【軍事博評】William:軍機撞鳥墜毀 而鳥不死?中國空軍教練機墜機事故淺釋

2017-10-31 16:10:00
William Lam

現實中只是個小職員的軍武 / 科普愛好者

本月25日,內地微博傳出解放軍有軍機墜毀,這應該是解放軍空軍今年第一宗墜機事故(年初有架直10墜機,但那是陸軍航空兵的事),事故中兩名機師成功彈射,且幾無損傷,實屬萬幸。然而,台灣的《自由時報》卻笑指稱這軍機可能因空中撞擊雀鳥而墜毀,而那雀鳥並沒有死亡,還在殘骸堆裏生蹦活跳,並引來一眾讀者的留言恥笑!

《自由時報》的立場,大家都知道,問題是作「玩笑」文都要看圖分析吧!那隻雀鳥身形細小,但十分肥胖,翼展甚短,而且身上多只有短毛,分明只是一隻出生只有一兩個月的雛鳥,根本不會飛行,又怎能撞到空中的飛機呢?牠很可能只是殘骸墜地時待在附近鳥巢、不幸被波及的雛鳥而已!任何鳥擊事故中,被撞的鳥兒都會屍骨無全,撞鳥而鳥不死之說事實上只是片段旁一位老農夫的戲言而已。

言歸正傳,經由照片中的殘骸來看,機體體型並不大,加上有兩名機師,似乎是一架教練機。農田中只散落一具小型的、沒有前端風扇盤的渦輪噴射引擎,再由垂尾殘骸的角度分析,幾乎可以肯定是一架教練9型高級教練機(1),而且還是海軍航空隊用的教練9A型(下圖中間的機型,最底下的是空軍用的教練9原型)。

 

至於意外原因仍眾說紛紜,不過當然不會是《自由時報》所說,可能被一隻仍未懂飛的雛鳥撞毀了。然而我們仍可由殘骸的散佈估計大概發生什麼事。首先,飛機殘骸相對集中,而且部分殘骸甚為完整(例如引擎、機鼻),甚至連勉強可看出整機的外形。由此可見,飛機並非高速俯衝墜地,而是低速 / 自由落體速度機腹著地,且更可能是失速機腹著地,故殘骸相對完整。

就飛行器而言,失速墜地有幾個原因,例如動力系統故障、機鼻抬升過高令空速過低等。不過以推重比較高而且具有更迅速機鼻指向能力的高級教練機而言,機鼻抬升過高的失速是十分容易改出並重新得到空速的。故意外更可能是引擎故障,無法再啟動,令空速無法維持,才導致失速墜地。由於教練9的設計目的是要使用2000年代既有技術及後勤狀況快速發展出新型高級教練機,以取代非常老舊兼缺乏雷達訓練能力的殲教7系列,故它是以殲7後期型系列及殲8B型系列所用的渦噴13F渦輪噴射發動機作動力的。當然,由於解放軍換代速度遠比2000年所預想的還要快,以今日標準而言,無論WP-13系列怎樣改,甚至魔改,都已經是準備給淘汰的款式,壽命及耐用性上均較渦扇發動機差,故出現空中故障停車也不是奇事。不過以過去經驗顯示,此引擎較少發生空中停車事故,事實上意外比率也較少。

另方面,除機件故障外,鳥擊引擎也是引擎空中停車的重要原因,國內軍事討論區已盛傳引擎吸入了高空的麻鷹。提起鳥擊引擎 / 引擎吸入雀鳥的意外,就算沒有航空知識的普羅大眾都可能想起《薩利機長》或「哈德遜河奇蹟」。事實上,民航機引擎吸入雀鳥的機會非常高,故客機引擎(例如CFM-56系列)的扇葉設計至少要能抵受一隻雞的高速撞擊。不過這設計要求未必保險,一架767就曾經吸進一隻烏鴉,遺骸直接給捲進渦輪扇發動機的核心機內,造成推力大降兼發動機不能正常點火,被迫以一個引擎折返機場。

對於一個體積及扇葉均小巧得多的戰鬥機發動機而言,其可承受鳥擊的能力可說進一步下降,而對於小型渦噴發動機而言,因為它連扇葉都沒有,一進入進氣道內就直接撞進較小的壓縮葉及隨後的點火裝置 / 燃燒室(2),對於承受鳥擊的能力只會更低。如果飛機只裝一部渦噴,吸入雀鳥的後果,很大機會就是發動機停車,導致空速下降甚至失速,而且吸入大量雀鳥遺骸的渦噴,是很難重新開動的,甚至有因為重新開動而令碎片亂飛、起火爆炸的情況。這時候,機司大概只有棄機一途了。

