[转帖]论“超音速巡航”的定义及其作用

我们中的大多数人似乎都会认为，哲学的概念多含混不清，意义不定。哲学家维特根斯坦也认为哲学中的大多数争议都是由不同的语义、语境引起的。其实，哲学如此，科学，又何尝不是如此呢？可悲的是，这种情况在军事爱好者，甚至是在一些对军事技术的爱好极为痴迷，进而有一定程度钻研的军事迷中，显得更为普遍。这使得我觉得写这样一篇长文可能会是值得的。<p></p></P>
         长久以来，关于超音速巡航的概念一直混淆不清，这与其说是起哄者胡搅蛮缠所致，不如说是行家们对此持眼开眼闭的态度所致，自从1993年蒋都庭在《航空知识》上发表那篇被意识形态所左右的技术评论文以后，国内就多存在这样一种倾向：凡美国人达到的某项技术指标，我们达不到，但我们至少要从俄国人那里找到一点什么来证明这项技术指标谈不上先进。但是：<p></p></P>
       爱国主义本身并不能使任何一架飞机作超音速巡航，假如这架飞机本身确实不具备做超音速巡航的技术水平。
       进一步说，假如MiG-31不具备做超音速巡航的能力，并不因为我国用它装备了空军，他就一定具有了超音速巡航的性能。
       要知道怎样的飞机能做超音速巡航，先应正确定义超音速巡航。

                      1 巡航速度概念的导出<p></p></P>
        对巡航一词的简单化解释就是匀速直线飞行。这一解释来源于二战中德国V1导弹不同于一般炮弹沿抛物线不等速飞行的方式（有兴趣的朋友可以了解一下V1和V2的区别：前者是世界上第一种实用的巡航导弹，后者是世界上第一种实用的弹道导弹）。然后，我们以海平面声速，大致是340米/秒为基准，可以粗糙地解释说：超音速巡航就是以超过340米/秒的速度作直线匀速的飞行。我们的定义好像完成了，可我们的问题才刚刚开始。
       哲学的一般原理告诉我们，任何一种存在都必须有前提条件。那么，超音速巡航的前提条件是什么？答案不外乎两条：1、在其他条件不变的情况下，持续地提供同等的动力。2、其他条件有变化时，动力的增减必须随之改变。现在我们假定一架米格X在海平面飞行，均等推力30吨，由于在海平面，空气阻力可视作相同，另一架SR-X飞机，均等推力30吨，保持在30000米高空飞行，也可视作其当面空气阻力不变，这两架飞机的速度都是3000公里/小时。以此作计量单位是因为不同近地高度的声速不同，为省却不必要的麻烦，我们甚至可以假定两机的油耗乃至总重相等，所不同的只是机翼升力系数不同，高空的SR-X的机翼升力系数当然要高些，不然，由于高空的空气较低空稀薄，相同的推力将不足以维持其高度。这一点常识应当不难理解。我们还可以将米格X和SR-X看成是仅仅机翼升力系数不同的同一架飞机，比如叫苏-15什么的，一切都照样成立。SO FAR,SO GOOD。

       本来，说MiG-31可做超音速巡航并不会引起关注，因为按照上述最简单的定义，任何一架超音速飞机都可以做超音速巡航，美国的F-22也不见得有什么了不起。他吹嘘他的超音速巡航，我们守住基本定义就行了。但现在，MiG-31沉不住气了，他也说他有能力作超音速巡航，这在我们看来本来就是一种2倍音速飞机应有的性能，他偏还要说他它有两种巡航速度，我们不得不来看一下：

