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晨枫小苑

来的都是客,相逢握握手

 
 
 

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关于我
晨枫  

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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历史是一本奇怪的书  

2011-12-13 21:44:36|  分类: 鹰击长空 |  标签: |举报 |字号 订阅

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F-35可算是新闻里的战斗机了,不仅在美国是新闻,在加拿大也是新闻,因为加拿大政府决定不经竞标就订购F-35F-35计划的超支和拖延早已臭名昭著,但F-35的空战能力也饱受质疑,现在又有爆料说F-35的航程可能也有问题,这对需要跨越很长距离的西太平洋战场或者加拿大北方荒原特别重要。洛克希德-马丁的试飞员对F-35的性能充满了赞扬,尤其是对第三代战斗机(指F-14F-15F-16F-18,现在美国也改称第四代)的优越性,但这不能作为F-35空战能力的可靠依据,就像没有人会因为4S店对所经销汽车的吹嘘就照单全收一样。对于F-35技术性能的详细分析汗牛充栋,但追溯一下F-35的历史,或许可以对F-35的现状和未来增加很多理解。对人来说,出身论是要不得的;但对于科技来说,身世决定了设计基础,而设计基础决定了技术性能和发展潜力。

 

一般认为,F-35来自于美国空军、海军、海军陆战队对接替F-16F-18AV-8下一代战斗机要求。这当然是对的,但又没有那么简单。在80年代,美国空军、海军、海军陆战队各有一个下一代战斗机计划。海军陆战队需要研制AV-8“鹞”式的下一代,海军需要研制A-6的下一代,空军需要研制F-117的下一代。但F-35在很大程度上是受到AV-8替代计划的主导。

 

AV-8是美国引进生产和改进版的英国“鹞”式垂直起落战斗机,这是西方唯一实战化的垂直起落战斗机,也是迄今世界上最成功的垂直起落战斗机,优于仅有的对手雅克-36。英国是“鹞”式的家乡,对先进短距起飞-垂直降落(Advanced Short Take Off and Vertical Landing,简称ASTOVL)技术早就开始研究,在60年代就是把亚音速的“鹞”式作为过渡机型研制和部署的,只是因为英国财力拮据和国防研发政策调整,已近瓜熟蒂落的霍克P.1154超音速垂直起落战斗机夭折了。几十年来,英国不断推出更加先进的垂直起落或者ASTOVL战斗机方案,但这些统称“金斯敦方案”(以英国宇航专责垂直起落技术的研发中心所在地命名)的研究方案一个也没有走出纸上谈兵的阶段。80年代以后,英国的战斗机研发经费全部投到欧洲“台风”,更加无力顾及ASTOVL。美国海军陆战队长期和英国合作,但尚缺乏明确的需求或者订单,再加隐身技术尚且高度保密,不能和英国分享,所以ASTOVL研发在80年代后期搁浅。

 

90年代时,美国国防先进研究局(DARPA)推动新一代ASTOVL研究,其中使用升力风扇的方案可以代替“鹞”式的围绕飞机重心的偏转喷口,既可以避免高温燃气喷射到地面回弹后重新进入进气道和烧熔地面的问题,也增加了悬停装态下的姿态控制力矩。更有意思的是,如果取消升力风扇,就可以把多出来的空间用于增加燃油,增加航程,使ASTOVL和常规起落(Conventional Take Off and Landing,简称CTOL)战斗机共用平台成为可能,避免了ASTOVL作为小众机型而固有的高成本问题。这就是DARPA的通用低成本轻型战斗机(Common Affordable Lightweight Fighter,简称CALF)计划。不过ASTOVL的要求也限制了CALF只能是单发。在垂直起落阶段,各喷管的垂直推力必须保持绝对同步和平衡,否则将在瞬间发生倾覆,导致失事。最大推力状态下,双发非常难做到推力的绝对同步,其影响还随垂直升力的喷口(或者升力风扇)相距增大而放大。不仅如此,由于两台发动机中任意一台发生故障的可能性是单台发动机的两倍,双发ASTOVL的可靠性实际上反而下降到单发的一半,所以ASTOVL只能使用单发。由于战斗机的基本重量和性能要求,这对发动机的推力提出很高的要求,最终由于重量和推力水涨船高,造成F135发动机在今天世界上单台推力最大但依然推力不足的尴尬局面

