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        困惑與彷徨

        2016-03-23 02:12:03
        航空世界 2016年1期
        關(guān)鍵詞:空戰(zhàn)戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)

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        困惑與彷徨

        F-35的眾多問題終有解決的時(shí)候。只要F-35最后滿足美國和盟國的需要,一切磨難就都是值得的,剩下的只是一個(gè)代價(jià)問題。但F-35能否滿足美國和盟國的需要,這是爭論的焦點(diǎn),關(guān)鍵在于F-35作為一架制空戰(zhàn)斗機(jī)對于第3代戰(zhàn)斗機(jī)的優(yōu)勢。對于美國海軍和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)來說,F(xiàn)-35B和F-35C是否都應(yīng)該保留,還是應(yīng)該下馬其中之一,也是一個(gè)爭論不休的問題。當(dāng)然,假如重起爐灶是否會(huì)改變F-35的命運(yùn),這更是支持和指責(zé)F-35陣營的熱門話題。

        空戰(zhàn)能力

        F-35充滿爭議,但F-35的對地攻擊能力從來都不是爭論的焦點(diǎn)。由于隱身和長航程,F(xiàn)-35適合在高威脅環(huán)境里做戰(zhàn)斗巡邏,攻擊預(yù)定或者突發(fā)目標(biāo)。F-35具有強(qiáng)大而完整的對地攻擊武器系列,除了典型的JDAM、JSOW外,還可以攜帶JASSM、JSSM、集束炸彈、激光制導(dǎo)炸彈,當(dāng)然還有各種非制導(dǎo)炸彈。在強(qiáng)大的主動(dòng)相控陣(AESA)雷達(dá)和分布式孔徑系統(tǒng)的支持下,F(xiàn)-35可以在晝夜和惡劣天氣環(huán)境下精確攻擊敵人的地面目標(biāo)。除了超支和延期,有關(guān)F-35最大的爭議在于空戰(zhàn)能力,尤其是相對于第3代戰(zhàn)斗機(jī)的優(yōu)越性。這里,第3代戰(zhàn)斗機(jī)包括經(jīng)過大規(guī)模升級的所謂3代半戰(zhàn)斗機(jī),如美國F/A-18E、歐洲“臺風(fēng)”、法國“陣風(fēng)”等。美國空軍對F-35的空戰(zhàn)能力并沒有太多的指責(zé),因?yàn)槊绹哲妼-35的定位是戰(zhàn)斗轟炸機(jī),在設(shè)計(jì)的時(shí)候就沒有打算用F-35擔(dān)任國土防空或者攻勢制空的主力,F(xiàn)-22才是干這個(gè)的,F(xiàn)-35只是在F-22忙不過來的時(shí)候填補(bǔ)二線空缺。但對于盟國來說,遠(yuǎn)征作戰(zhàn)是次要的,保家衛(wèi)國才是首要的,F(xiàn)-35將是制空作戰(zhàn)的主力,空戰(zhàn)能力的重要性甚至超過對地攻擊能力。美國盟國已經(jīng)普遍裝備第3代戰(zhàn)斗機(jī),所以需要的不是不亞于第3代戰(zhàn)斗機(jī)的空戰(zhàn)能力,而是需要決定性地超過第3代戰(zhàn)斗機(jī)的空戰(zhàn)能力。也就是說,F(xiàn)-35必須具有第3代戰(zhàn)斗機(jī)經(jīng)過升級也難以達(dá)到的空戰(zhàn)能力,否則花巨資采購F-35就失去了意義。

        空戰(zhàn)性能可以分為兩部分,一是中距空戰(zhàn)能力,也稱超視距(Beyond Visual Range,簡稱BVR)空戰(zhàn)能力;二是近距格斗能力,也稱視距內(nèi)(Within Visual Range,簡稱WVR)空戰(zhàn)能力。

        F-35利用隱身能力,在中距離上搶先發(fā)射中距空空導(dǎo)彈,在敵機(jī)還沒照面前就結(jié)束戰(zhàn)斗,這是F-35陣營津津樂道的F-35典型空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)。中距空戰(zhàn)能力和飛機(jī)的氣動(dòng)性能關(guān)系不大,主要由超視距空戰(zhàn)武器和航電決定。F-35可以在機(jī)內(nèi)武器艙攜帶4枚AIM-120(洛克希德·馬丁計(jì)劃進(jìn)一步擴(kuò)大到6枚),AN/APG-81主動(dòng)相控陣?yán)走_(dá)更是十分先進(jìn),分布式孔徑系統(tǒng)和信息融合使F-35具有無與倫比的空中態(tài)勢感知能力,座艙顯示也采用了最先進(jìn)的頭盔顯示和單一寬幅屏幕。F-35的中距攔射能力無疑出眾。但在比較F-35與美國的第3代(或者3代半)戰(zhàn)斗機(jī)空戰(zhàn)性能的時(shí)候,應(yīng)該避免用F-35的武器或者電子系統(tǒng)相對于其他國家的優(yōu)越性作為比較的基礎(chǔ),這不是F-35獨(dú)有的優(yōu)越性,而是美國軍工體系的優(yōu)越性,美國的第3代或者3代半戰(zhàn)斗機(jī)同樣可以得益。號稱“阿拉斯加之鷹”的換裝AESA雷達(dá)的F-15C和洛克希德·馬丁推出的F-16V除了不具備分布式孔徑系統(tǒng)外,航電的實(shí)際能力和F-35沒有原則性的差別,或者說沒有通過升級所達(dá)不到的能力。波音計(jì)劃推出的F/ A-18E Block Ⅲ不僅具備AESA雷達(dá),還具有某種程度的分布式孔徑能力。

        F-35對第3代戰(zhàn)斗機(jī)最大的優(yōu)勢在于隱身,但隱身的戰(zhàn)術(shù)價(jià)值本身似乎成了問題。2012年7月,美國海軍作戰(zhàn)部部長格林納特海軍上將在美國海軍學(xué)會(huì)學(xué)報(bào)發(fā)表文章,對隱身的價(jià)值隱晦地提出了異議。事實(shí)上,這個(gè)問題早已受到質(zhì)疑。隱身可以隱蔽接近敵機(jī),壓縮敵機(jī)的機(jī)動(dòng)空間,推遲敵機(jī)反制機(jī)動(dòng)的時(shí)機(jī),但現(xiàn)代技術(shù)降低隱身的有效性只是一個(gè)時(shí)間問題。隱身在大規(guī)??諔?zhàn)中的意義則是另一個(gè)問題。采用高速數(shù)據(jù)鏈和先進(jìn)數(shù)據(jù)算法的話,幾架友機(jī)之間互通主動(dòng)和被動(dòng)探測信息有助于概略確定隱身敵機(jī)的位置。即使不足以鎖定和發(fā)射導(dǎo)彈,至少不再會(huì)受到偷襲,并可以有的放矢地采用技戰(zhàn)術(shù)反制。另外,隱身好比狙擊手,有效性取決于能夠主動(dòng)選擇戰(zhàn)斗的時(shí)間和地點(diǎn),可以主動(dòng)地選擇交戰(zhàn)和退出,一旦暴露,隱身的有效性就大打折扣。但現(xiàn)實(shí)空戰(zhàn)不總是能滿足這樣的要求。空戰(zhàn)分防空屏障和制空掃蕩兩種基本模式,前者要求在敵機(jī)和被保衛(wèi)目標(biāo)之間建立有效屏障,阻止敵機(jī)發(fā)射武器;后者則是奪取制空權(quán)的攻勢制空作戰(zhàn)。兩者都有狙擊手施展的空間,但也有狙擊手不可能取代的死守和強(qiáng)攻?;蛟S用海軍的潛艇打比方更加貼切:潛艇無疑是海戰(zhàn)利器,但海軍不能單靠潛艇奪取制海權(quán),或者單靠潛艇保衛(wèi)海防。

        隱身也適合獨(dú)行俠方式的作戰(zhàn)。里希特霍芬、哈特曼、詹姆基都是各自時(shí)代的空戰(zhàn)超級王牌飛行員,但他們都是可以自由游獵的獵手,具有很大的作戰(zhàn)自主權(quán)和自由度。戰(zhàn)場條件改變后,超級王牌的光澤也要黯淡,正如有名的“加蘭德中隊(duì)”最終也無法改變柏林飽受轟炸的命運(yùn)。超視距空戰(zhàn)也一樣。在陸軍作戰(zhàn)中,炮火好比空戰(zhàn)中的超視距火力,炮火在進(jìn)攻和防守作戰(zhàn)中都有巨大的作用,但不能代替沖鋒陷陣或者挖壕據(jù)守的步兵,從滑鐵盧到斯大林格勒無不如此,其并不隨武器技術(shù)的進(jìn)步而根本改變。步兵戰(zhàn)斗在這里就相當(dāng)于空戰(zhàn)中的視距內(nèi)空戰(zhàn)。隱身飛機(jī)在使用中,不光靠自身的隱身性能和敵方雷達(dá)“硬抗”,還可以通過路徑規(guī)劃避開敵方雷達(dá),最大限度地降低敵方雷達(dá)的探測概率。F-117A、B-2的作戰(zhàn)計(jì)劃中最重要的一部分就是路徑規(guī)劃。最新的KC-46空中加油機(jī)可以通過特別強(qiáng)大的機(jī)載電子戰(zhàn)系統(tǒng)對所有空中電磁威脅實(shí)時(shí)定位,實(shí)時(shí)計(jì)算最低可探測性路徑,在戰(zhàn)區(qū)的安全邊緣巡邏,與威脅保持距離,提高生存力。但擔(dān)任空戰(zhàn)巡邏任務(wù)的F-35需要深入戰(zhàn)區(qū),國土防空巡邏時(shí)甚至需要顯示存在,無法通過路徑規(guī)劃隱蔽自己??諔?zhàn)不比有地形地物掩蔽的低空突防,在萬里無垠的藍(lán)天里,對方不僅在空中高速機(jī)動(dòng),還有很多平臺在空中同時(shí)照射戰(zhàn)斗空域,F(xiàn)-35只要作任何轉(zhuǎn)彎動(dòng)作,大角度橫滾時(shí)雷達(dá)投影面積急劇增加,暴露機(jī)會(huì)也同步增加。

        另一方面,中距空空導(dǎo)彈即使采用主動(dòng)雷達(dá)制導(dǎo),導(dǎo)引頭的探測距離也大大低于有效射程,需要中途彈道修正。載機(jī)需要在導(dǎo)彈發(fā)射后繼續(xù)跟蹤目標(biāo),并通過數(shù)據(jù)鏈控制飛行中的導(dǎo)彈,這相當(dāng)于發(fā)射后的概略瞄準(zhǔn)。F-35的AN/APG-81具有頻率捷變、低可截獲概率編碼發(fā)射等“隱身雷達(dá)”技術(shù),但還是需要頻繁掃描跟蹤目標(biāo)和通過數(shù)據(jù)鏈發(fā)送中途彈道修正信號,增加了暴露的可能性。導(dǎo)彈的發(fā)射距離越遠(yuǎn),暴露的時(shí)間越長,這個(gè)問題越大。

        F-22相對第3代戰(zhàn)斗機(jī)中典型的F-15C具有明顯的能量優(yōu)勢,但F-35(推測值)就沒有那樣的優(yōu)勢

        F-22和F-35之間的另一項(xiàng)比較。F-35加力推力的包線還在F-22的軍推包線之內(nèi),凸顯兩者的能量差別

        中距攔射的另一個(gè)問題是命中率。導(dǎo)彈除了固有的故障率外,還有敵機(jī)的機(jī)動(dòng)規(guī)避和電子對抗問題。單純的機(jī)動(dòng)規(guī)避在導(dǎo)彈的動(dòng)力射程內(nèi)意義不大,但在動(dòng)力射程外還是有用的。2008年8月,蘭德公司在名為《空戰(zhàn)的過去、現(xiàn)在與未來》報(bào)告中用歷史數(shù)據(jù)指出,從海灣戰(zhàn)爭到科索沃戰(zhàn)爭,AIM-120的超視距命中率實(shí)際上是46%,這還是在對手技術(shù)手段低下、沒有電子對抗、慌不擇路而且沒有任何規(guī)避機(jī)動(dòng)的情況下取得的。如果考慮到常規(guī)戰(zhàn)爭中雙方在盡可能遠(yuǎn)的距離上有準(zhǔn)備地進(jìn)入交戰(zhàn),加上機(jī)動(dòng)規(guī)避和電子對抗的因素,AIM-120的實(shí)戰(zhàn)命中率預(yù)期在10%~50%之間更加合理,而不是廠商宣稱的75%以上。另一方面,近幾十年來沒有爆發(fā)過具有典型意義的大規(guī)模的空戰(zhàn),空戰(zhàn)思想和技術(shù)戰(zhàn)術(shù)都是在演習(xí)中形成的,缺乏實(shí)戰(zhàn)的檢驗(yàn)。但是換一個(gè)角度看,現(xiàn)代防空壓制作戰(zhàn)具有大量的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn),具有一定的借鑒價(jià)值。空中力量對防空雷達(dá)和防空導(dǎo)彈的壓制在越南戰(zhàn)爭、中東戰(zhàn)爭、海灣戰(zhàn)爭中都是空中作戰(zhàn)的重頭戲,但看似一邊倒的波黑作戰(zhàn)和科索沃作戰(zhàn)或許更加說明問題。塞爾維亞防空部隊(duì)訓(xùn)練有素,沉著應(yīng)戰(zhàn)。最重要的是,時(shí)間上較近,技術(shù)水平和現(xiàn)裝備的可比性高,戰(zhàn)后的戰(zhàn)果核查完整,便于精確評估。在1996年的波黑作戰(zhàn)中,北約空軍共發(fā)射了743 枚HARM反輻射導(dǎo)彈,擊毀約70%的固定防空雷達(dá)和導(dǎo)彈陣地,但只擊毀14%的機(jī)動(dòng)雷達(dá)和防空導(dǎo)彈。為了取得這樣的戰(zhàn)果,北約空軍出動(dòng)架次的40%都用于執(zhí)行防空壓制任務(wù),占用了大量的空中力量資源。在1999年的科索沃作戰(zhàn)中,北約空軍的戰(zhàn)績更加糟糕,發(fā)射的389枚HARM導(dǎo)彈中,只擊毀了3座SA-6機(jī)動(dòng)防空導(dǎo)彈系統(tǒng),平均差不多每130枚導(dǎo)彈才擊中一個(gè)目標(biāo)。當(dāng)然,這不是說中距空空導(dǎo)彈的命中率將只有HARM那樣不到1%,而是說,離一擊斃命的理想還有很大距離,而且這個(gè)距離不因?yàn)閷?dǎo)彈技術(shù)的提高而縮小,而是隨導(dǎo)彈與對抗技術(shù)的魔道相長而僵持。暴露的固定目標(biāo)可以和只有有限的機(jī)動(dòng)和電子對抗能力的戰(zhàn)斗機(jī)相比,而隱蔽機(jī)動(dòng)目標(biāo)就可以和采用有效機(jī)動(dòng)和電子對抗的戰(zhàn)斗機(jī)相比。顯然,有效的技術(shù)、戰(zhàn)術(shù)是可以大大降低反輻射導(dǎo)彈的有效性的。這對超視距空戰(zhàn)也是一樣。F-35的使用需要考慮至少30年的時(shí)間,如果用高能激光或微波對空空導(dǎo)彈的主動(dòng)對抗取得進(jìn)展,中距空空導(dǎo)彈的命中率還將進(jìn)一步下降。

        AIM-9紅外制導(dǎo)近程空空導(dǎo)彈和AIM-120主動(dòng)雷達(dá)制導(dǎo)中距空空導(dǎo)彈是美國空軍的主要空戰(zhàn)武器,通常AIM-9采用滑軌發(fā)射,AIM-120采用投放發(fā)射

        不過AIM-120也可以采用滑軌發(fā)射

        中距攔射失敗的話,接下來當(dāng)然就是近距格斗了。歸根到底,中距空戰(zhàn)能力只是空戰(zhàn)能力中重要的一部分,不是全部。隱身和電子對抗不能根本性地改變空戰(zhàn),否則B-2的機(jī)內(nèi)武器艙里掛上一大堆空空導(dǎo)彈就是空戰(zhàn)的終極利器了。另一個(gè)情況是,交戰(zhàn)規(guī)則規(guī)定必須目視確認(rèn)目標(biāo),比如禁飛區(qū)作戰(zhàn)、和平時(shí)期甚至邊境摩擦?xí)r期的國土防空攔截等,這時(shí)只能接近到視距之后才能交戰(zhàn)。近距格斗依然對制空戰(zhàn)斗機(jī)至關(guān)重要,但F-35的近距格斗能力比中距空戰(zhàn)能力還要令人擔(dān)憂。對于近距格斗來說,空戰(zhàn)武器和航電依然重要,但飛機(jī)的機(jī)動(dòng)性至少同樣重要,也就是說,需要較低的翼載和較高的推重比。F-35是按隱身戰(zhàn)斗機(jī)設(shè)計(jì)的,所以采用機(jī)內(nèi)武器艙,使得機(jī)體十分臃腫。最糟糕的是,對跨聲速面積律最敏感的機(jī)體中段最為臃腫,這是跨聲速加速性不足的重要原因。為短距起飛/垂直著陸預(yù)留的空間進(jìn)一步增大了F-35的機(jī)體,使得總重急劇攀升。在第3代重型戰(zhàn)斗機(jī)中,F(xiàn)-15C的空重為12700千克,正常起飛重量為20200千克;蘇-27的空重為16380千克,正常起飛重量為23430千克。但F-35A的空重也達(dá)到13300千克,正常起飛重量則達(dá)到22470千克。也就是說,“輕型”的F-35A實(shí)際上和重型的F-15C、蘇-27的重量相當(dāng)。