超音速巡航：M2.35时，作战半径 700公里

经济巡航速度：M0.85，作战半径1400公里

如果这两行文字嵌在一般介绍行文中，几乎没人会注意到这当中的微妙变换（除非你是北大中文系的）。他用了一个在舰船性能评价中更常用的指标——经济巡航速度。我想这里有很多都是海陆空天的通才，我们知道衡量舰船有最大航速，也有经济巡航速度，在海军舰船中我们一般将经济巡航速度简称为巡航速度，比如我国的“江湖”级导弹护卫舰的巡航速度为18节/4000海里。我们这是指他在恒定不变航速18节时有最大航程4000海里，航速的任何增加或减少都一定会导致其航程的减少。这让我们想起了为什么我们有时会在MiG-31那独有的两种巡航速度后面看见大不相同的两种作战半径，有时又看不见这两种作战半径或只看见其中的一个。显然有人不希望我们看见这两种作战半径，至少是不要同时看到，毕竟拖在这两种巡航速度后面的两个作战半径值相差了整整100%！
       原本，一架飞机在不同情况下的作战半径相差1倍也是有可能的：譬如飞行剖面不同，而作战载荷的不同使得轰炸机的航程相差3倍也是可能的。那么，MiG-31的最大航程是多少呢？我们当然愿意，也应该取1400公里这一数值，因为我们知道对于一种飞机，所有一般性的公开资料上多只有一个作战半径数值，这是该机在条件相当的情况下所可能达到的最大作战半径。在对MiG-31的作战半径取值1400公里时我们当然认定它和其他战斗机一样的飞行剖面、仅机内满油、保持巡航速度，相对于此，其他作战飞机Su-27的作战半径是1500公里、F-15E的作战半径是1200公里、F-16的作战半径是930公里、F-14是740公里、F-18E是1400公里等等……。其中我们当然剔除了F-15E那两个能使之作战半径增加约1/4的硕大的保型油箱，我们也不能因为F-14是大家都喜欢的飞机就以反正这个位置是空闲给油箱的为名而把机腹下的两个油箱给于增加其作战半径到1170公里。但现在的问题是单单MiG-31偏有两个巡航速度，而我们找遍所有手中的资料都没有发现其他飞机有两种巡航速度的，且所有从1970年到1990年间试飞并服役的第三代战斗机都是在亚音速条件下实现最大航程的。那么，MiG-31那M2.35的巡航速度是从哪里来的呢？
       是我们看错了吗？没有。既然没有看错，那么有可能是看的前提条件错了。在我们现有技术水平下的常识告诉我们，一般喷气式飞机要做超音速飞行是要开加力燃烧室的，也就是在涡轮压气机后面的燃烧室内注入比最大推力所需流量多至少3倍以上的燃油流量形成加力。（对这一点理解上有困难的朋友请参看罗尔斯·罗伊斯 公司出版的经典教材《喷气发动机原理》）现在我们就以3倍为假定来做一到小学算术题,算式说明如下：
       假定某架战机在不开加力时的最大推力为其油耗最低推力（现在较优秀的喷气发动机一般是大约80%最大推力时油耗最低，我们只是为了简化问题，就像求偏导一样）。此时时速900公里，并可飞出1800公里的最大航程，也就是说它有1800 / 900 = 2小时的航程。已知该机有1800公里/小时的最大速度，根据3倍油耗的假定，我们知道该机将只能用1800公里/小时飞行40分钟，即120分钟 / 3 = 40。那么，该机的航程也只有时速900公里时的1/3吗？不是，要知道这在40分钟里，该机可是在以每小时1800公里的速度飞奔。所以，这时其航程应为 1800×（40÷120）小时 = 1200公里。
       当然，所谓的3倍不是常数，随着所需速度的增加，燃油喷注的流量也会增加，比如在所需的速度为经济速度的3倍时油耗增加到4倍，或者由于技术进步，油耗的倍数在速度成倍数增加时却仅以很小的百分比增加，如从3倍增加到3.2倍，具体还牵涉到喷气机技术中许多复杂的相关技术。但有一点是可以肯定的：只要喷气机加力燃烧的原理和基本结构不变，打开加力燃烧室以增加推力就会使油耗倍增！
        现在我们不难想象为什么我们手上的MiG-31会有如此大差别的作战半径了。但这样的作战半径是没有可比性的，因为我们前面已经说明了在可比条件下，什么是最大作战半径。但这意味着我们认为MiG-31的巡航速度是M0.85。但“老专家”告诉我们说MiG-31有超音速巡航的能力，那么，究竟什么是MiG-31的巡航速度呢？要知道 MiG-31的巡航速度，我们必先了解什么是巡航速度，怎么回事？我们绕了一圈又回到了文章的出发点？我们不得不检查我们的先前叙述，没错呀？难道是对巡航一词的理解有问题？察看所有关于“巡航”的词条解释，各解释虽略有文字差异但基本意思把握得不错呀？更奇怪的是在行文中我的巡航速度也有两种，一种是海军的，一种是空军的。在海军的“巡航速度”那里我们从没遇到过麻烦，就是空军的不太平，那么空军“巡航”这个麻烦是从哪里来的呢？是从巡航导弹那里来的。在从巡航导弹这个根源查，乖乖！同一种导弹有3种叫法“飞航导弹”、“巡航导弹”、“巡弋导弹”。好像越来越乱，但有一点是共同的，就是“区别于弹道飞行方式，依赖空气浮力托起弹体而……飞行。”前面我们认定匀速直线飞行才是以巡航速度飞行，这差一点闹笑话，好比任何飞机不以巡航速度飞行就是忽快忽慢、歪歪扭扭的飞行。现在更离谱了，假如某架飞机没有以巡航速度飞行就是机翼不以空气提供升力来飞行。笑话闹大了！
        按定义来比照海军舰船倒是可以想通的，所有的舰艇都一定要依靠水的浮力，其实也就是另一种形式向上托的力。但是在海军舰船那里，若不另外指出，巡航速度就是最大航程所需保持的速度。当我们无数遍地探究“巡航”和“巡航速度”后我们发现，巡航和运动的方式有关，而速度则一定和时间、距离有关。巡航速度作为一个概念是不可分割的，如果一定要机械理解到巡航作为运动的方式和速度的关系的话，那么我只能说巡航和时间的起始点无关而只和时间的长度（也就是距离）有关。现在，我们清楚了，巡航速度其实是最大航程速度。我想，没有人会承认飞机俯冲时达到的瞬时最大速度是该机的最大时速，我们公认的是把飞机的最大平飞速度等同于飞机的最大速度。是的，所有的资料都遵从这样的惯例，最大速度或者说最大平飞速度是同一个意思。因此，在强调一遍，所谓巡航速度或最大巡航速度或经济巡航速度都一定是也只能是指可能达到最大航程所必需的速度。
       所以，如果说MiG-31也有超音速巡航的性能，那么人类航空史自从实现超音速以来所有的超音速飞机都能以超音速进行巡航。但这只是痴人梦话而已。  

