張亦馳

近日，有專家在接受媒體采訪時指出，中國殲-10戰(zhàn)斗機改進型將采用保形油箱。如今放眼世界，幾乎西方的所有三代和三代半戰(zhàn)機的改進型都已經采用或者考慮采用保形油箱了，就連中國臺灣的IDF升級版也使用了保形油箱。顯然，安裝保形油箱已經成為第三代戰(zhàn)機改進的潮流。那么，保形油箱究竟有多大魅力，讓世界各國戰(zhàn)機設計師趨之若鶩？安裝保形油箱又為何集中出現(xiàn)在第三代戰(zhàn)斗機的改裝領域？四代機會不會安裝保形油箱呢？

歷史不算短

保形油箱是作戰(zhàn)飛機外掛油箱的一種，在不對飛機整體氣動外形進行較大改變的前提下，通過緊貼機體表面設置外部油箱，提高載油量和飛機航程。

實際上，保形油箱的出現(xiàn)也并非近幾年的事，早在第二次世界大戰(zhàn)期間就有多種型號的戰(zhàn)機使用了保形油箱。美國貝爾公司的P-63A“眼鏡王蛇”就是較早使用保形油箱的飛機。該機系在P-39“飛蛇”戰(zhàn)斗機的基礎上改進而來，1943年10月開始交付。該機內部燃油量為379升，為了進一步提高航程，該機可在機腹下攜帶容量為663升的保形油箱。和傳統(tǒng)的副油箱相比，這個保形油箱除了阻力小以外，另一個特點就是容量大。相同部位掛載的副油箱，容量只有284升。該機使用機內燃油的航程為628千米，如果在機翼下掛載副油箱，加上使用保形油箱，其轉場航程可達4140千米。這種腹部的保形油箱，是最早的保形油箱形式。

而保形油箱在噴氣式戰(zhàn)機開始大行其道，還是始于美國的F-15C/D型戰(zhàn)斗機。當然，在此之前，美國的F-4、F-14都有采用保形油箱的方案，但并未真正投入使用。

上世紀70年代，麥道公司開始對基本型F-15A/B進行改進。為提高航程，F(xiàn)-15C的機翼根部被整個擴大為整體油箱，這一擴充增加了907千克的內部燃油。為了進一步提高燃油攜帶量，在機翼整流罩下方進氣道兩側分別增加了一具保形油箱（學名叫“燃油和傳感器戰(zhàn)術艙”，簡稱FAST艙）。單個保形油箱可容納2904升燃油。根據其最初設想，其內部采用隔艙化設計，還可以在艙內安裝傳感器、雷達探測和干擾設備等。另外，為了不影響武器掛載，F(xiàn)-15C的保形油箱下方安裝了串列掛架，可掛載“麻雀”中程空空導彈。該保形油箱設計合理，而且改善了飛機的氣動外形，基本不影響飛機的載荷系數(shù)和飛行速度，飛機的亞音速阻力甚至比干凈構型還小。與機身內側兩具2270升副油箱相比，采用保形油箱不僅大大減小了阻力，而且增加了1268升燃油。采用保形油箱后，F(xiàn)-15C的機內燃油超過10噸，轉場航程高達5745千米，不僅超過了使用9.4噸機內燃油的蘇-27，也超過蘇-30進行一次空中加油的轉場航程。而F-15E的保形油箱進一步得到改進。由于設備增加導致機內燃油量進一步減小，F(xiàn)-15E“攻擊鷹”配備了2737升的保形油箱。1980年，一架使用保形油箱的F-15從美國直飛英國參加范堡羅航展，成為世界上第一架無需空中加油就飛躍大西洋的戰(zhàn)斗機。此后的F-15I、F-15K和F-15S也都使用了保形油箱。

繼F-15之后，F(xiàn)-16改進型也使用了保形油箱。洛克希德-馬丁公司先后為F-16研制了兩種保形油箱，一種應用在F-16ES驗證機上（另有資料顯示運用于該驗證機上的保形油箱很可能是為了研究氣動外形的模型），另一種應用于為以色列研制的F-16I（Block5（/和Block52）和為阿聯(lián)酋研制的F-16Block60上。F-16ES上的保形油箱帶有試驗性質，從整體上看，其外形短而鈍，前起于座艙蓋后框架下緣附近并向下彎曲，后止于主翼與平尾之間。后來出現(xiàn)在F-16I上的更為細長，總共容納1360千克燃油，而且對保持全機的面積分布更為有利，并能更好的保持機翼邊條的作用。