        為了補(bǔ)償不斷攀升的飛機(jī)重量,F(xiàn)-35的發(fā)動(dòng)機(jī)最終成為世界上單發(fā)推力最大的戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī),非加力的軍用推力就達(dá)125千牛,加力推力更是高達(dá)191千牛(一說軍用推力111千牛,加力推力178千牛)。但F-35家族中最輕巧的F-35A的推重比也只有0.87,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于F-15C的1.12和蘇-27的1.07,和F-4“鬼怪”式相當(dāng)。當(dāng)然,F(xiàn)-35的機(jī)內(nèi)燃油量較大,用正常起飛重量計(jì)算的推重比似乎對F-35不公,但正常起飛重量之所以是正常起飛重量,是因?yàn)檫@是所有計(jì)算的基準(zhǔn)重量。F-35的機(jī)內(nèi)燃油量較大當(dāng)然是優(yōu)點(diǎn),但推力也應(yīng)該相應(yīng)增加,才能使這一優(yōu)點(diǎn)得到充分發(fā)揮。戰(zhàn)斗機(jī)在空中戰(zhàn)斗巡邏的時(shí)候,沒有飛行員會(huì)嫌燃油太多。較多的燃油不僅意味著較大的航程,更意味著較長的留空時(shí)間。這意味著可以等待戰(zhàn)機(jī),直到對方燃油耗盡的脆弱時(shí)刻再發(fā)動(dòng)致命打擊;或者在空戰(zhàn)中有足夠的燃油做更多很耗油的機(jī)動(dòng)動(dòng)作。有人認(rèn)為,對于F-35這樣機(jī)內(nèi)燃油量較大的戰(zhàn)斗機(jī)應(yīng)該用半油推重比,也就是在正常起飛重量中,把機(jī)內(nèi)燃油重量減半,原因是這更加符合進(jìn)入空戰(zhàn)時(shí)候的實(shí)際重量狀態(tài),也不會(huì)因?yàn)镕-35較大的機(jī)內(nèi)燃油量對推重比帶來不必要的懲罰。但在實(shí)際空戰(zhàn)中,如果機(jī)內(nèi)燃油過半,戰(zhàn)斗是斷然不會(huì)等燃油減半后再進(jìn)行的,飛行員也不大會(huì)拋灑機(jī)內(nèi)燃油以減輕重量。對于戰(zhàn)斗機(jī)來說,燃油就和呼吸一樣重要,沒有了燃油,那是一刻也不能維持飛行的。另一方面,即便半油推重比也不改變F-35推重比偏低的事實(shí)。F-35A的半油推重比為1.07,F(xiàn)-15為1.32,F(xiàn)-16 為1.24,蘇-27為1.22,F(xiàn)-35A依然不占優(yōu)。用F-35的半油推重比和其他典型第3代戰(zhàn)斗機(jī)的滿油推重比相比較,可能還能扳回來一點(diǎn)面子,但F-35的航程根本達(dá)不到典型第3代戰(zhàn)斗機(jī)的兩倍,這樣的比較是荒唐的。另一個(gè)因素是F-35的散熱容量問題。為了保證AESA雷達(dá)和其他機(jī)載系統(tǒng)的正常工作,F(xiàn)-35的機(jī)內(nèi)燃油量不能太少,否則散熱能力不足,電子系統(tǒng)死機(jī),也就不用談空戰(zhàn)能力了。有人說應(yīng)該用空重為基礎(chǔ)的推重比。這種比較的基礎(chǔ)是除去機(jī)內(nèi)燃油的因素,然后在相同機(jī)內(nèi)燃油比率的基礎(chǔ)上比較推重比。即使按照空重,F(xiàn)-35A的推重比為1.47,F(xiàn)-15為1.78,F(xiàn)-16 為1.51,蘇-27為1.52,F(xiàn)-35A依然落后,盡管差距縮小了。

        除了推重比偏低,F(xiàn)-35的翼載也偏高。F-35A的翼載高達(dá)526千克/米2,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于F-15的357千克/米2和蘇-27 的377千克/米2,甚至高于專業(yè)對地攻擊的F-105的452千克/米2和以“人操火箭”著稱的F-104的514千克/米2。F-35的最大速度也只有馬赫數(shù)1.6,甚至低于F-16和F/A-18,超巡更是免提。F-35A的機(jī)體按照過載9設(shè)計(jì),F(xiàn)-35C降低到7.5,F(xiàn)-35B進(jìn)一步降低到7。這是為了降低對機(jī)體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求、避免進(jìn)一步增重,當(dāng)然也對格斗機(jī)動(dòng)性帶來限制。作為參照,F(xiàn)-22的推重比至少為1.09,即使在非加力狀態(tài),推重比也達(dá)0.72,翼載為375千克/米2。不過F-35的機(jī)動(dòng)性一般,但F-35A的最大過載可達(dá)9,說明對敏捷性還是有較高的要求。

        機(jī)動(dòng)性是戰(zhàn)斗機(jī)的傳統(tǒng)性能指標(biāo),轉(zhuǎn)彎半徑、盤旋速率、爬升率等都是機(jī)動(dòng)性的重要指標(biāo)。優(yōu)秀的機(jī)動(dòng)性無疑在持續(xù)的纏斗中十分重要,有利于占領(lǐng)有利陣位,擺脫敵機(jī)追蹤。敏捷性則是不同的概念。敏捷性還沒有統(tǒng)一的定義,一般認(rèn)為敏捷性包括兩部分,一是瞬時(shí)改變狀態(tài)的能力,具體來說就是從平直飛行狀態(tài)轉(zhuǎn)入極限轉(zhuǎn)彎、爬升等機(jī)動(dòng)狀態(tài)的速率;二是瞬時(shí)改變機(jī)頭指向并短暫保持指向的能力,而不一定需要穩(wěn)定在新的指向上。換句話說,機(jī)動(dòng)性的重點(diǎn)在于可以持續(xù)保持機(jī)動(dòng)動(dòng)作的狀態(tài),而敏捷性的重點(diǎn)在于在各種狀態(tài)之間的迅速轉(zhuǎn)換,但在目標(biāo)狀態(tài)上可以只保持暫態(tài)停留。從某種意義上說,這可以說是回歸到能量機(jī)動(dòng)時(shí)代之前的角度機(jī)動(dòng)概念了。

        優(yōu)秀的機(jī)動(dòng)性指可以穩(wěn)定地占據(jù)有利陣位,便于航炮瞄準(zhǔn)或者導(dǎo)彈鎖定,這無疑是重要的。但在導(dǎo)彈制導(dǎo)技術(shù)高度發(fā)達(dá)之后,導(dǎo)彈鎖定時(shí)間大大縮短,甚至可以依靠數(shù)據(jù)鏈的引導(dǎo)在發(fā)射后再鎖定。機(jī)頭指向目標(biāo)的能力與其說有助于導(dǎo)彈鎖定,不如說是盡量維持導(dǎo)彈發(fā)射后的能量水平,避免不必要的機(jī)動(dòng)造成的能量損失,擴(kuò)大必殺區(qū)。甚至航炮瞄準(zhǔn)都可以不再依賴穩(wěn)定瞄準(zhǔn),而可以在飛火推一體控制下,在動(dòng)態(tài)中抓住彎曲彈道和敵機(jī)軌跡交匯的瞬間開火。換句話說,敏捷性有利于在格斗中搶先發(fā)射。

        在理論上,機(jī)動(dòng)性和敏捷性俱優(yōu)當(dāng)然是最理想的,但實(shí)際上常常做不到。機(jī)動(dòng)性(或者說持續(xù)機(jī)動(dòng)性)說到底是一個(gè)剩余升力的問題。水平轉(zhuǎn)彎靠的是傾斜機(jī)翼產(chǎn)生升力的水平分量。最快的爬升也是在機(jī)翼不失速的前提下的大迎角傾斜爬升。機(jī)翼產(chǎn)生的升力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于發(fā)動(dòng)機(jī)的推力。單靠發(fā)動(dòng)機(jī)蠻力的垂直爬升好看、刺激,但不是獲取高度的最快辦法。拉大機(jī)翼迎角是提高升力最直接的辦法,但阻力同時(shí)增加。足夠高的推重比可以用推力克服阻力,推遲機(jī)翼失速的產(chǎn)生。但很高的推重比意味著發(fā)動(dòng)機(jī)的推力和重量增加,油耗也同步增加。幾輪水漲船高下來,戰(zhàn)斗機(jī)的重量低不了。在技術(shù)水平相當(dāng)?shù)臅r(shí)候,大推重比的戰(zhàn)斗機(jī)通常都是重型戰(zhàn)斗機(jī),F(xiàn)-15、F-22比同時(shí)代的F-16、F-35具有更高的推重比,這不是偶然的。另外,優(yōu)秀的機(jī)動(dòng)性需要翼載盡量低,翼載越低,機(jī)翼產(chǎn)生升力的余量就越大。但低翼載意味著翼面積加大,翼展也同步加大。很大的翼面積不可避免地在橫滾中具有“風(fēng)帆”效應(yīng),阻礙迅速滾轉(zhuǎn);增加的翼展帶來增加的橫滾轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,也不利于快速橫滾。另外,重型戰(zhàn)斗機(jī)一般采用雙發(fā),在重量分布上沉重的發(fā)動(dòng)機(jī)偏離中軸線,寬間距雙發(fā)(如F-14、蘇-27、T-50)的橫滾轉(zhuǎn)動(dòng)慣量更大,不利于快速橫滾。

        敏捷性說到底是一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和控制力矩的問題,輕捷、小巧的戰(zhàn)斗機(jī)天然具有敏捷性的優(yōu)勢,所以美國海軍戰(zhàn)斗機(jī)武器學(xué)校的“敵機(jī)”在很長時(shí)間里一直使用速度并不太快但小巧敏捷的A-4“天鷹”攻擊機(jī)。另一方面,較大的控制力矩在一定程度上可以彌補(bǔ)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量過大的問題。這可以通過較大的控制翼面達(dá)到,或者用推力轉(zhuǎn)向輔助,還可以通過放寬的靜態(tài)穩(wěn)定性達(dá)到。在理想情況下,飛機(jī)的重心和升力中心應(yīng)該重合,否則飛機(jī)就要圍繞重心發(fā)生翻滾。在實(shí)際上,由于重量分布、氣動(dòng)擾動(dòng)等各種因素,很難做到完全重合,只有靠靜態(tài)穩(wěn)定性維持穩(wěn)定飛行。如果升力中心在重心之后而氣動(dòng)擾動(dòng)導(dǎo)致機(jī)頭上揚(yáng),機(jī)翼迎角將同步增加,產(chǎn)生的額外升力作用在升力中心上,以重心為支點(diǎn),使機(jī)頭回落,最終在俯仰方向上是穩(wěn)定的。下俯則是逆向過程,結(jié)果同樣是俯仰方向上的穩(wěn)定。所以升力中心位于重心之后是靜態(tài)穩(wěn)定的布局。相反,升力中心位于重心之前則會(huì)造成靜態(tài)不穩(wěn)定。另一方面,升力中心隨速度增加而后移,靜態(tài)過于穩(wěn)定的飛機(jī)將需要特別大的控制翼面才能拉起,增加阻力。從F-16開始,戰(zhàn)斗機(jī)普遍采用放寬靜態(tài)穩(wěn)定性的做法,在低速時(shí)甚至可以容許不穩(wěn)定,用飛控系統(tǒng)快速偏轉(zhuǎn)控制翼面,自動(dòng)補(bǔ)償以維持穩(wěn)定。在典型飛行速度范圍內(nèi),則達(dá)到差不多臨界穩(wěn)定,實(shí)現(xiàn)最大的敏捷性。這樣可以縮小控制翼面,降低阻力,同時(shí)提高敏捷性。通用動(dòng)力的戰(zhàn)斗機(jī)分部在1993年并入洛克希德,洛克希德深諳放寬靜態(tài)穩(wěn)定性之道,F(xiàn)-35并沒有特別大的尾翼,也沒有推力轉(zhuǎn)向,可能就是通過放寬靜態(tài)穩(wěn)定性增加敏捷性的。不過應(yīng)該指出的是,為了降低機(jī)體加強(qiáng)的要求,控制增重,F(xiàn)-35C只能做到過載7.5,F(xiàn)-35B只能做到過載7(一說7.5)。

        在空戰(zhàn)中,敏捷性和機(jī)動(dòng)性都是非常重要的。美國空軍奇人約翰·伯伊德在研究能量機(jī)動(dòng)的時(shí)候就發(fā)現(xiàn),F(xiàn)-86相對于速度、升限、爬升率更高的米格-15來說,除了水平盤旋性能更好之外,最大的優(yōu)點(diǎn)是改變狀態(tài)的能力更強(qiáng),也就是敏捷性更好,盡管伯伊德時(shí)代還沒有敏捷性的說法。如果導(dǎo)彈可以保證一擊致命,敏捷性有助于先敵開火,優(yōu)越性顯而易見。但隨著導(dǎo)彈越來越聰明,也越來越容易“聰明反被聰明誤”,紅外、電子對抗技術(shù)越來越先進(jìn),激光致盲也已經(jīng)不再是不可能的科幻級技術(shù),在未來,對空空導(dǎo)彈的硬殺傷都是可能的。因此,先敵開火是重要的,但“一擊必殺”是靠不住的。實(shí)戰(zhàn)中的導(dǎo)彈命中率不一定隨著技術(shù)的提高而顯著提高,一擊之后的纏斗能力依然是重要的,這就是持續(xù)的機(jī)動(dòng)性發(fā)揮優(yōu)勢的時(shí)候了。

        機(jī)動(dòng)性不足使F-35在視距內(nèi)空戰(zhàn)格斗中難以壓倒第3代戰(zhàn)斗機(jī),速度不足使F-35在進(jìn)入和退出戰(zhàn)斗時(shí)缺乏主動(dòng)權(quán)。但F-35使用機(jī)內(nèi)武器艙,空戰(zhàn)狀態(tài)沒有外掛帶來的額外阻力,而第3代戰(zhàn)斗機(jī)使用翼下掛架,帶來較大阻力,這給兩者之間的機(jī)動(dòng)性對比帶來新的變數(shù)。這里有兩個(gè)問題:1)如果都只帶兩枚空空導(dǎo)彈的話,第3代戰(zhàn)斗機(jī)通常使用翼尖掛架,并不帶來顯著的額外阻力,和干凈氣動(dòng)外形沒有實(shí)質(zhì)性的差別;2)F-35的空空導(dǎo)彈掛載和搭配方式?jīng)Q定了F-35未必能在空戰(zhàn)格斗中利用干凈外形的優(yōu)點(diǎn)。

        機(jī)載導(dǎo)彈發(fā)射有兩種方式:一是導(dǎo)彈依靠自身動(dòng)力從滑軌上發(fā)射出去;二是像炸彈一樣拋下后再點(diǎn)火進(jìn)入動(dòng)力飛行?;壈l(fā)射需要專用的滑軌,但能保證導(dǎo)彈在任何姿態(tài)下都能可靠發(fā)射,不過萬一發(fā)射失敗,導(dǎo)彈可能就在滑軌上爆炸。投放發(fā)射比較安全,也不需要沉重的滑軌,但只能在較為平穩(wěn)的飛行狀態(tài)下發(fā)射,很難在復(fù)雜機(jī)動(dòng)中發(fā)射。彈射發(fā)射在理論上可以解決在機(jī)動(dòng)飛行中投放導(dǎo)彈的問題,但實(shí)際上很難在復(fù)雜機(jī)動(dòng)中確保導(dǎo)彈對飛機(jī)的可靠分離,尤其是從機(jī)內(nèi)武器艙向外發(fā)射的情況下,很容易發(fā)生危險(xiǎn)的碰撞。通常近程空空導(dǎo)彈是從滑軌上發(fā)射出去的,中距空空導(dǎo)彈則是投放發(fā)射的,不過美國AIM-120也可以通過滑軌發(fā)射。F-35的機(jī)內(nèi)武器艙里,2枚中距空空導(dǎo)彈掛載在艙門內(nèi)側(cè)的掛點(diǎn)上,另外2枚(有望增加到4枚)中距空空導(dǎo)彈吊掛在和炸彈共用的多用途掛架上。但艙門掛點(diǎn)實(shí)際上不在艙門上,而是在艙門鉸鏈附近和艙門聯(lián)動(dòng)的短支架上,作為滑軌發(fā)射的話,導(dǎo)彈尾翼不可能避開鉸鏈結(jié)構(gòu),所以導(dǎo)彈同樣需要先投放后點(diǎn)火,炸彈掛架上的空空導(dǎo)彈也像炸彈一樣投放出去后再點(diǎn)火發(fā)射。

        F-35掛載的AIM-120中距空空導(dǎo)彈是可以當(dāng)作近程空空導(dǎo)彈使用的,但由于發(fā)射方式的限制,機(jī)內(nèi)武器艙掛載的AIM-120很難在空戰(zhàn)格斗中使用。另外,AIM-120畢竟是中距空空導(dǎo)彈,機(jī)動(dòng)性不及AIM-9X那樣的專用格斗導(dǎo)彈,在飛機(jī)機(jī)動(dòng)性沒有優(yōu)勢的情況下,如果導(dǎo)彈機(jī)動(dòng)性也略遜一籌,對F-35是十分不利的。F-35可以在翼下掛架掛載AIM-9X,而且數(shù)量不少,至少可以掛載6枚,但這樣就徹底喪失干凈外形對隱身和阻力的好處了。F-35外掛副油箱的話,只增加8%的航程,說明F-35對外掛阻力很敏感。另一方面,第3代戰(zhàn)斗機(jī)如果只用翼尖掛架的話,只有2枚空空導(dǎo)彈,但氣動(dòng)外形基本保持干凈,就算由于基本設(shè)計(jì)上的缺陷而對隱身沒有多少幫助,至少翼尖掛架在降低阻力方面是有很大好處的。F-35外掛2枚空空導(dǎo)彈對第3代戰(zhàn)斗機(jī)翼尖2枚空空導(dǎo)彈,后者在機(jī)動(dòng)性上占優(yōu)。F-35和第3代戰(zhàn)斗機(jī)都在翼下掛滿導(dǎo)彈,兩者機(jī)動(dòng)性或許相當(dāng),但或許F-35跨聲速加速問題由于機(jī)體中段面積律分布進(jìn)一步惡化而更加突出。

        F-22有專用的機(jī)側(cè)彈艙,用于攜帶和發(fā)射AIM-9導(dǎo)彈。注意滑軌和機(jī)身中軸線之間有一定的角度,保證導(dǎo)彈發(fā)射后與飛機(jī)可靠分離。萬一點(diǎn)火失敗,空氣動(dòng)壓會(huì)把導(dǎo)彈推離飛機(jī),保證不會(huì)碰撞

        在F-35的武器配備計(jì)劃中,英國AIM-132也可以在機(jī)內(nèi)武器艙掛載,這是高機(jī)動(dòng)的近程空空導(dǎo)彈,顯然比AIM-120更加適合空戰(zhàn)格斗,但AIM-132依然需要采用和AIM-120一樣的投放發(fā)射方式。另外,發(fā)射滑軌不是光有一個(gè)滑軌的結(jié)構(gòu)就可以了,還需要和機(jī)體有一個(gè)角度,一方面確保導(dǎo)彈在動(dòng)力發(fā)射后的初始彈跡與飛機(jī)航跡分離,另一方面確保在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火失敗但導(dǎo)彈已經(jīng)脫鎖的情況下,導(dǎo)彈與飛機(jī)能夠可靠分離。導(dǎo)彈不僅會(huì)在重力作用下自由下落,還會(huì)被空氣動(dòng)壓推離機(jī)體,避免危險(xiǎn)的碰撞。這樣的滑軌結(jié)構(gòu)很占地方,F(xiàn)-22機(jī)側(cè)武器艙的滑軌就是一個(gè)例子。