                            2、超音速巡航辨义

       先来猜一道选择题：假定一架飞机在其他条件相同时有如下试飞情况：
a.      发动机推力12吨时，时速1700公里，可达最大航程2000公里。
b.      发动机达到最大推力15吨时，时速2100公里，航程2000公里。
c.      发动机达到最大推力9吨时，时速1100公里，有最大航程2400公里
d.      发动机加力推力15吨时，时速2200公里，航程1600公里
现在，上述哪一项是这架飞机的巡航速度？该机有无超音速巡航能力呢？本来这道选择题有6个选项，还有e、f.两个干扰项，但我还是决定不搞得那么复杂，我的目的是为了说明问题，而不是为了难住别人。
       细心的人很快就会发现在题中，这架飞机有两个完全不同的最大推力。而在15吨推力时，有一个最大推力项，一个加力推力项。显然，这架飞机在试飞过程中换装了不同的发动机，否则，就会出现矛盾。现在简单了，只有4个选项，不管它推力是多少，能达到最大航程的速度就是巡航速度。所以，巡航速度选c.。
       那么该机有无超音速巡航能力？我们看到b、c.两项是冲突项 ，而a、b.两项无论是否为同一种发动机，其速度都超过了音速，且有最大航程2000公里，又，a.项并未说明12吨时何种推力，所以，我们无法求知该机能以多少速度做超音速巡航，但题目并未作此要求，只需知道有无，而我们根据题意可以判定该机有超音速巡航的能力，至少在装a、b.两项中的任意一种发动机时，有超音速巡航能力。
       进一步地，我们从以上假定数值可有如下推论。
1）发动机推力增加所带来的速度增加可能在航程上大大弥补了其在此种情况下油耗增加所导致的航程减少。
这可有两种情况：<p></p></P>
                       （1）发动机无加力，但由于发动机的净推力是如此之大，以至于不论在最大推力时其油耗是否为最大，亦或相对较小，该机的速度在单位时间内都使之航程达到了最大。例如：SR-71。该机实质上使用的是一种冲压喷气发动机，该机在最大速度位M3.5，在M3.2时反而油耗较低，国内有些资料误将该机引擎进入冲压状态产生的推力增加以为是在最大推力上的一个加力。关于这一点的逻辑错误我们马上还将提到。
                      （2）发动机有加力，这不违背小前提（1），但这却违背大前提1）。要知道所谓加力推力喷气引擎和冲压推力喷气引擎的一个共同点就是成倍地增加燃烧介质来获取反作用力的增大。不同点在于加力推力喷气引擎是成倍地增加燃油而冲压推力喷气引擎时增加空气。（这其中的缘由和优劣几乎不言自明，我留给读者自己思考）于是显然地，即便加力推力喷气引擎也可能使飞机的速度成倍增加，但这必然赶不上油耗成倍增加所导致的航程数衰减，还由于飞机的速度值愈趋向于其最大速度的极限，其加速度就愈慢，所需的加速时间也愈长，而在加速时间段内油耗早已增加到了可能的最大倍数。由此，认为SR-71的速度增加系由于其加力推力巨大实在是并非计算错误而是方向性错误。在这种定性错误下再怎样计算都无法解释为什么SR-71在M3.2的最大速度下却有其最大航程值也是不奇怪的。

2） 发动机推力增加所带来的速度增加可能在航程上远不足以弥补其在此种情况下油耗增加所导致的航程减少。
这里也有发动机有加力和无加力两种情况：<p></p></P>
                      （1）发动机有加力，这和前面的（2）条件基本相似。目前已经服役的作战飞机绝大多数都属于这种情况。当然，假如有人一定要胡搅蛮缠地说发动机开加力时油耗更低，我也乐得承认，这倒也是人类的技术进步，等他把这样的发动机制造出来了，我再修改这篇文章也来得及。这样的话，冲压发动机的所有项目都应下马。我前面留给大家一起讨论的那个问题若有人思考的话也就没人理睬这种胡闹了。
                     （2）发动机无加力，我们举F-117为例，这一机型所采用的是典型的无加力喷气引擎，但是我们知道其最大航程下的速度并非是该机的最高时速，但该机的巡航速度与最大速度是如此得相近以至于我们一看便知，要照顾到“隐身性”的气动外形使得该机的发动机即使有加力系统，也不可能令其速度又太大的提高，徒然高油耗反而会令其航程大为减少，得不偿失。
       到现在，我们有了较为充分的理由来解释大多数朋友可能早已等得不耐烦的质疑了。为什么我们用是否达到最大航程而不用是否打开加力来规定飞机的巡航速度。因为用是否打开加力来规定飞机的巡航速度，一不能解释无加力发动机的情况，二不能摆脱普通发动机开了加力反而油耗更低的无理取闹之谈，三不能解释冲压发动机的任何一种情形。四、不打开加力时的净推力取值可以是从零到任意一个正数，这一取值可有无数多种，难以度量。所以，我们认为：超音速巡航的必要条件是在这一“巡航速度”下，飞机达到最远航程（或说最大作战半径），超过音速是这一概念构成的充分条件。不能因为某架飞机能在超音速域坐一段时间的持续飞行，我们就误以为那是超音速巡航。诚如“眼巴巴”所指出的“其实以上述意义表达的超音速巡航军用飞机不止黑鸟和米格31,还有英国闪电和苏联苏15都行”。
       以上，我们反复论证了超音速巡航应有的概念，我之所以如此不厌其烦地加以解说是因为我们要进入下一部分了。

                        3、超音速巡航概念的实例应用

       上面我们讨论超音速巡航的概念时只涉及了构成概念本身的速度和航程两个函数的变化，在讨论决定这两个函数的条件时，我们只考虑了发动机推力这一个参数，并假定其他条件不变。这一节，我们将就F-22和MiG-31结合其他条件的变化作最后总结。
       我们现在知道，F-22“猛禽”和MiG-31“猎狐狗”的发动机都属于15（12）吨级。净推力12吨，加力推力15吨。但“猛禽”可以M1.58（另一说M1.67）达到其最大作战半径1400公里，而“猎狐狗”的最大作战半径也是1400公里，但只能用M0.85来达到。相比之下，“猛禽”的机内最大燃油量不过11吨，而“猎狐狗”的机内燃油量达14吨。那么为什么“猛禽”具备超音速巡航能力而“猎狐狗”不具备呢？如果像某些人所说的：只要发动机推力大，推重比低也不要紧，那么为什么他不说B-52也能做超音速飞行呢？而An-225的那六台发动机加起来的总推力更大！是不是只要推力足够，一块铅锭也能做超音速飞行呢？一组简单的数字是：

