图-22M逆火：红色帝国的超声速战略轰炸机

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小火箭出品

本文作者：邢强博士

本文6601字，59图。预计阅读时间：30分钟。

说起轰炸机，或许很多人会想起英伦3V的一脉相承，想起图-16的不断改进，想起B-1B与图-160的惺惺相惜。但是，提到苏联的超声速战略轰炸机，就不得不让我们想到那款图-22M逆火了。

小火箭在本文将要与大家一起回顾图-22M超声速轰炸机的诞生过程，分析其总体设计特点与大量的设计细节。

前传

时间来到了上世纪50年代。在冷战白热化的时期，苏联迫切需要有一款能够携带战术核武器的轰炸机。他们梦想着这款轰炸机能够以超声速的速度飞行兼有配备核武器的能力，以极低的飞行高度躲避防御方的雷达探测，以极快的速度撕裂对方的防空网络，以强大的核武器打击重要目标。

在这样的指导思想下，图-22轰炸机诞生了。

图-22的设计基于一个目的：快。

该机采用中低单翼布局。机翼后掠55°。水平尾翼与主翼面在同一个水平面上。图-22在外形上最大的特征就是2台高高举起在机身上方的发动机了。

这样的设计可以尽量减少机翼和狭长的机身对发动机进气的影响，同时还能够避免起落架机轮卷起的异物进入发动机的情况，让轰炸机具备在充满小石子的简易跑道上起降的能力。

但是，图-22把发动机放到机身尾部上方的做法，会使机身尾部的结构寿命减少。而且，小火箭觉得，用于检测和维护保养图-22发动机的地勤人员看到这样的设计，内心应该是崩溃的。

图-22这款轰炸机解决了苏联空军超声速轰炸机的有无问题，但却并没有最终让飞行员们满意。大家逐渐总结出了一些驾驶图-22轰炸机的经验。比如：

在准备着陆的阶段，飞机的飞行速度千万不要轻易降到290公里/小时以下。否则飞机会毫无征兆地突然抬头，一旦没能及时压杆，飞机马上就会面临失速的危险。而一些飞行小时数比较少的飞行员则直接被禁止在较大侧风（风速大于12米/秒）的时候着陆。

图-22，这款原本要用来替代图-16的轰炸机，虽然赋予的苏联空军超声速突防和用战术核武器进行远程打击的能力，但是终因维护保障和飞行控制等多种原因，项目被叫停。在1959年到1969年的10年期间，图-22共生产了311架。

311架这个数量放在今天来看，或许能够算得上成功，但是如果放在那个时代，放在要替代图-16的战略规划上来看，还是难以称得上差强人意的。

（要知道，图-16并未停产，这家伙设计得太成功，以至于到苏联从上世纪50年代开始一直生产到上世纪90年代，直到苏联解体后，俄罗斯以及其他国家依然在生产她的各种改型。图-16的各种型号累加起来，已经超过了1509架。）

有关图-16，详见小火箭的公号文章《图-16：红色帝国的喷气式轰炸机精灵》。

诞生

好在图波列夫设计局其实很早就开始准备另行设计一款新的超声速轰炸机了。不过，在竞标的过程中，图波列夫遇到了前所未有的挑战。

这这场争夺新的超声速轰炸机的角逐中，苏霍伊出手了！该设计局提出了一种设计指标非常超前的概念（承接叶瓦奇金的设计）。这也就成为了后来停放在莫斯科市郊的航空航天博物馆的，被我们称作T-4的轰炸机的来源。T-4整体上看，非常有XB-70战神婢女的感觉。

T-4的设计最大速度为Ma 3.0！能够以Ma 2.8的速度巡航一段时间，航程达7000公里，升限达24000米。

当图波列夫设计局的人拿着设计好的图纸看到苏霍伊设计局给出的方案时，一种强烈的预感袭来了：完了，这下子整个项目都得归苏霍伊了。自己的方案在性能指标上比这个差太多了。

但是，小火箭认为，一款武器装备能否成功，其性能指标本身往往并不起到决定性因素。考虑到战略级别的态势分析、战役级别的部署方式和战术级别的应用场景并结合生产、使用和维护等多个维度的综合指标，方能为决策提供有效的依据。而实际上，历史中，大量型号的研制和列装的过程也对此进行了多次印证。

T-4的指标虽然先进得令人咋舌，但是，该机为了应对热障而大量采用钛合金，机身过于狭长，难以大量带弹突防（只能带2枚巡航导弹）。

在1967年的一次非常关键的评审会上，各方专家开始听取苏霍伊设计局的报告。这架最大起飞重量为135吨的飞机突然就有了众多绰号：飞行的钛合金铅笔、昂贵的利剑。而令人印象最为深刻的是：135吨黄金。这个说法形象地把采用钛合金作为外壳的T-4的成本表述了出来。如此昂贵的飞行器，是很难大量生产并用于前线突防的。

