空警-1

中國試製的第一架預警機

空警-1(英文:KongJing KJ-1 AEW,中國代號:KJ-1)預警機,是20世紀60年代末期中國試製的第一架預警機。該機在中國空軍的蘇聯圖-4遠程轟炸機基礎上,加裝圓盤式雷達改裝研製。

空警-1預警機樣機於1971年6月10日首飛成功,隨後開始分兩個階段進行試飛。機載“843”雷達在探測中、高空目標和在水面、沙漠上空使用時,效果尚好。但在探測低空目標時,受地面雜波影響,效果非常不理想。由於中國國內無法研製配套的機載預警雷達,空警-1的研製工作於1971年9月終止。

編號為“4114”的“空警-1飛機,珍藏於中國航空博物館,2014年被評為國家一級文物。

發展沿革


歷史背景

蘇聯米波雷達
蘇聯米波雷達
中華人民共和國建國初期,中國大陸的防空系統處於創建階段,存在很多雷達盲區,無法阻止國民黨空軍的夜間襲擾。從1951年3月開始,中國大陸多次遭到美國和台灣國民黨空軍飛機的夜間入侵。
國土防空作戰攔截的成功主要取決於早期預警。在沒有預警機的時代,雷達是提供預警的僅有裝備。中國空軍只有很少的落後雷達,包括蘇聯援助的П-3H和П-3А米波中程雷達和美國制式的208和406雷達。這些雷達的警戒引導距離150千米,誤差約2千米。在1957年以前的數次防空作戰中,由於雷達誤差大,雖然能將戰鬥機引導到目標附近空域,但是在複雜天氣或夜間,戰鬥機飛行員仍然無法利用肉眼發現目標。

防空困境

台灣空軍的美國B-17G飛機
台灣空軍的美國B-17G飛機
1955年,中國空軍共出動246架次攔截竄擾的台灣軍用 飛機,僅有20次飛行員發現了目標,雖然個別戰機開炮射擊,但無任何戰果。
1956年,空軍從蘇聯引進的23部П-20雷達和大量П-3雷達,在台灣正面的大陸沿海構建成漫長並有很大縱深的雷達警戒網,很快就取得了戰果。1956年6月22日夜,國民黨一架B-17偵察機入侵,部署在浙江衢州的空五軍П-20雷達首次成功地引導一架米格-17戰鬥機進入了目視距離,將B-17飛機擊落在江西嶺底鄉溪后村的山谷中。1956年8月22日夜間作戰中,上海虹橋機場附近的П-20雷達又引導空軍米格-17戰鬥機,將一架美軍P4M-1Q電子偵察機擊落。1956年11月10日夜,杭州的П-20雷達第三次引導米格-17戰鬥機擊落了一架國民黨的C-46運輸機。
空警-1
空警-1
但是隨著國民黨空軍改變戰術,台灣飛機在沒有月光的暗夜和300~500米低空活動,П-20雷達引導效能開始下降。1957年全年,國民黨B-17G偵察機竄入大陸53次,空軍戰鬥機起飛69架次進行攔截全部落空。1957年11月20日夜間,一架國民黨B-17G飛機從福建惠安進入后,經湖南、江西進入大陸腹地。台灣飛機飛行期間,被П-20雷達發現幾次,但很快消失。後來,這架入侵飛機竟然西達潼關北上太原。空軍沒有雷達引導,只能主觀判斷該機可能會在京廣鐵路西側150~200千米的雷達空白區 活動,致使有一次起飛了18架次帶雷達的米格-17戰鬥機也全部撲空。敵機在9小時13分鐘的入侵過程中,竟然有3小時8分鐘脫離雷達監測,直到這架B-17G竄到石家莊西65千米處,才被一台破舊的270雷達偶爾發現,數分鐘后該機又消失在雷達視野外,安全返回了台灣。
此後,國民黨飛機改裝了電子偵察機,具備了對雷達的電子干擾系統,中國空軍的雷達更加被動。1957年到1959年5月,空軍始終沒有在夜間擊落過國民黨入侵飛機。中國地面雷達對空警戒的弱點充分暴露,發展預警機對中國空軍來說已勢在必行。