        還有一個(gè)問題是導(dǎo)彈的發(fā)動(dòng)機(jī)尾焰。在這么近的距離上,導(dǎo)彈的尾焰必然燒灼到機(jī)內(nèi)武器艙內(nèi)部。F-22每側(cè)的機(jī)側(cè)武器艙是專用的,只攜帶一枚導(dǎo)彈,只要艙的內(nèi)壁和有關(guān)機(jī)械結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到尾焰問題就可以了。但F-35的機(jī)內(nèi)武器艙是共用的,即使艙內(nèi)壁和有關(guān)機(jī)械的耐熱問題解決了,其他掛載的武器在尾焰燒灼下依然有嚴(yán)重的安全問題。這是F-35機(jī)內(nèi)武器艙難以使用滑軌發(fā)射的一個(gè)重要原因。

        AIM-9X這樣的近程空空導(dǎo)彈具有發(fā)射后鎖定和鎖定后發(fā)射兩種模式,后者的截獲概率更高。但緊貼艙門的滑軌把導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)一半的視野擋住了,使得鎖定后發(fā)射的模式實(shí)際上不能用。F-22機(jī)側(cè)武器艙使用專用的伸縮式支架,把導(dǎo)彈滑軌伸入自由空氣中,在較大程度上確保完整的視野,而不是直接在艙門上安裝滑軌,這也是一個(gè)原因。但對于F-35來說,艙門上安裝可拆卸的滑軌已經(jīng)不易,再要配備可伸縮支架,在重量、復(fù)雜性上都不可接受。更有甚者,這些東西占用體積,使得為了掛載AIM-9X而擠占太多的機(jī)內(nèi)武器艙空間,影響其他任務(wù)和武器掛載。

        另外,巨大而且和機(jī)身中軸線呈一定角度的機(jī)內(nèi)武器艙門在打開狀態(tài)下,對干凈氣動(dòng)外形的破壞遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過翼下掛架。這不僅是阻力問題,還會(huì)在打開和關(guān)閉瞬間對氣動(dòng)外形造成巨大擾動(dòng),引起對飛行穩(wěn)定性的影響。一直打開可以避開臨時(shí)打開的擾動(dòng)問題,但有阻力問題;只在需要時(shí)打開則需要在打開前放慢機(jī)動(dòng)動(dòng)作,補(bǔ)償打開艙門導(dǎo)致的失穩(wěn);兩者都使得干凈外形對格斗的實(shí)際作用大打折扣。

        F-35的頭盔顯示系統(tǒng)、分布式孔徑系統(tǒng)和空空導(dǎo)彈越肩發(fā)射能力可以在一定程度上彌補(bǔ)機(jī)動(dòng)性的不足。有人設(shè)想F-35在進(jìn)入格斗時(shí)會(huì)避免機(jī)動(dòng)動(dòng)作,采用正面高速對飛,利用頭盔顯示系統(tǒng)、分布式孔徑系統(tǒng)和空空導(dǎo)彈越肩發(fā)射能力,在迎頭發(fā)射距離內(nèi)直到交會(huì)瞬間發(fā)射導(dǎo)彈,依靠導(dǎo)彈的機(jī)動(dòng)性(尤其是越肩攻擊能力)追擊目標(biāo),減少因?yàn)镕-35機(jī)動(dòng)性不足而暴露的薄弱窗口,也增加對方導(dǎo)彈鎖定的困難。如果導(dǎo)彈沒有命中,F(xiàn)-35將不是立刻轉(zhuǎn)彎咬尾,而是繼續(xù)高速飛行直接脫離,直到到達(dá)安全空域后重新占位,尋機(jī)再戰(zhàn)。這倒是和機(jī)內(nèi)武器艙的投放發(fā)射方式相符合。問題是如果對方也有迎頭攻擊和越肩攻擊能力的話,這樣的攻擊方式并不占便宜。另外,這樣的戰(zhàn)術(shù)對于戰(zhàn)斗轟炸機(jī)以自衛(wèi)為主的要求是合適的,對于讓敵機(jī)到達(dá)釋放對地攻擊武器位置就是失敗的防空截?fù)羰欠窈线m且不說,這也只有翼下的AIM-9X可以做到。但這給F-35防空出擊時(shí)的導(dǎo)彈搭配帶來一個(gè)挑戰(zhàn)。如果以隱身的中距攔射為主,那么應(yīng)該機(jī)內(nèi)掛載最大數(shù)量的AIM-120;但如果要考慮到中距攔射后的漏網(wǎng)之?dāng)?,就需要在翼下掛載AIM-9X,但這樣第一階段的中距攔截依然可行,隱身就免談了。

        對于美國海軍的F-35C和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的F-35B來說,還有一個(gè)額外的糾結(jié)。如果要保持隱身,空戰(zhàn)出擊的時(shí)候就需要武器全內(nèi)載,連外掛航炮吊艙都不應(yīng)該有。但內(nèi)載的AIM-120又不適宜空戰(zhàn)格斗,這樣就只有100%依賴AIM-120在超視距上擊落全部敵機(jī),否則進(jìn)入格斗的話都沒有自衛(wèi)的手段。掉頭逃跑也不是辦法,F(xiàn)-35的最大速度只有馬赫數(shù)1.6,遇到超過馬赫數(shù)2的蘇-27一級的敵機(jī)很難靠速度逃走。F-35的后向隱身一般,連悄悄地溜走都不容易。

        在2013年2月的DOT&E報(bào)告中,埃格林空軍基地的第33聯(lián)隊(duì)受訓(xùn)飛行員反映(這些飛行員都在F-16和A-10上有很長的飛行時(shí)間),與現(xiàn)有戰(zhàn)斗機(jī)相比,座艙視野不好,尤其是后方視野,“在視距空戰(zhàn)中肯定要吃炮子兒,沒跑的”“在機(jī)動(dòng)飛行中,很難觀察后方敵情”。有意思的是,有些飛行員還抱怨前側(cè)視野也被座艙蓋上的橫檔遮擋,影響編隊(duì)飛行和觀察周邊空中交通情況。原設(shè)計(jì)中分布式孔徑系統(tǒng)應(yīng)該彌補(bǔ)目視視野問題,甚至使得目視視野問題成為過去式,但頭盔顯示系統(tǒng)的問題使得目視視野重新成為問題,而頭盔顯示系統(tǒng)問題的徹底解決還遙遙無期。另外,視野問題解決了,還有滯后問題。在格斗空戰(zhàn)中,飛行員要求對周邊具有絕對無滯后的觀察能力,而電子顯示具有本質(zhì)滯后,這可能是不可忍受的。頭盔顯示系統(tǒng)問題的“解決”只是降低滯后而已。以新聞和體育攝影為例,只有純光學(xué)取景的單反(包括數(shù)碼單反)才堪使用,任何使用電子取景的相機(jī)都不合格,而且在可預(yù)見的未來沒有合格的可能性。對于飛行員來說,具有良好視野的氣泡式座艙蓋也是無法取代的,但F-35肥大的機(jī)背和寬大的彈射座椅椅背限制了氣泡式座艙蓋的安裝。

        F-22機(jī)側(cè)的AIM-9正在點(diǎn)火發(fā)射

        剛發(fā)射的AIM-9的彈跡與機(jī)身軸線有一定的角度,確保可靠分離

        由于從機(jī)內(nèi)武器艙發(fā)射,AIM-120只能像投放炸彈一樣,首先通過重力自然分離

        導(dǎo)彈離機(jī)后,再點(diǎn)火,用自身動(dòng)力推進(jìn)

        F-35的彈艙門比F-22的側(cè)彈艙門大得多,打開時(shí),阻力很大,影響空戰(zhàn)機(jī)動(dòng)

        發(fā)射滑軌應(yīng)該和機(jī)體成一定的角度,如F-22的機(jī)側(cè)武器艙發(fā)射滑軌

        事實(shí)上,外掛的武器也有一個(gè)角度,如F-16翼尖掛架有一個(gè)略微向下的角度,翼下掛架也是如此。在地面,這個(gè)角度比較明顯。在飛行時(shí),機(jī)翼的氣動(dòng)扭轉(zhuǎn)使導(dǎo)彈的下傾有所減少,但還是下傾的

        F-35的很多問題F-22也有,但F-22不僅按全向隱身設(shè)計(jì)(F-35為了降低成本,只要求前向隱身)具有專用的近程空空導(dǎo)彈機(jī)內(nèi)掛載和發(fā)射系統(tǒng),而且有很大的速度優(yōu)勢。F-22是按照馬赫數(shù)1.6巡航設(shè)計(jì)的,也就是說,在戰(zhàn)斗狀態(tài)時(shí),可以用軍用推力長時(shí)間以馬赫數(shù)1.6飛行。但F-35的最大速度只有馬赫數(shù)1.6。洛克希德·馬丁聲稱F-35可以做馬赫數(shù)1.2的超巡,但也承認(rèn)這嚴(yán)格來說不能算超巡。超巡不是軍推可以達(dá)到超聲速的速度巡航就算,使用F110發(fā)動(dòng)機(jī)的F-14D就可以超過聲速的速度巡航,歐洲“臺風(fēng)”也是,用加力推過聲速后,可以降低到軍推維持超聲速巡航。但這相對于高亞聲速巡航的第3代戰(zhàn)斗機(jī)沒有實(shí)質(zhì)性的速度優(yōu)勢,所以馬赫數(shù)1.5以上才算超巡,像F-22那樣。F-35可以馬赫數(shù)1.2巡航并無顯著優(yōu)勢,更何況需要通過痛苦的跨聲速加速段才能達(dá)到。導(dǎo)彈追上敵機(jī),歸根到底是靠能量差。從能量機(jī)動(dòng)的角度來說,只有導(dǎo)彈的單位剩余能量高于敵機(jī),才有把握追上后者。現(xiàn)代空空導(dǎo)彈的最大速度經(jīng)常能達(dá)到馬赫數(shù)4以上,最大過載更是高達(dá)60~70,但這只是發(fā)射時(shí)的最大能量狀態(tài),并不是在整個(gè)射程內(nèi)的能量狀態(tài)。空空導(dǎo)彈的單位剩余能量是時(shí)變的,開始時(shí)隨燃料的消耗和速度的增加而增加,發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)機(jī)后隨時(shí)間而降低。而目標(biāo)戰(zhàn)斗機(jī)在這段時(shí)間里的燃料消耗相對于飛機(jī)總重來說變化不大,單位剩余能量大體不變。另一方面,導(dǎo)彈的能量是有限的,在初始轉(zhuǎn)彎中消耗得多了,后面的攔截或者追擊的能量就少了。反過來,F(xiàn)-22更高的速度使得發(fā)射的導(dǎo)彈具有更高的初始能量,還可以通過戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)動(dòng)進(jìn)入有利位置再發(fā)射導(dǎo)彈,減少導(dǎo)彈過度轉(zhuǎn)彎導(dǎo)致的初始能量消耗,保持更高的能量,擴(kuò)大“不可逃逸區(qū)”。在遭到敵人導(dǎo)彈攻擊的時(shí)候,F(xiàn)-22更優(yōu)秀的速度和機(jī)動(dòng)性則縮小了敵人導(dǎo)彈的“不可逃逸區(qū)”。這就是F-22和F-35的根本不同之處。在最壞的情況下,F(xiàn)-22可以依靠速度快速退出戰(zhàn)斗,擇機(jī)再戰(zhàn),而缺乏必要速度的F-35就不一定有這個(gè)選擇了。

        應(yīng)該指出的是,比較F-35和F-22不是讓它們捉對廝殺,而是指出兩者相對于典型第3代戰(zhàn)斗機(jī)的優(yōu)勢。在空戰(zhàn)能力方面,F(xiàn)-35不是簡化版的F-22,兩者的差別不是量差,而是級差。但對于美國空軍來說,用F-22負(fù)責(zé)制空、F-35負(fù)責(zé)對地攻擊可能也只是美好的愿望。187架F-22實(shí)在不夠覆蓋美國的全球利益,將占美國空軍戰(zhàn)斗機(jī)總數(shù)90%的F-35必然要負(fù)擔(dān)起相當(dāng)分量的制空作戰(zhàn)任務(wù)。在F-15/F-16時(shí)代,F(xiàn)-16在空戰(zhàn)格斗方面至少不遜于F-15,這是F-16作為F-15制空作戰(zhàn)的補(bǔ)充和獨(dú)當(dāng)一面的本錢,也是高低搭配原則的成功之處:低檔不是均勻縮水,而是保留甚至強(qiáng)化關(guān)鍵能力,降級次要能力。對于F-15/F-16來說,關(guān)鍵能力就是在F-15中距攔截顧不過來的時(shí)候,F(xiàn)-16有能力通過優(yōu)秀的格斗能力堵住漏洞。但在F-22/ F-35時(shí)代,F(xiàn)-35在所有空戰(zhàn)能力(不管是超視距還是視距內(nèi))方面沒有一項(xiàng)可以和F-22相提并論,使得F-35作為F-22的制空作戰(zhàn)的補(bǔ)充和獨(dú)當(dāng)一面的價(jià)值受到質(zhì)疑。F-35或許還有不錯(cuò)的中距攔截能力,但攔截不過來的時(shí)候,莫非要由F-22填補(bǔ)漏洞?這是高低倒掛了;要是由第3代戰(zhàn)斗機(jī)來填補(bǔ)漏洞,那就更荒唐了。但要是由F-35來填補(bǔ)F-22的漏洞,F(xiàn)-35欠缺的格斗能力就有違高低搭配的選擇性降級原則。當(dāng)然,也可以說F-35的關(guān)鍵能力就是對地攻擊,空戰(zhàn)都是次要能力,但這是有問題的。戰(zhàn)斗機(jī)的第一任務(wù)永遠(yuǎn)是奪取制空權(quán),而且不光是在進(jìn)攻性作戰(zhàn)中可以主動(dòng)選擇戰(zhàn)機(jī)的情況,還包括防空作戰(zhàn)中被動(dòng)應(yīng)戰(zhàn)的情況,對地攻擊只有在奪取制空權(quán)之后才談得到。不僅美國空軍,算上美國海軍和海軍陸戰(zhàn)隊(duì),F(xiàn)-35最終將占美國戰(zhàn)斗機(jī)的90%,而90%的戰(zhàn)斗機(jī)不以第一任務(wù)為重點(diǎn),這是說不通的。JSF是在F-22還計(jì)劃生產(chǎn)438架時(shí)展開的,即使F-22的計(jì)劃數(shù)量沒有F-15豪華,但也還算過得去。但現(xiàn)在的現(xiàn)實(shí)是F-22只有187架,F(xiàn)-35無法不擔(dān)當(dāng)相當(dāng)部分的空戰(zhàn)使命,盟國空軍就更加沒有選擇了。

        在概念和定位上和F-35最可比的應(yīng)該是F-16和F/A-18,但F-35盡管是按照F-16和F/A-18的替代而設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)起點(diǎn)卻截然不同。F-16、F/A-18是針對第2代戰(zhàn)斗機(jī)片面強(qiáng)調(diào)超視距空戰(zhàn)、忽視機(jī)動(dòng)性而產(chǎn)生的。F-16、F/A-18的設(shè)計(jì)初衷是制空戰(zhàn)斗機(jī),在LWF時(shí)代是100%空空、0%空地,和F-35的30%空空、70%空地南轅北轍。F-16、F/A-18后來成為戰(zhàn)斗轟炸機(jī)幾乎是“偶然”的,與其說是設(shè)計(jì)定位,不如說是A-4、A-7、A-6攻擊機(jī)退役后的結(jié)果。F-16和F/A-18是按照能量機(jī)動(dòng)原則設(shè)計(jì)的,F(xiàn)-15是不徹底地按照能量機(jī)動(dòng)理論設(shè)計(jì)的戰(zhàn)斗機(jī),但也以“一磅重量也不用于對地攻擊”為口號。在第3代戰(zhàn)斗機(jī)研制的時(shí)代,超視距攻擊技術(shù)正在成熟,但第3代戰(zhàn)斗機(jī)依然強(qiáng)調(diào)特別優(yōu)秀的格斗機(jī)動(dòng)性,并在戰(zhàn)場上證明了設(shè)計(jì)理念的前瞻性和正確性。由于美國空軍和美國海軍分別用F-15和F-14作為空戰(zhàn)主力,F(xiàn)-16和F/A-18被用作側(cè)重對地打擊的戰(zhàn)斗轟炸機(jī),只擔(dān)任二線空戰(zhàn)任務(wù)。但在盟國空軍中,F(xiàn)-16和F/A-18是用作空戰(zhàn)主力的,這其實(shí)更加符合F-16和F/A-18的設(shè)計(jì)初衷。

        F-105的設(shè)計(jì)理念相當(dāng)先進(jìn),得到美國空軍的青睞,還短暫用作“雷鳥”飛行表演隊(duì)的飛機(jī),但在越南被證明脫離戰(zhàn)場實(shí)際,成為美國空軍歷史上唯一因?yàn)閼?zhàn)損太高而撤出一線的戰(zhàn)斗機(jī)

        另一個(gè)戰(zhàn)斗機(jī)轉(zhuǎn)用為戰(zhàn)斗轟炸機(jī)的成功例子是F-15E,這是新加坡版的F-15SG

        在傳統(tǒng)上,戰(zhàn)斗機(jī)專長空戰(zhàn),轟炸機(jī)專長對地攻擊,兩者并無交集。在二戰(zhàn)中,退居二線的戰(zhàn)斗機(jī)轉(zhuǎn)而用于對地攻擊,這就是戰(zhàn)斗轟炸機(jī)的開始。戰(zhàn)后,美國空軍的戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)向兩個(gè)方向分化,一是專用于攔截轟炸機(jī)的截?fù)魴C(jī),如可以全程自動(dòng)化攔截的F-102和F-106;二是專用于縱深打擊(包括戰(zhàn)術(shù)核打擊)的戰(zhàn)斗轟炸機(jī),如號稱“最優(yōu)秀的戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗機(jī)”F-105“雷公”。F-105的時(shí)代是低空高速突防的時(shí)代,高空可以達(dá)到馬赫數(shù)2是起碼的要求,低空突防則可以避開雷達(dá)的探測,先進(jìn)的機(jī)載雷達(dá)不僅實(shí)現(xiàn)全天候飛行,還可以用于地形跟蹤,在復(fù)雜地形維持高速貼地飛行,有利于甩掉速度高但不適宜長時(shí)間低空追逐的常規(guī)戰(zhàn)斗機(jī)。更重要的是,F(xiàn)-105在試驗(yàn)中,載彈高達(dá)7噸,這已經(jīng)2~3倍于二戰(zhàn)時(shí)期類似B-17這樣的重型轟炸機(jī)。美國空軍在開始時(shí)對F-105很是滿意,甚至一度把F-105作為“雷鳥”飛行表演隊(duì)的飛機(jī)。低空高速的要求決定了F-105采用大翼載以降低阻力和低空陣風(fēng)的影響,這決定了F-105的機(jī)動(dòng)性先天不足,但空戰(zhàn)機(jī)動(dòng)性本來就是F-105的次要設(shè)計(jì)要求。有意思的是,F(xiàn)-105也是單發(fā),而且是F-35之前美國空軍歷史上最大的單發(fā)戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)。在設(shè)計(jì)過程中,F(xiàn)-105的總重越來越大,原先選定的艾利遜J71渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)推力不足,只得換用推力更大的普惠J75。