             发动机推力（ton）   机体净重（ton）   推重比
F-22     12.5×2                 16                    1.56
MiG-31    12.5×2                 22                    1.14
从这组数字我们看到“猛禽”的空战推重比要高出“猎狐狗”约30%！这不仅满足超音速的需要，而且，足以使F-22的巡航速度大大高出M0.9～M1.2的音障流场。
       事实上我们知道在推力和阻力相同的情况下要使飞机飞起来，飞机的阻力必须足够小，在这一情况下，阻力越小，飞得越快。由于高度越高，空气越薄，所产生的阻力就越小，所以，机翼的升力越大，飞机就可以飞得越高，它可能遇到的空气阻力就越小。但飞机的机翼不仅可提供升力，同样也会产生阻力，往往是机翼的剖面弯度越大，其在相同推力下产生的升力越大，但阻力也就越大。机翼的面积大小也影响升力和阻力，翼型相同的机翼面积越大升力越大，但随之而来的摩擦阻力和重力也就越大。而重力的增加会抵消相当一部分的升力。这之间的关系就是“升阻比”的基本概念。
       现在我们知道，“猛禽”的净重约为16吨，而“猎狐狗”的净重将近22吨。我们假定两机机翼的升阻比相同，但由于“猎狐狗”比“猛禽”重了40%导致其机翼升力系数急剧衰减，这迫使其为了有足够的高度以保持速度而必须打开加力，这就犯了满足超音速巡航条件的大忌。反之，“猛禽”的机翼面积超过77平方米，加之比Su-27更轻的净重，使得其有更高的升力系数。这使“猛禽”在比“猎狐狗”略低的空域显得更加轻盈飘逸，可不开加力便很快突破音障。当然，由于“猛禽”的机翼面积高达近78平米，这也使得该机的激波阻力在越接近高速时越发明显地起作用——我们知道飞机在低速时主要受摩擦阻力的作用，在高速时主要受激波阻力的影响——因而该机的最大速度不过M2.2.这也反过来说明了为什么机翼面积才62平米的“猎狐狗”能飞出M2.83的原因。
       从文章最后的配图中我们可以很清楚地看到F-22机体上没有一条线段是垂直或接近垂直于机身纵轴的，但其机身的投影面积却总是大于“猎狐狗”，纵使是从垂尾大角度外倾的侧视图来看也是如此。
       另一个值得探讨的是为什么Su-27“侧卫”没有条件作超音速巡航，也许一方面，我们会认为“侧卫”机的发动机推力还不足以达到像“猛禽”这样的级别，可另一方面我们认为更为重要的是“侧卫”像F-14“雄猫”一样，一开始就是将整个机体通盘考虑作为一个升力体来设计的，这样的设计使得机身也能产生一些升力。由将机身作为机翼的一部分来进行设计，必然会有漂亮的翼身融合坡面。但也正是这些坡面的坡度本身带来了更多飞行时的摩擦阻力，不仅如此，任何一架飞机，在投影尺寸相当的情况下，设计上所带来的集体表面的坡面越多，坡度越陡，其浸湿面积就越大，浸湿面积越大的飞机必定摩擦阻力越大。而像Su-35这样纯粹为了照顾近战格斗而增加一对鸭翼的三翼面的飞机更是增加了超音速飞行时的摩擦阻力和重量，显然是根本不考虑要做超音速巡航的。
       在考虑满足超音速巡航的主要条件时，在发动机方面我们已经谈到了油耗和推重比，在气动阻力方面我们已经谈到了机翼的升阻比，而另一重要方面就是外挂阻力。早在1952年试飞的F-4 phantomⅡ那里我们就可以看到导弹的半埋式外挂，毕竟硕大的导弹所带来的气动阻力决不是二战时战斗机上那两根枪管可比的，但即使如此，战斗机下的气动流场仍然极为复杂，因为没有任何一架战斗机可以做到全部的空战武器半埋式挂载。很多2倍音速的战斗机甚至装满空战武器后就不能做超音速飞行了，这简直是倒退，不是进步。但在F-22那里，这个问题得以根本解决。当其携带和F-15的标准空战载荷相当的武器装备时，所有的这些装备完全内置，这使得在F-22那里，外挂阻力其实为零。这就解释了为什么EF-2000“台风”虽然也可以不开加力的方式使其速度略超过音速，但仍然不能够突破音障激波流场飞行。我们可以预见，由于复杂的外挂在跨音速时所产生的气流扰动对EF-2000的极大影响，“台风”即便能跨音速飞行，也无法再次速度下达到他的最大作战半径，从而也绝不可能成为一种完全意义上的超音速巡航战斗机。要使”TYPHOON”作超音速巡航除非在发动机净推力上耗费近乎不计成本的代价，但这在可以预见的将来，不现实。可以这样说，载荷是否内置是衡量一种战斗机在多大程度上可做超音速巡航的重要评判手段。记性好的朋友不放在未来几年内用我提供的方法看一下俄罗斯的所谓“五代机”，假如它真的可能出世的话。