改裝圖-4

圖-4轟炸機
圖-4轟炸機
為了避開地面的不利影響,提前發現低空突防的飛機,空中預警機必須攜載大型雷達,從空中搜索目標,因而它的載機要具備以下條件:一是裝載能力強,以便承載大型雷達天線和容納電子設備及操縱人員;二是續航性能好,以便執行長時間的空中巡邏任務。根據調研分析,中國空軍選定用圖-4轟炸機改裝預警機的方案。
1953年3月,蘇聯贈送給中國12架圖-4轟炸機。圖-4遠程轟炸機是蘇聯仿製的美國空軍B-29轟炸機。1947年5月19日,蘇聯空軍圖-4轟炸機首次試飛。圖-4飛機採用了張臂式全金屬中單翼氣動布局,起落架為可收放前三點式。整個機身由前密封艙、中部機身、中部密封艙、尾部機身和尾部密封艙五部分組成。圖-4飛機,空重為32270千克,正常起飛重量為47500千克,最大起飛重量為66000千克,最大飛行速度為558千米/小時,實際航程為5100千米,實際升限為11200米。圖-4安裝4台АШ-73TK(4X2000馬力)活塞式發動機。。
中國空軍在圖-4基礎上改裝預警機,因為當時大陸的大型飛機很少,可選用的機型只有伊爾-18、三叉戟波音707、子爵、圖-104、圖-4等,這些飛機都是英、美或蘇聯產品。當時中蘇和中美關係都處於緊張狀態,零配件戰時難以保證,英國產的“子爵”飛機已經停產。中國空軍飛機機械狀況比較好且能加工零部件的只有圖-4,因此,採用圖-4作預警機平台切實可行。

試製歷程

1969年秋季,中國文化大革命的狂熱有所消退。1969年9月26日 中央軍委發出了研製空中預警機的指示。根據研製批准的時間,預警機取代號為“926飛機”。明確空中預警機主要用於監視敵低空飛機和水面艦艇,並執行應急機動警戒偵察和護航任務。主要改裝項目為:飛機頂部增裝雷達天線罩,將飛機中艙改為雷達艙,配裝小型化的843型測高雷達和多普勒導航系統、領航計算機、坐標計算機等電子設備。1969年11月25日,空軍司令部發出文件通知,以三機部六院為主、空一所、空二所、空軍十二廠為輔,抽調人員進行空中預警機的研製。同時,空軍黨委決定改裝一架圖-4飛機為空中預警機,改裝工作在陝西咸陽以西的武功空36師基地進行,基地附近是5702工廠,該廠有相關的大型加工和維修設備。
空警-1歷史試飛照片
空警-1歷史試飛照片
1969年底,六院603所會同其他所派出人員組建了150人的設計隊伍,以603所的樓國耀擔任型號的技術總負責人,後期改由周光耀擔任。空軍決定由六院為主設計,5702廠生產,空36師執行試飛任務。當時要求全國各單位對“926飛機”所需材料加工資料等全部開綠燈放行,只能傾全力配合不得過問。
圖-4飛機作為預警機載機,在背部安裝龐大的雷達天線罩和支架系統之後,飛機的總阻力增加了約30%。技術人員對載機的氣動外形和結構做了修改,整個研製過程中的吹風試驗超過2000次。
由於中國對於世界預警機技術了解很少,設計觀念相對落後。圖-4飛機中段的炸彈艙等幾個艙段全部改裝成密封艙,用於安排雷達操作員和控制人員。實質上空警-1隻是將雷達站移到空中拓展探測範圍和減小盲區,性能與50年代早期的預警機相當,並非真正意義上的現代預警機。空警-1對低空目標的探測面積相當於40個П-3雷達站,這對於中國防空有非常實用的價值。