        F-105的設(shè)計(jì)理念在當(dāng)時(shí)是很先進(jìn)的,也是很合理的。但戰(zhàn)爭實(shí)踐是錯(cuò)綜復(fù)雜的,F(xiàn)-105在越南戰(zhàn)場上遇到米格戰(zhàn)斗機(jī)的糾纏時(shí),常常屈居下風(fēng),還經(jīng)常被“土得掉渣“的高炮和輕武器擊落,成為美國空軍歷史上唯一因?yàn)閼?zhàn)損率太高而被迫從戰(zhàn)場上撤下退入二線的作戰(zhàn)飛機(jī)。833架總產(chǎn)量中,320架在戰(zhàn)斗中損失,另有62架由于機(jī)械和其他原因損失,總損失近半。F-105帶有機(jī)內(nèi)航炮,能夠掛載空空導(dǎo)彈,還在空戰(zhàn)中擊落過27.5架敵機(jī)(0.5架是和F-4共同擊落),但這不改變F-105不適合于空戰(zhàn)的事實(shí)。不過用于對地攻擊時(shí),F(xiàn)-105還是很有效的,后期特別改裝的雙座型用于“野鼬鼠”任務(wù)時(shí)尤其有效。

        另一方面,F(xiàn)-4成為20世紀(jì)60年代美國海軍、美國空軍、美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)共用的主力制空戰(zhàn)斗機(jī)后,很快成功地轉(zhuǎn)型為戰(zhàn)斗轟炸機(jī)。F-4出身于艦載戰(zhàn)斗機(jī),鑒于航母起降的要求,天然具備優(yōu)良的低空低速性能。雖然作為格斗戰(zhàn)斗機(jī)F-4依然太重,機(jī)動(dòng)性不足,但這是相對而言的,比起F-105還是不可同日而語了。另一個(gè)制空戰(zhàn)斗機(jī)成功轉(zhuǎn)型為戰(zhàn)斗轟炸機(jī)的例子是F-15E,至今依然是美國空軍的主力戰(zhàn)斗轟炸機(jī)。

        現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)設(shè)計(jì)的另一個(gè)趨勢是雙重任務(wù)或多任務(wù)戰(zhàn)斗機(jī),這是在制空戰(zhàn)斗機(jī)基礎(chǔ)上,通過火控系統(tǒng)和航電的模式切換及掛載對地攻擊武器,轉(zhuǎn)用于對地攻擊。這是從F/A-18經(jīng)典型開始的,F(xiàn)/A-18E當(dāng)然繼承了這一特點(diǎn),歐洲“臺風(fēng)”、法國“陣風(fēng)”和瑞典“鷹獅”也是類似的思路,但這里的關(guān)鍵依然是“在制空戰(zhàn)斗機(jī)基礎(chǔ)上”。

        歷史經(jīng)驗(yàn)表明,由于高推重比和低翼載,制空戰(zhàn)斗機(jī)有轉(zhuǎn)型為優(yōu)秀戰(zhàn)斗轟炸機(jī)的潛力,但戰(zhàn)斗轟炸機(jī)基本沒有成功地轉(zhuǎn)型為優(yōu)秀制空戰(zhàn)斗機(jī)的例子。這不是偶然的。對地攻擊對飛行性能的要求不高,二線戰(zhàn)斗機(jī)都能勝任,一線戰(zhàn)斗機(jī)更加游刃有余?,F(xiàn)代對地攻擊不光要能掛炸彈、火箭彈,還要具有先進(jìn)的火控和貼地飛行系統(tǒng),在電子技術(shù)發(fā)達(dá)的今天,為戰(zhàn)斗機(jī)加裝這些系統(tǒng)相對容易。反過來說,戰(zhàn)斗轟炸機(jī)的飛行性能要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于戰(zhàn)斗機(jī),單靠先進(jìn)的電子系統(tǒng)和武器系統(tǒng)很難和真正的制空戰(zhàn)斗機(jī)對抗,對飛行性能大幅升級則受基本設(shè)計(jì)的局限而不大可能。這就好像“寶馬”容易改作家庭車使用,但“林肯”就很難改作運(yùn)動(dòng)車使用。

        美國曾經(jīng)嘗試過研制空空/空地兼優(yōu)的戰(zhàn)斗機(jī),這就是不幸的F-111。由于戰(zhàn)斗轟炸機(jī)和制空戰(zhàn)斗機(jī)設(shè)計(jì)要求的沖突,最后美國海軍退出,另起爐灶研制了F-14,美國空軍硬著頭皮繼續(xù)下去,最終研制出毀譽(yù)參半的F-111。戰(zhàn)斗轟炸機(jī)在設(shè)計(jì)的時(shí)候?qū)諔?zhàn)能力是有要求的,但通常是瞄準(zhǔn)對手的二線戰(zhàn)斗機(jī),或者在和一線戰(zhàn)斗機(jī)遭遇的時(shí)候有足夠的逃生能力,而不是壓制對手的一線戰(zhàn)斗機(jī)。這樣降低標(biāo)準(zhǔn)的要求對戰(zhàn)斗轟炸機(jī)“空地第一、空空第二”的基本定位是合理的。要使戰(zhàn)斗轟炸機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)就具有一線制空戰(zhàn)斗機(jī)的空戰(zhàn)能力,這好比在設(shè)計(jì)的時(shí)候就同時(shí)要求具有“林肯”的寬大、舒適和“寶馬”的操控和速度,即使技術(shù)上可能做到,成本上也無法承受。

        歷史是一本奇怪的書,不同的人會(huì)讀出不同的結(jié)論。F-35無疑是集歷史經(jīng)驗(yàn)之大成的作品,F(xiàn)-35能改寫戰(zhàn)斗轟炸機(jī)不宜改作制空戰(zhàn)斗機(jī)的常規(guī)嗎?這對以制空為主要作戰(zhàn)要求的盟國空軍有什么影響?這些都是值得關(guān)注的問題。

        美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的F/A-18是在航母上和美國海軍F/A-18混編的,VMFA意為海軍陸戰(zhàn)隊(duì)航母戰(zhàn)斗機(jī)中隊(duì)

        艱難的選擇

        美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的垂直起降型F-35B 在2008年6月11日首飛,美國海軍的彈射起飛型F-35C在2010年6月7日首飛,但2011年9月1日美國《航空周刊》報(bào)道,美國海軍部副部長羅伯特·沃克在7月間指令美國海軍和美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)(美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的軍購和其他后勤事宜由美國海軍代管),研究當(dāng)前戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)計(jì)劃的低成本候選問題,并研究中止F-35B或者F-35C的后果,不過同時(shí)中止F-35B和F-35C不在考慮范圍之內(nèi)。沃克需要調(diào)研數(shù)據(jù)為2013年預(yù)算作準(zhǔn)備。沃克還要求美國海軍和美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)高層研究把作戰(zhàn)中隊(duì)總數(shù)下降到40個(gè)以下的問題,現(xiàn)有的680架F-35B和F-35C(數(shù)量上兩者平分)是以40個(gè)中隊(duì)的需求來確定的。換句話說,沃克要求研究裁減美國海軍和美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)?wèi)?zhàn)斗機(jī)總數(shù)的問題。值得注意的是,沃克的靶子不僅是眾矢之的的F-35B,還包括F-35C。

        沃克指令美國海軍的采購主管肖恩·斯塔克利、美國海軍作戰(zhàn)部副部長(相當(dāng)于美國海軍副參謀長,后接替馬倫海軍上將升任海軍作戰(zhàn)部長)約納森·格林納特海軍上將、美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)副司令約瑟夫·鄧福德上將組織一個(gè)聯(lián)合工作組,提交在未來幾年里節(jié)約50億、75億和100億美元的三個(gè)方案,最終希望在節(jié)約軍購開支和維持作戰(zhàn)能力之間取得最理想的平衡。沃克規(guī)定報(bào)告在7月28日提交。有意思的是,在同一天,在美國海軍和美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的主要試驗(yàn)基地帕圖克森特河海軍航空兵基地,美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)高調(diào)舉行了一次F-35B的飛行表演,重申對F-35B的信心及其對美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的至關(guān)重要性,力圖取得政界和公眾對F-35B的支持。美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)是真的擔(dān)心了。

        F-35計(jì)劃最大的特色就是STOVL的F-35B。這不僅是美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)未來戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)體系的中堅(jiān),也是英國、意大利、西班牙、印度甚至日本、韓國等“鷂”式戰(zhàn)斗機(jī)用戶或者潛在用戶的希望所在。具有STOVL能力,作戰(zhàn)能力和常規(guī)起降的F-35A相當(dāng),可以部署在小型航母上,這些都是難以抵擋的誘惑。甚至像丹麥、荷蘭、比利時(shí)等小國也有可能成為F-35B的用戶。STOVL可以擺脫對大型空軍基地的依賴,這對小國空軍提高生存性的作用不言而喻。

        平甲板兩棲攻擊艦上的STOVL戰(zhàn)斗機(jī)才是海軍陸戰(zhàn)隊(duì)航空兵的根本,在“鷂”式之后,這個(gè)角色將由F-35B擔(dān)當(dāng)

        在馬島戰(zhàn)爭期間,曾在島上圣卡洛斯前沿部署過“鷂”式

        但隨著F-35B的研制和試飛不斷出現(xiàn)問題,F(xiàn)-35B的前景越來越暗淡。英國一度把F-35B的訂單轉(zhuǎn)成F-35C,意大利、西班牙等國也沉不住氣了。為了不讓日益縮小的F-35B生產(chǎn)規(guī)模影響其生存,美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)堅(jiān)決抵制任何可能危及F-35B的采購方案,不僅計(jì)劃用F-35B替換AV-8B,連原本部署在大甲板航母上的F/A-18經(jīng)典型也堅(jiān)持用F-35B取代,甚至對并不適合的電子戰(zhàn)任務(wù)也堅(jiān)持使用F-35B,而不用現(xiàn)成的專用電子戰(zhàn)飛機(jī)EA-18G(也稱F/A-18G)。

        美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的飛行中隊(duì)有一部分搭載在平甲板兩棲攻擊艦上,這些中隊(duì)只能使用具有STOVL能力的F-35B;但還有一部分裝備F/A-18經(jīng)典型的美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)飛行中隊(duì)和美國海軍的飛行中隊(duì)混合部署在大甲板航母上,在作戰(zhàn)中和美國海軍飛機(jī)混編出動(dòng)。美國海軍要求美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)把這部分F-35B改為F-35C,名義上是統(tǒng)一航母上的飛機(jī)型號,簡化后勤和作戰(zhàn),實(shí)際上也有借美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的訂購量擴(kuò)大艦載的F-35C的生產(chǎn)批量、降低單價(jià)的意思。不過美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)堅(jiān)決抵制,強(qiáng)調(diào)要在美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)內(nèi)部統(tǒng)一裝備,以便在航母和兩棲攻擊艦中隊(duì)之間靈活部署。兩家都有道理,也都不乏私心。

        但F-35B的單價(jià)高于F-35C(英國聲稱單位差價(jià)高達(dá)2500萬美元),航母上F-35B和F-35C混編的額外保障支出也很可觀。在沃克的強(qiáng)力干預(yù)下,美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)最終同意把420架全部F-35B的采購計(jì)劃改為80架F-35C和340架F-35B,F(xiàn)-35C的生產(chǎn)規(guī)模由此從260架增加到340架,再加上英國從F-35B“叛逃”到F-35C的138架,F(xiàn)-35C的生產(chǎn)規(guī)模增加了幾乎一倍,單價(jià)有望得到可觀的下降,大大降低美國海軍的預(yù)算壓力。盡管在英國國防開支大規(guī)模裁減后,幾乎沒人指望英國還會(huì)采購那么多F-35C,美國海軍依然在預(yù)算戰(zhàn)上“賺”了。

        不過沃克報(bào)告的刀鋒也是對準(zhǔn)F-35C的,F(xiàn)-35B和F-35C都有下馬的可能,而兩者都生存下來的可能性反而較小。如果下馬一個(gè)型號,后續(xù)的研發(fā)費(fèi)用可以節(jié)約下來;原定的生產(chǎn)份額轉(zhuǎn)向留下來的型號,可以擴(kuò)大后者的生產(chǎn)批量,降低單位成本;減少型號也有利于降低生產(chǎn)、部署和保障的成本。洛克希德·馬丁對沃克報(bào)告拒絕評論,F(xiàn)-35項(xiàng)目辦公室也不予置評。

        在沃克要求評估的F-35B和F-35C中,STOVL的F-35B型受到的“煎熬”最多,將被迫下馬的呼聲也最高。F-35B的超重使得機(jī)內(nèi)武器艙的載彈量縮水,就算不考慮航程,作戰(zhàn)能力也已經(jīng)不再和F-35A等同。英國放棄F-35B而轉(zhuǎn)向F-35C,原因之一就是F-35B的著陸重量不足。這也是F/A-18經(jīng)典型的老問題。艦載機(jī)的起落架本來為了吸收“受控墜毀”式的著陸已經(jīng)加強(qiáng),要增加著陸重量還需要進(jìn)一步加強(qiáng),重量代價(jià)太大。但著陸重量受限,使得返航的時(shí)候只能拋棄未用盡的彈藥,在昂貴的精確制導(dǎo)彈藥大量使用的今天,這實(shí)在太浪費(fèi)。F/A-18E/F和F-35C都著重解決這個(gè)問題,但F-35B受超重所困,只有犧牲了。

        駐阿富汗美軍6架AV-8B在塔利班的偷襲中被徹底毀壞,另有兩架嚴(yán)重?fù)p毀,顯示了特種部隊(duì)對前沿部署的威脅

        美國海軍有10艘兩棲攻擊艦,最新的LHA-6“美國”號索性放棄塢艙,完全依靠垂直攻擊,天然適合作為中型STOVL航母

        美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)對前線急造機(jī)場津津樂道,這是瓜島之戰(zhàn)以來的靠前空中火力支援的傳統(tǒng)。前線機(jī)場已經(jīng)超越了土跑道或者草坪跑道的時(shí)代了,現(xiàn)在采用速凝混凝土或者預(yù)制鋼板鋪設(shè)跑道。在STOVL模式下,F(xiàn)-35B熾熱的向下噴流有燒毀地面鋪裝的危險(xiǎn)。洛克希德·馬丁聲稱,F(xiàn)-35B對地面的要求和AV-8B基本等同,而且2010年初的試驗(yàn)已經(jīng)證明了這一點(diǎn)。但美國海軍工程部門認(rèn)為,F(xiàn)-35B的噴流溫度可達(dá)927攝氏度,比AV-8B高好幾百攝氏度。更糟的是,F(xiàn)-35B的噴流速度達(dá)到跨聲速,高溫噴流的沖刷足以在瞬間烤裂鋼筋混凝土地面,剝離的碎片將像爆炸中的彈片一樣四散,有50%的可能在第一次使用后就報(bào)廢。美國海軍要求使用100英尺×100英尺(約30米×30米)的特種防熱混凝土板塊作為急造機(jī)場的鋪面,必須一次澆注成型,用整根的粗大鋼筋在縱橫兩個(gè)方向上加強(qiáng),這就是和要求抗核攻擊的洲際導(dǎo)彈地下發(fā)射井井壁一樣的等級了。在艦上使用時(shí),也有甲板降溫問題,美國海軍研究辦公室正在研制兩棲攻擊艦用的甲板冷卻系統(tǒng),否則高熱即使不至于燒熔甲板,頻繁的劇烈熱脹冷縮也可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)疲勞乃至變形損壞。有意思的是,美國《航空周刊》屢次要求澄清洛克希德·馬丁和美國海軍之間的差異,洛克希德·馬丁堅(jiān)持自己的說法,美國海軍往F-35項(xiàng)目辦公室一推,F(xiàn)-35項(xiàng)目辦公室則默不作聲,不置可否。

        STOVL對美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)十分重要,這使得美國現(xiàn)有的10艘平甲板兩棲攻擊艦具有搭載固定翼戰(zhàn)斗機(jī)的能力,事實(shí)上成為戰(zhàn)斗力不弱的中型航母,而且是美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)“自己”的航母。STOVL也使得利用岸灘或者島礁上構(gòu)筑的急造機(jī)場為上陸的美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)提供滾動(dòng)前進(jìn)的近距空中火力支援成為可能??壳安渴鹨部梢蕴峁└嗟膽?zhàn)場實(shí)際留空時(shí)間,縮短應(yīng)召時(shí)間,美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)聲稱相當(dāng)于增加30%的急速出動(dòng)率和50%的持續(xù)出動(dòng)率。但在現(xiàn)代遠(yuǎn)程精確打擊火力日益發(fā)達(dá)的情況下,大口徑火箭增程炮彈、遠(yuǎn)程火箭炮、地地導(dǎo)彈都可以造成巨大的威脅。更大的威脅來自特種部隊(duì)攻擊。2012年9月14 日22時(shí),大約15名塔利班武裝分子偽裝成美軍人員,滲入位于阿富汗赫爾曼德省拉什卡加的聯(lián)軍基地,發(fā)動(dòng)偷襲,擊毀6架“鷂”式戰(zhàn)斗機(jī),嚴(yán)重?fù)p壞2架,另有3人喪生,包括美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)第211中隊(duì)的上校指揮官,使美國遭受自越南戰(zhàn)爭以來單一攻擊中最大的損失。塔利班武裝分子只有AK-47、火箭筒和自殺炸彈背心,如果這次攻擊由訓(xùn)練有素、裝備精良的專業(yè)特種部隊(duì)執(zhí)行,損失將更大。

        可靠的燃油、彈藥、維修支持更成問題。F-35B聲稱可以最多一天出動(dòng)4次,如果前線急造機(jī)場無法指望重型油罐卡車補(bǔ)給的話,在110千米的距離上,一架C-130J只能空運(yùn)夠3架次F-35B出動(dòng)的燃油,一架CH-53K的空運(yùn)量只夠兩次。要保證一個(gè)中隊(duì)的F-35B的正常出動(dòng),需要的空運(yùn)量幾乎是不可忍受的。

        實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)表明,前線急造機(jī)場的實(shí)用價(jià)值實(shí)際上很有限,美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)裝備AV-8B近30年,參加戰(zhàn)爭無數(shù),但從沒有在實(shí)戰(zhàn)中應(yīng)用過這一概念。僅有的陸上靠前部署也是利用現(xiàn)有機(jī)場的混凝土跑道。事實(shí)上,很難想象在沒有大甲板航母支援下,海軍陸戰(zhàn)隊(duì)航空兵依靠STOVL獨(dú)立遂行兩棲作戰(zhàn)的空中行動(dòng)。如果航母幾乎“總是”在兩棲作戰(zhàn)中可以依靠,STOVL能力就不再必需。

