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晨枫小苑

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西西河水浪打浪,一浪打到网易上。我本是喜欢纸上谈兵的一介草民,在西西河那边开了一个小铺子,这是海外华人的一个精神家园。我是一个一坐下来就不动窝的懒人,但架不住友人的邀请,到网易也开了一个茶摊。阿庆嫂是怎么说来着:来的都是客。希望您能喜欢我这小号。来来来,先握一个手! 当然,主有主规,客有客道。请勿随地吐痰,喧哗扰众,或者乱贴小广告。不欢迎指桑骂槐,更不准恶语伤人。

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赶超的艺术- 美苏战斗机发展思路的对比  

2010-01-14 10:52:42|  分类: 鹰击长空 |  标签: |举报 |字号 订阅

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美苏的战斗机技术在二战前都属于二流,战后都跃居世界前列。直到苏联解体之前,苏联战斗机一直和美国战斗机在世界的天空追逐、争斗。相比之下,欧洲战斗机虽然号称如何优秀,但还是无可奈何地退居陪衬地位。比较美苏的战斗机发展思路是一个很有意思的话题,这其中的关键在于赶还是超。

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F-16和米格29是美苏空军同时期“高低搭配”中的低端战机。

 

美国:跳跃性发展

二战结束时,美苏都从德国缴获了大量的航空技术,但很多德国航空科技人才最后流入了美国。由于战后初期英国经济困难,美国还得到了大批来自英国的技术移民。美国最大的优势还在于雄厚的一般工业基础,没有受到战争破坏的科研环境,加上匹敌世界的巨大财力。这些优势使美国可以不惜工本地用时间和金钱堆出了一个大跃进,通过接连的大幅度跳跃性技术换代,在二战结束后短短十年里,一跃成为世界航空技术最先进的国家,并一直保持至今。

跳跃性发展的每一代之间有较显著的差别,换代可以在技术上达到质的飞跃,每一次跳跃进入一个新的境界,摆脱很多上一代技术的局限,形成和对手之间技术水平的很大差距。但跳跃性发展的难度大、时间长、风险高,需要强大的科技基础和经济实力。

F-111是美国第一种采用先进、省油的涡扇发动机的战术飞机,大推力、高推重比的涡扇发动机从此成为现代战术飞机发动机的基准技术。变后掠翼的路途要崎岖一点,尽管变后掠翼的在概念上优越性很多,但很多工程上的实际问题使得变后掠翼的优越性难以充分体现,重量和复杂性只是诸多技术困难中的一部分。F- 111的变后掠翼位置根据飞行状态自动优化,最大限度地发挥了变后掠翼的优越性。F-14是F-111海军型劫后重生的产物,当然也继承了这些优点,日后成为美国第三代战斗机中人气最高的佼佼者。

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高速突防时,大后掠角可以极大地减小阻力。小后掠角时,可以产生较高升阻比,达到最省油的巡航。

成功的跳跃式发展的结果是在技术上抢占先机,在相当长一段时间内稳居领先地位。技术领先导致的技术储备也使美国在战术主导设计的时候有极大的优化余地。除 F-14以外,美国的第三代战斗机是受美国空军怪才约翰伯伊德影响的战术主导设计的一代,不再盲目追求速度、高度、转弯速率等“硬指标”,而是从能量机动概念出发,最大限度地优化实战性能。由于涡扇发动机、电传操纵、先进气动设计、先进航电的技术储备,美国很快就在时间上和技术上形成了第三代战斗机的领先,至少在苏联10年前抢先投入使用。

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2006年3 月10 日的飞行是 F-14 最后的成建制编队飞行,22 架F-14D 从NAS Oceana 上空掠过。

隐身和网络战是当前的技术前沿。美国再次抢占先机,第四代战斗机F-22在严重拖延和减速部属后也已经大量服役,F-35也即将投入使用。第三代战斗机已经开始大量退役。美国海军的F-14已经全面退役, F-18A/B已经退出一线使用,只有少量还在二线使用,美国空军的F-15A/B和F-16A/B已经全部封存,各型飞机中部分年代较久的C/D也开始退役。相比之下,俄罗斯空军是通过将改进后的第二代战斗机大量退役后才勉强完成向第三代的换装。苏联解体进一步加剧了技术更新的步伐,相当于三代半的现代化改型始终无法在俄罗斯空军中形成战斗力,第四代的实现更是遥遥无期。如果战争爆发,这个时间差的后果是严重的。