图波列夫设计局的机会来了！以T-4为代表的125工程、135工程均因武器携带数量和制造成本等原因而纷纷遭遇暂停的命运。而图波列夫设计局提出的比较经济适用的方案重新得到了重视。这就是最终诞生了图-22M的145工程的起源。

当然，图波列夫设计局能够保住项目，除了在技术上的坚持之外，还是有一些谋略的。他们一口认定这个设计相当成熟，是对已经量产的图-22轰炸机的一种改进而已，因此坚决不给该机赋予新的编号，就叫她图-22M（也就是图-22的改进型）。

上上图为图-22，上图为图-22M0。硬说是改进型的话，这个改动也太大了些。实际上，图-22M0与图-22，这两款不同的轰炸机，除了前起落架和机腹弹舱的舱门采用了同样的设计之外，其他一概不同。

图-22M0采用两侧进气的方式。基础型图-22M0生产了9架，后来的图-22M1生产的数量也不多（也是9架）。由于正式量产是从图-22M2开始的，这里也就略过不提了。

这张图-22M2与F-14A的合影很能说明问题。在那个年代，能够携带战术核武器进行超声速超低空突防的轰炸机对于航母战斗群来说，是个非常大的威胁。

这幅油画展示了地勤人员正在给一架图-22M2超声速轰炸机挂载Kh-15导弹时的场景。

图-22M2是图-22M家族第一款正式量产的型号。

相较于图-22M基本型，图-22M2在多个地方进行了改进。

首先，作为一款采用变后掠翼的轰炸机，图-22M2对机翼进行了优化。囿于当时苏联的自动控制技术的限制，苏联的变后掠翼飞机难以在特定范围内任意选择后掠角，而必须在几个特定角度中来选择。有关苏联和美国的变后掠翼设计的细节，分别详见小火箭的公号文章《Su-24：英勇无畏的红色击剑手！》和《F-14：那只性感的大猫》本文不再赘述。

图-22M2的后掠角有4种选择：

20°：用于起飞和降落；

30°：用于高空亚声速巡航；

50°：用于低空亚声速巡航；

65°：用于超声速突防。

在图-22M上积累了大量经验后，图波列夫设计局对变后掠翼的理解更加透彻了。他们把图-22M的最大可用后掠角从60°增加为65°。

有关后掠角的设计，小火箭以F-14为案例，加一点计算的内容：

F-14的一大特点是采用了可变后掠翼的设计。机翼后掠角可在20°和68°之间变化。机身由驾驶舱往后渐修薄，与两台发动机中间的区域形成了一个扁平的机体。这个机体构成了一个气动升力体，能够产生不小的升力。当机翼后掠角为20°时，机身升力占总升力40%。当机翼后掠角为68°时，机身升力占总升力的60%。

不同高度下，F-14战斗机的静稳定裕度与后掠角的关系。这个先减小后增大的过程，很像飞机在跨声速时候的样子。注意，有效数据范围为20°至68°。在由较小的后掠角开始向较大后掠角实施变后掠的过程中，气动焦点会向后移动（实际上，全机升力系数会有一定程度的减小，飞行员在这个时候需要给飞机稍加油门才不至于出现较为明显的掉高），使得全机静稳定裕度增加。这使得飞机的操控性能会在变后掠的过程中发生变化。对于飞行员来说，能够被直接感受到的是飞机对拉杆压杆动作的响应速度的变化。

对于设计师来说，变后掠的主要设计指标是飞机静稳定度对后掠角的偏导数的绝对值。

这个值越小，说明飞机在变后掠的过程中，飞机的性能越稳定，飞行员也就不会感觉到那种“仿佛是骑在一辆没有气的自行车上”的怪异。F-14战斗机通过对变后掠作动机构的转轴位置的巧妙布置以及气动舵面的精确配合，在自动变后掠的过程中，使飞行员除了意识到要加点油之外，不会有任何其他异样感觉。

对于正常式布局的飞机而言，飞机静稳定度对后掠角偏导数的绝对值的参考值是0.0012左右。（实际上几乎没人能设计出这么好的变后掠飞机）。

F-14相对来说比较接近最优了，她的值是 0.0065（相对于设计得不是太好的F-111来说，已经很优秀了，F-111的这个值接近0.013）。F-14飞行员感受到的变动只有F-111的一半。