        但放棄前線急造機(jī)場的概念對美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)航空兵的存在構(gòu)成威脅,如果不能從平甲板兩棲攻擊艦上起落,那美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)航空兵實(shí)際上已經(jīng)失去獨(dú)立存在的意義了。這是美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)和國會(huì)里鐵桿支持者們所不能忍受的。另一方面,放棄STOVL的F-35B,美國海軍的10艘平甲板兩棲攻擊艦只能作為直升機(jī)航母使用,平白損失10艘本來具有不弱戰(zhàn)斗力的中型航母。美國海軍內(nèi)部正在爆發(fā)第二次航母大論戰(zhàn),論戰(zhàn)的焦點(diǎn)不再是低成本中型航母取代昂貴的巨型核動(dòng)力航母,而是兩者的某種組合。以核動(dòng)力航母為重量級的中堅(jiān),以中型航母為遍及世界各大海洋的觸角,相當(dāng)于航母世界的高低搭配。如果這一戰(zhàn)略得到采納,STOVL的F-35B就是低端的核心部分。不管從軍種政治來說,還是海軍戰(zhàn)略來說,F(xiàn)-35B下馬不得。

        F-35C進(jìn)度最慢,這是2012年4月18日的第一次雙機(jī)編隊(duì)飛行

        EA-18G在外觀上和F/A-18E相似,但這是保留了空戰(zhàn)能力的電子戰(zhàn)飛機(jī)

        EA-18G曾經(jīng)在很長時(shí)間里保持唯一在演習(xí)中“擊落”F-22的紀(jì)錄

        另一方面,F(xiàn)-35C并不是不可能下馬的。在通用動(dòng)力/麥道A-12“復(fù)仇者”和洛克希德NATF相繼下馬之后,美國海軍已經(jīng)沒有獨(dú)立的有人駕駛隱身作戰(zhàn)飛機(jī)計(jì)劃了,F(xiàn)-35C將是美國海軍在可預(yù)見的將來唯一的有人駕駛的隱身作戰(zhàn)飛機(jī)。F-35的空戰(zhàn)性能不足是一個(gè)公開的秘密,但這對美國海軍不是太大的問題,F(xiàn)-35C將主要承擔(dān)海上和對陸攻擊任務(wù),空戰(zhàn)將繼續(xù)由F/A-18E/F承擔(dān)。但是,F(xiàn)/A-18E/F擔(dān)任艦隊(duì)防空沒有問題,擔(dān)任攻勢制空就不及F-22有效,單靠自我護(hù)航的F-35C是否能砸開裝備蘇-30或者更先進(jìn)一級戰(zhàn)斗機(jī)的敵方防空大門,已經(jīng)不是很有把握的事了。

        和世界上很多國家不一樣,美國空軍和美國海軍一直擁有相互獨(dú)立的兩條戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)展路線。這固然有美國國力強(qiáng)盛、燒得起錢的因素,也和美國海軍航空兵的特殊性有關(guān)。在技術(shù)條件大體相當(dāng)?shù)那闆r下,陸基作戰(zhàn)飛機(jī)總是比艦載作戰(zhàn)飛機(jī)容易實(shí)現(xiàn)更尖端的航空科技。不說別的,艦載飛機(jī)為了彈射起飛和攔阻降落需要加強(qiáng)起落架和機(jī)體,增加重量,這就肯定要降低飛機(jī)的性能了。陸基飛機(jī)受跑道長度和起飛重量的影響較小,維修、出動(dòng)率、可靠性要求也可以有所放松,集結(jié)大機(jī)群也相對容易。美國海軍航空兵則不同,在大洋上飛行必須要求絕對可靠性,還必須用有限的飛機(jī)保證高出動(dòng)率和完整的獨(dú)立作戰(zhàn)能力。所以相對來說,美國海軍對接受一點(diǎn)性能損失沒有太大的心理障礙,對拓展飛行性能的絕對前沿沒有美國空軍那么依賴,但更加強(qiáng)調(diào)戰(zhàn)術(shù)、訓(xùn)練和武器系統(tǒng)的作用。在美國空軍全力研發(fā)隱身的F-22的時(shí)候,美國海軍悄悄地研發(fā)了半隱身的F/A-18E/F,這里面固然有時(shí)代的陰差陽錯(cuò),但也和美國海軍追求實(shí)戰(zhàn)中系統(tǒng)對抗的原則有關(guān)?;诿绹\妼ξ磥響?zhàn)爭性質(zhì)的評估,半隱身的F/A-18E/F夠用了。

        F/A-18E/F和傳統(tǒng)F/A-18貌合神離,實(shí)際上是完全不同的飛機(jī)。F/A-18E/F比傳統(tǒng)F/A-18要大一圈,起飛重量也要大約25%。冷戰(zhàn)結(jié)束后,美國海軍和麥克唐納聯(lián)手玩了一出瞞天過海的游戲,用傳統(tǒng)F/A-18的改進(jìn)型的名義,“騙取”美國國會(huì)同意研發(fā)事實(shí)上全新的F/A-18E/F。要是美國海軍和麥克唐納不耍滑頭的話,F(xiàn)/A-18E/F實(shí)在是應(yīng)該稱為F-24的,這是F-22和下馬的YF-23之后的第一個(gè)編號。不過F/A-18E/F不像F-22或者F-35,按時(shí)、按質(zhì)、按價(jià)完成了研發(fā),成為成本控制的典范。由于全新研制時(shí)預(yù)留了空間,F(xiàn)/A-18E/F的改進(jìn)余地很大,EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)不僅在電子戰(zhàn)能力上完全取代了EA-6B,還保留了足夠的空戰(zhàn)能力,曾經(jīng)長時(shí)間保持世界上唯一在實(shí)戰(zhàn)演習(xí)中“擊落”過F-22戰(zhàn)斗機(jī)的紀(jì)錄。多年使用下來,美國海軍對F/A-18E/F很是滿意,盟國中的澳大利亞也已經(jīng)訂購了F/A-18E/F。采用通用電氣F414EPE發(fā)動(dòng)機(jī)、隱身武器吊艙和升級航電的F/A-18E/F Block Ⅲ在實(shí)戰(zhàn)性能上更加逼近F-35C,但成本要低很多。

        F/A-18E/F定位于艦隊(duì)防空,雖然多用途的F/A-18E/F也適合于對地、對海攻擊,但其半隱身的局限使得突防攻擊的風(fēng)險(xiǎn)增大,這本來是F-35C的機(jī)會(huì),但人算不如天算,無人作戰(zhàn)飛機(jī)的異軍突起給F-35C的左肋插上一刀。

        在海灣戰(zhàn)爭中,無人機(jī)首次得到大規(guī)模使用。海灣戰(zhàn)爭后不久,掛載“地獄火”反坦克導(dǎo)彈或“毒刺”防空導(dǎo)彈的無人機(jī)就開始在實(shí)戰(zhàn)中露面,到伊拉克和阿富汗戰(zhàn)爭期間,武裝無人機(jī)已經(jīng)隨處可見。但這還是以偵察為主的無人機(jī)臨時(shí)掛載武器的時(shí)代。美國空軍和美國海軍不滿足于這些“業(yè)余”無人作戰(zhàn)飛機(jī),早已著手研制真正的無人作戰(zhàn)飛機(jī),其中美國空軍的X-45A和美國海軍的X-47B堪稱典型。

        這兩種無人作戰(zhàn)飛機(jī)都是噴氣式的。X-47B更大,也更加成熟,按照設(shè)計(jì)具有在航母上自主起飛、著陸能力,能自主編隊(duì)飛行,能自主完成攻擊和自衛(wèi)的基本戰(zhàn)術(shù)動(dòng)作。X-47B的機(jī)內(nèi)武器艙可以掛載2000千克的武器,不過這是研究機(jī),沒有完整的火控系統(tǒng),機(jī)內(nèi)武器艙只是概念驗(yàn)證用的。這些無人作戰(zhàn)飛機(jī)采用高度隱身的飛翼設(shè)計(jì),高亞聲速飛行,最大起飛重量達(dá)到16~20噸,X-47C則更大,將能夠掛載4500千克武器,航程超過3000千米,基本達(dá)到實(shí)戰(zhàn)級無人作戰(zhàn)飛機(jī)的水平。

        X-47B像縮小版的B-2

        X-47C更大,將在航母甲板上和常規(guī)艦載戰(zhàn)斗機(jī)混編

        無人作戰(zhàn)飛機(jī)用于空戰(zhàn)在近期還面臨很多困難,但無人作戰(zhàn)飛機(jī)用于對地對海攻擊就比較容易實(shí)現(xiàn)。無人作戰(zhàn)飛機(jī)的彈射起飛、攔阻索著陸、空中編隊(duì)飛行、對空對地的基本和高級戰(zhàn)術(shù)動(dòng)作,這些都不是輕而易舉的技術(shù),但也都沒有不可逾越的難關(guān)。在可預(yù)見的將來,無人作戰(zhàn)飛機(jī)的實(shí)戰(zhàn)效能還很難超過有人作戰(zhàn)飛機(jī),無人作戰(zhàn)飛機(jī)的人工智能在本質(zhì)上無法超過人類智能。但無人作戰(zhàn)飛機(jī)和有人作戰(zhàn)飛機(jī)組網(wǎng)作戰(zhàn),將使空中力量的運(yùn)用達(dá)到新的境界。

        美國海軍對艦載無人作戰(zhàn)飛機(jī)的概念特別關(guān)注,2012年已經(jīng)在“杜魯門”號航母上進(jìn)行了適配和甲板操作試驗(yàn),2013年開始在“艾森豪威爾”號航母上進(jìn)行實(shí)用條件下的混編試驗(yàn),有可能于2020年就投入實(shí)戰(zhàn)使用。這似乎一反技術(shù)上保守的傳統(tǒng),但這是有原因的。無人機(jī)具有留空時(shí)間長、航程遠(yuǎn)、隱身性好的特點(diǎn),但不需要飛行員這一特點(diǎn)對于美國海軍更有吸引力。避免飛行員傷亡的政治影響當(dāng)然是一個(gè)因素,但美國海軍有更加實(shí)際的考慮。

        都說飛行員是用和身體重量相當(dāng)?shù)狞S金訓(xùn)練出來的,這或許有點(diǎn)夸張,但飛行員的訓(xùn)練和使用十分昂貴這一點(diǎn)是不爭的事實(shí)。以經(jīng)典型F/A-18戰(zhàn)斗機(jī)平均1.9萬美元/時(shí)的飛行費(fèi)用計(jì)算,有1000小時(shí)飛行經(jīng)驗(yàn)的飛行員僅飛行時(shí)間就耗資1900萬美元,老資格的飛行員飛行時(shí)間動(dòng)輒2000~3000小時(shí),耗資就更高了。艦載飛行員的訓(xùn)練要求比陸基飛行員更高,不光要掌握常規(guī)的飛行技能,還要掌握航母起飛和著陸所需要的特殊技能。航母雖大,但在汪洋大海之中依然只是一葉扁舟。航母上彈射起飛相對容易,只需要在飛機(jī)離艦的瞬間及時(shí)接過飛行控制,轉(zhuǎn)入爬升。著陸的要求則要高很多,高下沉率的下滑接近沒有陸基飛機(jī)著陸接地前的飄飛階段,下滑航線沒有糾錯(cuò)的余地,簡直就是受控墜毀,要求高度精確地接地并準(zhǔn)確掛上攔阻索。為了保證有足夠動(dòng)力可以復(fù)飛拉起,發(fā)動(dòng)機(jī)推力在接地時(shí)推到最大,直到確認(rèn)掛上攔阻索才猛收油門。這一切不僅要求高度熟練和精確的操作,還要求良好的心理素質(zhì)。和陸基飛行員以飛行小時(shí)衡量飛行資格不同的是,艦載飛行員以起飛、著陸次數(shù)作為飛行資格的衡量標(biāo)準(zhǔn),1000次航母起落的意義遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于1000飛行小時(shí)。無人作戰(zhàn)飛機(jī)不需要飛行員,自然節(jié)省了艦載飛行員的訓(xùn)練時(shí)間和經(jīng)費(fèi),一方面省卻了新飛行員的入門訓(xùn)練,另一方面省卻了老飛行員保持飛行技能的經(jīng)常性訓(xùn)練。這不僅節(jié)約了訓(xùn)練設(shè)施,也節(jié)約了飛機(jī)的飛行小時(shí)數(shù)和相關(guān)的燃油、維修、折舊費(fèi)用,這對美國海軍十分重要。

        另一個(gè)考慮是飛行員的營救。飛行員在戰(zhàn)損或者機(jī)械故障后棄機(jī)跳傘,航母必須組織營救。即使是正常起飛、著陸,也要有搜救直升機(jī)在航母旁的空中待命,起飛、著陸時(shí)是事故高發(fā)階段。這不僅是保護(hù)對飛行員的投資,也是保障飛行員士氣的重要措施。但航母上本來載機(jī)數(shù)量就有限,要在機(jī)庫和甲板空間分出搜救力量的部署空間,加上專業(yè)搜救人員和飛行員的訓(xùn)練,更是加重了負(fù)擔(dān)。無人作戰(zhàn)飛機(jī)自然沒有了這樣的需求。

        即使從甲板周轉(zhuǎn)時(shí)間來說,無人作戰(zhàn)飛機(jī)不需要充氧。F-22用機(jī)載制氧系統(tǒng)避免了這個(gè)問題,但機(jī)載制氧系統(tǒng)帶來了新的問題,致使F-22停飛5個(gè)月。后來F-22復(fù)飛了,但問題始終沒有得到徹底解決,原因始終沒有確認(rèn)。無人作戰(zhàn)飛機(jī)則沒有這樣的問題。

        在作戰(zhàn)上,只要有足夠的燃油,無人作戰(zhàn)飛機(jī)實(shí)際上可以無限制地停留在戰(zhàn)區(qū)上空,這對打擊突發(fā)目標(biāo)的低烈度作戰(zhàn)特別有用。長時(shí)間保持監(jiān)視和待命,一有目標(biāo)出現(xiàn)及時(shí)發(fā)動(dòng)就近打擊,避免了遠(yuǎn)程調(diào)動(dòng)在往返路途上浪費(fèi)時(shí)間、丟失戰(zhàn)機(jī)。即使在高烈度作戰(zhàn)中,高度隱身的無人作戰(zhàn)飛機(jī)也有很多應(yīng)用空間,可以隱蔽待機(jī),從意想不到的時(shí)間和方向突然攻擊。對于作戰(zhàn)半徑2500海里的無人作戰(zhàn)飛機(jī)來說,以離岸500海里的航母為基地,可以在中國整個(gè)東南沿海一直到東三省東部保持7小時(shí)的留空時(shí)間;即使到太原、西安、成都一線,依然可以保持近5小時(shí)的留空時(shí)間。如果只要求2小時(shí)留空時(shí)間,則作戰(zhàn)半徑可以覆蓋中國全境,連喀納斯的湖怪也不能幸免。

        F-35C右肋上的一刀來自自己。美國海軍的數(shù)據(jù)表明,F(xiàn)-35C的每小時(shí)飛行費(fèi)用比F/A-18C高63%,比F/A-18E也要高很多。F-35C在空戰(zhàn)和不需要隱身的對地攻擊時(shí)不比F/A-18E優(yōu)越,在需要隱身的對地攻擊時(shí)不比無人作戰(zhàn)飛機(jī)優(yōu)越,但F-35C的離地單價(jià)幾乎比F/A-18E高一倍,這還是根據(jù)3162架總產(chǎn)量的估算,其中至少23%是來自國外訂貨??紤]到F-35計(jì)劃的一再推遲、高昂的價(jià)格和世界性的經(jīng)濟(jì)危機(jī),這3162架估計(jì)訂貨最終能落實(shí)多少很難說,所以F-35C的單價(jià)可能還會(huì)繼續(xù)上漲,難怪美國海軍對F-35C不大熱心。

        美國海軍還有一個(gè)更迫切的問題。早期的F/A-18A/B已經(jīng)全部退出一線,大部分進(jìn)入封存、拆解,少量留在訓(xùn)練和研究中心繼續(xù)使用。F/A-18C/D的使用年限也快到了,海灣戰(zhàn)爭后美國連年征戰(zhàn),加速了機(jī)體的老化。為了均勻機(jī)隊(duì)的剩余壽命,美國海軍指令航母聯(lián)隊(duì)的指揮官,盡量把壽命快到期的老F/A-18C/D派往執(zhí)行不需要掛載很重或者不需要激烈機(jī)動(dòng)的溫和任務(wù),維持可出動(dòng)F/A-18的數(shù)量,避免缺口。為了保證基本的艦載戰(zhàn)斗機(jī)規(guī)模,美國海軍在2011年追加了22架F/A-18E/F的訂貨,耗資19億美元;在2012年的預(yù)算中,追加28架,耗資26億美元,都包括備件和技術(shù)支持。部分追加飛機(jī)的資金來自美國國防部從F-35C計(jì)劃中砍下來的120億美元,這原本是用于額外的F-35測試和研發(fā),看來也用于擦屁股。美國海軍的F/A-18C/D平均出動(dòng)量為330小時(shí)/年,考慮到F/A-18E/F高達(dá)1萬小時(shí)的壽命,這大約相當(dāng)于30年的使用壽命,追加的F/A-18E/F不可避免地?cái)D占了F-35C的采購空間。

        另外,F(xiàn)-35C是單發(fā)。雖然現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性大幅提高,這也是美國海軍同意采用單發(fā)的F-35C的原因,但美國海軍在心理上總是對單發(fā)戰(zhàn)斗機(jī)有抵觸。在茫茫大海上,如果發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障,只有跳海逃生。洶涌的大海不僅有波浪,還有鯊魚、海流,落水飛行員的環(huán)境比陸地上要更加兇險(xiǎn)。F-35C是最晚首飛的,進(jìn)度也最遲,還有很多試飛項(xiàng)目沒有開始。相對來說,F(xiàn)-35B原定首先達(dá)到IOC,所以試飛已經(jīng)很深入。說到試飛,試飛中發(fā)現(xiàn)的F-35C尾鉤問題可能成為F-35C駱駝背上最后一塊大石頭,可能足以把駱駝壓趴下。如果尾鉤形狀修改不足以解決可靠掛鉤問題的話,可能需要考慮伸縮式尾鉤或者重新設(shè)計(jì)后機(jī)身,兩者都有難以預(yù)計(jì)的成本、重量和可靠性難題。

        如果F-35C下馬,美國海軍將失去近期內(nèi)唯一可能獲得的隱身戰(zhàn)斗機(jī)。但美國海軍沒有美國空軍那樣強(qiáng)烈的隱身情結(jié),對半隱身的F/A-18E/F反而很滿意。F/A-18E/F本來是過渡性的,但一來機(jī)體和系統(tǒng)很新,新生產(chǎn)的F/A-18E/F已經(jīng)采用AESA雷達(dá),在很長時(shí)間里都沒有剩余壽命問題;二來這個(gè)“輕型”戰(zhàn)斗機(jī)實(shí)際上起飛重量已經(jīng)相當(dāng)于F-15C,一點(diǎn)也不輕;三來升級潛力也很大。F/A-18E/F Block Ⅲ除隱身外所有性能全面逼近F-35C,局部性能甚至超過,使美國海軍的選擇余地大大增加。