2013年首飛的F/A-18E/F“先進超級大黃蜂”也在機身與機翼結合部上表面采用了兩個低阻保形油箱。這種設計可以將機身腹部外掛點用于攜帶全新設計的封閉式武器艙，從而可以將導彈和炸彈全部安裝在武器艙內，顯著減少了前向雷達反射截面積和氣動阻力。據波音公司介紹，兩個保形油箱在巡航速度下并未產生凈阻力。首席試飛員里卡多，特拉文也表示，駕駛該機與駕駛“超級大黃蜂”的感覺沒有明顯差別。這兩個保形油箱可以攜帶1360千克燃油，與目前在機身下副油箱的容量基本相當，可以增加航程481千米，作戰(zhàn)半徑增加240千米。波音公司目前已經制造了兩個更大的保形油箱，總燃油攜帶量增加到1590千克。

除了美國作戰(zhàn)飛機，歐洲的“三代半戰(zhàn)機”也提出了增掛保形油箱的方案。歐洲戰(zhàn)斗機公司為新一批次的“臺風”戰(zhàn)斗機開發(fā)了保形油箱。不過由于該型戰(zhàn)機非常重視超音速攔截能力，而保形油箱對超音速沖刺能力帶來較大的不利影響，因此該油箱用于以對地攻擊任務為主的構型的趨勢更為明顯。法國達索公司展示的“陣風”戰(zhàn)斗機保形油箱安裝位置與F-16類似，長度略短，單個保形油箱可裝燃油1150升。此前，達索公司曾展示過攜帶保形油箱的“陣風”B雙座戰(zhàn)斗機。薩博公司也為JAS-39“鷹獅”進行過加裝保形油箱的研究。其安裝位置與“陣風”相似，但長度更短。此前公布的想象圖顯示，保形油箱前起于座艙蓋后的排氣口，后止于垂尾根部前緣。此外，臺灣的IDF戰(zhàn)斗機在其“翔升”計劃中，也增設了兩部保形油箱，以改善“腿短”的毛病。

保形油箱除了廣泛應用于三代機的改進方面以外，也曾被用來提高早期噴氣式戰(zhàn)斗機性能。1979年，中國科研人員為殲-6戰(zhàn)斗機設計了一款位于機身正下方的保形油箱，容量為700升。由于相比翼下副油箱阻力大大降低，保形油箱700升的燃油達到的航程相當于翼下兩個760升副油箱達到的航程。該成果后來轉讓給巴基斯坦空軍使用，有資料稱巴基斯坦空軍使用的保形油箱容量進一步擴大，超過了1000升，在很大程度上解決了殲-6腿短的毛病。當然，由于該機的空戰(zhàn)推重比超過0.85，在同代戰(zhàn)斗機中出類拔萃，加之該機的最大迎角本身就較小，保形油箱對飛行速度和空戰(zhàn)機動性影響不大。另外，從空氣動力學角度來看，該機本身實際上只是一架跨音速飛機。endprint

優(yōu)點缺點都不少

從上面的介紹可看出，使用保形油箱后，其空氣阻力遠低于傳統(tǒng)的副油箱，而且與使用副油箱并不沖突，戰(zhàn)機的作戰(zhàn)半徑由此大增。當然其優(yōu)點并非僅限于此，如果歸納總結一下，那么它的優(yōu)點大致有以下幾個方面。

擴大燃油攜帶量，增加飛機航程 與外掛副油箱相比，保形油箱在不惡化巡航性能的基礎上大幅度提高了飛機的燃油攜帶量，而且不妨礙副油箱的使用。通常而言，加裝保形油箱后，燃油攜帶量可在原機內燃油的基礎上提高40%-60%，作戰(zhàn)半徑最大可提高40%到一倍。例如，應用于F-16I以及F-16E/F上的保形油箱空重為408千克，共容納1360千克燃油。相比之下，F(xiàn)-16 Block50雙座型內部燃油只有2687千克。攜帶保形油箱后，F(xiàn)-16雙座型的燃油攜帶量增加了一半左右，根據不同的任務剖面，其作戰(zhàn)半徑可增加20%-40%。而F-15A采用保形油箱后，空中優(yōu)勢作戰(zhàn)半徑提高一倍，對930千米外目標截擊巡邏時間提高1.9倍，對510千米目標的對地攻擊載荷提高了兩倍。

