殲9是我國六七十年代研製的一種高空高速截擊機,為攔截速度達2馬赫的“逆火”轟炸機,它的速度指標一再提高,從最初的2.4馬赫到2.5馬赫,一路飆升到2.6馬赫。因此,儘管殲9採用了當時很超前的鴨翼三角翼佈局,最後卻連原型機都沒造出來就下馬了。美國“軍事觀察雜誌”曾發表評論:就沒有出現過速度超過2.4馬赫的單發戰鬥機,更不要說2.6馬赫的了。客觀的說,這個說法不無道理。
單發戰鬥機真的無法達到2.4馬赫的速度嗎?世界範圍內,在追求速度的單發戰鬥機中,最具代表性的有米格21、米格23、幻影2000和殲10四種。
米格21採用一臺P11Ф300渦噴發動機,加力推力只有6噸,推重比僅5.2,而米格21的正常起飛重量有8250公斤,這麼算下來它的整機推重比只有0.72。但透過採用57度後掠三角翼、機頭進氣、細長機身等減阻設計,米格21的速度仍然達到了2.05馬赫。
幻影2000採用一臺M53P2小涵道比渦扇發動機,最大推力9.5噸,推重比也不高,只有6.5,但得益於無尾三角翼佈局較小的阻力和重量,幻影2000的速度達到了2.2馬赫。
米格23採用一臺R29-300渦噴發動機,推力高達12.5噸,幾乎達到了渦噴發動機的極限,再加上其變後掠翼佈局、二元三波系進氣道極大減小了阻力,最終米格23獲得了2.35馬赫的最大速度,這個單發戰機的速度紀錄至今未被打破。
殲10A採用的三角翼鴨翼耦合佈局本就是由殲9演化而來,這種佈局在保持三角翼優異高速效能的同時,又克服了其大迎角機動性差的缺點。另外,AL31FP發動機的推力和推重比都超過了以上幾種發動機,因此,殲10A在保持很強機動性的同時,最大速度也達到了2.2馬赫。
可見這四種戰機都沒有達到2.4馬赫,但要弄清楚迄今為止單發戰鬥機為何無法突破2.4馬赫的速度,還要了解影響戰鬥機最大速度的主要因素,即推力、空重和阻力。
一,先看推力。雖然發動機推力對戰鬥機速度的影響很大,但真正決定最大速度的卻是高空推力。戰鬥機的最大速度通常在高空才能實現,在氣壓高,空氣稠密的低空,因飛行阻力太大,戰鬥機只能達到遠低於最高飛行速度的低空大表速。低空大表速是指在戰鬥機不解體的前提下,其速度所能達到的最大逼近值,是試飛中最難啃的“硬骨頭”。如幻影2000的低空大表速只有1350公里/小時。
因此,只有在氣壓低、空氣密度小的高空,戰鬥機的飛行速度才能達到最大值。但氣壓越低,空氣密度越小,發動機單位時間內的進氣量就越少,能輸出的推力就越小。據測算,海拔高度每增加1000m,氣壓下降約11.5%,空氣密度減小約9%,發動機的功率/推力也隨之下降10%左右。如波音737NG所用CFM56-7B發動機的實際巡航推力大約2100公斤,而它的地面推力卻可以達到12噸。在發動機高空推力大幅降低的情況下,雙發戰鬥機的優勢就非常明顯了。
二,再看戰鬥機空重。相比單發戰鬥機,雙發戰鬥機的推力增加幅度遠大於空重增幅,如單發的F16空重8噸左右,而雙發戰機F15在推力增加100%的情況下,空重卻只有13噸,相比F16僅僅增加了62%,再加上F15採用楔形二元四波系進氣道、三角主翼等減阻措施。結果就是:雖然所用F100-PW-100發動機的高空效能不佳,F15A仍然達到了2.5馬赫的最大飛行速度,這就是所謂的“力大磚飛”吧。而即使F16採用可調進氣道,它的速度也無法超過2.3馬赫。
三,最後是阻力。相對於單發戰鬥機,雙發戰鬥機的阻力增加幅度也是有限的。戰機的飛行阻力主要包括:摩擦阻力、壓差阻力、誘導阻力、廢阻(飛機制造表面的工藝不光滑以及附加的突出物產生),其中,摩擦阻力佔總阻力的51%左右,壓差阻力佔19%左右,誘導阻力約佔27%,廢阻約3%。因正面投影更大,雙發戰機相比單發戰機增加的阻力中,摩擦阻力佔比最大,但透過上述一系列減阻措施,如採用大後掠三角翼、楔形進氣道等措施,可大大減小雙發戰機的阻力增幅。
可見,雙發戰機有很大的速度優勢,米格25就是一個很好的例子,雖然因廣泛採用不鏽鋼材料,其空重達19.6噸,楔形進氣道等減阻設計相比F15優勢也不明顯,但米格25的R15B-300發動機高空效能強悍。雖然它的推力值看上去並不大,靜推力僅 86.24 千牛,加力推力也只有109.76 千牛,但R15B-300的高空可用推力卻很可觀,而且一旦速度超過2.2馬赫,甚至會出現的自主衝壓燃燒,最終米格25的最大速度超過了3馬赫。
本來殲9的鴨翼三角翼設計比米格23的變後掠翼佈局要先進得多,它在兼顧低阻力和機動性的同時,還有效降低了結構重量。但由於總體設計水平不高,再加上為突破“熱障”採取了一系列抗高溫和加固措施,殲9的空重高達13噸,幾乎與F15相當。雖然渦扇6的推力超過了12噸,但作為渦扇發動機,它的高空推力怎麼也比不上R29-300這樣的渦噴發動機,因此2.3馬赫已經是殲9的速度極限了。
在這種背景下,殲9專案的失敗也就難以避免了,在經歷4次更改技戰術指標、3次變換試製廠、2次下馬的遭遇後,殲9最終因指標過高,技術上無法實現而於1980年被取消研製計劃。殲9的夭折充分表明了尊重科學規律,從實際出發的重要性,否則只會欲速則不達。