图-22M的后掠翼设计相对保守一些，但是对于一款轰炸机来说，已经相当够用了。有兴趣的小火箭好友可以自行计算图-22M2的飞机静稳定度对后掠角偏导数。

其次，图-22M2取消了空中受油管！

之前，为了保证从苏联起飞轰炸完美国本土后能够安全返航，图-22M1安装了空中受油管。

这是一架图-22M1机头位置的空中受油管。

但是，图-22M2在优化之后，结构重量大幅减轻（整机空重由M1型的53.52吨减少为52.91吨），而且这是在换装推力更强的发动机和增设了大量电子设备之后达到的，非常了得。而且，当时美国和苏联正在就战略武器削减协议进行诸多谈判。苏联干脆做了顺水人情，把图-22M2的受油管拿掉了。实际上，该机的航程已达5000公里以上。对于打击欧洲的目标来说，已经足够了。

上图为图-22M2，上上图为图-22M0。

1972年，量产型的图-22M2开始成为苏联超声速轰炸机的中坚力量。但是，对于图波列夫设计局而言，噩耗来了：图波列夫老爷子去世了。

安德列·尼古拉耶维奇·图波列夫，飞机设计大师。1888年11月11日生于俄罗斯特维尔州，1972年12月23日逝于莫斯科。一生主持设计或参与设计的飞机型号超过一百个，其设计的飞机打破过78项世界纪录。

安德烈·图波列夫（照片中间戴礼帽的老人）和一些军官在一起。注意，他左手边穿黑色西装的那个人，就是他的儿子——飞机设计师阿列克谢·图波列夫（接过老图波列夫的志愿，成为图波列夫设计局的设计师，并在后来成为图-144超声速客机的总设计师）。该照片摄于1969年，此时老图波列夫已81岁，小图波列夫也已44岁了。3年后，老图波列夫逝世。

老图波列夫的逝世，宣告了一个属于设计大师的时代终结了。不过，图波列夫设计局依然对图-22M轰炸机家族进行着改进。这就诞生了至今依然令世人瞩目的图-22M3。

图-22M3在气动上进行了大量改进。机头的整流罩改为颇具特色的上翘式。

图-22M3的最大飞行速度为Ma 1.88。

注意图-22M3的矩形进气道，无论是唇口的处理还是对附面层的应对方案，都凸显了该轰炸机追求高速度的理想。

图-22M3的进气道非常长，这就使得进气有一定的损失，尤其是在大攻角和低速飞行状态下，发动机表示有些喘不过气来。因此图-22M家族的轰炸机在进气道中部上方都设计有辅助进气门。这也成了图-22M家族的一大外形特征。这些辅助进气门与起落架联动，只要是起落架处于放下状态，辅助进气门都会随时处于待命状态。另外一个触发辅助进气门打开的信号就是空速管传过来的速度信息了。只要低于速度阈值，就会触发开启指令。

图-22M3的进气道内部有两块由液压作动筒控制的楔板，用于在不同的飞行状态下调节进气道的内型面。因为没有找到一架在这个部位拆开的图-22M3的照片，所以小火箭画了个示意图。

这是从一架图-22M3轰炸机的左侧进气道进口处向里拍的照片。可以看到其中一块楔板。另外可以看到里面的辅助进气门的位置。

图-22M3的进气口的设计相对于之前的型号而言，会增加一些雷达反射截面积。图-22M3大量增设了电子战设备和诱饵弹。

对了，聊到这里，小火箭还没有和大家说图-22M家族轰炸机的有趣的垂直尾翼的设计呢。

别人家的轰炸机、战斗机的设计都蛮简洁的，为什么到了图-22M家族这里，这个大尾巴要往前伸这么多呢？

这是和图-22M家族轰炸机的机身宽度有关的。巨大的两台发动机、大型弹舱、油箱放在一起，而同时又要满足超声速飞行的气动外形，这就让图-22M家族的轰炸机有个共同的特点：身子特别宽。

这样的宽机身在大攻角状态下，会让气流遮蔽垂直尾翼，大幅减少飞机的航向稳定性。图波列夫设计局当初设计的时候，就有这个担忧，于是就找了流体力学研究中心的弟兄们做了测试，果然发现孤零零的那种垂直尾翼是不够用的，需要加大垂直尾翼的面积。于是图-22M轰炸机家族的垂直尾翼就成了上图这个样子。

那么，垂直尾翼向前延伸的这一段究竟要设计多大呢？角度和面积如何权衡？

这个，就要小火箭搬出我个人非常喜欢的一本老书了。

这是我个人珍藏的1961年版本的《飞行器稳定性与控制》。当初购得的时候，书角已经有所破损，但是内页还是非常好的。从购得到现在，已过去十几年的时间，感谢大家能够让我在写本文的时候有机会翻找出本书，回顾过去学习飞行器设计时的时光。用这本上世纪60年代的技术资料来解释上世纪60年代的设计还是比较适宜的。

