练机的飞行质量也就别提了。

教练机本身没有必要需要挂架，一般每个架次的时间都不长，下来加油就是了，所以机内油箱不需要太大，也不需要副油箱。但战术飞机需要具有远程奔袭或者长时间巡逻的能力，机内油箱需要加大，即使不需要像苏-27那样变态的40%机内载油系数（机内载油量占正常起飞重量的百分比），也应该至少有战斗机平均的28%左右，而不是典型教练机的22-23%（如捷克的L-59和英国的“鹰”式）甚至更低。过大的机内油箱意味着更大的机体，即使平日里减油起飞，阻力、重量、发动机推力依然要上去，依然降低经济性。使用副油箱也不能完全解决问题。副油箱需要在挂架和机翼内设置油管和相应的开关，增加系统的复杂性，要不是必要，也是能省就省。苏-27由于巨大的机内油箱不需要副油箱，所以开始时的设计是根本不能用副油箱的，节约了重量和成本。对于教练机来说，副油箱只是翼下挂架的一个用处，火箭发射器、导弹、炸弹都需要是用挂架，这样就要增加挂架的复杂性，需要在电气和机械上和各种武器匹配。对于导弹来说，还需要有压缩空气管路，用于驱动陀螺。多用途挂架在技术上没有问题，但这些设备和功能都不是教练机部需要的，教练机每天上天背着那么多的包袱，日常经济性成了大问题，维修、备件都成了问题，多一件设备，就多一份日常的维修和更新，到临战了再大检修、大更新是不行的。

现代战场的防空火力日益强大，攻击机没有一定的防护，只有靠隐身来增加自身的生存能力了。欧洲MAKO教练机是第一种采用隐身设计的教练机，前机身有显著的隐身修形。且不说MAKO的隐身能力究竟有多少，战斗机比教练机更强调隐身，如果有不影响气动设计的隐身方法，人们早就蜂拥而上了。如果教练机为了有限的隐身而严重损失了经济性，那可能会得不偿失。

作为战斗机，飞行性能和武器能力上的要求只会更高。战斗机要求相当高的速度和高度，一般教练机没有这样的要求，即使为了满足中等性能战斗机的基本要求，也需要将最大速度增加到至少1.5倍音速左右，升限也相应增高。为此，教练机常用的中低流量比非加力涡扇发动机不能用了，要用战斗机的低流量比加力涡扇发动机。中国的K-8教练机使用美国的TFE731发动机，这恰巧也是很多公务飞机使用的发动机，就是因为其油耗低、可靠性好。但是TFE731用于超音速飞行就勉为其难了，台湾的IDF用加力的TFE731是没有办法，不是因为这是理想的战斗机发动机。韩国的T-50就是用美国F-18战斗机上使用的F404发动机，这更加适合于超音速飞行，但成本、油耗都上去了。IDF倒真是应该用单台F404儿不是两台TFE1042的。战斗机发动机追求终极性能，像高性能跑车发动机；教练机发动机追求可靠省油，像出租汽车发动机。两者要求不一样，用后者代替前者根本不能达到性能要求，用前者代替后者则损失可靠性和油耗。使用战斗机发动机对教练机的使用经济性是另一个坏消息。战斗机的机动性要求比教练机高很多，这要求机体作很大的加强，这又是重量增加，和由此产生的使用经济性损失。

这还没有涉及到航电。教练机不需要太多的航电，只要有基本的飞行仪表和通信就够了。但作为战术飞机，火控系统是必要的，而且需要和所有配套的武器相匹配。现代火控可不简单，红外、微光、激光、雷达，这些探测设备的重量和成本都不低，座舱显示也要跟上去。虽说现代火控都数字化了，只要硬件在，软件可以随时更新，但平时只装“架子”硬件而没有相应的软件对节约重量和成本没有什么作用。软件是没有重量的，软件成本主要在开发，而不在于复制。既然已经开发出来了，载入还是不载入火控系统对软件的成本几乎没有影响。硬件成本和产量有关系，但也是有限度的，到研发和工装成本已经可以忽略不计的时候，材料、制造等成本就决定了硬件成本下降的空间。教练机要是打进现代火控的成本的话，那成本肯定低不了。如果只用简易火控呢？战场上只有第一，没有第二，简易火控只有在敌人很肉的情况下有效，但是除了根本负担不起现代战斗机的国家外，连教练机都担当重任的时候，敌人不会太肉，这时教练机的战场生存能力就很成问题了。但是要把火控升级到可以一战的程度，成本又大大升高了。现代战斗机的高昂成本不是天上掉下来的，也是在严格的成本控制之下依然这么一点一点爬上去的。一分钱一分货，便宜出好货的事人人想做，但除了众里皆混我独清的情况外，战斗机做不到的低成本，换成教练机也未必做得到。