試飛測試

“926飛機”於1971年6月10日首次試飛成功,並被正式命 名為“空警-1”。在世界預警機發展史上,中國試製改裝速度最快。從1969年12月開始設計畫圖,只用了一年零七個月,空警-1就升空試飛。
空警-1預警機第一次帶天線罩試飛,在空中出現劇烈的震動現象。在駕駛艙里,飛行員的腳蹬板上有間歇性敲打感覺,咯咯直響;在中部機艙,3名射擊員都能看到垂直尾翼明顯的周期性擺動;在尾艙,人搖晃得無法寫字。經過分析,科研人員提出了17種排振方案。2年多的艱苦攻關,由天線罩後部的擾流引起的飛機尾部抖振終於被排除。
陳列在中國航空博物館的空警-1飛機
陳列在中國航空博物館的空警-1飛機
空警-1全部改裝完成後,進行了幾百小時的飛行測試。中高空模擬目標是轟-6轟炸機,海上低空目標以安-24運輸機模擬。空警-1對轟-6的探測距離能夠達到300~350公里,對海上低空飛行的安-24飛機探測距離達250公里。空警-1也針對海上艦船進行了試驗,探測大型獵潛艇一類的目標距離達300公里。雖然當時空警-1採用的全是電子管系統,連指揮計算機都是電子管晶體管混合電路,但在探測距離上也能與國外同時代的先進預警 機相媲美。空警-1落後在雷達數據處理和信息傳送環節上,缺乏實用的人機界面,不得不折中依靠手工標圖和語音通信傳報空情。
自1974年起,空警-1先後進行了平原、山區、沙漠、青海湖及渤海灣海面等各種地形條件下的雷達探測性能試飛。但該機存在明顯的技術缺陷,主要是機載雷達無法消除地物回波干擾,不具備探測陸地上空低空飛行目標的能力,除青海湖、渤海灣上空能看到目標(有時還不連續)外,陸地上各種地形的地物回波很大,且難以消除,探測效果不好。

研製中止

空警-1
空警-1
從1976年下半年開始,空軍組織提高雷達抗地物與海浪雜波 干擾的研究工作。1978年11月20日至1979年1月18日,空警-1組織海上試飛,遺憾的是效果並不明顯。經過 8 年的試飛和調試,由於載機雷達不能滿足空軍作戰的要求,於 1979 年停止研製,這是中國空軍發展預警機的首次探索和嘗試。
空警-1
空警-1
1979年7月12日,空軍決定停止空警-1的研究,飛機恢復原技術狀態。1979年12月5日,空軍向中央軍委科學技術裝備委員會上報報告,提出空中警戒飛機的研製分兩期實現。第一期重點研製一套高重複頻率的脈衝多普勒雷達,載機用圖-4飛機進行改裝。第二期研製具有軍事指揮所功能 的樣機。由於圖-4平台過於陳舊,最後終止了以其為載機的預警指揮機研製工作。
進入20世紀70年代,台灣國民黨飛機的襲擾漸漸平息,中國大陸的雷達網已經逐漸完善,覆蓋了大多數國土。對於空中預警機填補盲區的緊迫程度有了緩解。正是基於防空作戰的背景變化,載機平台的過於陳舊和先進機載雷達的無法獲得等多重原因,導致了空警-1試製項目中止。

