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主题：【原创】盲人摸象之为印度LCA把脉起而不飞的原因! -- 观望者
家园 【原创】盲人摸象之为印度LCA把脉起而不飞的原因! 印度的LCA飞机,从2001年首架技术验证机飞起来后到今天已经足足八年了。八年来印度航空人做出了八架各型LCA飞机并进行了一千多次的试飞，但八年里八架飞机只做一千次的飞行这很不正常。
大家都知道，新飞机出来后一定要做大量的试飞才可以考验它的可靠性和战术动作。但印度的LCA八年来只做了一千次左右的试飞，而前些天惊闻印度欲买二十架云云，另人大惑不解，这消息靠谱吗？
当然不靠谱！
LCA是印度为建立自己的国防航空工业而进行的项目。它的立项开始到现在将近三十年。这三十年来印度在LCA所取得的成绩有目共睹，但是也面临着不知道什么时候可以成功的尴尬。
先从其外型和数据来看，它的目标是一架轻型的战斗机。而且它有先进的火控系统和先进的飞控。新材料和新技术在LCA的项中占了相当比重。我们看到它的数据的时候，你会发觉它的设计很超前，有着明显21世界战斗机的概念，但可惜的是印度在研制。
LCA的气动，是和法国合作的产物。继承幻影飞机的无尾双三角翼，超过三十八平方的机翼面积肯定使LCA有惊人的飞行品质。而很轻的机体重量也使得它获得较大的机动能量。但如何实现它又是一回事。
我们对比一下该气动级别的飞机，机翼在三十八平方左右的飞机有苏9/11/15系列，有FC-1和幻影下列。但这些飞机长度一般在15米以上，而LCA的长度只有13.20米的LCA是这级别飞机中最短的一个。而空重只有五点五吨也证明了它有相当好的材料水平。如果达到印度的项目要求的话，那是相当了不起的成就。但现在看来实现不了。
首先看气动的来源，因为它是法国的技术，因为法国有发达的航空工业基础和气动研究人员，所以如果是法国本土执行LCA计划，我估计没问题。但印度没有足够的气动理论人才和想关的风洞，那使得印度人不敢修正LCA的外型。而LCA达到只有5.5吨空重的优势，原因是它使用了高达40%的复合材料。但今天我们看LCA的时候，发现它今天远没有达到原来的目标水平，反而沦落到是否合理的水平了。
比如米格19，机翼面积为25平方，正常使用重量为7560公斤，但它可以实现最大使用高度为17900米。中国曾经利用俯冲跃升的办法使米格19上升到19820米用航炮打下美国高空无人侦察机的记录。但今天印度的LCA只实现过1.2万米的高度，这为什么？同样，LCA也只实现了4G的过载实验，其原因是什么？我看那是超重了！
当超重的结论出来后晨枫老大指出LCA需要高速起飞的原因在于气动方面!晨枫:LCA起飞速度高是无尾三角翼的关系.我认为晨老大有点睛之笔,一言重的.
而气动也是LCA起而不飞的关键原因之一。
LCA的方案来自法国，法兰西的航空科学水平走在世界前列。法国人在无尾大三角翼的相关气动研究中有深刻的理解和应用。但LCA方案可惜的不是法国人在继续，于是气动原理出来后很多细节问题如何解决的问题就让印度人措手不及。因为印度没有相关的风洞和理论人才基础。所以在原型机飞起来暴露的问题缺乏理论认识和解决的技术手段，于是每发现一个问题，停下来使用其它办法改一下再看一看。
关于无尾大三角翼，其优势在于高空高速。而印度的LCA定位在格斗，强调能量机动对于出色的法国气动方案不可唯不是本末倒至。而小展弦比低速性能一般，但也不是不可用。米格21就是小展弦比三角翼，而歼七E更发展出双三角翼从而克服三角的低速性能问题，LCA的双三角翼也是为解决低速问题而设计的。但最终出来的 LCA还是需要那么大的速度起飞，那就是本身气动设计不完善的结果。
我们没理由怀疑法国人的方案，但每一种新机都不会在图纸上就完善的，它需要大量的试验来完善。而缺乏风洞的印度，没有相关的人才的印度就只有依赖法国的原设计者来解决。但这又产生了商业和政治问题。所以，决定自力更生的印度人自己努力下去。
但缺乏基础研究和相关手段，印度自己无法优化气动布局，也不敢改变机体结构的前提下就出现了LCA八架验证机既然没有一台能够达到原来的基本性能要求。这是印度LCA最大的麻烦。