        我们再三强调，所谓超音速巡航一定是指：某一航程（或作战半径）使飞机所能飞的最大航程，而该机为达到这一航程，是用该机自身动力导致的持续的超音速来加以完成的。其他不论。<p></p></P>
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</P>我们中的大多数人似乎都会认为，哲学的概念多含混不清，意义不定。哲学家维特根斯坦也认为哲学中的大多数争议都是由不同的语义、语境引起的。其实，哲学如此，科学，又何尝不是如此呢？可悲的是，这种情况在军事爱好者，甚至是在一些对军事技术的爱好极为痴迷，进而有一定程度钻研的军事迷中，显得更为普遍。这使得我觉得写这样一篇长文可能会是值得的。<p></p></P>
         长久以来，关于超音速巡航的概念一直混淆不清，这与其说是起哄者胡搅蛮缠所致，不如说是行家们对此持眼开眼闭的态度所致，自从1993年蒋都庭在《航空知识》上发表那篇被意识形态所左右的技术评论文以后，国内就多存在这样一种倾向：凡美国人达到的某项技术指标，我们达不到，但我们至少要从俄国人那里找到一点什么来证明这项技术指标谈不上先进。但是：<p></p></P>
       爱国主义本身并不能使任何一架飞机作超音速巡航，假如这架飞机本身确实不具备做超音速巡航的技术水平。
       进一步说，假如MiG-31不具备做超音速巡航的能力，并不因为我国用它装备了空军，他就一定具有了超音速巡航的性能。
       要知道怎样的飞机能做超音速巡航，先应正确定义超音速巡航。

                      1 巡航速度概念的导出<p></p></P>
        对巡航一词的简单化解释就是匀速直线飞行。这一解释来源于二战中德国V1导弹不同于一般炮弹沿抛物线不等速飞行的方式（有兴趣的朋友可以了解一下V1和V2的区别：前者是世界上第一种实用的巡航导弹，后者是世界上第一种实用的弹道导弹）。然后，我们以海平面声速，大致是340米/秒为基准，可以粗糙地解释说：超音速巡航就是以超过340米/秒的速度作直线匀速的飞行。我们的定义好像完成了，可我们的问题才刚刚开始。
       哲学的一般原理告诉我们，任何一种存在都必须有前提条件。那么，超音速巡航的前提条件是什么？答案不外乎两条：1、在其他条件不变的情况下，持续地提供同等的动力。2、其他条件有变化时，动力的增减必须随之改变。现在我们假定一架米格X在海平面飞行，均等推力30吨，由于在海平面，空气阻力可视作相同，另一架SR-X飞机，均等推力30吨，保持在30000米高空飞行，也可视作其当面空气阻力不变，这两架飞机的速度都是3000公里/小时。以此作计量单位是因为不同近地高度的声速不同，为省却不必要的麻烦，我们甚至可以假定两机的油耗乃至总重相等，所不同的只是机翼升力系数不同，高空的SR-X的机翼升力系数当然要高些，不然，由于高空的空气较低空稀薄，相同的推力将不足以维持其高度。这一点常识应当不难理解。我们还可以将米格X和SR-X看成是仅仅机翼升力系数不同的同一架飞机，比如叫苏-15什么的，一切都照样成立。SO FAR,SO GOOD。

       本来，说MiG-31可做超音速巡航并不会引起关注，因为按照上述最简单的定义，任何一架超音速飞机都可以做超音速巡航，美国的F-22也不见得有什么了不起。他吹嘘他的超音速巡航，我们守住基本定义就行了。但现在，MiG-31沉不住气了，他也说他有能力作超音速巡航，这在我们看来本来就是一种2倍音速飞机应有的性能，他偏还要说他它有两种巡航速度，我们不得不来看一下：