        相比之下,美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)AV-8B的機(jī)體壽命快到期了,退役后就全指望F-35B了,否則美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)航空兵的存在價(jià)值都有問題。美國空軍F-15、F-16、A-10退役后,全指望著F-35A了,所以也是不可或缺的。由于指導(dǎo)思想上的差異和現(xiàn)有裝備的狀態(tài),美國海軍對F-35其實(shí)是三軍中最不起勁的。從美國海軍的角度出發(fā),近期的撥款重點(diǎn)其實(shí)不是飛機(jī),而是軍艦。大批主力戰(zhàn)艦還是里根時(shí)代建造的,已經(jīng)到了壽命后期,加速建造新艦,恢復(fù)艦隊(duì)規(guī)模,這是當(dāng)務(wù)之急。如果昂貴的F-35C被砍掉,可以用單價(jià)相對較低的F/A-18E/F替代,并輔以X-47那樣的無人作戰(zhàn)飛機(jī),這未必不是一個(gè)暗度陳倉的好辦法。

        既然F-35B和F-35C同時(shí)下馬不在考慮之列,那F-35C下馬,F(xiàn)-35B會(huì)保留下來,在國會(huì)里的鐵桿美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)支持者那里容易過關(guān),美國海軍也省下力氣向國會(huì)解釋為什么不采購F-35C而采購F/A-18E/F。

        如果F-35C下馬,美國海軍可以“慷慨”地把自己的份額轉(zhuǎn)讓一部分給美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì),其余的用F/A-18E/F補(bǔ)足。這樣,F(xiàn)-35B的生產(chǎn)批量增加,單價(jià)可以有所下降。不過F-35A和F-35B的總生產(chǎn)量有所下降,對單價(jià)的最后影響可能扯平。F/A-18E/F的單價(jià)大大低于F-35的任一型號,美國海軍也可以在軍費(fèi)日益緊張的情況下節(jié)省寶貴的經(jīng)費(fèi),用于更加緊迫的造艦計(jì)劃。平甲板兩棲攻擊艦依然可以作為中型航母使用,F(xiàn)-35B和F/A-18E/F在大甲板航母上也可以和平共處,航母上的F-35B中隊(duì)全部移交給美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì),美國海軍集中于F/A-18E/F。事實(shí)上,在JSF計(jì)劃早期,曾經(jīng)有提議放棄彈射起飛型,全部用STOVL型?;芷痫w可以增加載彈和航程,但垂直降落不僅大大簡化飛行員訓(xùn)練,還有利于讓出專用于降落的斜跑道,增加整體出動(dòng)率。

        有意思的是,沃克確實(shí)要求軍方仔細(xì)研究升級版F/A-18E/F和F-35B/C之間的差別,暗示了把F-35C訂單轉(zhuǎn)為F/A-18E/F的可能性。沃克報(bào)告最后沒有公布內(nèi)容,這也只是一個(gè)調(diào)研報(bào)告,并不一定就直接成為政策,但美國海軍的這一動(dòng)作很引人關(guān)注。即使在2011年8月的美國國債違約危機(jī)的最后一分鐘,新任國防部長帕內(nèi)塔和美軍高層也拒絕就一旦違約做出應(yīng)變軍購計(jì)劃。在這樣的政治游戲中,制定應(yīng)變計(jì)劃就意味著后退是一種現(xiàn)實(shí)的可能性。沃克不同尋常的姿態(tài)表明,在F-35的采購計(jì)劃上,后退已經(jīng)成為一種現(xiàn)實(shí)可能性,所有選擇都在桌面上,包括部分型號下馬和裁減采購總數(shù),盡管三軍高層都賭咒發(fā)誓絕對不能有這樣的事情。美國國會(huì)中代表軍工利益的議員也開始施加壓力,要國防部明白無誤地支持F-35,而阻止波音F/A-18E/F攪局。美國國防部負(fù)責(zé)軍購的主管阿希頓·卡特被提名擔(dān)任國防部副部長,需要國會(huì)通過。洛克希德·馬丁在得克薩斯州沃斯堡組裝F-35,洛克希德·馬丁的另一個(gè)主要生產(chǎn)基地喬治亞州瑪麗埃塔也參加F-35主要部件的生產(chǎn),得克薩斯參議員約翰·考爾寧和喬治亞州參議員薩克斯比·錢布里斯特別反對增加F/A-18E/F的采購而裁減F-35C,威脅要阻止阿希頓·卡特的任命,除非他明確支持F-35計(jì)劃,其中的奧妙可謂“司馬昭之心,路人皆知”。

        美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)和英國曾要求F-35不大于F/A-18C,但F-35的重量最后比F/A-18C增加50%

        如果重起爐灶

        戰(zhàn)斗機(jī)設(shè)計(jì)重起爐灶是有先例的。F-111B是F-111的海軍型,定位為艦隊(duì)防空用的戰(zhàn)斗機(jī),但重量一升再升,性能一降再降,最后美國海軍退出了,另起爐灶設(shè)計(jì)了F-14,不僅基本氣動(dòng)外形為艦隊(duì)防空優(yōu)化,重量也降低了一些。和F-111B一樣,F(xiàn)-35最大的敵人就是重量。美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)和英國在研制之初,就堅(jiān)持JSF的重量應(yīng)該和F/A-18C相當(dāng)。但是隱身和STOVL的要求像生長激素一樣,把F-35“吹成一個(gè)胖子”。F-35的重量最后比F/A-18C增加50%,把美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)和英國的想法不屑地?fù)艿揭贿吶チ恕T贔-35深陷囹圄的今天,人們不免產(chǎn)生疑問,以美國航空科技的實(shí)力,洛克希德·馬丁怎么會(huì)走到這一步?但是事實(shí)上,如果隱身和STOVL的要求不變的話,F(xiàn)-35是現(xiàn)代技術(shù)條件下最好的結(jié)果,重起爐灶只能重走一遍老路。

        在飛機(jī)總體設(shè)計(jì)中,重量是個(gè)綱,綱舉目張。合理分配機(jī)體、發(fā)動(dòng)機(jī)、電子系統(tǒng)和武器、機(jī)內(nèi)燃油的重量比例,這是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。但有的比例是可以浮動(dòng)的,比如機(jī)內(nèi)燃油,比例高了,航程就大,比例低了,航程就可能不足,但這畢竟是可以浮動(dòng)的。有的比例就無法大幅變動(dòng),比如機(jī)體重量的比例,這是水漲船高的,飛機(jī)更大,機(jī)體也就更重。在一定的技術(shù)條件和性能要求下,機(jī)體重量的比例實(shí)際上是不怎么可調(diào)的。還有的比例受到給定的系統(tǒng)重量的限制,比如必要的空戰(zhàn)武器的基本重量是固定的,必須掛載至少兩枚導(dǎo)彈,那就是兩枚導(dǎo)彈的重量,有2.3枚導(dǎo)彈的重量容限沒有用,只有1.8枚導(dǎo)彈重量的容限則不管用。比例確定后,從給定系統(tǒng)的重量就可以反推正常起飛重量,然后就可以確定推重比、發(fā)動(dòng)機(jī)推力等要求。如果給定的是武器和電子系統(tǒng)的重量,武器和電子系統(tǒng)重量的比例就是最重要的控制總重的手段;也可以給定發(fā)動(dòng)機(jī)的重量,從發(fā)動(dòng)機(jī)的重量比例控制正常起飛重量。如果F-35要重起爐灶,就必須在重量比例之間下手。

        在“總體設(shè)計(jì)選擇”方面,F(xiàn)-35A的機(jī)體重量比例定位在40%,但機(jī)內(nèi)燃油重量比例為35.5%,武器和電子系統(tǒng)重量的比例為15%。如果把重起爐灶版的F-35A的武器和電子系統(tǒng)重量的比例提高到20%,就可以把機(jī)內(nèi)燃油的重量比例降低到30%,對于空軍型來說航程夠用了。依然假定電子系統(tǒng)和基本空戰(zhàn)武器的重量分別定位在2600千克和780千克,這樣可以把正常起飛重量降低到16900千克。根據(jù)歷史數(shù)據(jù),戰(zhàn)斗機(jī)最大起飛重量一般在正常起飛重量的1.3~1.4倍,取1.35倍的平均數(shù)的話,最大起飛重量降低到22815千克,基本上和F/A-18C相當(dāng)。而推力達(dá)到191千牛的發(fā)動(dòng)機(jī)可以使戰(zhàn)斗機(jī)的加力推重比達(dá)到1.16,軍推推重比也達(dá)到0.75,完全可以達(dá)到超巡和高機(jī)動(dòng)的要求。這樣是不是可以避開F-35增重的陷阱呢?這實(shí)際上是不可行的,因?yàn)镕-35B需要加裝1215千克重的升力風(fēng)扇,加上三段式轉(zhuǎn)向噴口和其他STOVL相關(guān)系統(tǒng),動(dòng)力系統(tǒng)增重將近一倍,如果保持相同的加力推重比和軍推推重比的話,STOVL版的機(jī)內(nèi)燃油重量比例將下降到可憐的23%,滿載起飛的話,一離開跑道就要開始考慮返航了。

        STOVL的F-35B要回到F/A-18C的重量級,唯一選擇是放棄隱身。對于美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)來說,艦隊(duì)防空和前沿空地打擊是主要任務(wù),隱身相對不那么重要,放棄是可以接受的。對于英國皇家海軍來說,這畢竟是整個(gè)英國軍事力量里唯一的隱身飛機(jī),放棄隱身比較難以接受,但是若代價(jià)是現(xiàn)在這樣的F-35,或許這也是一個(gè)退而求其次的選擇。放棄隱身的話,可以回到外掛武器的傳統(tǒng),機(jī)體可以大大縮小。由于STOVL的要求,發(fā)動(dòng)機(jī)還是只能采用一臺,但單發(fā)可以使機(jī)體重量的比例有所下降,只是升力風(fēng)扇依然要占用一定的機(jī)體,平衡下來,可以取機(jī)體重量的比例為40%。電子系統(tǒng)和基本空戰(zhàn)武器的重量依然分別定位在2600千克和780千克,機(jī)內(nèi)燃油重量比例下降到30%,而武器和電子系統(tǒng)的重量比例上升到20%,這樣可以把正常起飛重量降低到16900千克,最大起飛重量降低到22815千克,基本上和F/A-18C相當(dāng)。而推力達(dá)到191千牛的發(fā)動(dòng)機(jī)可以使戰(zhàn)斗機(jī)的加力推重比達(dá)到1.16,軍推推重比也達(dá)到0.75,完全可以達(dá)到超巡的要求。當(dāng)然,推力不是超巡的唯一決定因素,STOVL所帶來的氣動(dòng)阻力和F135發(fā)動(dòng)機(jī)較大直徑的風(fēng)扇可能使得超巡實(shí)際上不現(xiàn)實(shí),但更高的推重比肯定對提高機(jī)動(dòng)性有好處。1.16的加力推重比和F/A-18C相當(dāng),而0.75的軍推推重比甚至高于F/A-18C,兩者都高于F/A-18E。這樣的一架STOVL戰(zhàn)斗機(jī)除了缺乏機(jī)內(nèi)武器艙帶來的隱身性能外,在一般飛行性能上和F/A-18C相當(dāng)。如果采用保形的半埋掛架和F/A-18E那樣的機(jī)體半隱身修形的話,可以具有不錯(cuò)的實(shí)戰(zhàn)性能。

        把STOVL和CTOL、CATOBAR脫鉤,也給STOVL帶來了新的設(shè)計(jì)自由度。洛克希德·馬丁JAST一直是采用升力風(fēng)扇的,但最初方案不是現(xiàn)在的常規(guī)布局,而是鴨式布局。除了夭折的洛克韋爾FV-12,這是一個(gè)美國戰(zhàn)斗機(jī)中從未采用過的布局,但鴨式布局對升力風(fēng)扇有特殊的好處。超聲速飛行最大的障礙是跨聲速阻力,飛機(jī)在穿越聲障的時(shí)候,阻力急劇增加。使機(jī)身截面積從頭至尾均勻變化,這是使跨聲速阻力最小化的唯一途徑,這就是跨聲速面積律,由NASA氣動(dòng)物理學(xué)家理查德·惠特康姆在1952年發(fā)現(xiàn)。跨聲速面積律考慮的橫截面積包括機(jī)體和機(jī)翼。由于傳統(tǒng)飛機(jī)的機(jī)翼通常在中機(jī)身,機(jī)身橫截面積在中機(jī)身段急劇增加,不容易滿足面積律,在20世紀(jì)50年代中后期,戰(zhàn)斗機(jī)經(jīng)常采用蜂腰設(shè)計(jì),使得中機(jī)身段橫截面積更加均勻過渡,這就是所謂的面積律修形。鴨式布局的大三角翼比較靠后,使得橫截面積容易均勻過渡。盡管機(jī)翼后緣位置接近機(jī)尾,但機(jī)翼后緣厚度很薄,實(shí)際截面積不大,有助于橫截面積向機(jī)尾逐漸收縮。對于洛克希德·馬丁來說,升力風(fēng)扇使得中機(jī)身十分肥大,傳動(dòng)軸使得機(jī)內(nèi)中線武器艙不可能實(shí)現(xiàn),只有在中機(jī)身兩側(cè)分別設(shè)立機(jī)內(nèi)武器艙,不僅容積利用率較低,而且進(jìn)一步增加了中機(jī)身段的橫截面積。如果采用鴨式布局,雖然不能解決中線武器艙的問題,但至少可以把主機(jī)翼向后移動(dòng),避免兩側(cè)武器艙、升力風(fēng)扇和機(jī)翼爭奪中段截面積的問題,有助于面積律修形,降低跨聲速阻力。鴨式布局還有降低配平阻力、提高敏捷性的優(yōu)點(diǎn),所以歐洲3代半戰(zhàn)斗機(jī)都采用鴨式布局,如歐洲“臺風(fēng)”、法國“陣風(fēng)”和瑞典“鷹獅”。但三軍通用的要求使得鴨式布局不再合適,航母上起飛必須借助大面積的襟翼增升,鴨翼一般面積不能太大,不足以抵消大三角翼襟翼完全放下后的低頭力矩,所以鴨式飛機(jī)在起飛時(shí)很少能借助襟翼的增升作用,這是航母上使用時(shí)不可接受的。大三角翼也不利于折疊,又是一個(gè)不利于航母使用的缺點(diǎn)。波音X-32在一定程度上就是由于航母適應(yīng)性問題而落選的。洛克希德·馬丁最后回到了傳統(tǒng)布局,但這不是傳說中的“讓鴨翼安裝在敵人的飛機(jī)上”的緣故,而是JSF特定要求使然,但代價(jià)是中機(jī)身相對肥大,不符合面積律分布的要求,造成較大的跨聲速阻力,使本來就不充裕的推力更加顯得不足,最大速度僅勉強(qiáng)達(dá)到馬赫數(shù)1.6,還遇到嚴(yán)重的跨聲速加速性問題。

        如果把STOVL和CTOL、CATOBAR脫鉤,氣動(dòng)布局的設(shè)計(jì)自由度就大,洛克希德·馬丁最初的JAST方案就是鴨式的

        如果保持單發(fā)和隱身要求但放棄STOVL,這就容易滿足美國空軍的要求。機(jī)體重量的比例依然可以定位在40%,同樣的設(shè)計(jì)參數(shù)依然適用。不用升力風(fēng)扇的話,氣動(dòng)設(shè)計(jì)自由度大增,在兩側(cè)進(jìn)氣道之間設(shè)計(jì)集中的單一中線武器艙就成為可能。單一的大型武器艙容易提高容積利用率,也容易容納大型武器,還避免使得中機(jī)身過分肥大。中機(jī)身減肥后,就達(dá)到足夠低的阻力,加上充裕的推重比,實(shí)現(xiàn)超巡也很有可能?;練鈩?dòng)布局方面,鴨式依然是一個(gè)選項(xiàng),但美國空軍對鴨式?jīng)]有感情,美國海軍的要求更加使得鴨式不適合,應(yīng)該還是傳統(tǒng)布局更加合理,最后結(jié)果就是和現(xiàn)在的樣子很接近,但要瘦削很多。

        如果放棄STOVL要求,雙發(fā)也變成了可能的選項(xiàng),設(shè)計(jì)上的選擇余地就更大了。各部分重量比例不變的話,發(fā)動(dòng)機(jī)推力可以由兩臺分擔(dān),采用現(xiàn)成的F414就夠用了,研發(fā)和采購費(fèi)用大為降低。如果容許選用F414EPE的話,推力增加20%,達(dá)到120千牛級單臺推力,設(shè)計(jì)選擇余地就更大。即使把機(jī)體重量的比例像F-22那樣上調(diào)到45%,保留武器和電子系統(tǒng)15%的重量比例,以及2600千克電子系統(tǒng)加780千克的基本空戰(zhàn)武器,那么正常起飛重量容許上升到22500千克,最大起飛重量達(dá)到30400千克,基本和F/A-18E相當(dāng),但240千牛的總推力依然可以保證1.1的加力推重比和0.7的軍推推重比。唯一損失的是機(jī)內(nèi)燃油重量比例,只有30%,但依然和F-22相當(dāng)。這樣的“雙發(fā)F-35”可以真正成為降級版F-22,因?yàn)镕-22的基本空戰(zhàn)武器重量達(dá)到1400千克,火力還是兩倍于“雙發(fā)F-35”。具有隱身、超巡、超機(jī)動(dòng)的“雙發(fā)F-35”除了在航程方面不及F-35A外,空戰(zhàn)能力是現(xiàn)在的F-35所無法比擬的,不僅可以彌補(bǔ)F-22數(shù)量不足的問題,也可以勝任盟國的空戰(zhàn)主力重任。采用單一中線武器艙可以提高容積利用率,有利于多帶武器或者攜帶大型武器,對于對地攻擊也是有利的。如果能通過航空技術(shù)的改進(jìn)而降低機(jī)體重量的比例,機(jī)內(nèi)燃油就可以大幅增加,比如機(jī)體重量比例降低到40%,機(jī)內(nèi)燃油的重量比例就可以增加到35%,但這可能過于樂觀了。

        雙發(fā)對美國海軍也更加合適,美國海軍是不得已才接受單發(fā)的F-35C的?!半p發(fā)F-35”如果主要用于艦隊(duì)防空的話,對地攻擊則可以由X-47B那樣的無人作戰(zhàn)飛機(jī)執(zhí)行。這本來就是美國海軍的打算,F(xiàn)-35C不一定能勝任自我護(hù)航,用于單獨(dú)攻擊高威脅性目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)太大,而缺乏隱身的F/A-18E為隱身的F-35C護(hù)航是不現(xiàn)實(shí)的。

        如果放棄STOVL并采用雙發(fā)中推,或許就是這個(gè)樣子,這是日本ATD方案,意為先進(jìn)技術(shù)驗(yàn)證機(jī),也稱“心神”