原方案中，进气口设计是处于六十年代的水平。固定的进气口。这种进气口不能适应整个LCA包线的所有气动要求，于是乎最大速度达不到原来要求的1.6M。高度1.5万米。
其实，中国的飞机设计，在歼八时代也有LCA那出现的问题，但中国有完善的风洞和理论人才。加上从草案开始就是自己设计的，问题发生在什么地方自己知道，改进一下就好。
在FC-1中，更有在一年半之内改变进气口的惊人之举。但印度近三十年，外型几乎从没改变，那就是气动研究没底的表现！
理论上，三十八平方的机翼面积可以让十五吨左右的飞机飞上天空，如果LCA真的实现正常起飞重量8.5吨的话，那起飞应该是太轻松了。歼十的机翼面积是四十二平方，它就可以在总重十三点八吨的前提下只要258公里就可以起飞。而米格19 25平方的机翼在三百公里的速度就可以起飞。而LCA传说起飞速度要达到380公里，这对于一个三十八平方机翼使用重量只有9吨以下的飞机那是太不正常了。那结论还是超重。
它为什么会超重？其实飞机重量设计和气动设计是相关的。比如FC-1设计的时候，确定使用金属材料，空重目标是6.8吨。考虑到FC-1长度比LCA长一米以上，那就表明LCA的所谓复合材料减重从设计上并不成功。而中国使用金属材料的FC-1理论上和LCA是同级飞机，但中国因为使用金属材料，空重比LCA大一吨多。然而就是这重了一吨的FC-1的起飞速度也只要260公里，这还没对比机翼面积。
LCA有一个比较大的问题，它是这级别飞机中是最短的一个。那为了获得较大的机内空间，比如需要比较大的机身，那大机身就有阻力大的问题，于是乎解决这个大阻力机身起飞的推力和速度的关系上就使用了大机翼来获得起飞的升力，这种设计对于法国推力并不出色的发动机是经常使用的手段。印度继续了法国这一传统理论上应该可以实现。但问题是为什么目前LCA的起飞速度还是需要380公里？那就是重量问题了。结论还是超重。
为什么会超重？这得要考虑材料。比如FC-1使用的是金属材料，它的空重达到了6.8吨。而LCA使用的大量的复合材料，应该起飞重量不会达到9吨才算呀。但问题就在这样。如果LCA真的是需要380公里速度才起飞那只能说目前LCA的试验重量超过十吨，而不是8.5的的要求和正常的超重达到9吨。而应该在十吨以上。
那为什么使用符合材料的LCA会那么重？那就是印度的材料技术问题了。飞机的机身材料，有铝合金，钛合金和航空钢。中国的飞机一般主要部位一般使用的航空钢的重量在飞机总重的15%，剩下来的才是铝合金。因为铝合金的抗压强度等一系列物理指标不能承受高过载，所以在主要承力件使用航空钢是所有国家使用的技术。但印度我想没有掌握航空钢的技术，而且也不会做钛合金，那只好使用复合材料了。
早期的复合材料，比较和的比如电木一类的材料曾经在七十年代出现在中国南昌的歼十二那里。但主要是一些非承力部件上。而印度使用的复合材料究竟是那一种我们不知道，但能达到铝合金水平的复合材料只有美国一家，别无分店。比如环氧碳纤维，它目前的水平不能达到铝合金的水平，都使用在非主要部位上已经使用了。新一代陶瓷-碳纤维材料美国刚成熟，中国欧洲刚开始进入研究，印度不可能会有这样的设备和技术。所以，分析是印度使用早期的材料。
那这种材料靠体积来获得承力的效果，于是糟糕的印度人为了达到设计的强度就拼命地加大复合材料的使用，但这样一来它的重量就上来了，而且还占去了空间。所以今天我们看到的LCA目前起而不飞。
还有问题就是LCA目前飞出来的最大过载只有5G，那就表明它使用的复合材根本就很差，达不到起码7G的战斗机要求。我们都知道，过载和加速度成正比的，但材料的承受和过载也有正比关系。于是为达到强度要求而加大部件的尺寸在飞机上也常有的事情。于是乎在这种状态下LCA才可能超重那么多。
我们熟识的苏27飞机，号称可以达到正9负3的过载。但实际使用却被限制在8G左右，因为苏27的铝合金只达到这个水平。而苏30MKK大量使用钛合金才达到正9G的使用要求。