超音速巡航：M2.35时，作战半径 700公里

经济巡航速度：M0.85，作战半径1400公里

如果这两行文字嵌在一般介绍行文中，几乎没人会注意到这当中的微妙变换（除非你是北大中文系的）。他用了一个在舰船性能评价中更常用的指标——经济巡航速度。我想这里有很多都是海陆空天的通才，我们知道衡量舰船有最大航速，也有经济巡航速度，在海军舰船中我们一般将经济巡航速度简称为巡航速度，比如我国的“江湖”级导弹护卫舰的巡航速度为18节/4000海里。我们这是指他在恒定不变航速18节时有最大航程4000海里，航速的任何增加或减少都一定会导致其航程的减少。这让我们想起了为什么我们有时会在MiG-31那独有的两种巡航速度后面看见大不相同的两种作战半径，有时又看不见这两种作战半径或只看见其中的一个。显然有人不希望我们看见这两种作战半径，至少是不要同时看到，毕竟拖在这两种巡航速度后面的两个作战半径值相差了整整100%！
       原本，一架飞机在不同情况下的作战半径相差1倍也是有可能的：譬如飞行剖面不同，而作战载荷的不同使得轰炸机的航程相差3倍也是可能的。那么，MiG-31的最大航程是多少呢？我们当然愿意，也应该取1400公里这一数值，因为我们知道对于一种飞机，所有一般性的公开资料上多只有一个作战半径数值，这是该机在条件相当的情况下所可能达到的最大作战半径。在对MiG-31的作战半径取值1400公里时我们当然认定它和其他战斗机一样的飞行剖面、仅机内满油、保持巡航速度，相对于此，其他作战飞机Su-27的作战半径是1500公里、F-15E的作战半径是1200公里、F-16的作战半径是930公里、F-14是740公里、F-18E是1400公里等等……。其中我们当然剔除了F-15E那两个能使之作战半径增加约1/4的硕大的保型油箱，我们也不能因为F-14是大家都喜欢的飞机就以反正这个位置是空闲给油箱的为名而把机腹下的两个油箱给于增加其作战半径到1170公里。但现在的问题是单单MiG-31偏有两个巡航速度，而我们找遍所有手中的资料都没有发现其他飞机有两种巡航速度的，且所有从1970年到1990年间试飞并服役的第三代战斗机都是在亚音速条件下实现最大航程的。那么，MiG-31那M2.35的巡航速度是从哪里来的呢？
       是我们看错了吗？没有。既然没有看错，那么有可能是看的前提条件错了。在我们现有技术水平下的常识告诉我们，一般喷气式飞机要做超音速飞行是要开加力燃烧室的，也就是在涡轮压气机后面的燃烧室内注入比最大推力所需流量多至少3倍以上的燃油流量形成加力。（对这一点理解上有困难的朋友请参看罗尔斯·罗伊斯 公司出版的经典教材《喷气发动机原理》）现在我们就以3倍为假定来做一到小学算术题,算式说明如下：
       假定某架战机在不开加力时的最大推力为其油耗最低推力（现在较优秀的喷气发动机一般是大约80%最大推力时油耗最低，我们只是为了简化问题，就像求偏导一样）。此时时速900公里，并可飞出1800公里的最大航程，也就是说它有1800 / 900 = 2小时的航程。已知该机有1800公里/小时的最大速度，根据3倍油耗的假定，我们知道该机将只能用1800公里/小时飞行40分钟，即120分钟 / 3 = 40。那么，该机的航程也只有时速900公里时的1/3吗？不是，要知道这在40分钟里，该机可是在以每小时1800公里的速度飞奔。所以，这时其航程应为 1800×（40÷120）小时 = 1200公里。
       当然，所谓的3倍不是常数，随着所需速度的增加，燃油喷注的流量也会增加，比如在所需的速度为经济速度的3倍时油耗增加到4倍，或者由于技术进步，油耗的倍数在速度成倍数增加时却仅以很小的百分比增加，如从3倍增加到3.2倍，具体还牵涉到喷气机技术中许多复杂的相关技术。但有一点是可以肯定的：只要喷气机加力燃烧的原理和基本结构不变，打开加力燃烧室以增加推力就会使油耗倍增！
        现在我们不难想象为什么我们手上的MiG-31会有如此大差别的作战半径了。但这样的作战半径是没有可比性的，因为我们前面已经说明了在可比条件下，什么是最大作战半径。但这意味着我们认为MiG-31的巡航速度是M0.85。但“老专家”告诉我们说MiG-31有超音速巡航的能力，那么，究竟什么是MiG-31的巡航速度呢？要知道 MiG-31的巡航速度，我们必先了解什么是巡航速度，怎么回事？我们绕了一圈又回到了文章的出发点？我们不得不检查我们的先前叙述，没错呀？难道是对巡航一词的理解有问题？察看所有关于“巡航”的词条解释，各解释虽略有文字差异但基本意思把握得不错呀？更奇怪的是在行文中我的巡航速度也有两种，一种是海军的，一种是空军的。在海军的“巡航速度”那里我们从没遇到过麻烦，就是空军的不太平，那么空军“巡航”这个麻烦是从哪里来的呢？是从巡航导弹那里来的。在从巡航导弹这个根源查，乖乖！同一种导弹有3种叫法“飞航导弹”、“巡航导弹”、“巡弋导弹”。好像越来越乱，但有一点是共同的，就是“区别于弹道飞行方式，依赖空气浮力托起弹体而……飞行。”前面我们认定匀速直线飞行才是以巡航速度飞行，这差一点闹笑话，好比任何飞机不以巡航速度飞行就是忽快忽慢、歪歪扭扭的飞行。现在更离谱了，假如某架飞机没有以巡航速度飞行就是机翼不以空气提供升力来飞行。笑话闹大了！
        按定义来比照海军舰船倒是可以想通的，所有的舰艇都一定要依靠水的浮力，其实也就是另一种形式向上托的力。但是在海军舰船那里，若不另外指出，巡航速度就是最大航程所需保持的速度。当我们无数遍地探究“巡航”和“巡航速度”后我们发现，巡航和运动的方式有关，而速度则一定和时间、距离有关。巡航速度作为一个概念是不可分割的，如果一定要机械理解到巡航作为运动的方式和速度的关系的话，那么我只能说巡航和时间的起始点无关而只和时间的长度（也就是距离）有关。现在，我们清楚了，巡航速度其实是最大航程速度。我想，没有人会承认飞机俯冲时达到的瞬时最大速度是该机的最大时速，我们公认的是把飞机的最大平飞速度等同于飞机的最大速度。是的，所有的资料都遵从这样的惯例，最大速度或者说最大平飞速度是同一个意思。因此，在强调一遍，所谓巡航速度或最大巡航速度或经济巡航速度都一定是也只能是指可能达到最大航程所必需的速度。
       所以，如果说MiG-31也有超音速巡航的性能，那么人类航空史自从实现超音速以来所有的超音速飞机都能以超音速进行巡航。但这只是痴人梦话而已。  

