F-15 vs 苏-27：谁更先进

晨枫

* |3 v; L9 S! q- e9 k" {% t' D2 pF-15是1972年7月27日首飞的，苏-27是1977年5月20日首飞的，但这是原始设计T-10，大改后的T-10S是1981年4月20日首飞的，这才是真正的苏-27。两者相差9年，苏-27更加先进是理所当然的。事实也正是如此。
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F-15是能量机动理论前的最后一代战斗机设计。能量机动理论提出并被美国空军接受时，设计已经进行了相当一段时间，只能修修补补地利用能量机动理论来指导设计了。这比F-14还是好一点，F-14彻底没用上能量机动理论。第一代用上能量机动理论的是F-16，F-18也是部分用上。
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2 D; u: ^6 a# H3 o4 TF-15用上能量机动理论的部分是机翼和发动机设计：截梢大三角翼、中等后掠角、低翼载、高推重比、低涵道比大推力涡扇。
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能量机动理论要求战斗机在机动中保持最大能量，以维持持续交战能力。一锤子买卖的角度机动的能量损失太大，而实际战斗中很少一锤子买卖的情况，尤其是多目标交战时。为此，需要低翼载，以大量剩余升力确保能量。强劲的发动机和高推重比是确保能量的另一半。

; @6 a* }, \3 h为此，F-15的机翼经过高度优化。翼尖截梢降低结构重量和阻力，也在高机动时减少翼尖涡流造成的颤振和涡流阻力。有意思的是，最初F-15的翼尖就是“方正”的，好像去掉翼尖导弹挂架的F-16一样。在试飞中，发现严重的翼尖颤振问题。试飞中心的人简单粗暴地把翼尖斜锯掉一块，用木制整流件和胶带简单固定一下接着试飞，居然解决了翼尖颤振的问题。圣路易斯那边的“学院派”的方案是增加翼尖翼刀和整流片，但“县官不如现管”，还没等到“整改意见”下达，试飞中心的人就“自说自话”了，还很成功，直接把圣路易斯干沉默了。当然，量产F-15统统改用斜切翼尖，而且正经设计，不用胶带了。
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% o0 g8 s$ V( O" ~8 X( ?设计时考虑过翼尖挂架，实际首飞的原型机只有“方正”翼尖，没有翼尖挂架，造成不小的翼尖颤振问题。

斜切翼尖还降低了翼尖绕流造成的涡流阻力。升力机制的核心是下翼面压力高于上翼面，在翼尖处，这必然意味着下翼面压力“横着走”，形成翼尖绕流。翼尖小翼是民航机上用的办法，战斗机上可以用翼尖切尖，不消除绕流，但在不同位置上形成不同强度的绕流，把涡流阻力的能量分散了，也降低翼尖阻力。

但后缘外段略微前掠是设计时就有的。这是在三角翼和后掠翼之间巧妙的折衷。后掠翼的升阻比高，三角翼的阻力小，基本三角翼但外段有点后掠翼的意思，就是这样折衷的初衷，效果也是刚刚的。后掠翼把来流分解为机翼前缘垂直方向（法向）和顺着机翼翼展的方向（展向）。法向分量产生升力，展向分量向翼尖堆积，但最终还是在外段来流的吹拂下，增加外段的法向分量的。后缘带一点前掠增加外段弦长和翼面积，增加外段升力，推迟大迎角飞行时外段失速，有大用。

# `/ D8 s# r2 e" e) K# [外段略微前掠与斜切翼梢，也是增加翼尖后角强度和降低颤振问题的关键。尖锐的角本来就容易导致颤振。试飞中心的人不是在蛮干。

这些精巧的设计构成F-15挺有特征的机翼。

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有心人也会留意到：YF-22到F-22的演变中，翼尖后缘也斜切了，也是用于控制颤振和翼尖涡流阻力。平尾内侧的尖角也切除了。
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为了加强全动平尾的气动效率，平尾前缘还带有锯齿，这和有些战斗机的机翼前缘带锯齿是一样的道理，用于抑制气流的展向流动。

中等后掠角则是在高低速之间的均衡。小后掠角适合低空低速和机动飞行，大后掠角适合高空高速和平直飞行，变后掠翼可以根据需要实时选取最合适的后掠角，但重量和复杂性代价太大。中等后掠角就是最优化后的折衷。这也是第四代战斗机以后的标配。代价是比大后掠翼的阻力更大，这就格外需要大推力发动机了。“力大飞砖”是美国战斗机的独门绝技，不是简单粗暴，而是大道至简。这一点不服不行。

