五千年(敝帚自珍)

主题:【原创】双蛇记(一)(完) -- 晨枫

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家园 【原创】双蛇记(八)

F-16的技术成就十分扎眼,但F-18在技术上是内秀,其实不比F-16弱。F-18的大边条在机翼上方形成强烈的漩涡,增加升力,极大地提高了大迎角下的稳定性和操控性能,米格-29和苏-27的大边条不能说没有收到F-18的启示。F-18首次在轻型战斗机上采用双垂尾,双垂尾前移以填补机翼后缘到平尾之间的气动间隙,大大减小了阻力。双垂尾外倾,得以避开大攻角飞行时机身对垂尾的遮挡,增加方向稳定性。外倾的双垂尾容许在起飞时两侧舵面同时向内翻转(toe in),依靠外倾的角度,形成额外的向下的压力分量,以主轮为支点,及早地使机头抬起来,缩短起飞距离;在着舰滑跑时,则两侧舵面同时向外翻转(flare out),充当减速板,并形成使机头向下的压力分量,加强刹车效果。不过实用中,一般起飞、着陆都是向内翻(toe in),这是因为舰载机着舰时,实际上是按起飞的动作,这是准备万一着舰失败,可以立刻复飞。这toe in或flare out是单垂尾不可能做到的。直立的双垂尾除了作减速板外,也不能做到外倾双垂尾的其他功能。说起来,toe in使机头及早抬头的功能可以通过压平尾来实现,但一压平尾,就等于产生负升力,机头是抬起来了,但总升力也损失了。用外倾的双垂尾实现这个功能,平尾可以用来产生额外的升力,对缩短起飞距离有好处。当然,外倾的双垂尾还对减小侧面的雷达截面积有好处,但这应该不是F-18设计时的重点。

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F-18起飞时双垂尾明显的toe in

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F-18E着陆,应该可以用双垂尾flare out来帮助减速,但航母上着陆主要靠着陆钩和阻力索减速,发动机反而是全加力,以备万一着陆失败好立即复飞,所以双垂尾也按起飞时一样toe in了

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F-18双垂尾flare out的图没有找到,只找到了这张F-22双垂尾flare out的,意思是一样的。这架F-22应该是在半空中作减速动作,看那襟翼、副翼、垂尾一起动作的情景,这种动作以前只有在理论上可以,完全靠飞行员手动操作太麻烦了,有了线控,计算机把那个控制面动作多少全管起来,飞行员就不用费那个心了

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又一个F-18着陆,注意其巨大的襟翼,这是F-18及其出色的低速性能的基本保证,注意和下图中F-16的襟翼相比较,后者的要小多了。注意两者都用前缘襟翼,大大加强了机动性和起落性能。中国的歼-7MG除了采用双三角翼外,最重要的一点也是采用了前缘襟翼。

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F-18的大边条下的进气道的作用和F-16的机腹进气道作用类似,在大迎角下将进气理顺了再“喂给”进气道,对F-18出类拔萃的大攻角性能功不可没。YF-17的大边条的根部和机身的接合处原先有一条长长的开口,用于将大边条下机身表面的呆滞空气排放出去,不影响进气道的效率,尤其是在大迎角的情况下。另外,通过这个长条开口排放到机身上方的气流形成一个“气墙”,对大边条形成的漩涡达成有效的控制,提高漩涡的稳定性。但是,F-18在早期的试飞中就发现了速度和航程不足的问题。麦道把这个开口填没了80%,只在进气口旁边留一小个开口,以泄放边界层,希望以此来减少原先的长条开口形成的阻力。然而,这样一来,长条开口的“气墙”作用没有了,大边条所形成的漩涡的稳定性难以保证,尤其是在大迎角的时候,最需要漩涡的稳定性。计算流体力学的仿真研究和NASA的飞行试验表明,漩涡正好在垂尾前破裂,对垂尾形成强烈的不稳定冲刷,导致严重的垂尾颤振和疲劳问题。好几架早期的F-18的垂尾根部很早就发现裂纹,对飞行安全带来严重的威胁。当时的临时补救办法是在垂尾根部“打补丁”,但这不是解决问题的办法,后来一个麦道的工程师灵机一动,在大边条的上表面增加一个小小的扰流片,帮助对漩涡的导向,解决了这个问题。

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容易看出,大边条对进气口有良好的整流作用。进气口向前延伸出去的那块板是边界层分离板,呆滞的边界层气流在板后的泻流道向大边条上方泄放

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注意YF-17的大边条和机身结合部有一个长开槽,但大边条本身的上表面是光洁的

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但是F-18上这个开槽被填没了很多,但大边条上表面多了这么一个竖立的小扰流片

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原来长长的开槽,现在只有扰流片后内侧还有一小个开口,用于泄放边界层

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F-18垂尾根部的“补丁”

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NASA用F-18进行飞行实验,证实了漩涡在垂尾前破裂的情况

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同样的漩涡在湿度高的时候也容易观察到

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计算流体力学仿真计算的结果,可以清楚地看到漩涡产生的情况和流向

有意思的是,海军陆战队比海军还早把F-18投入作战中队。按照1974年的财政预算,海军陆战队本来是要接受190架F-14的,但是海军陆战队对只能空战、不能用作对地攻击的F-14一直提不起兴趣来,反而追加了138架F-4J的订货,作为过渡。F-18的计划开始后,海军陆战队决定其空中力量由AV-8和F-18组成,1983年接受第一批F-18,1985/86年就投入了地中海的战备巡逻。