美国的F22最大的过载现在被限制在8.2G内，其原因就是比如复合材料的整体尾翼只可以承受这个过载。中国的材料上并无过人的地方，所有中国在设计歼十的时候就主体上使用金属材料。而这样歼十最大的使用过载也在8.3G左右。而中国的强五飞机，最大使用过载只有5.5个G这就是因为材料上的问题。同样，苏9飞机的使用过载也只有6个G，但些是金属飞机在五六十年代的水平，今天，新的铝合金和钛合金足使得飞机使用过载达到9G，而印度并没有成功生产过航空合金，所以使用复合材料是可以理解的。
但问题是印度使用的材料水平低下，于是就产生了超重的后果。
如果印度现在改回去使用合金，就算空重达到6.5吨，那至少也可以在速度300公里内起飞，就算再差也可以有7.5G的使用过载。反过来机身强度就足够应付了。
超重的问题，同样体现在FC-1和JH7身上，当中国通过优化设计和加强金属材料的物理特性来解决，这种手段有效和现实，反而印度的复合材料就没那么幸运了。要改一种材料的本质是相当困难的，重新搞新的复合材料对于印度目前既没有能力也不符合时间要求。于是放弃复合材料或者是正确选择！
而如果优化设计，按它的外型尺寸，就算是金属材料，5.5吨的空中也是可以达到的。而金属材料它性能稳定，可靠性高，减重容易。所以金属材料或者是正确的。至少金属材料可以解决目前LCA飞行包线的问题。
其实战斗机的设计，苏联的经验是首先明确目标，那使用手段来达到要求，于是我们看到苏9那样既符合要求但也相当糟糕的飞机。而印度目前的困境就是LCA根本达不到目标。那就要抛弃原来的东西从新来过了。
而今天的LCA，发动机很无法确定使用那一型号，火控雷达同样也不确定，加是糟糕的结构问题和气动。无法完成基本飞控设计，那只好说阶段型成果的LCA目前只在初级阶段的验证机。
其实，在飞机设计上，经过验证机之后冻结技术状态开始进入工程阶段。这一段时间一般在十年左右，而先进国家最快可以在五年就可以实现。但印度的LCA实际上还在验证机阶段，那前景是悲观的。当然再找法国人解决，那等于由法国重新来搞一个新机。因为目前的试验证明LCA气动并不理想，那法国人从气动开始十年时间已经可以搞出一个新机。但那也不再是LCA了。
采取保守的手段，加强国内的基础领域的建设，在国际上寻找有经验的合作者那才会使LCA能成为飞起来的飞机。但这何其难！
本帖一共被 4 帖 引用 (帖内工具实现)家园 难道复合材料比钢和铝合金要重？ 早期的复合材料，比较和的比如电木一类的材料曾经在七十年代出现在中国南昌的歼十二那里。但主要是一些非承力部件上。而印度使用的复合材料究竟是那一种我们不知道，但能达到铝合金水平的复合材料只有美国一家，别无分店。比如环氧碳纤维，它目前的水平不能达到铝合金的水平，都使用在非主要部位上已经使用了。新一代陶瓷-碳纤维材料美国刚成熟，中国欧洲刚开始进入研究，印度不可能会有这样的设备和技术。所以，分析是印度使用早期的材料。那这种材料靠体积来获得承力的效果，于是糟糕的印度人为了达到设计的强度就拼命地加大复合材料的使用，但这样一来它的重量就上来了，而且还占去了空间。所以今天我们看到的LCA目前起而不飞。
复合材料应该比钢轻吧。怎么越用还越重呢？
家园 飞机上用的材料 铝合金材料：迄今为止（暂且不谈波音787）飞机上最主要的材料，不管是军机还是民机。用于飞机蒙皮、隔框、桁条、大翼蒙皮、翼肋、翼梁等等。蒙皮是飞机最主要的承力部件。
航空钢材：主要用于以下（不限于以下）一些部件：起落架、作动筒、襟翼滑轨、高压气/液瓶等，在这些方面，显然都是高强度高疲劳要求，别的材料无法替代。
钛合金：钛合金和不锈钢主要用于热区，比如发动机，及发动机喷出的气流所经部位。钛合金和不锈钢修理，比铝合金部件修理难度高很多。
复合材料：一般只用于次要部件，就是即使飞行损伤或丢失了，也不影响飞行安全的部件。比如襟翼、副翼、方向舵、雷达罩、各种舱门（不包括客/货舱门），盖板，特别是形状复杂的盖板，因为复合材料可以一次成型，做成金属的就增重很多。
环氧碳纤维（严格说是石墨纤维）的强度是铝合金的7倍以上。但是，复合材料可以在一两个设计的方向上很强，不能在所有方向上都强，比如层与层之间，是很弱的，很容易剥离。复合材料替代不了航空钢材，参看上面说的钢材的用途。