双垂尾是大迎角机动的需要。大迎角时，由于机体对气流的遮挡，垂尾效率急剧下降，需要大大加大加高垂尾来补偿。双垂尾降低特大特高单垂尾的问题，实际上重量还减轻了。双垂尾安装在机体两侧，避开中心线上受到机体遮挡最严重的部位，也是有利于大迎角下保持航向稳定性的。超音速飞行的激波导致锋面后方的低压区，也使得垂尾需要额外加大。

& q* ^0 R& y3 U1 a* q- e0 K# ~- A必须指出的是，双垂尾本身是不用于高机动动作的，急转弯靠的是大侧倾后的“拉起”，用机翼的剩余升力产生强大的转弯力。用垂尾和方向舵“硬拧”只能造成侧滑，而不是转向。
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F-15毕竟还是从高空高速战斗机开始的，进气道采用四波系可调进气道，三道斜板和可调进气唇口产生四道激波，通过角度渐次增加的斜激波和最后一道正激波对进气多次逐级减速增压，在保证最高进气效率，从而满足发动机在各飞行速度下的压强需求，充分发挥其高空高速性能。
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低涵道比涡扇比涡喷更省油，中控中速性能更好，这是第四代战斗机的关键技术之一。
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+ ?# h4 B) Q3 X外观上看不到的是稳定性设计和飞控。F-15是最后一代采用机械-液压控制的美国战斗机，F-15A/B/C/D/E都是这样，F-15EX是唯一采用数字电传的F-15家族成员。F-16、F-18以后统统是电传飞控，只是F-16早期型还是模拟电传，后期改数字电传。F-18从一开始就是数字电传。
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( @* U) \& C/ ]& X; j* ]6 t这与稳定性设计是相辅相成的。飞机有俯仰、航向、横滚三个舟上的稳定性问题，其中最重要的是俯仰稳定性。升力中心在重心之后时，气动扰动使得机头上偏时，额外迎角带来额外升力，通过“杠杆支点”重心而压低机头，回归平衡状态；气动扰动使得机头下偏时，降低的升力同样通过“杠杆作用”使得机头抬高，回归平衡状态。这样的设计是静稳定的，也是传统设计，用相对简单可靠的机械-液压系统就能实现有效飞控。代价是速度增加时，升力中心随机翼上表面气流加速时间和路径加长而自然后移，需要额外的配平力矩，通常用压平尾或者平尾上的配平片实现。这带来配平阻力。过度的静稳定性也使得战斗机“呆头呆脑”。

放宽静稳定性的话，可以减小平尾面积，降低阻力，也提高机动性。代价是需要在低速时快速补偿气动扰动带来的机头上偏下偏。不加补偿的话，气动扰动带来的上偏下偏是发散的，会自然扩大到导致失事的程度。人工补偿不现实，需要电传飞控自动补偿。电传还同时“过滤”飞行员的粗暴操作，确保飞行安全。电传甚至可以接入自动防触地、撞山等功能。模拟电传用固定的电路实现，好处是简单可靠，行为高度可预测；数字电传则是计算机控制，可实现的功能多得多，但复杂性和可靠性挑战也更大。

6 O6 K/ q7 R/ _# TF-15作为美国最后一代静稳定战斗机，还是因为“力大飞砖”而长期不怵采用电传的同代战斗机。当然，到了发挥“第三春”的现在，再不改数字飞控就不好意思出门见人了。但静稳定设计是改不了。只是现在F-15EX不在特别强调空战格斗，静稳定与否无关大碍。
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F-15率先采用“手不离杆”（HOTAS）操作，飞行员可以在操纵杆上完成各种武器发射准备，大大提高效率，这是F-15之后所有战斗机的标配。F-15的雷达、态势感知等也长期领先，但这不是苏霍伊之过，是苏联电子科技之过。

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, L/ v: w% B. ^( g4 |苏-27比F-15晚，但还是算同代的。有人会觉得两者很像，但军迷会指出各种区别。都对。
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. T- q; z7 s! V0 D苏-27是苏联针对F-15推出的。要求相近，基本技术相近，最后的结果相近不奇怪。比如说，苏-27不仅采用了和F-15相似的中等后掠角、截梢大三角翼、低翼载，也采用了低涵道比涡扇。

