瑞士PC-21教練機

 

 

  2015年2月20日,瑞士「皮拉圖斯」飛機公司舉行PC-21高級教練機的第100架出廠典禮,隨後交機給合約採購國──沙烏地阿拉伯空軍。

一、研發生產背景

(一)因應市場需求:皮拉圖斯公司在1978與1985年時,分別推出PC-7與PC-9渦輪螺旋槳初級教練機,獲得全世界教練機市場的好評,成功銷售30個使用國,並生產超過618架與265架。基於各國空軍都有新一代高級教練機的訓練需求,以及當前局勢造成國防預算皆逐漸緊縮,所以售價便宜、訓練效益高、維修簡易,適合直接銜續第一線戰機訓練的高級教練機,將是21世紀最符合各國空軍訓練需求的機種。

     1997年11月開始以PC-7 Mk II初級教練機為基本架構,通過測試與評估作業,隔年11月規畫新型教練機的研發計畫,於1999年1月正式命名為PC-21高級教練機。2002年4月30日,原型機首次出廠展示,同年7月1日完成處女航;第二架在2004年6月7日首飛,隔年1月3日獲得瑞士民航局的適航認證,成功建制包含模擬機、教學與訓練電腦手冊、訓練與維修整合手冊等,一套符合市場需求的全新進階飛行訓練系統。

(二)研發考量與過程:PC-21高級教練機的研發,延續PC-7與PC-9初級教練機的成功訓練經驗,然動力來源仍採用傳統的渦輪螺旋槳,並非改用推力更大的噴射發動機;此係考量除了沒有超音速的性能之外,渦輪螺旋槳教練機能實施與噴射教練機相當的訓練課目,卻又大幅節約油量消耗、後勤維修等成本,並符合降低環境噪音與空氣汙染等環保訴求。

     另觀察1990年代後,戰機飛行員大都採用螺旋槳與噴射教練機等初、高級二階段培訓,因此PC-21高級教練機為配合後續第一線戰機訓練,其整體設計、氣動力外形、機體材料與航電系統等,全採用最先進的航太科技,例如:類似F/A-18戰機的數位化駕駛艙、延伸機身長度以符合噴射戰機的氣動力操控特性等,有助於轉換噴射戰機前的進階訓練。

     2005年8月29日,首架先導生產型機完成首飛,研發計畫共有4架原型與4架先導生產型機,分別進行專屬與共同測試評估課目,隨後在2008年4月順利加入瑞士空軍服役。研發過程中,曾於2005年1月13日發生不幸事件,第二架原型機在特技飛行測試中失事,該計畫的首席試飛官殉職並導致地面1位民眾受傷。

二、高性能傑出特性

(一)傳統構型設計:PC-21高級教練機採用傳統構型,梯形的低單機翼、水平尾、方向舵,以及飛行操控面等設計,皆符合噴射戰機的氣動力操控特性。駕駛座艙採前後縱列式,共用單片式向右開啟的抗鳥擊座艙罩,座艙內無隔框風擋,後座比前座略高,提供後座良好視野;起落架採前三點式,鼻輪及二個主輪為單輪,鼻輪設有轉向控制鈕於前後座駕駛桿上,主輪具備煞車操控裝置在前後座方向舵踏板。

(二)高安全性材料:值得一提的是,PC-7、PC-9與PC-21等三種教練機的外形差異不大,但可從螺旋槳的葉數辨識,分別為3、4與5葉,以配合發動機軸馬力增加的動力輸出。螺旋槳葉的材質也須提升,從傳統的鋁合金、聚胺纖維複合材料,到最後選用碳纖維複合材料,並在外層鍍上鈦合金抗腐蝕等設計,才符合高動力的強度需求與操控的安全性,更讓服役壽限與機體一致,大幅降低作業與維修成本。另因訓練空域多在中、低空的高度,除座艙罩的材質能對抗鳥擊之外,還採用先進的機翼前緣設計,降低飛鳥撞擊時的機翼結構受損,不但提升飛行訓練的安全性,更減少鳥擊後的維修成本與時間。

(三)先進裝備效能:機上航電系統採用先進戰機的數位化「玻璃座艙」,前後座儀表板均配置三具多功能彩色液晶顯示器、數位式動力管理系統、偏航自動控制器、全功能油門暨駕駛桿,前座加設抬頭顯示器;前後座裝置馬丁貝克Mk 16L型零零彈射座椅(零秒、零高度彈射)等,全面提升在高、低空與高、低速情境中的訓練效益,並確保飛航安全。

三、採購國使用現況

  PC-21高級教練機的設計理念,是以渦輪螺旋槳取代噴射發動機的訓練,能在完訓後直接參與第一線戰機的戰術與戰鬥訓練。因此,從研發生產國瑞士空軍採購8架作驗證,2008年首次擔任PC-7初級教練機完訓的進階訓練機種,隨後直接分發部隊接受F/A-18C/D戰機的作戰訓練;經由直接換裝第一線戰機的績效證明,PC-21的設計理念非常成功。

  檢視傳統的戰機飛行員培訓,大都經由螺旋槳初級教練機、噴射高級教練機、作戰進階教練機等階段,完訓後再進入作戰部隊的戰術與戰鬥訓練,如此具有擔負作戰與警戒等任務的戰力。以我國為例,戰機飛行員先經由空軍官校基本組T-34螺旋槳教練機、高級組AT-3噴射教練機完訓後,接著前往東部基地進行F-5E/F戰機的基本戰術與戰鬥訓練,最後分發至作戰聯隊完成部署機種的對空、對地等作戰任務訓練,才算是一位合格戰鬥機飛行員。

  對照PC-21高級教練機的訓練效益,它可同時兼任AT-3噴射教練機、F-5E/F戰機等的訓練角色,大幅精實訓練成本與完訓時間,這也是我國空軍在採購後續教練機的主要考量因素之一,例如:規畫換裝T-34C的美製T-6C教練機,是參考PC-7 Mk II教練機的基本架構而研製。世界各國基於PC-21的訓練績效卓著,已採購部署的國家有:沙烏地阿拉伯55架、阿拉伯聯合大公國25架、卡達24架、新加坡19架等,分別進行第一線戰機銜接前的進階訓練。

四、未來發展趨勢

  PC-21高級教練機的設計理念獲得成功,主要是加裝「偏航自動控制器」克服螺旋槳的反扭力慣性作用,依渦輪螺旋槳的動力增減,自動操控副翼與方向舵來補償反扭力的效應,大幅降低飛行員的操控負荷,以及渦輪螺旋槳的動力損失,進而使受訓學員的飛行情境,一如噴射教練機的實況操控。

  前後縱列式雙座駕駛艙更是軍事教練機的主流設計,以往並排式雙座駕駛艙,目前只運用在民航訓練的教練機。主因是並排式雙座駕駛艙會影響特技操控的靈巧性,不符合軍事飛行的氣動力操控特性;次為縱列式雙座駕駛艙有助於受訓學員,在一開始就養成獨立自主的飛行習慣;最重要的是,原有類似F/A-18戰機的數位化駕駛艙,可依採購國的第一線戰機型別,配合需要作調整。

  綜合上述,瑞士皮拉圖斯公司深具信心表示,PC-21高級教練機最符合各國空軍在21世紀的訓練需求,相信未來20年內,還會有500架以上的採購訂單。

 

許邁德/青年日報104年8月10日第3版

   

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