                            2、超音速巡航辨义

       先来猜一道选择题：假定一架飞机在其他条件相同时有如下试飞情况：
a.      发动机推力12吨时，时速1700公里，可达最大航程2000公里。
b.      发动机达到最大推力15吨时，时速2100公里，航程2000公里。
c.      发动机达到最大推力9吨时，时速1100公里，有最大航程2400公里
d.      发动机加力推力15吨时，时速2200公里，航程1600公里
现在，上述哪一项是这架飞机的巡航速度？该机有无超音速巡航能力呢？本来这道选择题有6个选项，还有e、f.两个干扰项，但我还是决定不搞得那么复杂，我的目的是为了说明问题，而不是为了难住别人。
       细心的人很快就会发现在题中，这架飞机有两个完全不同的最大推力。而在15吨推力时，有一个最大推力项，一个加力推力项。显然，这架飞机在试飞过程中换装了不同的发动机，否则，就会出现矛盾。现在简单了，只有4个选项，不管它推力是多少，能达到最大航程的速度就是巡航速度。所以，巡航速度选c.。
       那么该机有无超音速巡航能力？我们看到b、c.两项是冲突项 ，而a、b.两项无论是否为同一种发动机，其速度都超过了音速，且有最大航程2000公里，又，a.项并未说明12吨时何种推力，所以，我们无法求知该机能以多少速度做超音速巡航，但题目并未作此要求，只需知道有无，而我们根据题意可以判定该机有超音速巡航的能力，至少在装a、b.两项中的任意一种发动机时，有超音速巡航能力。
       进一步地，我们从以上假定数值可有如下推论。
1）发动机推力增加所带来的速度增加可能在航程上大大弥补了其在此种情况下油耗增加所导致的航程减少。
这可有两种情况：<p></p></P>
                       （1）发动机无加力，但由于发动机的净推力是如此之大，以至于不论在最大推力时其油耗是否为最大，亦或相对较小，该机的速度在单位时间内都使之航程达到了最大。例如：SR-71。该机实质上使用的是一种冲压喷气发动机，该机在最大速度位M3.5，在M3.2时反而油耗较低，国内有些资料误将该机引擎进入冲压状态产生的推力增加以为是在最大推力上的一个加力。关于这一点的逻辑错误我们马上还将提到。
                      （2）发动机有加力，这不违背小前提（1），但这却违背大前提1）。要知道所谓加力推力喷气引擎和冲压推力喷气引擎的一个共同点就是成倍地增加燃烧介质来获取反作用力的增大。不同点在于加力推力喷气引擎是成倍地增加燃油而冲压推力喷气引擎时增加空气。（这其中的缘由和优劣几乎不言自明，我留给读者自己思考）于是显然地，即便加力推力喷气引擎也可能使飞机的速度成倍增加，但这必然赶不上油耗成倍增加所导致的航程数衰减，还由于飞机的速度值愈趋向于其最大速度的极限，其加速度就愈慢，所需的加速时间也愈长，而在加速时间段内油耗早已增加到了可能的最大倍数。由此，认为SR-71的速度增加系由于其加力推力巨大实在是并非计算错误而是方向性错误。在这种定性错误下再怎样计算都无法解释为什么SR-71在M3.2的最大速度下却有其最大航程值也是不奇怪的。

2） 发动机推力增加所带来的速度增加可能在航程上远不足以弥补其在此种情况下油耗增加所导致的航程减少。
这里也有发动机有加力和无加力两种情况：<p></p></P>
                      （1）发动机有加力，这和前面的（2）条件基本相似。目前已经服役的作战飞机绝大多数都属于这种情况。当然，假如有人一定要胡搅蛮缠地说发动机开加力时油耗更低，我也乐得承认，这倒也是人类的技术进步，等他把这样的发动机制造出来了，我再修改这篇文章也来得及。这样的话，冲压发动机的所有项目都应下马。我前面留给大家一起讨论的那个问题若有人思考的话也就没人理睬这种胡闹了。
                     （2）发动机无加力，我们举F-117为例，这一机型所采用的是典型的无加力喷气引擎，但是我们知道其最大航程下的速度并非是该机的最高时速，但该机的巡航速度与最大速度是如此得相近以至于我们一看便知，要照顾到“隐身性”的气动外形使得该机的发动机即使有加力系统，也不可能令其速度又太大的提高，徒然高油耗反而会令其航程大为减少，得不偿失。
       到现在，我们有了较为充分的理由来解释大多数朋友可能早已等得不耐烦的质疑了。为什么我们用是否达到最大航程而不用是否打开加力来规定飞机的巡航速度。因为用是否打开加力来规定飞机的巡航速度，一不能解释无加力发动机的情况，二不能摆脱普通发动机开了加力反而油耗更低的无理取闹之谈，三不能解释冲压发动机的任何一种情形。四、不打开加力时的净推力取值可以是从零到任意一个正数，这一取值可有无数多种，难以度量。所以，我们认为：超音速巡航的必要条件是在这一“巡航速度”下，飞机达到最远航程（或说最大作战半径），超过音速是这一概念构成的充分条件。不能因为某架飞机能在超音速域坐一段时间的持续飞行，我们就误以为那是超音速巡航。诚如“眼巴巴”所指出的“其实以上述意义表达的超音速巡航军用飞机不止黑鸟和米格31,还有英国闪电和苏联苏15都行”。
       以上，我们反复论证了超音速巡航应有的概念，我之所以如此不厌其烦地加以解说是因为我们要进入下一部分了。

                        3、超音速巡航概念的实例应用

       上面我们讨论超音速巡航的概念时只涉及了构成概念本身的速度和航程两个函数的变化，在讨论决定这两个函数的条件时，我们只考虑了发动机推力这一个参数，并假定其他条件不变。这一节，我们将就F-22和MiG-31结合其他条件的变化作最后总结。
       我们现在知道，F-22“猛禽”和MiG-31“猎狐狗”的发动机都属于15（12）吨级。净推力12吨，加力推力15吨。但“猛禽”可以M1.58（另一说M1.67）达到其最大作战半径1400公里，而“猎狐狗”的最大作战半径也是1400公里，但只能用M0.85来达到。相比之下，“猛禽”的机内最大燃油量不过11吨，而“猎狐狗”的机内燃油量达14吨。那么为什么“猛禽”具备超音速巡航能力而“猎狐狗”不具备呢？如果像某些人所说的：只要发动机推力大，推重比低也不要紧，那么为什么他不说B-52也能做超音速飞行呢？而An-225的那六台发动机加起来的总推力更大！是不是只要推力足够，一块铅锭也能做超音速飞行呢？一组简单的数字是：