        雙發(fā)中推的F-35也可能是這個(gè)樣子,殊途同歸

        但是,對于美國空軍來說,由于攻勢空軍的定位,需要的是具有良好(但不一定優(yōu)秀)空戰(zhàn)能力的戰(zhàn)斗轟炸機(jī)。對此美國空軍也可以像美國海軍一樣,由無人作戰(zhàn)飛機(jī)擔(dān)任對地縱深打擊任務(wù)。近程的直接空中火力支援交由美國陸軍控制的攜帶空地導(dǎo)彈和制導(dǎo)炸彈的“捕食者C”,或者使用GPS制導(dǎo)火箭彈的MLRS遠(yuǎn)程火箭炮,后者在阿富汗被譽(yù)為“70千米射程的狙擊槍”,精度、威力和反應(yīng)速度深得贊賞。不管美國空軍是不是愿意,美國陸軍的無人機(jī)隊(duì)規(guī)模已經(jīng)超過美國空軍的固定翼飛機(jī),正在蠶食美國空軍在戰(zhàn)術(shù)偵察、炮兵觀察、直接空中火力支援、通信中繼等方面的作用。美國空軍專注于戰(zhàn)場制空、縱深打擊和戰(zhàn)略攻擊或許有利于避開內(nèi)耗,專注于空軍的專長。

        不過這樣的“雙發(fā)F-35”注定不會(huì)獲得準(zhǔn)生證。F-35不僅是一個(gè)單純的航空技術(shù)項(xiàng)目,更是一個(gè)軍種政治項(xiàng)目。F-35有四個(gè)最大的特點(diǎn):

        ● 三軍通用

        ● 采用成熟技術(shù)

        ● 通過概念演示確認(rèn)技術(shù)路線

        ● 在設(shè)計(jì)中采用成本和性能互動(dòng)的原則

        “雙發(fā)F-35”屬于成熟技術(shù),可以在設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)成本和性能的互動(dòng),由于有F-22的先例,實(shí)際上無需概念演示就可以確定技術(shù)路線,但無法三軍通用?!皢伟l(fā)STOVL非隱身F-35”已經(jīng)通過JSF概念演示,成本-性能互動(dòng)在原則上也沒有問題,不需要隱身則確保了非STOVL部分的技術(shù)成熟,但同樣卡在不能三軍通用的關(guān)口上。即使美國海軍同意和美國空軍共同研發(fā),除非美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)可以放棄STOVL的要求,否則研發(fā)“雙發(fā)F-35”必須并行研發(fā)“單發(fā)STOVL非隱身F-35”。在國防經(jīng)費(fèi)緊張的21世紀(jì),這是在美國國會(huì)和美國公眾那里很難過關(guān)的。

        F-35盡管號稱三軍高度通用,但由于F-35A、F-35B和F-35C之間巨大的差別,這實(shí)際上是三種貌合神離的戰(zhàn)斗機(jī),最后本質(zhì)上是三個(gè)平行的子項(xiàng)目,有三條平行的進(jìn)度線,需要三套獨(dú)立的試飛和認(rèn)證進(jìn)程。機(jī)體、發(fā)動(dòng)機(jī)、飛控的細(xì)節(jié)差別決定了大部分和機(jī)體、飛行、發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的測試科目不能三者共用,只有武器系統(tǒng)部分的測試可以共用。最大的問題在于通用性原則框死了設(shè)計(jì)自由度,增加了不必要的技術(shù)妥協(xié),最后導(dǎo)致項(xiàng)目拖延,單價(jià)增加。克林頓時(shí)代的國防部長科恩指出,三軍共同研制F-35節(jié)約了至少150億美元的研發(fā)經(jīng)費(fèi),但實(shí)際上,F(xiàn)-35計(jì)劃僅研發(fā)已經(jīng)導(dǎo)致預(yù)算超支不止150億美元了。2001年計(jì)劃中,研發(fā)投資為344億美元,到2012年底實(shí)際上已經(jīng)接近600億美元了。當(dāng)然,三個(gè)并行的研發(fā)項(xiàng)目也會(huì)有各自的項(xiàng)目拖延、預(yù)算超支問題,到最后也未必比F-35更低,但畢竟三軍都能拿到稱心如意的戰(zhàn)斗機(jī)了,盟國也不必為F-35空戰(zhàn)能力不足而糾結(jié)。

        第二次發(fā)動(dòng)機(jī)大戰(zhàn)

        人們喜歡把發(fā)動(dòng)機(jī)比作飛機(jī)的心臟,這是有道理的。飛機(jī)靠動(dòng)力推進(jìn),然后才談得上通過機(jī)翼用阻力換取升力,換取機(jī)動(dòng)性。動(dòng)力弄好了,那是一白頂三俏。出于降低技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、盡量采用現(xiàn)成技術(shù)的考慮,F(xiàn)-35的發(fā)動(dòng)機(jī)并沒有擇優(yōu)競選,而是從一開始就決定采用F135發(fā)動(dòng)機(jī)。這是普惠從F-22使用的F119發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展而來的。核心發(fā)動(dòng)機(jī)的變化相對不大,改進(jìn)的重頭是增大的風(fēng)扇和低壓渦輪。相比F-35來說,F(xiàn)135的研發(fā)歷程要平淡無奇得多。不過水面平穩(wěn),水下流急,普惠也遇到嚴(yán)重的交貨延遲問題,只是它總是趕在洛克希德·馬丁之前,所以躲過了美國國會(huì)和輿論的聚光燈。但對于是否應(yīng)該把F-35的發(fā)動(dòng)機(jī)交給普惠一家獨(dú)霸,美國朝野爆發(fā)過數(shù)次論戰(zhàn)。

        普惠F135是從普惠F119發(fā)展而來的

        用于STOVL時(shí),還是用羅爾斯·羅伊斯的三段式轉(zhuǎn)向噴口

        在F-15、F-16時(shí)代,美國曾爆發(fā)一場發(fā)動(dòng)機(jī)大戰(zhàn)。F-15采用普惠的F100發(fā)動(dòng)機(jī)。這是代表20世紀(jì)70年代最高技術(shù)水平的小涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī),其推力大,推重比高,而且油耗低。F100不是第一臺戰(zhàn)斗機(jī)用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī),那項(xiàng)桂冠屬于普惠的TF30,即為通用動(dòng)力的F-111戰(zhàn)斗機(jī)配用的發(fā)動(dòng)機(jī)。美國海軍退出F-111計(jì)劃后,另起爐灶設(shè)計(jì)了F-14,TF30也由此成為F-14的發(fā)動(dòng)機(jī)。F-14一輩子受TF30的可靠性之苦,直到最后型號F-14D換裝通用電氣F110發(fā)動(dòng)機(jī)才徹底解決了發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性的問題。渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)是第3代戰(zhàn)斗機(jī)的標(biāo)志性技術(shù)之一。渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)在渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上增加了風(fēng)扇,風(fēng)扇壓縮空氣后,一部分通過核心發(fā)動(dòng)機(jī),和燃料混合燃燒后,形成高溫高壓燃?xì)?,向后噴射而出,形成推力;另一部分從與核心發(fā)動(dòng)機(jī)同心的環(huán)道繞過核心發(fā)動(dòng)機(jī),直接和核心發(fā)動(dòng)機(jī)噴出的高溫高壓噴氣混合,形成合成的推力。同心環(huán)道稱為外涵道,核心發(fā)動(dòng)機(jī)就稱為內(nèi)涵道,外涵道和內(nèi)涵道的空氣流量之比稱為涵道比,也稱流量比或者旁通比。渦槳相當(dāng)于涵道比無窮大的渦扇,渦噴相當(dāng)于涵道比為零的渦扇。外涵道的旁通空氣流量是渦扇的全部奧秘所在。

        渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的推力可以表示為:

        F=(m核心發(fā)動(dòng)機(jī)+m燃油)×V核心發(fā)動(dòng)機(jī)+m風(fēng)扇V風(fēng)扇-m進(jìn)氣V進(jìn)氣

        其中F為推力,m核心發(fā)動(dòng)機(jī)為核心發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量,m風(fēng)扇為風(fēng)扇排氣流量,m進(jìn)氣為進(jìn)氣空氣流量,m燃油為燃油流量,V核心發(fā)動(dòng)機(jī)為核心發(fā)動(dòng)機(jī)噴氣速度,V風(fēng)扇為風(fēng)扇排氣速度,V進(jìn)氣為進(jìn)氣速度。如果不考慮進(jìn)氣的動(dòng)能,則有:

        F=(m核心發(fā)動(dòng)機(jī)+m燃油)×V核心發(fā)動(dòng)機(jī)+涵道比×m核心發(fā)動(dòng)機(jī)V風(fēng)扇

        其中涵道比為m外涵道/m核心發(fā)動(dòng)機(jī)。涵道比為零的話,渦扇就退化為渦噴。在一定的燃燒條件下,完全燃燒時(shí)空氣和燃油是有固定比例的,可以看作常數(shù),如果油氣比為m燃油/m核心發(fā)動(dòng)機(jī),那樣就有:

        F=[(1+油氣比) V核心發(fā)動(dòng)機(jī)+涵道比×V風(fēng)扇]m核心發(fā)動(dòng)機(jī)

        換句話說,推力和涵道比成正比,增加涵道比可以大幅度提高推力,民航渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的涵道比動(dòng)輒達(dá)到8以上。另一方面,油耗為:

        油耗=m燃油/F=油氣比/[(1+油氣比) V核心發(fā)動(dòng)機(jī)+涵道比×V風(fēng)扇]

        也就是說,油耗和涵道比成反比,油耗或者推力與噴氣溫度和速度的關(guān)系就不那么直觀。但是間接地看,噴氣溫度降低是增加涵道比的結(jié)果,噴氣速度降低也是增加涵道比的結(jié)果,而涵道比增加使得推力增加、油耗降低。

        實(shí)際情況要更復(fù)雜,還有進(jìn)氣動(dòng)能的問題。隨著速度的提高,進(jìn)氣本身的m進(jìn)氣V進(jìn)氣提高,導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際推力下降。最終的噴氣速度為:

        V噴氣=[(m核心發(fā)動(dòng)機(jī)+m燃油)×V核心發(fā)動(dòng)機(jī)+m風(fēng)扇V風(fēng)扇]/m噴氣

        由于m風(fēng)扇+m核心發(fā)動(dòng)機(jī)=m進(jìn)氣,V噴氣= V進(jìn)氣的時(shí)候,除了拋射相當(dāng)于燃油質(zhì)量產(chǎn)生的反作用力外,發(fā)動(dòng)機(jī)不再產(chǎn)生推力。也就是說,此時(shí)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)相當(dāng)于火箭發(fā)動(dòng)機(jī),渦扇推力大的優(yōu)點(diǎn)蕩然無存。不幸的是,增加涵道比將降低噴氣速度,限制了渦扇對高速飛機(jī)的使用。另外,增加涵道比需要增大風(fēng)扇,這增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的迎風(fēng)阻力,也不利于高速飛行。所以戰(zhàn)斗機(jī)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)通常都采用小涵道比。1968年開始研制的普惠F100是第一代成功的小涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī),采用了單元體、單晶葉片等先進(jìn)技術(shù),1969年7月驗(yàn)證機(jī)首次運(yùn)轉(zhuǎn),1970年4月獲得美國空軍的選用,1972年7月24日,裝用F100發(fā)動(dòng)機(jī)的F-15首飛,1976年1月開始作戰(zhàn)使用。由于冷戰(zhàn)軍備競賽的壓力,F(xiàn)-15戰(zhàn)斗機(jī)需要搶先投入使用,扭轉(zhuǎn)蘇聯(lián)米格-23等新一代戰(zhàn)斗機(jī)投入使用后對中歐美國空軍造成的壓力,F(xiàn)100沒有經(jīng)過適當(dāng)?shù)某墒旎屯度胧褂?,早期F100的可靠性十分糟糕,F(xiàn)-15的進(jìn)氣道匹配問題更加劇了F100的問題,使F-15在一段時(shí)間里被諷刺為“機(jī)庫女王”。大面積停飛的F-15曾經(jīng)嚴(yán)重影響了戰(zhàn)斗力。與此同時(shí),單發(fā)的F-16也選用F100發(fā)動(dòng)機(jī),使美國空軍對發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性問題更加憂心。但普惠處于事實(shí)壟斷的地位,成為美國空軍高低兩端第3代戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的唯一供應(yīng)來源。在軍方撥款還沒有到位的情況下,普惠對美國空軍關(guān)于改善F100發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性和增加推力的要求百般推托。1979年,美國國會(huì)在密集聽證之后,決定撥款啟動(dòng)第二發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)來源,指令通用電氣在B-1轟炸機(jī)的F101渦扇的核心發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上,研制F110渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。

        通用電氣在和普惠競爭F-15的發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)落選,但研制的F101渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)成為一代經(jīng)典,其核心發(fā)動(dòng)機(jī)不僅成為F110的基礎(chǔ),也成為民航世界中高度成功的CFM56的基礎(chǔ)。美國的兩大發(fā)動(dòng)機(jī)公司之中,普惠比較善于短、平、快,以較低風(fēng)險(xiǎn)搶先推出適用的高性能發(fā)動(dòng)機(jī);而通用電氣走豪華路線,追求技術(shù)完美和超前,技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)較大,也經(jīng)常后人一步。從20世紀(jì)80年代初開始,通用電氣開始在F-16上進(jìn)行裝用F110的試驗(yàn)。

        在1985到1990財(cái)年之間,美國空軍在通用電氣F110和普惠F100之間競爭招標(biāo)。F-15從F-15E開始,可以和F100或者F110相容,但美國空軍所有的F-15都使用F100,只有韓國和新加坡的F-15E的變型使用F110。F-16從Block 30開始,可以同時(shí)和F100或者F110兼容,發(fā)動(dòng)機(jī)大戰(zhàn)主要圍繞F-16的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行。1985財(cái)年,美國空軍訂購了160臺發(fā)動(dòng)機(jī),其中F110為120臺,F(xiàn)100為40臺,通用電氣占75%;1986財(cái)年,F(xiàn)110為184臺,F(xiàn)100 為159臺,通用電氣占54%;1987財(cái)年,F(xiàn)110為205臺,F(xiàn)100為160臺,通用電氣占56%。普惠從事實(shí)壟斷一變?yōu)閷艺枷嘛L(fēng),直到1988財(cái)年之后才扭轉(zhuǎn),F(xiàn)110為147臺,F(xiàn)100為181臺,普惠占55%;1989財(cái)年,F(xiàn)110為100臺,F(xiàn)100為159臺,普惠占61%;1990財(cái)年是發(fā)動(dòng)機(jī)大戰(zhàn)的最后一年,F(xiàn)110 為39臺,F(xiàn)100為70臺,普惠再占上風(fēng),為64%。6年中,通用電氣奪取51%的訂單,普惠49%。美國總審計(jì)署估計(jì),競爭節(jié)約了30%的累計(jì)采購費(fèi)用,并節(jié)約了16%的累計(jì)運(yùn)行和支援費(fèi)用。全壽命成本降低21%。

        典型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)

        通用電氣YF120是第一臺變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)

        在ATF時(shí)代,洛克希德·馬丁YF-22和諾斯羅普·格魯門YF-23競爭,普惠YF119也和通用電氣YF120競爭。競爭結(jié)果是洛克希德·馬丁YF-22和普惠YF119獲勝,成為F-22戰(zhàn)斗機(jī)和F119發(fā)動(dòng)機(jī)。說起來,一貫追求技術(shù)先進(jìn)的美國空軍在ATF競標(biāo)中選擇了技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)較低的選手,而不是技術(shù)上更加超前的YF-23和YF120。

        普惠F119盡管采用了大量的最先進(jìn)技術(shù),但還是常規(guī)的小涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。通用電氣YF120則不然,是更加先進(jìn)的變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)。如前所述,渦扇由于外涵道的氣流降低了噴氣的溫度和速度,提高了熱效率,能產(chǎn)生更大的推力和獲得更低的油耗,對于起飛、巡航、待機(jī)和亞聲速加速尤其有利。但在超聲速飛行時(shí),即使不考慮渦扇迎風(fēng)阻力較大的問題,降低的噴氣速度也使得有效推力降低,渦噴對超聲速飛行就比較有利。理想的戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)該在低速時(shí)呈現(xiàn)渦扇的特性,在超聲速時(shí)呈現(xiàn)渦噴的特性,這就是所謂變循環(huán),YF120正是第一臺實(shí)現(xiàn)了此理想的實(shí)用級戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)。

        YF120采用閥門控制,可以打開外涵道,實(shí)現(xiàn)渦扇功能;或者關(guān)閉外涵道,實(shí)現(xiàn)渦噴功能。有意思的是,YF120有兩組閥門,一組把低壓風(fēng)扇的排氣分流一部分到外涵道,另一組把高壓風(fēng)扇的排氣分流一部分到外涵道。這是一個(gè)很巧妙的設(shè)計(jì)。常規(guī)渦扇只有低壓風(fēng)扇,采用盡可能大的外涵道。這不僅使迎風(fēng)面積增大,還使驅(qū)動(dòng)低壓風(fēng)扇的低壓渦輪承受極大的載荷。如果低壓渦輪妥善設(shè)計(jì),這本沒有問題,問題出在變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的低壓渦輪需要在渦扇狀態(tài)把噴流的動(dòng)能大量轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇的機(jī)械能,而在渦噴狀態(tài)盡量少吃掉噴流動(dòng)能,只轉(zhuǎn)換足夠驅(qū)動(dòng)低壓壓氣機(jī)的機(jī)械能。這樣截然不同的工作狀態(tài)使得低壓渦輪的設(shè)計(jì)十分糾結(jié),需要采用復(fù)雜的變距低壓渦輪來適應(yīng)高度變化的負(fù)荷情況。但高壓渦輪分擔(dān)一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的任務(wù)的話,可以為低壓渦輪卸載,有利于簡化設(shè)計(jì)。另外,高壓風(fēng)扇引出氣流增加外涵道壓力,可以等效為增加外涵道面積,提高涵道比。熱力學(xué)效率不及直接使用低壓風(fēng)扇,但還是比渦噴強(qiáng)多了。

        不過YF120在渦噴狀態(tài)時(shí),高壓風(fēng)扇后引出的主外涵道關(guān)閉,但低壓風(fēng)扇后引出的可調(diào)外涵道并不完全關(guān)閉,而是維持一股很小的氣流。這是十足通用電氣特色的“漏氣渦噴”,外涵道氣流不產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的推力,只是用于冷卻核心發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)匣。通用電氣YJ101就是這樣一種“漏氣渦噴”,由YJ101發(fā)展而來的F404也保持了這個(gè)特色。

        通用電氣YF120的具體技術(shù)指標(biāo)一直沒有公布過,一般認(rèn)為推力、油耗等關(guān)鍵性能優(yōu)于普惠的YF119,但技術(shù)上過于超前,風(fēng)險(xiǎn)較大。美國空軍為了控制ATF的風(fēng)險(xiǎn)沒有選用YF120是正確的,繼續(xù)研發(fā)作為F-35的第二發(fā)動(dòng)機(jī)來源也是正確的,不僅有利于充分利用已經(jīng)研發(fā)的先進(jìn)技術(shù),促進(jìn)競爭,也有利于保持航空工業(yè)基礎(chǔ)。1996年,美國以YF120為基礎(chǔ),開始研發(fā)F136,通用電氣和英國羅爾斯·羅伊斯負(fù)責(zé)研發(fā)。