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F-35 的电子战系统示意图,F-35 的综合电子战系统可以为飞机提供全向、宽频的保护。

 

苏联:追踪发展和渐改加针对性的赶超

苏联的工业基础不如美国,战争对苏联的原有工业基地带来了巨大的破坏,战后的国家满目疮痍,百废待举。苏联也没有美国那样把大量西欧顶级人才自愿地或不自愿地吸引过去的条件。在这样的情况下,苏联采取了针对性赶超的策略,在突出技术连续性渐改的同时,在个别重要技术领域取得突破性进展,在很短的时间里,也取得了航空技术的巨大成就,以至于米格-15出现在朝鲜的天空的时候,美国竟然一时没有在技术上可以匹敌的对手,直到F-86的出现。

不过米格-15的成功与其说是苏联技术路线的成功,不如说是喷气革命的结果。全新的技术使大家的起点相同,粗放型的急速发展使针对性策略和超越性策略的差别几乎消失。随着技术的逐步成熟化,两种策略的差别就开始体现出来了。

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在朝鲜战争最初的几个月里,米格-15 的可怕的身影曾使美军胆战心惊,直到 F-86 服役才重新找回信心。

针对性发展针对对手的特点,在传统成熟技术渐改的基础上,在几个关键的领域压倒对方,通过整体优化取得技术上的均势甚至优势。针对性发展通常后发制人,看清了对手的底牌,所以比较有的放矢,避免了盲目探索的成本和风险。技术渐改的成本和风险较低,在起点落后不多的情况下,出成果快,有利于技术上弱势的国家迅速恢复技术均势,及早形成战斗力。

在传统技术还有很大潜力、新技术没有特别显著的优越性时,渐改加针对性赶超是一个很有利的技术路线。米格-21就是一个典型。为了实现双二(两倍音速、两万米升限),美国放弃了已经成熟的机头进气的F-86、F-100那样的布局,而是重起炉灶,设计了F-104、F-4等。相比之下,米格-21的机头进气和基本机体与米格-15以来的一贯风格一脉相承,但在采用了先进的三角翼和更大推力的发动机后,实现了双二,在飞行性能上完全可以和F-104、F-4 等一争高下。法国战斗机设计不属于本文讨论范畴,但幻影III到幻影2000到“阵风”也是一条渐改加针对性赶超的成功路线。

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美国“雷鸟”飞行表演队使用的是 F-4E 型,在经过 5 个表演季之后被T-38 取代,原因是 F-4 油耗太高。

技术渐改的缺点在于:一旦传统技术路线走进瓶颈,就坐失了时机。早期米格的机头进气锥内很难安装较大的雷达,这个技术瓶颈在目视搜索和空战时代不是太大的问题。但随着对先进火控的要求越来越高,这个问题也越来越明显。这最终成为米格-21一个挥之不去的阴影。

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米格-21中期型进气口直径扩大,为装备较大的火控雷达留出了空间,并配备配套的拦截-导航-攻击系统。

米格-23是按压倒F-4设计的,采用两侧进气,空出机头空间安装雷达;还采用变后掠翼,避免大后掠三角翼低空低速机动性和起落性能不好的问题。但米格 -23依然采用耗油率较高的涡喷发动机。涡喷在技术上已经成熟,但耗油率太高,最终是没有前途的。米格-23的变后掠翼只有几个固定的位置,需要飞行员根据起飞/着陆、巡航、空战机动和超音速的要求手动设定。更先进的苏-24也是采用涡喷和手动设定的变后掠翼。苏-17更进一步,或者说更退一步,大体采用了苏-7的机身、发动机、起落架,机翼固定段也是尽可能接近苏-7,机翼活动段只有翼展的一半,其简单的结构和与已有的苏-7生产线的高度共享。