 

与此同时,美国海军的A-12隐身攻击机因为严重超支、拖延而最后下马,F-18E/F成为填补空缺的过渡。但随着F-14退役和F-22的海军型NATF下马,F-18E/F改作下一代舰队防空,经典型F-18接过A-6的反舰和对地攻击任务,改作战斗轰炸机。但经典型F-18不仅航程不够理想,也不具备隐身能力。美国海军在舰队防空上可以用半隐身的F-18E/F迁就,但反舰、对地攻击依然需要隐身飞机才能保证足够的突防生存力。当然,作为舰载飞机,还需要航母上弹射起飞和拦阻索着陆能力(Catapult Assisted Take Off But Arrested Recovery,简称CATOBAR)。

 

由于第一次伊拉克战争到前南斯拉夫战争的经验,美国空军对F-117的隐身攻击性能大为满意,但F-117与其说是像老虎一样的战斗机,不如说是插上翅膀的猪,毫无自卫能力。F-117也只能干偷袭的勾当,不具备起码的多用途能力,航程、全天候性能也不符合21世纪的要求。与此同时,美国空军也在寻求F-16的下一代,作为F-22的低档搭配,隐身当然是起码的要求。值得指出的是,美国空军用F-15作为主力制空战斗机,F-16的空战能力只是在F-15顾不过来时填补战线空缺之用,对F-22的低档搭配也是同样的要求,所以美国空军需要的是具有F-16空战能力的F-117,而不是降级版的F-22。事实上,最后美国空军对JSF的空战性能要求正是“不低于F-16”。

 

F-16F-18本来就是一棵树上结出的两个果实,美国空军和海军的F-16F-18接替计划合并就是顺理成章的事。1993年,克林顿时代的国防部副部长威廉·佩里(后接任莱斯·阿斯平担任国防部长)决心整顿国防采购,和专长成本控制的得力干将保罗·卡明斯基一起,把美国空军和海军的下一代战斗机研制整合到联合先进打击技术(Joint Advanced Strike Technology,简称JAST)计划,任命美国空军的乔治·缪尔纳少将负责。缪尔纳此前是美国空军格罗姆湖基地的指挥官,这也是号称第51地区的秘密基地,充满了UFO、外星人的传说,但这实际上是一个秘密试飞基地,包揽了几乎所有早期隐身飞机的试飞。缪尔纳自然对于隐身和其他先进技术熟悉,和相关的研究机构、公司也很熟悉。在上任前,缪尔纳走访了DARPA和洛克希德-马丁,了解了CALF的进展后,缪尔纳向佩里建议,将JASTCALF合并,得到批准。

 

JASTCALF合并后,除了升力风扇和额外燃油的差别外,在原则上取消了ASTOVLCTOLCATOBAR型号在升空后的性能差异。这是垂直起落战斗机历史上的一个里程碑。传统上,为垂直起落而牺牲一些飞行性能事是天经地义的,这在很大程度上限制了ASTOVL在海军和海军陆战队之外的应用。在理论上,ASTOVL达到CTOL飞行性能可以使一些原计划寻求CTOLF-16F-18下一代的用户也可能转向ASTOVLASTOLVL可以解决困扰各国空军很长时间的战时跑道受损的问题,略微损失的航程对于很多盟国空军并不是大问题。更大的ASTOVL用户群可以增加产量,降低ASTOVL的单位成本,使ASTOVL战斗机走出小众产品的怪圈。更加极端一点,ASTOVL甚至可以取消CATOBAR,这确实曾有提议,不过被否决了。1996年,JAST改名联合打击战斗机(Joint Strike Fighter,简称JSF),定位为战斗轰炸机。

 

为了控制成本,JSF不要求具有超音速巡航能力,但隐身是必不可少的。在第一次伊拉克战争中,萨达姆的防空体系在第一天打击之后就再也没有恢复过来。这显示了未来空中打击的两个特点:1、隐身的高度有效性,2、第一轮打击后,隐身不再关键。由于精确制导弹药的大量使用,大量倾泻弹药不再必要,所以JSF不需要太大的机内武器挂载量。用隐身砸开大门后,可以外挂更多弹药,在后续作战中打击更多的一般目标,快速扩大战果。这就似乎JSF的“首日隐身”概念。网络中心战是起码的,但超机动性就没有太高的要求。JSF的要求是机动性“不低于第三代战斗机”。从一开始,以对地攻击为主的战斗轰炸机就是JSF的设计起点,空战能力是次要的,只是在F-22(美国空军)或者F-18E(美国海军)照管不过来的时候在次要作战方向填空补缺之用。