        在F135計(jì)劃下,普惠從1994年到2009年共得到美國國防部撥款73億美元,其中包括JSF階段用于波音X-32版的F135發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)。SDD階段的研發(fā)從2001年預(yù)算的48億美元增長到2012年的67億,其中8億來自于研發(fā)超支,11億來自于研發(fā)要求更改。通用電氣的F136在1995年到2009年之間共得到24億美元撥款,其中17億用于2005—2009年的SDD階段。F136是從1997年開始得到全額撥款,進(jìn)入全速研發(fā)的,研發(fā)預(yù)計(jì)在2013年完成,計(jì)劃在普惠F135投產(chǎn)的4年后投產(chǎn),形成擇優(yōu)采購的格局。1999年,美國國防部明確了“完全互換”的要求,要求F135 和F136在外形尺寸和安裝要求上完全統(tǒng)一,可以無須改動(dòng)直接換裝F135或者F136。由于和STOVL相關(guān)的部分(升力風(fēng)扇、橫滾臂噴口、三段式轉(zhuǎn)向噴管、傳動(dòng)軸和離合器等)在F135和F136之間共用,這部分投資都算入F135計(jì)劃,F(xiàn)136因此投資相應(yīng)減少,發(fā)動(dòng)機(jī)樣機(jī)和測試工作量也相應(yīng)減少。

        JSF使用的是普惠專門改裝的F119發(fā)動(dòng)機(jī),第一臺為F-35量身打造的普惠F135發(fā)動(dòng)機(jī)在2003年開始試驗(yàn)。第一臺通用電氣F136發(fā)動(dòng)機(jī)在2004年開始運(yùn)轉(zhuǎn)。在測試過程中,普惠F135遇到問題。在2007年的喘振試驗(yàn)中,升力風(fēng)扇發(fā)生損壞。羅爾斯·羅伊斯重新設(shè)計(jì)了升力風(fēng)扇。3個(gè)月后,低壓渦輪破損,使得整個(gè)試飛機(jī)隊(duì)停飛。2008年,低壓渦輪再次出現(xiàn)葉片斷裂的問題。2009年,在第一臺生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的通用電氣F136交付測試的時(shí)候,普惠F135出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)軸承支點(diǎn)磨損的問題。不過F136也相繼出現(xiàn)吸進(jìn)異物導(dǎo)致?lián)p壞的事件。F136預(yù)計(jì)從2011年開始裝上F-35試飛。

        F135在測試中

        F136實(shí)際上也進(jìn)入臺架試驗(yàn)階段了

        在2006年,布什政府提議中止F136的研發(fā),被美國國會(huì)駁回。此后連續(xù)5年,美國國防部每年都要求終止研發(fā)F136,都被美國國會(huì)駁回,強(qiáng)令繼續(xù)研發(fā)。在2008年金融危機(jī)后,財(cái)政拮據(jù)對國防預(yù)算造成空前壓力,奧巴馬和蓋茨都強(qiáng)烈反對繼續(xù)研制F136的計(jì)劃,奧巴馬甚至威脅,要是國會(huì)強(qiáng)加F136撥款,將否決整個(gè)國會(huì)撥款案。在2010年和2011年的預(yù)算案中,美國國會(huì)終于同意在預(yù)算中取消F136的研發(fā)撥款。美國國防部在2011年4月25日正式中止了F136的研發(fā)。通用電氣和羅爾斯·羅伊斯提出用公司資金繼續(xù)研發(fā),但2011年12月1日,通用電氣和羅爾斯·羅伊斯聯(lián)合決定,停止公司自費(fèi)研發(fā)。至此,F(xiàn)136已經(jīng)制造了6臺樣機(jī),累計(jì)運(yùn)行了1200小時(shí)。

        美國國防部不是從一開始就反對F136的研制,改變主意是和F-35計(jì)劃在總體上遍體鱗傷相連,實(shí)在是不需要再增加一個(gè)傷口了。更多傷口不是F136本身的過錯(cuò)。盡管F136與F135可以直接換裝,F(xiàn)136還是需要通過所有主要的試飛項(xiàng)目,以驗(yàn)證性能和可靠性、可維修性等要求。即使STOVL部分和F135共用,可以減少測試項(xiàng)目,也還是需要選擇幾個(gè)關(guān)鍵項(xiàng)目測試驗(yàn)證。這使得F-35本來已經(jīng)大大拖延的測試進(jìn)度被進(jìn)一步拖延,研發(fā)成本相應(yīng)增加。另一方面,F(xiàn)136的好處并沒有那么顯著。要完成研發(fā)和建立第二條生產(chǎn)線,需要繼續(xù)投資,這對已經(jīng)大大超支的F-35計(jì)劃是不可承受之重。但競爭帶來的采購成本下降要到很多年后才能體現(xiàn)出來,而且這只是一個(gè)可能性,而不是一個(gè)確定的事情。美國總審計(jì)署估計(jì),要是完成平行研制F136,將需要另外追加45億~57億美元(通用電氣和羅爾斯·羅伊斯認(rèn)為只要追加18億美元),只有競爭使發(fā)動(dòng)機(jī)單價(jià)下降至少10.1%~12.6%,才有可能在整個(gè)項(xiàng)目的全壽命里收回平行研制的成本。不過競爭可以改善發(fā)動(dòng)機(jī)制造公司的服務(wù)質(zhì)量,有利于保持戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的工業(yè)基礎(chǔ),這些優(yōu)點(diǎn)是沒有疑問的。

        從用戶的角度來說,采用兩種不同的發(fā)動(dòng)機(jī)也有后勤支援上的問題,需要兩套平行的采購、備件、維修和訓(xùn)練體系。這個(gè)問題對于美國海軍和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)來說尤為重要,航母和兩棲攻擊艦上空間有限,同時(shí)支持兩套不同的發(fā)動(dòng)機(jī)保障體系幾乎是不可能的。F136的優(yōu)點(diǎn)在于可以在渦噴和渦扇之間靈活轉(zhuǎn)換,但側(cè)重點(diǎn)在超聲速性能,而超聲速性能對F-35并不重要,F(xiàn)136性能再好,F(xiàn)-35粗短的氣動(dòng)外形造成的超聲速阻力也將扼殺超聲速飛行性能,F(xiàn)136增加的機(jī)械復(fù)雜性并不一定能帶來可以兌現(xiàn)的性能改善。正是用戶的冷漠,最終使得通用電氣和羅爾斯·羅伊斯決定中止自費(fèi)研發(fā),盡管通用電氣對F136的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)控制、進(jìn)度控制和預(yù)算控制有十足的信心。

        但F136的故事或許沒有結(jié)束。2012 年5月美國《航空周刊》有簡短消息提到,AETD的第三個(gè)涵道將用于更加有效的熱能轉(zhuǎn)換和更好的熱力學(xué)負(fù)荷分配,將降低裝機(jī)阻力并改善進(jìn)氣口總壓恢復(fù)。三言兩語中,包含了海量的玄機(jī)。美國空軍正在進(jìn)行自適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)開發(fā)計(jì)劃(Adaptive Engine Technology Development,簡稱AETD),即AFRL主持的自適應(yīng)靈活發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)(Adaptive Versatile Engine Technology,簡稱ADVENT)計(jì)劃的實(shí)用化階段,而ADVENT是自適應(yīng)循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)(Adaptive Cycle Engine,簡稱ACE)計(jì)劃的延續(xù)。用工業(yè)上的研發(fā)打比方,ACE相當(dāng)于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的小試,ADVENT相當(dāng)于考慮具體生產(chǎn)過程要求的中試,AETD則相當(dāng)于全尺寸的基準(zhǔn)過程設(shè)計(jì),可以按照實(shí)際要求放大、縮小成為具體的生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì),基準(zhǔn)尺寸恰好就在F135一級。AETD的目標(biāo)是節(jié)油25%,增加航程30%。負(fù)責(zé)國防研發(fā)和采購的國防部副部長埃希頓·卡特要求在2020年完成研發(fā),成為達(dá)到生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的F-35備選發(fā)動(dòng)機(jī)。即使實(shí)際上推遲幾年,F(xiàn)-35的生產(chǎn)計(jì)劃持續(xù)到2035年以后,新發(fā)動(dòng)機(jī)還是有足夠的時(shí)間形成對F135的威脅。美國空軍每年使用超過90億升燃油,折合為740萬噸JP5燃油。JP5的典型價(jià)格比汽車汽油高2~3倍,即使算入規(guī)模采購的折扣,這也是每年近200億美元的巨額開支,節(jié)油25%是很有吸引力的目標(biāo)。

        AETD采用很特別的三涵道結(jié)構(gòu)。AETD和ADVENT的技術(shù)細(xì)節(jié)還在保密之中,從有限的ACE資料來看,內(nèi)涵道相當(dāng)于傳統(tǒng)的核心發(fā)動(dòng)機(jī),在渦噴狀態(tài)下,所有推力來自內(nèi)涵道;中涵道相當(dāng)于傳統(tǒng)的渦扇外涵道,像YF120一樣由低壓風(fēng)扇和高壓風(fēng)扇供氣,具有閥門控制;外涵道則是ACE獨(dú)有的,常規(guī)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)沒有相應(yīng)的結(jié)構(gòu)。另外,ACE的尾噴管也采用了噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)上很少見的兩層環(huán)道加中心錐的結(jié)構(gòu)。

        如果不考慮外涵道,只考慮中涵道和內(nèi)涵道的話,在前旁通閥門打開時(shí),ACE的前一半和典型的小涵道比渦扇沒有太大的不同。后旁通閥門打開使得中涵道氣流和核心發(fā)動(dòng)機(jī)的噴氣混合后噴出,不過是從尾噴管的外環(huán)道噴出。外層噴管的外壁像傳統(tǒng)可調(diào)噴口一樣,可以收縮、擴(kuò)張以控制流道面積,實(shí)現(xiàn)收斂-擴(kuò)張控制。內(nèi)層噴管的外壁也是外層噴管的內(nèi)壁,同樣是可以收縮、擴(kuò)張的,所以外噴管的收斂-擴(kuò)張控制要和內(nèi)噴管協(xié)調(diào)進(jìn)行。

        ACE最獨(dú)特的地方在于外涵道和內(nèi)層噴管。外涵道包絡(luò)在中涵道之外,但和傳統(tǒng)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)外涵道后端開放、直接和核心發(fā)動(dòng)機(jī)噴流混合的做法不同,ACE的外涵道后端封閉,但支撐發(fā)動(dòng)機(jī)外壁的厚葉片形支柱是空心的,外涵道氣流通過支柱內(nèi)部的通道,穿過核心發(fā)動(dòng)機(jī)和中涵道的噴流,匯入內(nèi)層噴管,從內(nèi)側(cè)向外和核心發(fā)動(dòng)機(jī)的噴流混合。如前所述,內(nèi)層噴管的外壁是可調(diào)的,用于內(nèi)層噴管的收斂-擴(kuò)張控制。溫度較低的外涵道排氣反而從內(nèi)層噴管排出,這似乎舍近求遠(yuǎn),但這使得溫度較高的核心發(fā)動(dòng)機(jī)排氣呈環(huán)形,不僅和較冷的環(huán)境空氣混合,還和內(nèi)層噴管的較冷空氣混合,有助于迅速降低噴氣溫度,改善紅外隱身。如果深究的話,葉片形支柱實(shí)際上相當(dāng)于熱交換器,外涵道冷空氣穿越核心發(fā)動(dòng)機(jī)噴流時(shí),已經(jīng)帶走一部分熱量,降低排氣溫度,而外涵道氣流升溫后在內(nèi)層噴管中形成更高壓力,起到增推作用。另外,中心尾錐和內(nèi)層噴管有效地遮擋了渦輪,使得發(fā)動(dòng)機(jī)的后向雷達(dá)隱身大有改善。

        這只是外涵道奧秘的一半。ACE不僅有常規(guī)的低壓風(fēng)扇,還有高壓風(fēng)扇,中涵道和內(nèi)涵道在高壓風(fēng)扇后分家,在這之前是共享的。但兩級的低壓風(fēng)扇中,第一級在內(nèi)涵道/中涵道工作,第二級風(fēng)扇不僅在內(nèi)涵道/中涵道工作,還通過環(huán)形密封圈的連接,延伸到外涵道工作。值得指出的是,外涵道內(nèi)的低壓風(fēng)扇的推進(jìn)作用和暴露的葉片長度不成正比。對于旋轉(zhuǎn)的葉輪來說,葉尖的線速度最大,壓縮作用也最大;相比之下,圓心處的葉片線速度實(shí)際上為零,不僅沒有推進(jìn)作用,若不是因?yàn)檗D(zhuǎn)軸占據(jù)了圓心位置,還會(huì)由于不能提供足夠的壓力而造成氣流回流。與YF120不同的是,外涵道和內(nèi)涵道/中涵道是不相通的。外涵道內(nèi)低壓風(fēng)扇的“環(huán)形葉輪”之前有一圈可調(diào)的導(dǎo)流片,用于控制外涵道流量。增大開度可以增加外涵道流量,提高涵道比,改善中低速推力和油耗;降低開度則可以減小外涵道流量,用于和進(jìn)氣道內(nèi)壁邊界層排放所需要的流量相匹配,主動(dòng)抽吸邊界層,為邊界層注入能量,改善進(jìn)氣條件,和進(jìn)氣道實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)適配。進(jìn)氣道-發(fā)動(dòng)機(jī)適配是一個(gè)很糾結(jié)的問題。在低速時(shí),進(jìn)氣流量要大;在高速時(shí),進(jìn)氣流量不需要太大。這樣,為低速而設(shè)計(jì)的進(jìn)氣道在高速時(shí)就需要釋放額外進(jìn)氣;為高速而設(shè)計(jì)的進(jìn)氣道就需要在低速時(shí)打開輔助進(jìn)氣門。兩者都需要在機(jī)體表面增加開口或者閥門,不僅破壞隱身,也增加重量。外涵道使得進(jìn)氣口設(shè)計(jì)可以專注于總壓恢復(fù),而在高速時(shí)把過剩進(jìn)氣“消化”掉,極大地簡化了進(jìn)氣口設(shè)計(jì),降低阻力,提高進(jìn)氣口-發(fā)動(dòng)機(jī)的體系效率,也取消了排放過剩進(jìn)氣所需要的機(jī)體表面開口,改善隱身。除了和推進(jìn)系統(tǒng)有關(guān)的功能,外涵道還是解決隱身飛機(jī)系統(tǒng)散熱問題的有效途徑,散熱系統(tǒng)和外涵道空氣進(jìn)行熱交換,熱量由外涵道空氣帶出機(jī)外,解決了單純依靠燃油散熱的“暖瓶”效應(yīng)。外涵道空氣不僅流量充足,可以帶走系統(tǒng)熱量,被加熱還產(chǎn)生適度膨脹,增加推力,一舉兩得。

        中涵道有兩個(gè)“進(jìn)氣口”,一個(gè)在第二級低壓風(fēng)扇之后,另一個(gè)在高壓風(fēng)扇之后。第二級低壓風(fēng)扇在內(nèi)涵道/中涵道相當(dāng)于傳統(tǒng)的風(fēng)扇,其后的旁通閥門用于控制旁通氣流的流量。內(nèi)涵道在高壓風(fēng)扇前再次引出隔道,高壓風(fēng)扇像低壓風(fēng)扇一樣,通過隔道上的環(huán)形密封圈的連接,延伸到隔道內(nèi)。隔道內(nèi)有可調(diào)導(dǎo)流片,在低速飛行時(shí)可以增大開度,利用較大涵道比增加推力、降低油耗,但即使在高速飛行時(shí),依然留出一個(gè)很小的開度,保持少量冷卻氣流的流動(dòng),起到“漏氣渦噴”的作用。

        這是一個(gè)高度復(fù)雜但也高度精巧的設(shè)計(jì),不僅在發(fā)動(dòng)機(jī)的熱力學(xué)循環(huán)方面尋求最優(yōu),還借助發(fā)動(dòng)機(jī)解決了進(jìn)氣道設(shè)計(jì)中的傳統(tǒng)難題,甚至對后向的雷達(dá)和紅外隱身也有周密考慮。不過發(fā)動(dòng)機(jī)控制將高度復(fù)雜,還有機(jī)械復(fù)雜性和可靠性問題。此外,雙層環(huán)形噴管結(jié)構(gòu)使得推力轉(zhuǎn)向的實(shí)現(xiàn)更富挑戰(zhàn)。軸對稱的三維推力轉(zhuǎn)向幾乎不可能實(shí)現(xiàn),矩形的二維推力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)也將高度復(fù)雜,好像百葉窗一樣一層又一層。

        通用電氣AETD發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)開始臺架試驗(yàn)

        ADVENT和AETD將根據(jù)ACE的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì),一旦研制成功,這將是戰(zhàn)斗機(jī)動(dòng)力的一個(gè)飛躍,重要性堪比20世紀(jì)70年代的小涵道比渦扇。AFRL要求通用電氣、羅爾斯·羅伊斯和普惠在2012年5月31日前提交方案,方案評估在2013 年2月完成,然后選取兩家研制樣機(jī)。壓縮機(jī)臺架試驗(yàn)在2014年進(jìn)行,風(fēng)扇和核心發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)在2015年進(jìn)行,完整的發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)預(yù)計(jì)從2016年開始。通用電氣在變循環(huán)方面領(lǐng)先,不僅有YF120的經(jīng)驗(yàn),而且從2007年就開啟ADVENT方面的工作,第一臺全尺寸ADVENT發(fā)動(dòng)機(jī)在2013年開始運(yùn)轉(zhuǎn)。普惠對三涵道結(jié)構(gòu)不贊同,認(rèn)為除非飛行速度高于馬赫數(shù)2.6,否則這是不必要的復(fù)雜化。但AFRL要求提交方案必須采用三涵道,普惠沒有選擇,只有照辦。羅爾斯·羅伊斯后來落選,退出了ADVENT計(jì)劃。

        AETD會(huì)成為F136轉(zhuǎn)世嗎?美國空軍部負(fù)責(zé)采購的副部長辦公室軍事助理詹妮特·沃芬巴格中將在美國參議院作證時(shí),明確指出AETD的意圖不是復(fù)蘇F-35備選發(fā)動(dòng)機(jī),而是ADVENT計(jì)劃的自然延伸,為未來戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)研制和升級做技術(shù)準(zhǔn)備。F136來自側(cè)重超巡的YF120,變循環(huán)可謂用錯(cuò)了地方。AETD不僅可以省油30%,還有通過較大涵道比大幅提高起飛或者STOVL推力的潛力,對F-35的吸引力不是沃芬巴格中將一句話就可以否定的。(未完待續(xù))

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