減少跨音速飛行阻力由于保形油箱是在飛機定型后改進設計的，能夠彌補部分飛機原始設計的一些不足，尤其是改善跨音速面積分布，從而減小飛機的跨音速阻力。由于廣泛采用面積律設計，保形油箱在亞音速和跨音速范圍內，巡航阻力即便是相對原始構型也不會有太大增加，如果設計得當甚至會有所降低，更不用說和副油箱相比。因此與常規(guī)的掛架安裝式副油箱相比，在增加飛機燃油攜帶量的同時大幅度減少了巡航阻力。

促進裝載平衡，改善操縱特性保形油箱內的燃油重心與飛機重心之間距離較近，增大了油箱油量變化的允許范圍，對傳統(tǒng)燃油系統(tǒng)而言可改善燃油消耗前后的飛機操縱特性。相對于副油箱，保形油箱有效縮短了油箱到飛機重心的距離，增強了飛機的穩(wěn)定性。機翼下的副油箱因為遠離飛機的重心軸線，飛機平衡難度較大，而緊貼機身的保形油箱與飛機重心距離較近，對飛機操縱影響也小。貼近機身的保形油箱對飛機縱軸轉動慣量的影響也比普通副油箱小，因此對飛機滾轉操縱性的不利影響也小。

提高隱身能力對于保形油箱安裝在機身或進氣道側面的飛機，適當?shù)谋Ｐ斡拖渫庑卧O計可以減小機翼與機身，進氣道之間的角反射效應，減少飛機的側向雷達散射面積。當然，是否減小RCS還和設計和安裝位置有關。有些保形油箱增加了飛機的截面積，對飛機的前向雷達散射截面積有不利影響。總之，如果設計得當，三代機的保形油箱可減小雷達反射截面積，但是其減小幅度有限，尚不足以導致敵方雷達探測距離的明顯降低。而對于四代機來說，保形油箱在多數(shù)情況下都將增加雷達散射截面積。

提高載彈能力一些戰(zhàn)斗機通過保形油箱設計可以讓出副油箱所占用的武器裝載空間或掛載位置，甚至可以在原有掛架以外增加更多掛架，從而提高飛機的載彈能力。部分飛機的保形油箱雖然可能遮蔽掛架，但是保形油箱上同樣可以增設掛架。這一點F-15E的保形油箱最為明顯，為了增加對地攻擊武器攜帶量，它使用的保形油箱下的掛點就增加到12個：每側保形油箱正下方有1個安裝3個掛點的整體式串聯(lián)掛架，側下方則分別安裝了3個小掛架。

當然，事物總有兩面性，保形油箱再好，也有先天的不足，這也從某種程度上影響其進一步推廣使用。

首先，保形油箱會降低飛機的超音速性能。盡管保形油箱可以改善飛機的跨音速性能，但增加了飛機總重、飛機截面和浸潤面積，對飛機的超音速阻力特性仍有不利影響。F-15安裝保形油箱前，最大飛行速度可達馬赫數(shù)2.5，而安裝保形油箱后，最大速度一般限制在馬赫數(shù)2.0以內。

其次，降低飛機的機動性。保形油箱對飛機巡航性能影響不大，但由于保形油箱通常使用橡膠條進行密封，屬于半永久性安裝，不能在飛行中投放，這就破壞了飛機空戰(zhàn)狀態(tài)的氣動外形，尤其對大迎角氣動特性有很大的不利影響。F-15安裝保形油箱前，最大空戰(zhàn)迎角可達28度，但攜帶保形油箱后，飛行迎角超過20度便容易失速進入尾旋，并很難改出，曾因此造成了多起墜機事故。另外，安裝保形油箱的F-15限制過載為5.5g，格斗性能降低較多。因而，攜帶保形油箱的F-15僅能滿足自衛(wèi)需要，在拆除保形油箱后，才可具備F-15C的空戰(zhàn)能力。所以，F(xiàn)-15C較少在空戰(zhàn)配備中使用保形油箱。美國號稱F-16I沒有因為增加保形油箱而影響到敏捷性、操縱性、飛行包線和雷達信號特征，恐有吹噓的成分。當然，也不排除通過使用復合材料降低結構重量，增大發(fā)動機推力，改善氣動外形等方式，此消彼長，達到飛行性能基本保持不變的可能。