 

值得注意的是,F-35尽管是按照F-16F-18的替代而设计,但设计起点截然不同。F-16F-18是针对F第二代战斗机片面强调超视距空战、忽视机动性而产生的,F-16F-18的设计初衷是制空战斗机,而不是战斗轰炸机。F-16F-18是按照能量机动原则设计的,F-15是不彻底的按照能量机动设计的战斗机,但也以“一磅重量也不用于对地攻击”为口号。能量机动是美国空军怪才约翰·伯伊德少校根据朝鲜到越南战争的空战经验,经过科学总结凝练出来的战斗机空战性能的定量计算方法,综合考虑战斗机在整个性能包线里的推力、阻力、速度和重量,而不是孤立的爬升率、转弯速度等指标。能量机动不仅用于分析、比较战斗机的空战性能,还可以用于指导战斗机的设计。

 

第三代战斗机研制的时代,超视距攻击技术正在成熟,但第三代战斗机依然强调特别优秀的格斗机动性,并在战场上证明了设计理念的前瞻性和正确性。由于美国空军和海军用F-15F-14作为空战主力,F-16F-18被用作侧重对地打击的战斗轰炸机,只担任二线空战任务。但在盟国空军中,F-16F-18是用作空战主力的,这其实更加符合F-16F-18的设计初衷。

 

传统上,战斗机专长空战,轰炸机专长对地攻击,两者并无交集。由于战争需要,二战期间战斗机技术飞速发展,新型战斗机不断取代现有战斗机。战斗机的速度、加速、爬升、滚转等性能要求很高,但对地攻击对这些要求不是很高,很多退居二线的战斗机转而用于对地攻击,这就是战斗轰炸机的开始。战后,美国空军立足于核大战,战略轰炸机成为空军的核心力量,战术空中力量向两个方向分化,一个是专用于拦截轰炸机的截击机,如可以全程自动化拦截的F-102/106;另一个是专用于纵深打击(包括战术核打击)的战斗轰炸机,如号称“最优秀的战术战斗机”F-105“雷公”。

 

F-105的时代是低空高速突防的时代,高空可以达到两倍音速是起码的要求,低空突防则可以避开雷达的探测,先进的机载雷达不仅帮助全天候飞行,还可以用于地形跟踪,在复杂地形维持高速贴地飞行,有利于甩掉速度高但不适宜长时间低空追逐的常规战斗机。更重要的是,F-105在试验中,载弹高达7吨,这是2-3倍于二战时代的B-17这样的重轰炸机。美国空军在开始时对F-105很是满意,甚至一度把F-105作为“雷鸟”飞行表演队的飞机。低空高速的要求决定了F-105采用大翼载以降低阻力和低空阵风影响,这决定了F-105的机动性先天不足,但空战机动性本来就是F-105的次要设计要求。有意思的是,F-105也是单发,而且是F-35之前美国空军历史上最大的单发战术飞机。在设计过程中,F-105的总重越来越重,原先选定的艾利逊J71涡喷发动机推力不足,只得换用推力更大的普拉特·惠特尼J75

 

F-105的设计理念在当时是很先进的,也是很合理的。但战争实践是错综复杂的, F-105在越南战场上遇到米格战斗机的纠缠时,常常屈居下风,被土得掉渣的高炮和轻武器击落的更多,成为美国空军历史上唯一因为战损率太高而被迫从战场上撤下退入二线的作战飞机。833架总产量中,320架在战斗中损失,另有62架由于机械和其他原因损失,总损失近半。F-105带有机内航炮,能够挂载空空导弹,还在空战中击落过27.5架敌机(0.5架和F-4共同击落),但这不改变F-105不适合于空战的事实。不过用于对地攻击时,F-105还是很有效的,后期特别改装的双座型用于“野鼬鼠”任务时尤其有效。

 