某些战斗机上有硼纤维复合材料部件，强度更高，制造、修理更难。石墨纤维复合材料的制造修理温度最高350F；硼纤维复材是500F。
- 复 飞机上用的材料
家园 大地说说787的复合材料吧 整体固化，貌似很牛
家园 787几乎没有接触过 没机会在787上工作，也没有相关技术资料，实在是没啥可说的。只是几年前带儿子去波音宽体客机总装厂参观时，在展览馆照了几张787机身尾段的照片，卡片机照的，效果不咋地。当时生产线上有一架787，不让照相。
外链图片需谨慎，可能会被源头改
外链图片需谨慎，可能会被源头改
外链图片需谨慎，可能会被源头改有白色的标号“29L”、“30L”、“31R”的梯形长条，是桁条。编号规则是，从顶部第一根是S-1，往左边数：S-2L，S-3L，……；往右边数，S-2R，S-3R，……。
787的桁条是梯形的两个脚粘在蒙皮内表面的，没见到铆钉。
铝合金桁条的界面是草帽型的，如图，草帽顶与蒙皮内表面接触，用铆钉连接。
外链图片需谨慎，可能会被源头改大圆形的，有铆钉连接的，是隔框。787隔框截面是什么形状，我已经忘记了。普通飞机的铝合金隔框截面是Z字型的。
碳纤维复合材料用的铆钉，一般是钛合金或莫奈（Monel）合金铆钉。铝合金结构上就用铝铆钉。
家园 787是涂敷碳纤维复合材料机体外壳 去Everet的Paine Field波音飞行博物馆就能看到，非常轻薄的整体一次成型的壳子。听波音的Tour guide介绍说是在日本做的，还有录像，好像是用涂敷方法一层一层的刷上去的，然后烘烤加固。
我是纯粹外行，就是总陪来访的亲戚同学去参观，所以印象比较深。
涂敷工艺过程的录像：
[flash]http://www.youtube.com/v/_GDqxnahwbk&feature=player_embedded[/FLASH]
外链图片需谨慎，可能会被源头改这个就是波音飞行博物馆的那个展品:
外链图片需谨慎，可能会被源头改家园 这要是tailstrike一下—— 原来的都还可以打磨打磨盖块板子补一下，这要是全碳纤维的怎么补啊
要是被什么东西顶破了加压段的蒙皮（parking时）那岂不是要直接报废了
家园 印度空军购买飞机有依赖，所以自己研发的力量就弱的多。 指导思想完全不同，我们因为有过被老大哥抛弃的经历，太希望自力更生了，所以经过几十年的发展，自主研发的实力比较庞大，特别是一些基础性的研究都有，尽管这样研制一代新机的能力和水平还有很大差距，JH7和三代机J10折腾了20年才列装，可人家三代机也已经装备30年了，大概到了准备淘汰的阶段了。
印度一直都能购买先进的飞机，尽管有一些组装飞机的经验，但建立能够自己设计生产飞机的航空工业愿望就没有那么迫切了，研发队伍还差的多，另外这也是要通过时间、人才、技术积累的，想一蹴而就是不可能的。
其实台湾和以色列都是这样的，台湾搞出了IDF，装备了1、200架就没下文了，以色列搞出LAVI后也同样没下文了，关键是他们与印度一样，都能买到先进的战斗机，研发飞机费时费力费钱，还不讨好，不如拿来的省事，建立和养着一个庞大的飞机研发生产体系不是一般国家能够负担得了的。
家园 觉得LCA的问题和运10有点象 家园 我看有两个重要原因。 一是太小，现代战机光电子设备就要占相当的重量，而且这重量在大小飞机中差别不大，小飞机所占的比重自然就大。
二是翼型，它这种外侧后掠大于内侧的双三角翼，全世界除印度以外只有瑞典用过，而且瑞典的新机也不用了，这说明这种翼型的缺陷比较多。
家园 人家印度的指标改啦 人家现在的目标是2马赫，15000米啦，而且重量还是5.5吨哦～～～～ 而且过载人家改成+8.5 g / 9g咯，就是要压过咱的j10啦！试飞员还说LCA起飞比幻影2000还容易呢！人家印度牛X空军订了都40架啦，而且海军大将还说2013年他的海军版就能够在航母上试飞啦！ 总之一句话，一定要干过咱们的j10呢，任何方面～～～～
（wiki上新添加的内容）
说实话，印度人咋想的呢？吹过中国？