这本书的第360页详细描述了垂直尾翼延伸段对航行稳定性的影响。上图左侧中部的图，横坐标为侧滑角，纵坐标为偏航力矩。

这段大背鳍能够增加图-22M家族轰炸机的航向稳定性（尤其是在大攻角状态下），因此需要比较大的面积。但是，那又为什么这么厚实呢？

答：其实这段大背鳍与垂直尾翼的根部相连的地方，藏了一个硕大的油箱。作为一款又要超声速飞行，又要讲究航程，还得多带导弹的轰炸机来说，光有变后掠翼是不够的，还得想方设法多在机身内部找到装油的地方。

图-22M3的垂直尾翼与大背鳍相连接的部位，总是有那么一块白色的亮亮的东西。这是临时打的补丁么？并不是，其实看看每一架图-22M3都会有的。其实这是她安置HF高频天线的地方。

全动式水平尾翼

这些铆钉还是很有感觉的。

能够在现役飞机上发现翼刀，也是不容易的一件事情。

图-22M3的主起落架采用6轮小车式设计。早些年，为了能够在前线机场起降，该起落架有一些适应松软跑道的设计，如今已经尽量简化了。

两台库兹涅佐夫

NK-25

涡扇发动机为图-22M3提供了强大的动力。（单台推力245千牛）

彩虹设计局的Kh-22是苏联的一种大型远程反舰导弹，它巨大的弹头在当时是专门用来对付美国航空母舰的，可装常规或核弹头。很多时候，图-22M3就是携带着这样的导弹巡弋在大洋上空。

除了在机腹中线吊载一枚Kh-22之外，图-22M3还能够在两侧机翼的挂架上各挂载一枚Kh-22。Kh-22反舰导弹的最大飞行速度为Ma 4.6，其携带的核弹头，最大当量可达100万吨TNT（相当于67枚广岛原子弹的爆炸当量）。

设想当年，如果100架图-22M3，每架均带有3枚Kh-22向航母编队奔袭时的场景吧！300枚Kh-22超声速核导弹，相当于2.01万枚广岛原子弹的核打击力量。

每架图-22M3只能携带3枚核导弹，是不是数量有些少。哈，当年苏联工程师也是这么想的。于是有了小型化的Kh-15核导弹的挂载方案。有关该导弹，以及其他俄罗斯核导弹详见小火箭的公号文章《俄罗斯有多少枚核弹头？》。

每架图-22M3能携带10枚Kh-15短程超声速核导弹（机身弹舱的旋转式弹架上6枚，每侧弹翼各挂载2枚）。上世纪70年代，有关舰载防空导弹和舰载近防武器的发展已经有人提及。

Kh-15导弹的设计团队为了能够在上世纪80年代该导弹入役的时候，仍能保持一定的战斗能力，设计了这样的一种攻击弹道：Kh-15从图-22M3中释放后，并不会直奔目标，而是拼命地向上爬升。爬到4万米高空后，Kh-15开始进行叫做“死亡转弯”的调姿过程。然后，开始直奔目标是一路俯冲下来。在俯冲的过程中，Kh-15不断加速，速度会超过Ma 5。高超声速飞行带来的可怕的尖啸声会伴着接踵而至的核爆炸响彻云霄。

就没有温柔一些的武器配备么？还是有的。

比如这样的挂载：一次挂载18枚FAB-500航空炸弹。（FAB没有别的意思，就是fugasnaya aviatsionnaya bomba 的缩写，也就是general-purpose bomb通用航空炸弹的意思。）

如果是挂载小一些的FAB-250航空炸弹的话，图-22M3可以挂69枚。

图-22M3的液压作动器

说一说图-22M家族的机翼设计吧。提到图-22M家族，人们大多只关注她的变后掠翼，其实，她的机翼还有很多其他有趣的设计。比如，该机控制滚转用的副翼哪里去了？

哈，因为这毕竟是一架轰炸机，对滚转角速度的大小没有太大要求，因此她靠扰流板来控制滚转。图-22M家族的机翼扰流板可偏转60°。当然，大攻角状态下，仅仅依靠扰流板就不行了，还得配合尾翼的差动才行。仔细看图-22M的襟翼设计，为了增加升力，让满载起飞重量为124吨的轰炸机能够在大部分机场起降，设计师团队也是蛮拼的。

图-22M3的驾驶舱向两侧打开。图-22M3乘员4人：机长、副驾驶、轰炸员、防卫武器操作手。

图-22M3的防卫武器为1门23毫米口径的GSh-23双管机炮。注意机炮上方那个白色的雷达罩。里面就是后视火炮控制雷达。

一架图-22M3与一架米格-31相伴飞行。注意她们的进气道的设计。

由远及近：图-95 图-160 图-22M3

图-22M家族轰炸机共生产了497架。作为图波列夫设计局留给后人的一个超声速轰炸机家族，该机值得我们对其进行持续关注。而如果顺利的话，图-22M3将在今年（2017年）来到中国与大家近距离接触。

感谢大家与小火箭一起走过这段图-22M之旅！