米格-23、苏-17、苏-24大量采用传统和成熟技术,通过变后掠翼达到针对性地突破。尽管没有达到技术上的最高水平,但极大地降低了技术风险,最大限度地利用了现有工业和技术基础,较快地形成了战斗力,成本也较低。更重要的是,设计有明确而具体的目标,可以有的放矢,避免技术弯路和不必要的高精尖。米格-23、苏-17、苏-24满足了战术需要,似乎再一次证明渐改加针对性赶超路线的正确。

问题在于技术发展不是到此为止,已经拉开的差距如果不切实填补,将积重难返,最终只有通过更大的跳跃才能缩小或填平差距。换句话说,这实际上是一种技术上的寅吃卯粮。技术上的跳跃性发展不是想回避就可以回避得了的。

 

技术渐改最终还是避不开技术跳越

技术上的更新换代不是兴之所至或者追逐时尚,是有切实的技术原因的。美国放弃机头进气,是为了空出机头空间安装雷达,也有两侧进气口容易灵活实现单发或者双发的原因。在雷达技术尚不发达的50年代初,放弃雷达的安装空间并不是太大不了的事,但这条死胡同不久就见底了。涡喷发动机体积小、重量轻、技术简单、推力大,但是耗油高、红外特征大。这条死胡同见底的时间比较晚,但到苏联发展第三代(在苏联称为第四代,苏联将40年代和50年代的喷气机分为两代,欧美把这两代合并成一代)战斗机的时候,也避不开了。

苏联战斗机一贯航程较短,单纯增加载油量不是办法,苏联最后也走到涡扇发动机这条美国在十多年前就走过的路上。但由于技术水平关系,米格-29采用推重比只有6.5的RD33涡扇发动机,沉重的机体和耗油率依然较高的发动机使过短的航程始终是制约米格-29的绊脚石。苏联的电子技术水平和苏联空军对现代航电的要求严重脱节,在苏-27的原始设计中,航电严重超重,AL31发动机的耗油率达不到设计指标,最初的S形前缘的机翼和外倾的双垂尾也在气动上出了问题,导致性能严重不足,最后只得背水一战,全面重新设计,终于死里逃生,才造就了今天的苏-27。但苏-27本来已经经过八年辛苦的技术攀登,现在延误了四年之后才重新走上正轨,技术落后使最终还是逃不过的跳跃倍加艰辛。这说明了一个重要的问题:技术渐进最终还是避不开技术跳跃,回避或者推迟不可避免的技术跳跃最终只能造成更大的技术落后,而造成积重难返。苏联在涡扇发动机上晚了一步,到现在也没有重建和美国的技术均势。AL41光听楼梯响,不见人下来,苏联解体后的经济困难更加使AL41揭盖头的日子遥遥无期。如果有一天俄罗斯的第四代战斗机走上正轨,还是跳不过这一关。

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RD-33 涡扇发动机的推重比只有 6.5,但最惊人的是这个黑烟,不知道的人还以为发动机失火了。

在成熟技术基础上追踪发展的进一步挖潜的改进余地很受压缩。除了作为战斗轰炸机的米格-27,米格-23甚至在米格-21尚未完全退出一线之前就提前退休。米格-29和苏-27外表颇有几分相像,但两者在技术水平上的差距很大。米格-29采用介于静态稳定与不稳定之间的临界稳定设计,机械操纵,发动机的推重比只有6.5,依然是米格传统的All Engine No Fuel(最大发动机、最小油箱,以保证总重依然较轻)。苏-27大胆采用静不稳定布局和电传操纵,以及推重比为8的涡扇发动机,在技术水平上终于重建了和美国第三代战斗机的均势。较低的技术天花板使米格-29的发展潜力远远不及苏-27。技术上的缩水缩短了技术保鲜期,提前进入鸡肋期,这也是技术渐改加针对性赶超的问题之一。

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1989 年的巴黎航展中,普加乔夫做出匪夷所思的“眼镜蛇”机动,机头指向最极端的时候达到120 度。

追踪发展的优越性之一是明确技术方向,避免不必要的探索和弯路。然而,技术方向是一个很笼统的概念,恶魔永远是在细节之中,没有细节的技术方向和科幻也就差不多了。技术差距较大,而且追踪的已经是成熟技术的时候,已知细节比较多,追踪相对容易。然而,越是接近技术前沿,技术方向的清晰度越低。这里面有对手的技术保密的因素,也有对手自己也在探索中的原因。如果要等技术方向澄清了再追踪,时间就错失了;如果不等技术方向澄清,那就是盲目追踪。