技術特點


機體改裝

空警-1加裝的雷達罩
空警-1加裝的雷達罩
圖-4飛機改裝最主要的部分是雷達和機載系統。為裝下這些 系統,拆除飛機上原有的“鈷”雷達和所有炮塔。在機背上加裝了7米直徑、厚度為1.2米的玻璃鋼雷達罩。由於原型機體沒有相應的承力結構能用於安裝雷達罩支架,普通框架承受不了雷達罩在飛行中產生應力,因此在圖-4的機身內加裝了承力框架,然後再把雷達罩架安裝在這些承力結構件上。改裝后機背雷達天線罩產生擾動氣流,引起垂尾振蕩;飛行不穩定等問題。試製單位通過換裝渦槳發動機,增大推力;採用垂尾配重振蕩阻尼器及在飛機左右平尾尖端加裝小垂尾(面積 5.5 平方米)等措施,同時增加腹鰭和加大背鰭來保證安定性。平尾的面積展向加長2米,弦向加長了0.4米。通過機體改裝,前述問題得以解決。

換髮動機

空警-1換裝渦槳-6發動機
空警-1換裝渦槳-6發動機
空警-1機身上加裝雷達罩后,全機重量增加5噸,飛行阻力 增大30%,圖-4原來的四台АЩ-73ТК發動機功率不足。為此,試製單位決定改裝中國已經國產化了的渦槳-6發動機。改裝工作由空軍一所擔任。由於АЩ-73ТК風冷活塞發動機短艙小,根本裝不下長大的渦槳-6,因此需要在活塞發動機艙前,加裝一段過度艙段與原發動機艙連接。加長了的發動機向前伸出達2.3米。換裝發動機使全機動力的功率增大67%。此外,技術人員對載機的氣動外形和結構作了修改,整個研製過程中的吹風試驗超過2000次。改裝后的空警-1飛機,航速保持不變,但航程比圖-4減少1000千米,只有5100千米。

雷達電子

空警-1水平尾翼加裝小垂尾
空警-1水平尾翼加裝小垂尾
空警-1飛機的主要分系統包括843警戒雷達系統、數據處理系 統、數據顯示和控制系統、敵我識別系統、通信和數據傳輸系統、導航和引導系統、電子對抗系統。在空警-1上採用的是布置多個雷達P型顯示器,2個A型顯示器,UHF和VHF波段的電台分別擔任空地和空空通話,當時數據傳輸設備採用無線電傳機改裝,空域的空情顯示主要以圖板作圖表示。由於雷達屏顯當時只有“長餘輝材料”製造的一種,操縱員和控制員必須緊盯顯示器,不然很可能漏看空情。

性能數據


空警-1預警機參考數據:
機型特點
氣動布局平直翼
發動機四發
飛行速度亞音速
技術數據
乘員12人(5人機組乘務,7人雷達探測)
機長30.179米
翼展43.047米
機高8.947米
天線罩直徑7米
天線罩最大厚度1.6米
最大起飛重量63,600千克
最大燃油重量15,600千克
最大載重量14,940千克
最大平飛速度465千米/小時
巡航速度380~420千米/小時
實用升限8000米
最大航程3,970千米
續航時間9.5小時 
發動機原機裝Ash-73TK螺旋槳發動機4台,換裝渦槳-6渦槳發動機4台,單台功率4250馬力。 

總體評價


空警-1
空警-1
空警-1試製試飛證明,中國改裝技術是成功的,其飛行性能、操縱性和穩定性略優於圖-4轟炸機。中國成為繼美、蘇、英三國之後,第4個擁有預警機的國家。但由於沒有解決機載預警雷達抗地物雜波干擾等問題,加上空情處理等環節自動化程度低,不能滿足空軍作戰指揮的基本要求。與同期世界航空強國的預警機還存在較大技術差距。
空警-1預警機的試製,是中國在航空工業技術和雷達電子技術基礎都還十分薄弱,對先進預警機作戰運用缺乏經驗的情況下,是中國空軍的一次勇敢嘗試和有益實踐。空警-1試製成功,是中國空中預警機發展的一個重要里程碑。雖然,空警-1因載機無法持續解決、雷達技術難以滿足等多種原因,沒能繼續研製並裝備部隊,但試製中獲得的寶貴經驗成為中國後續研製空警-2000、空警-200空警-500等新型預警機的有益借鑒。