现代战斗机已经成为高度复杂和昂贵的系统，但其能力也高度强大。为了控制成本，作为兼职战斗机或者兼职攻击机的教练机一般比专用战斗机或者专用攻击机的性能要有所下降，但下降太多又使得这种兼职失去意义，只能迫使兼职升级成准专职，走向危险的“性能要求爬升”（performance creep）的道路，最终导致价格的自杀性螺旋式上升。

教练机追求战术飞机的性能还有一道跨不过去的坎：全机重量。教练机本身是没有挂载要求的，所以全机重量只要按空机加需要的载油量就够了。但作为战术飞机，光能飞到敌人那里“显示存在”是不够的，必须挂载足够的武器。A-10的挂载量达到9吨，F-15E、苏-30的挂载量达到8吨，就是“轻型”的F-16的挂载量也达到6吨以上。教练机可以达到同等的载重量吗？当然可以，只要飞机做得一样大，但那样的话，教练机成本低、经济性好的优点就荡然无存了。那么是否可以使教练机的载重量大大减小，依然达到相当高的作战效能呢？现代战斗机的尺寸和载重量是经过科学论证的，并不是任意决定的。大大低于典型战斗机的重量只能意味着大大低于典型战斗机的能力。在战场上，别人都端着突击步枪在战斗，你端着一把手枪，这就不能战斗了吗？当然不是，但战斗效能大大下降这是不容置疑的。现代战斗机的一个趋势是重量越来越大，轻型战斗机被认为是鸡肋，没有太大的前途，FC-1、JAS-39已经在重量的下限了，再小就难以作为有效的战斗机了，这也是LCA、歼-7MF注定会成为鸡肋的道理。教练机兼职的战斗机能够扭转这个趋势吗？不能。即使教练机只是为高性能预留飞行性能和航电的升级余地，这也将在采购和运行成本中体现出来，对教练机作为教练机的竞争力不利。

飞行仿真器对教练机是另一个挑战。飞行仿真器的仿真精度越来越高，可以完成很多过去必须上天才能完成的训练，但是终究不能取代教练机。不说别的，做危险动作的时候，仿真器上失败了可以再来，在飞机上就不一定有这个再来的机会。这种心态的差别是仿真器无法复现的。飞行仿真器是种种仿真器的一种，说穿了就是用和飞机座舱相同的环境，模仿飞行时的状态。座舱硬件要做得和真飞机一样，这不难。但飞行特性要和真飞机一样，这个难度非同小可。即使在计算机技术高度发达的今天，仿真用的数学模型依然是高度简化的。这一方面是实时计算速度的需要，另一方面是“囊中羞涩”，对复杂的物理现象依然缺乏微观的了解，只能用简化模型来笼统地描述。在飞机设计时，用超级计算机解算Navier-Stokes方程尚且花费时日，飞行仿真器队复杂气象和燃油消耗或者投放武器而引起的重量变化的实时计算如何可能？这么说吧，现代战斗机的风洞和试飞时间比50年代是更长了，而不是更短了，这不是现在的人们比过去知道的少了，而是现在的人们的要求更高了。飞得更高，更快，更猛，外挂更加复杂，空气和飞机的相互作用离简化的理想状态也就更远，这也使得飞行仿真器更难精确仿真。用数字线控里的飞行模型做仿真模型可以吗？当然可以，但线控和仿真有一个关键的差别，线控是闭环环境，对于气动数据估计的误差可以通过对周围物理世界实测反馈来实时调整补偿，仿真器就没有这样的条件了，一切都是开环的，只能将错就错。这是仿真器不可能取代教练机的另一个原因。但是要求不高的时候，仿真器确实可以代替很多基本训练的飞行小时，这使得教练机只有向高端发展，只有在仿真器里无法精确仿真的科目里才有优越性，这变相地把教练机往高里推了。

现代教练机除了训练飞行学员外，还开始担负起保持老资格飞行员的飞行小时的任务。现代战斗机、轰炸机、运输机的运行成本很高，但飞行员需要保持飞行小时，以拳不离手。高性能教练机可以满足大部分要求，同时，具有线控变稳的教练机还可以模仿多种飞机，这是高性能教练机的一个切入点，但前提依然较低的采购和运行成本，否则就没有意义了。

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