" ~4 E" `- L  V. d1 b' u; ?9 x' A9 y& Y& r但近9年的的时间还是带来很大的区别。
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机翼采用了翼尖导弹挂架，这当然增加了武器挂点，但重要的是：同时作为翼尖配重。为了减重，苏-27在可以降低强度的地方统统“偷工减料”，代价是气动弹性问题增大。对于机翼，就是颤振。在翼尖增加配重，可以抑制颤振，同时依然得益于较轻的机翼重量。F-16也是这样的。F-18的技术渊源更早，这是从F-5深度发展而来的，F-5就早早采用了翼尖挂架和很薄的小后掠梯形翼，没有翼尖配重的话，颤振问题很大。

& [+ k  T* a$ `  K机翼还有全翼展前缘机动襟翼，可以增加机翼弯度，提高升力，代价是阻力和复杂性、重量。但这是值得的，这以后的战斗机基本上都采用前缘襟翼。

4 @* o1 Q, n( L* E+ p+ y" H苏-27的平尾采用“指尖”式作动机构，最大限度地后移平尾位置，提高气动控制效率，这也是创举。

6 U( v. b. J2 b4 `) v" Y最重要的则是翼身融合体和中央升力体的结合。苏-27好似宽大扁平的中央体在两侧搭接上一对机翼，在翼下挂一对发动机，中间形成显著的“隧道”。中央升力体提供很大的升力，有说法在大迎角状态下可达40%。这是苏-27出色的大迎角性能的底气。“隧道”也是挂载大型武器的好地方，阻力代价可以接受，比翼下外挂的阻力要小一点。
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苏-27的翼身融合体和F-16很相似，也可以看做采用了小边条。用了一点大迎角下的涡升力。翼身融合体增加了机内容积，改善了面积律分布（看似增加了迎风面积，实际上降低了阻力），还改善了机体和翼根受力，成为F-16、苏-27之后的标配。F-15没有这样的设计，机翼和机体只有简单连接。

1 t/ ^7 `3 @+ H& B苏-27为了减阻，还在双发之间的尾后有一个独特的大尾锥，用于填补尾流低压区。这也是宽间距双发带来的独特问题。苏-57 都继承了这个问题。
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% \  `$ C( J* P& ~( j# m苏-27还是静不稳定设计，也有说是临界稳定设计，刚好骑跨在稳定和不稳定之间。模拟飞控是苏联的第一代，外貌相似的米格-29还是机械-液压飞控，当然也是静稳定设计。

6 c# t/ y, K8 f: F) ~! o1 `有意思的是，苏-27的平尾和垂尾都斜切翼尖，道理和F-15的机翼差不多。

2 Y0 E4 X3 b9 Q9 a; m! r( }苏-27“勾着脑袋”的机头下垂设计很特别。其实在平飞时，机体轴线自带仰角，机头锥实际上是水平的，雷达视场的中轴线也是水平的。F-15的机头锥中轴线实际上是下偏的，平飞时机体轴线同样自带仰角，雷达中轴线实际上水平。两者一样，只是视觉上观感不同。

苏-27进气道也是四波系，但还利用了前机身（包括边条）的预压缩作用。但机头锥的预压缩作用也导致了进气气流流向略为向两侧“外八字”，进气道和双发也因此略呈“外八字”。这是挺奇特的。F-15采用“边贴边”的密集双发，也没有预压缩，所以没有这个问题。
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( a8 D2 j0 f! G* h/ q苏-27的另一个特色是双座设计。后座抬高不仅有利于后座飞行员的视野，也保存了原来的机内容积，不影响设备和机内燃油量。阻力有所增加，但代价可以接受。
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相比之下，F-15也有特色，单座的座舱盖就特别大，这是高点座舱以改善全向视野但带来座舱盖流线整型要求的必须，但这也使得双座的座舱盖没有增大多少。形状改变也很自然、顺畅。
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1 E, l$ q- q$ T, E  A; \$ H" h但后座飞行员的前向视野没有那么好，用作同型教练机或者需要前后座飞行员轮流执飞的长航时战斗机的时候不够理想。这个差别保持到现在。F-15EX还是那个样子，苏-27的设计传统甚至延续到苏-57了。但在后座飞行员主要是系统操作员和空战指挥官的时候，这个差别不重要。

) i# z. g/ \& b, H4 W. O( E/ g# p* l总的来说，苏-27在设计上是比F-15更先进的。这反应了时代的差别。