第三是不利于后勤維護。保形油箱遮蔽了飛機原有的維護口蓋，對飛機的后勤維護可達性、快速性造成不利影響。當然，各種飛機保形油箱設計應該盡量避開口蓋集中的區(qū)域。如果為了遷就保形油箱，可將原來的維護口蓋移位，但這同樣會影響維修的可達性、快速性。

最后一點就是設計安裝復雜。

設計安裝有講究

保形油箱的安裝通常是半永久式的，安裝少則幾十分鐘，多則一兩個小時。對于保形油箱到底設計安裝在哪個位置更好尚無定論，其形狀與安裝位置必須“因地制宜”，盡量避開重要的口蓋，不能妨礙起落架、各種艙門的開關。從目前已經裝機的保形油箱和一些設計概念來看，大致分為以下幾種安裝方式。

掛于肚下機身腹部安裝保形油箱是最早的形式，巴基斯坦空軍的殲一6就采用這種形式。美軍曾在F-4上進行過腹部保形外掛航空炸彈的試驗，并取得了良好效果。F-14A曾有一個增加機腹保形油箱的改進方案。1971年，格魯門公司的改進型F-14A就在機腹增加了一個巨大的保形油箱以增大航程，擬參加空軍新一代戰(zhàn)機的競爭，但是最終被F-15擊敗。不過腹部安裝保形油箱受到一些因素限制。首先飛機腹部應有較大空間，起落架及其艙門的收放不影響機身腹部空間開放性，機身起落架或機輪收入機身的飛機會受到一些限制。此外，機身腹部與地面之間要有足夠距離，腹部進氣的飛機滿足這一點要求較難。最后，機身腹部空間不受航炮、重要口蓋的限制。正是因為這些原因，現(xiàn)役的三代和三代半戰(zhàn)機沒有采用這種保形油箱的。endprint

挑在肩上 也就是將兩個保形油箱安裝在機身上表面翼身融合處附近，這是目前最常見的保形油箱安裝形式，又被稱為機身背負式安裝。F-16I、“先進超級大黃蜂”、“陣風”、“臺風”等戰(zhàn)斗機都采用這種方式。這些飛機中，F(xiàn)-16I和“臺風”采用腹部進氣，起落架收放占用了腹部和進氣道側壁部分空間，腹部和側部難以找到布置保形油箱的足夠空間?！苞棯{”采用中單翼設計，占用了進氣道側壁的空間，而且采用機身起落架，導致腹部和進氣道側壁不便安裝大型保形油箱。我國臺灣的IDF戰(zhàn)斗機、“陣風”、“先進超級大黃蜂”采用肋部進氣和機身起落架，難以在機身側面和腹部設計保形油箱。上述幾種飛機都沒有采用上單翼布局，為翼身融合部上表面留下了較為充足的空間，使得挑在肩上的保形油箱安裝形式成為較好的選擇。

背在背上 盡管目前尚沒有一款戰(zhàn)機的保形油箱安裝在機背中心線處，但這并不意味著這里就不能安裝保形油箱。米格-21MF、A-4M、米格-29SMT的隆起駝背內實際上大部分空間被增設的油箱占據，從某種意義上講，這些機背油箱就非常類似保形油箱，只不過是永久安裝的。實際上，在這個位置同樣可以設置保形油箱，成為名符其實的機身背負式保形油箱。不過，這種背部隆起的設計可能影響飛機的橫向安定性和飛行員后向視野，油箱的大小也受到一定影響。

夾于兩肋，即在進氣道側壁安裝 F-15這種戰(zhàn)機采用上單翼、兩側進氣氣動布局、機身起落架及艙門收放與進氣道側壁不干涉，機身與進氣道兩側空間十分開闊，成為安裝保形油箱的理想位置，。

除了安裝位置以外，保形油箱外形設計的門道也很多。保形油箱的設計實際上就是在盡可能獲得大的載油量和盡可能減小阻力增量之間獲取折中。通常而言，設計保形油箱，必須對飛機的面積率分布進行分析，油箱的最大截面應該避開飛機的最大截面處，油箱截面積分布應該填補飛機面積分布中的凹形區(qū)域，使得飛機的面積律分布更加平滑。所以，大多數(shù)保形油箱，其形狀都是不規(guī)則的。如果設計得當，增加保形油箱后，飛機的跨音速阻力幾乎沒有增量。甚至還有所降低。而通常情況下，加掛同樣容積副油箱的跨音速阻力會增加10%。