             发动机推力（ton）   机体净重（ton）   推重比
F-22     12.5×2                 16                    1.56
MiG-31    12.5×2                 22                    1.14
从这组数字我们看到“猛禽”的空战推重比要高出“猎狐狗”约30%！这不仅满足超音速的需要，而且，足以使F-22的巡航速度大大高出M0.9～M1.2的音障流场。
       事实上我们知道在推力和阻力相同的情况下要使飞机飞起来，飞机的阻力必须足够小，在这一情况下，阻力越小，飞得越快。由于高度越高，空气越薄，所产生的阻力就越小，所以，机翼的升力越大，飞机就可以飞得越高，它可能遇到的空气阻力就越小。但飞机的机翼不仅可提供升力，同样也会产生阻力，往往是机翼的剖面弯度越大，其在相同推力下产生的升力越大，但阻力也就越大。机翼的面积大小也影响升力和阻力，翼型相同的机翼面积越大升力越大，但随之而来的摩擦阻力和重力也就越大。而重力的增加会抵消相当一部分的升力。这之间的关系就是“升阻比”的基本概念。
       现在我们知道，“猛禽”的净重约为16吨，而“猎狐狗”的净重将近22吨。我们假定两机机翼的升阻比相同，但由于“猎狐狗”比“猛禽”重了40%导致其机翼升力系数急剧衰减，这迫使其为了有足够的高度以保持速度而必须打开加力，这就犯了满足超音速巡航条件的大忌。反之，“猛禽”的机翼面积超过77平方米，加之比Su-27更轻的净重，使得其有更高的升力系数。这使“猛禽”在比“猎狐狗”略低的空域显得更加轻盈飘逸，可不开加力便很快突破音障。当然，由于“猛禽”的机翼面积高达近78平米，这也使得该机的激波阻力在越接近高速时越发明显地起作用——我们知道飞机在低速时主要受摩擦阻力的作用，在高速时主要受激波阻力的影响——因而该机的最大速度不过M2.2.这也反过来说明了为什么机翼面积才62平米的“猎狐狗”能飞出M2.83的原因。
       从文章最后的配图中我们可以很清楚地看到F-22机体上没有一条线段是垂直或接近垂直于机身纵轴的，但其机身的投影面积却总是大于“猎狐狗”，纵使是从垂尾大角度外倾的侧视图来看也是如此。
       另一个值得探讨的是为什么Su-27“侧卫”没有条件作超音速巡航，也许一方面，我们会认为“侧卫”机的发动机推力还不足以达到像“猛禽”这样的级别，可另一方面我们认为更为重要的是“侧卫”像F-14“雄猫”一样，一开始就是将整个机体通盘考虑作为一个升力体来设计的，这样的设计使得机身也能产生一些升力。由将机身作为机翼的一部分来进行设计，必然会有漂亮的翼身融合坡面。但也正是这些坡面的坡度本身带来了更多飞行时的摩擦阻力，不仅如此，任何一架飞机，在投影尺寸相当的情况下，设计上所带来的集体表面的坡面越多，坡度越陡，其浸湿面积就越大，浸湿面积越大的飞机必定摩擦阻力越大。而像Su-35这样纯粹为了照顾近战格斗而增加一对鸭翼的三翼面的飞机更是增加了超音速飞行时的摩擦阻力和重量，显然是根本不考虑要做超音速巡航的。
       在考虑满足超音速巡航的主要条件时，在发动机方面我们已经谈到了油耗和推重比，在气动阻力方面我们已经谈到了机翼的升阻比，而另一重要方面就是外挂阻力。早在1952年试飞的F-4 phantomⅡ那里我们就可以看到导弹的半埋式外挂，毕竟硕大的导弹所带来的气动阻力决不是二战时战斗机上那两根枪管可比的，但即使如此，战斗机下的气动流场仍然极为复杂，因为没有任何一架战斗机可以做到全部的空战武器半埋式挂载。很多2倍音速的战斗机甚至装满空战武器后就不能做超音速飞行了，这简直是倒退，不是进步。但在F-22那里，这个问题得以根本解决。当其携带和F-15的标准空战载荷相当的武器装备时，所有的这些装备完全内置，这使得在F-22那里，外挂阻力其实为零。这就解释了为什么EF-2000“台风”虽然也可以不开加力的方式使其速度略超过音速，但仍然不能够突破音障激波流场飞行。我们可以预见，由于复杂的外挂在跨音速时所产生的气流扰动对EF-2000的极大影响，“台风”即便能跨音速飞行，也无法再次速度下达到他的最大作战半径，从而也绝不可能成为一种完全意义上的超音速巡航战斗机。要使”TYPHOON”作超音速巡航除非在发动机净推力上耗费近乎不计成本的代价，但这在可以预见的将来，不现实。可以这样说，载荷是否内置是衡量一种战斗机在多大程度上可做超音速巡航的重要评判手段。记性好的朋友不放在未来几年内用我提供的方法看一下俄罗斯的所谓“五代机”，假如它真的可能出世的话。

        我们再三强调，所谓超音速巡航一定是指：某一航程（或作战半径）使飞机所能飞的最大航程，而该机为达到这一航程，是用该机自身动力导致的持续的超音速来加以完成的。其他不论。<p></p></P>
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