F-18的舰队使用经验一开始就很好。长期以来,战斗机性能越来越好,但可靠性越来越差,造成出动率急剧降低,维修工作量急剧增加。航母的机库里常常停满了被大卸八块的飞机,不是在维修,而是被拆东墙、补西墙,用以维持其他战斗机的正常飞行。可以飞行的战斗机就只有停在甲板上,使本来就拥挤不堪的航母甲板更为拥挤,使飞行员、维修人员和调度人员头疼不已。F-18从一开始就以可靠性和维修性为主要设计指标,获得了很大的成功。比如F-18的雷达不管是在天上还是舰上,极少故障,除了正常的定期检修和更换部件外,不需要维修人员围着团团转。即使出了毛病,系统自检也迅速报告,并具有一定的自我隔离功能,保持其他功能继续工作,既方便了维修,也提高了战斗出动中的可用率。不出毛病的雷达对舰队来说是一个新鲜事。F-4J常常出动时雷达就不工作,返航时雷达大多不工作。高度可靠性使F-18的再次出动时间大为缩短,因为不需要因为什么东西又坏了,需要临时抢修。F-18着陆后,加油、装弹,就可以出动。机库里没有不能上天的战斗机,所有舰上空间都可以装载可以出动的战斗机,相当于比过去装载更多的战斗机。舰队对此深为满意。F-18的总产量比不上F-16,但也达到1600多架。

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F-18

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美国第四代战斗机的全家福,空军飞行员和海军飞行员都互相瞧不起,四兄弟难得在同一张照片里出现,这张照片肯定也是空军的人的主意

飞机迷最喜欢的话题之一就是:F-16和F-18哪一个更好?F-16和F-18再怎么说也是同门弟子,不可以自相残杀的。事实上,除了商场之外,F-16和F-18确实也没有在战场上见过。不过在商场上,F-16在数量上的胜利是显而易见的,但F-18的客户“档子”比较高一点。北欧四国选用F-16有时机上的原因,不好算。以色列选用F-16的时候,F-18也还没有服役,也不好算。此后,美国最重要的盟国中,很多都选用了F-18,如加拿大、澳大利亚和西班牙。如果没有一点原因的话,选用F-16的大多是“穷亲戚”。相比起来,F-16的优点在于:

1、 数量大,不算出口的,美国空军的基数就大,所以备件、升级套件什么的有保证。

2、 价格便宜,这个从LWF对比试飞时的国防部拨款就可以看出来,双发的YF-17就是比单发的YF-16贵,那还是在没有F-18的豪华版电子系统的情况下。

3、 推重比大,最大过载大,持续机动性好。

4、 航程远,F-16的机内载油系数(载油量比正常起飞重量之比)达30%以上,比F-15的25%都高,不带副油箱的话,F-16的航程比F-15还远。

5、 单发的燃油消耗、备件消耗都低,使用费用低。

6、 作为美国盟国,使用F-16便于和美国空军协同作战。

F-18的优点在于:

1、 可靠性和出动率高,对于需要独立作战的中小国家空军来说,F-18是以一当十的最好选择,其实这是航母战斗机的天然特性,航母上毕竟只能携载那么多的战斗机,还要考虑和优势的敌方陆基航空兵对抗,必须是个顶个的。

2、 具有强大的防空、制空能力,F-18从一开始就具备超视距空战能力,但F-16除了空中国民警卫队特别改装的一批F-16 Block 15 ADF可以发射“麻雀”中程空空导弹以外,窄小的机头锥注定了雷达功能受限,无法制导中程空空导弹。这个问题一直到装备了主动雷达制导的AIM120后才得到解决。

3、 空优和对地攻击能力比较均衡,具备完善的电子系统,通过软件升级可以达到全新的功能。事实上,美国海军对F-18C/D后期型号的电子系统十分满意,在推出F-18E/F的时候,只要求在机体和发动机上作改动,而电子系统大体照搬C/D,这是新飞机开发史上绝无仅有的。

4、 具有机内自卫电子战系统,可以不需要伴随的电子战支援飞机,自己为自己提供电子战支援。F-16可以挂载电子战吊舱,但那样要占用一个挂架。

5、 瞬时机动性好,这是对F-18的数字线控作最优化的结果。根据Boyd的理论,在空战格斗中,绝对的持续机动性并不重要,重要的是迅速改变飞机飞行状态的能力。空战演习的结果表明,F-18的瞬时机动性对抢占有利阵位、先敌开火很重要。

6、 低空过失速性能好,这是航母降落必须的,但也给稳定可控的非常规机动提供了必要条件。在F-22之前,F-18是唯一具有接近苏-27和米格-29的机动性的美国战斗机,在很长一段时间内,美国就是用F-18在空战研究和演习中模拟苏-27和米格-29的。

在F-16与F-18的竞争中,F-18有好几次受到外国军方的青睐,但最后因为价格或政治的原因,F-16取得了订单,以色列、日本和韩国都是这样的情况。Lavi计划中止后,以色列空军需要再买一批战斗机。从性能上讲,以色列空军中意F-18,但以色列已经有了F-15和F-16,此时再改换门庭换F-18,在后勤上讲不过去,最后还是买了F-16。韩国在90年代也选中F-18,但后来因为价格的关系,还扯进了贿赂的事情,计划被取消了。重开计划时,F-16入选。日本在研究F-X计划的初期,也考虑过以大黄蜂2000为基础,最后因为种种原因,还是以F-16 Block 40为开发的原型。看来,如果不是价钱的关系,F-18应该在外销中有不错的机会的。但是这个话怎么说呢?如果不是价钱的关系,没有人会买大众,人人都奔宝马去了。

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不能真刀实枪地干一仗,那就花拳绣脚地干吧,比比美,谁更好看?

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这家伙有点猛过头了吧?

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