追踪的另一个问题是可能在糊里糊涂中追错了方向。由于跳跃性发展进入的新境界是前无古人的,所以可能是柳暗花明,也可能是误入歧途。但在F-111和F- 14之后,美国再也没有研制新一代的变后掠翼战术飞机。显然,变后掠翼最后被证明是技术进步道路上的一段弯路。但苏联也跟进了这一条弯路,结果是米格 -23成为米格历史上机动性最差的战斗机,完全失去了米格传统上简单、轻巧的特点。

而追踪最大的问题在于,相对于对手的技术跳跃型发展,追踪只可能实现量的进步,不可能是质的进步,最终不可能超过对手。

 

赶的最终目的是超

在技术起点相近的情况下,渐改加针对性赶超可以迅速形成战斗力。在技术起点远远落后的情况下,跟随潮流也可以避免技术上的弯路。如果作为临战前的技术路线,这可以迅速形成战斗力。但追踪发展和渐改加针对性赶超在本质上是过渡性的发展战略,如果作为长期的发展战略,迟早是要走入瓶颈的,最终将被迫跟着跳跃,还是落后于对手一步的跳跃。也就是说,在你终于跳上对手的上一个台阶时,对手已经在往下一个台阶跳跃了。在最理想的情况下,这种追踪战略也十分被动,最好的情况也只能是见招拆招。

战斗机的设计不是一个单纯的技术问题,下一代战斗机的技术方向是由对未来空战的战术思想和技术可行性综合考虑的结果。技术跟踪的最大问题在于放弃了对未来空战战术思想的思考。这和我军在战争年代用缴获的武器作战不一样,那时是被迫的有什么武器打什么仗。有意识的技术追踪意味着对被追踪对手的战术思想和技术路线的全面认同,追踪的最高境界也就是达到和对手相同,而实际上连这也做不到。在技术上落后一步,还要在战术思想上亦步亦趋,这里所意味着的被动不言而喻。

以弱胜强对我军并不陌生。在我军历史上,以弱胜强最重要的一条就是以我为主,争取战略战术上的主动权。这对空军的发展也不例外。跟踪、理解外军自然重要,但形成我军独特的空战战术思想和相应的技术路线,夺回主动权,这是中国航空最终必须要走的一条路。有什么装备打什么仗,这是被动地以弱胜强;打什么仗研制什么装备,这是应该开始思考的问题了。

当然,凡事都有一个度,超越真理一步就是谬误。技术跳跃发展的难度大,风险高,时间长,还有很要命的一条就是成本高。就是美国空军这样财大气粗的主,也深受成本暴涨之苦。早在70年代末,美国空军就一心一意要从F-4换代到F-15。但高昂的成本使美国空军不得不接受高低搭配的概念,这才有了F-16。在 F-22的年代,高低搭配都不能完全解决问题,美国空军连“最低限度”的381架F-22都不能获得,现在连“廉价”的F-35也要减少采购。数量不等于质量,但没有数量的质量也是很成问题的。二战的最后几个月里,德国空军由击落敌机104架的战斗机总监阿道夫加兰德将军负责组建第44联队,将幸存的最精锐飞行员集中起来,其中1/3以上是击落敌机超过50架的超级王牌飞行员,记录最高的六个飞行员的累积击落总数高达1100架以上,换飞最先进的Me- 262喷气战斗机,但在数量上绝对优势的盟军战斗机面前,一样回天乏力。历史数据证明,在数量优势超过3:1后,质量优势的作用明显下降。不计代价地追求质量优势,最后也是一条死路。

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高低搭配中低档的 F-16 在技术层次上并不逊于 F-15,还略有超出,这种现象也出现在了 F-35 上。

超不等于技术上更高的指标,而是在先进战术思想指导下,最大限度地推进相应的技术前沿。美国对于双三的追求不算超,在能量机动思想指导下的第三代战斗机才是超。中国需要自己的隐身技术、先进发动机技术、先进航电技术,但更需要的是自己的先进战术思想。只有这样,才能谈得上超,谈得上跳跃。

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