另一方面,F-4成为60年代美国海军、空军、海军陆战队共用的主力制空战斗机后,很快成功地转型为战斗轰炸机。F-4出身于舰载战斗机,出于航母起落的要求,天然具备优良的低空低速性能,有利于空战机动性。虽然作为格斗战斗机F-4依然太重,机动性不足,但这是相对而言的,比起F-105还是不可同日而语了。另一个制空战斗机成功转型为战斗轰炸机的例子是F-15E,至今依然是美国空军的主力战斗轰炸机。

 

现代战斗机设计的另一个趋势是双任务或多任务战斗机,这是在制空战斗机基础上,通过火控系统和航电的模式切换和挂载对地攻击武器,转用于对地攻击。这是从F-18经典型开始的,F-18E当然继承了这一特点,欧洲“台风”、法国“阵风”、瑞典“鹰狮”也是类似的思路,但这里的关键依然是“在制空战斗机基础上”。

 

历史经验表明,制空战斗机有转型为优秀战斗轰炸机的潜力,但战斗轰炸机基本没有成功地转型为优秀制空战斗机的例子。这不是偶然的。对地攻击对飞行性能的要求不高,二线战斗机都能胜任,一线战斗机更加游刃有余。现代对地攻击不光要能挂炸弹、火箭弹,还要具有先进的火控和贴地飞行系统, 在电子技术发达的今天,为战斗机加装这些能力相对容易。反过来说,战斗轰炸机的飞行性能要求远远低于战斗机,单靠先进的电子系统和武器系统很难和真正的战斗机对抗,对飞行性能大幅度升级则通常受基本设计的本质局限而不大可能。这好像宝马容易改作家庭车使用,但林肯就很难改作运动车使用。

 

美国曾经尝试过研制空空-空地兼优的战斗机,这就是不幸的F-111。由于战斗轰炸机和制空战斗机设计要求的冲突,最后美国海军退出,另起炉灶研制了F-14,美国空军硬着头皮继续下去,最终研制了毁誉参半的F-111。战斗轰炸机在设计的时候对空战能力是有要求的,但通常是瞄准对手的二线战斗机,或者在和一线战斗机遭遇的时候有足够的逃生能力,而不是压制对手的一线战斗机。这样降低标准的要求对战斗轰炸机“空地第一、空空第二”的基本定位是合理的。要使战斗轰炸机在设计时就具有一线制空战斗机的空战能力,这好比在设计的时候就同时要求具有林肯的宽大、舒适和宝马的操控和速度,即使技术上可能做到,成本上也无法承受。

 

有意思的是,F-111是美国第一架在设计时就要求空海军共用的战斗机,希望用共用平台和规模经济降低单位成本。F-35也是一样,只是还增加了海军陆战队。F-35的另一个特点来自卡明斯基,他把项目成本作为一个独立变量列入项目评估。传统上,战斗机项目通常都是由用户指定战术技术性能要求,设计部门提出成本估算。项目启动后,出现没有预见到的技术困难而导致成本增加时,通常只能由用户追加投资。但卡明斯基的方法则要求规定一个明确的成本极限,设计中由于任何问题而导致成本增加,只能通过性能要求下调来补偿。这个方法在理论上可以控制成本攀升,但在实际上只是把问题的爆发推迟。由于先进技术的前沿性和不定性,很多技术难题都要到工作深入展开了才能明确深度和广度。技术细节清晰化后,既可能带来惊喜,也可能带来头痛。很多在初始设计时按照最好情况预估的事情,到具体执行时碰到难题,用户不愿从已经达成协议的性能要求上让步,研制方则对技术进步心存幻想,所以把问题“留给后人解决”,最后面多了加水,水多了加面,一直到再也绕不过去了,这时总算账,大规模返工,造成成本剧烈飙升。F-111走过这个怪圈的全过程,F-35现在在走同样的老路。如果成本进一步增加,F-35是否会像卡明斯基设想的那样,最终被迫在性能作出大幅度让步,现在还不清楚,问题是F-35在性能上已经没有什么可以让步的空间了。

 

F-35作为战斗轰炸机,应该是很胜任的,争议更多地是来自对F-35空战性能的质疑。未来空战不会是历史的简单重复,未来战斗机也不能用过去的成功或者失败的经验简单地去套。但历史是一本奇怪的书,无视历史的经验教训,结果常常是重新交一遍学费,而并不是打破客观规律。

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