通常而言，保形油箱外形為三大類。第一類截面為簡單的圓弧形，從前到后類似紡錘，形狀單一，看上去像一個大鼓包，但是由于機身表面的變化，這種保形油箱很難做到完全的順滑。殲-6的腹部保形油箱就屬于這類。第二類的保形油箱盡量和機身外形相切合，外形和翼身融合外形保持一致，相當于加大了融合區(qū)域。這種保形油箱氣動阻力較小，外形和機身表面變化一致，是使用較多的外形，例如“臺風”、“陣風”。另外一種可供選擇的外形主要是從隱身角度考慮，油箱外形為傾斜直面，氣動阻力較大，但是可有效降低機身側面RCS，隱身性較強。

會曇花一現(xiàn)嗎？

盡管近幾年保形油箱成為戰(zhàn)機改裝的潮流，但是并非所有飛機都適合裝保形油箱。保形油箱難以用于早期推重比較低的飛機，也不一定適應高隱身性能飛機。俄羅斯人就對保形油箱不太感冒。人們不禁會問：保形油箱會不會是曇花一現(xiàn)？

因為保形油箱無法在飛行狀態(tài)下投放，如果發(fā)動機推力較小，將對飛機的空戰(zhàn)機動性產生極大影響。殲-6能夠安裝保形油箱，相當一部分原因是殲-6推重比較大。蘇聯(lián)之所以未給米格-19加保形油箱，是因為蘇聯(lián)人可選擇的機型很多，米格-19只是一個過渡機型。因此，在三代機之前的戰(zhàn)斗機上，很少裝備保形油箱。

雖然西方現(xiàn)在大力發(fā)展保形油箱，但戰(zhàn)機設計的另外一支——俄羅斯，對保形油箱卻持保留態(tài)度。迄今為止，其兩大系列的三代機——蘇-27系列和米格-29的各種已知改進型都未裝備保形油箱。蘇-27系列還有情可原，畢竟其內部載油系數(shù)相當大，9.4噸的內部燃油，只比F-15C內部燃油加保形油箱燃油總和小不到一噸，甚至連副油箱都不屑于安裝。其深度改進型蘇35也未使用保形油箱，而是通過增加內部燃油，外帶掛-裝兩個副油箱的方式，俄國人大概認為這就夠了。再不濟還可以空中加油。不過對于以“保護機場圍墻”著稱的米格-29而言，不安裝保形油箱似乎令人費解。其改進型米格-29SMT在隆起的機背增加了內部油箱。實際上，無論是米格-29還是蘇-27，都擁有安裝保形油箱的潛質。兩種機型理論上可以像F-16那樣增設兩個背部保形油箱，或者在機腹兩個進氣道之間加裝機腹保形油箱，加裝機腹保形油箱甚至還可以減小飛機的浸潤面積。由此來看，保形油箱并非通吃?；蛟S在俄羅斯人眼中，保形油箱大概就是介于機內油箱和副油箱以及空中加油之間的雞肋吧。

另外，在四代機上安裝保形油箱，其前景也并不明朗。至少類似F-22這樣追求4S性能的四代機如果安裝保形油箱恐怕是弊大于利。F-22的氣動外形是權衡了隱身、超音速巡航和超機動性的結果，在現(xiàn)有技術條件下增設保形油箱無疑會大幅度破壞四代機的隱身、超音速巡航和機動性，4s指標至少要損失兩個半。而且即便不考慮上述性能降低，目前的F-22大概也很難增設保形油箱。其進氣道兩側、機腹有彈倉門，機背也設有輔助動力裝置排氣口，幾乎很難找到安裝保形油箱的位置了。而從俄羅斯對三代機安裝保形油箱的態(tài)度來看，T-50大概也不會安裝保形油箱。

不過，對于F-35這類強調對地攻擊，沒有超音速巡航要求，而有外掛武器需求的四代機而言，加裝保形油箱或許是一個可能的選擇。實際上，當年洛克希德·馬丁公司提出F/B-22隱身戰(zhàn)斗轟炸機的概念時，就提出為該機裝備保形油箱，這種保形油箱采用了柔性技術，對戰(zhàn)機隱身性能影響較小。由此來看，F(xiàn)-35這類戰(zhàn)機裝備保形油箱并非不可能，但是需要保形油箱設計技術的巨大跨越。endprint