假設這教練機真是吸入雀鳥,而如果有人以為鳥擊並不是什麼嚴重問題,被撞的戰機都是豆腐渣的話,我只能引述台灣著名軍事評論員Zenji Fan (台灣水平最高的軍事網站及討論區「軍武狂人夢」的創辦人及管理員之一)的留言作結:「不要小看高速鳥撞的力量,以前有人用空氣砲測試,裝甲車的裝甲都能打破——誰做鳥撞測試居然沒解凍就射出去的?!那等於二次大戰早期戰車砲的穿甲力啊! 就算不是凍成冰塊的雞,現代噴射機撞鳥時的相對速度,確實是二戰早期75mm炮的水準,而且鳥骨的硬度並不低,小鳥就等於機槍子彈,大鳥就是那些可以穿透高硬度裝甲2~5cm等級的玩意,這年頭只有美國A-10有這種厚度的裝甲了......」(3)

註釋

註1:教練9型勉強可說是應急產物。話說回到2000年代初期,解放軍第三代戰鬥機(中國分代,即美俄的第四代戰鬥機)已完成大部分測試,準備前期生產工作,然而當時解放軍尚無可專供機師熟習第三代戰鬥機電子飛控、火控模擬訓練的高級教練機,而原本的殲教7型根本沒可能勝任這項工作。時解放軍還未正式要求設計所提供飛機設計方案參加競爭,但貴州飛機公司及洪都飛機公司看準這需求,各自自資發展高級教練機。洪都飛機公司看準第三代及未來第四代戰鬥機的高練教練機需求,決意發展全新型號的、具備線傳飛控系統的次世代教練機,並不惜工本邀請俄國雅克列夫設計公司協助其設計工作,結果他們的L-15方案的前半部融入了YAK-130的設計特色(除邊條翼更為巨大),但機身後半部及主翼氣動佈局就完全不同;然而貴州飛機公司卻選了一條「捷徑」,即看準當年的解放軍空軍的後勤狀況,選擇以成都飛機公司的「末代殲7」殲7E型為基礎,修改前半部機身成雙側進氣,並加裝較先進的航電座艙及火控,務求在短期內設計出成本及技術風險較低,但仍合規格及現有後勤供應要求的新型高級教練機FTC-2000。

時至2005年底,解放軍終提出新型高級教練機的需求,據說當時他們早已屬意洪都L-15方案,此時貴飛的FTC-2000原型機已經完成絕大部分測試,可在短時間內正式量產;另方面由於設計需時,L-15的1號原型機剛剛試飛,大量測試還未完成。無奈之下,老解空軍唯有於2006年正式立項並選用FTC-2000型作為新的過渡性高級教練機,機型號名為教練9,2007年已經正式入役;L-15最終亦能正式入役,型號名為教練10,不過這時已是2013年了。

就個人而言,雖然教練9是較落後的機型,而且機體飛控設計應無法模擬雙引擎飛機或線傳飛控系統的操作,但貴飛並未以「食老本」自居,反而加緊改良型的開發,而且其改良型的改善幅度也令人驚喜:為滿足海軍航空隊對於低速操控性及航艦起降訓練需求,他們除進一步提升航電性能外,還全面修改翼形,大幅增加翼面積及襟翼,更加入蚌式進氣道(DSI),大幅強化航程及低速操縱性,結果亦順利成章地進入海軍航空隊服役(合共兩型,另一型是特地為航母陸上起降訓練設施而設的)。最近他們更加緊改進,為主翼加上可摺翼設計,並強化機身後半部結構,務求將海用型教練9變身成正式的艦上教練機。大概米高揚也料想不到,他的米格21子孫竟然變成可玩低速機動的玩意,並真的有機會「上艦」……

註2:渦輪噴射發動機與渦輪風扇發動機其實在結構上十分相似:渦輪風扇發動機本來就是以一部渦輪噴射發動機作為核心機,在尾部噴氣管道附近加上推動扇葉及聯動軸,利用尾部噴氣的部分能量,帶動一個(或數個)裝在核心機前面的渦輪扇葉,另外在核心機外圍布置外涵道,這樣,渦輪扇葉就可吸入更多空氣,不但可以預先壓縮進入核心機的空氣,且其餘空氣亦可經由外涵道排出,造成額外推力之餘,亦能有效冷卻核心機,令核心機(渦噴引擎)工作壽命更長,而且燃油消耗更少。當然,渦扇發動機不是沒有缺點,就是推力反應速度通常及不上渦噴,而且阻力會隨涵道闊度與核心機的闊度比例上升而增加,對於加速性造成一定影響,超音速性能也會下降,而如果涵道比大到好像一般噴射客機所用的那樣大(通常超過1,部份甚至超過2),那即使有再大的推力,阻力也會大到飛機不會有任何平飛起超音速能力……

渦輪噴氣發動機

 

戰鬥機及客機用的渦輪風扇發動機

 

註3:另外,YOUTUBE中有一段F-16撞鳥並墜毀的視頻,片段所見,F-16剛飛離跑道就撞上一隻和隼差不多大小的雀鳥並吸入引擎中,由座艙HUD錄影片段中可看到,撞鳥後機師雖然提升高度並轉彎返回機場,但引擎推力下降實在太厲害了,機師亦只好選擇一處看來沒有人的田野,然後彈射,讓飛機自己墜毀。

發佈於 軍事博評
By 2017-10-31

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