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(九)

然而,F-18从一开始就有两个要命的毛病:一是航程不足,和F-16相比,F-18的航程是短得多了,甚至没有满足设计要求,这对航母从海到陆的远程攻击带来很大的问题。第二个问题是着陆重量的限制,这是使起落架不至于过重的结果,但这样一来,出击中携带的弹药必须在着陆前抛掉,燃油也要泄放掉一些,以减轻着陆重量。这个做法在过去一直是常规,“铁炸弹”没有几个钱,无所谓。但对于大量使用昂贵的导弹和制导炸弹的今天,再这样做连美国也吃不消了。麦道在80年代F-18服役后不久就建议采用加大机翼、尾翼、加长机身的大黄蜂2000方案,可以多载燃油,增加航程;可以加强机体,增加着陆重量。F-18A/B刚服役,美国海军不想费那个事。麦道向英国皇家空军和德国空军推销作为“欧洲战斗机”的替代也无果而终,向法国建议联合研制也吃了闭门羹。但是第一次海湾战争结束后,美国开始大规模缩减军事规模,很多冷战期间的项目被砍掉。首当其冲的是严重超支、超重的A-12攻击机。这是一架人称“小B-2”的高度隐身的无尾飞翼,原本是用来取代A-6攻击机的。取消了A-12,A-6的后继型号就没了着落。在1991年里,美国海军先后提出A-6F、F-14的多用途型等计划,都被否决,最后A-6的后继型和海军的先进技术战斗机(Naval Advanced Technology Fighter,NATF)合并,这就是海军的F-22。但是到1991年底时,NATF计划也被否决了。在此期间,大黄蜂2000被作为NATF出现之前的临时替代,定名为F-18E/F。在NATF杯取消后,临时工就变永久工,F-18E/F在无意之间,摇身一变,成为美国海军未来30年里高低搭配的高端,将继续在世界的天空飞翔。

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A-12的想象图和全尺寸模型

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变后掠翼的F-22海军型

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格鲁曼提议的“超级雄猫21”方案,注意风挡变成整体的了

美国海军的计划是保留F-18C/D的电子设备,但在机体和发动机上作大改,以提高航程和着陆重量。由于基本气动布局没有大变,通用电气的新发动机F414也是在成熟的F404基础上发展来的,机体和发动机的风险不大。由于保留了F-18C/D上90%的主要电子设备,在以后的升级中逐步实现新的功能,如全电扫相控阵雷达,这样一来,现代战斗机研制中投资和风险最大的部分突然没有了风险。所以海军将F-18E/F计划列为“低风险”。事实上,F-18E的研制完全按时间、按预算,和F-22、RAH-66、F-35比起来,确实是波澜不惊,按部就班。海军是在1992年5月12日宣布实施F-18E/F计划的,最初准备取代全部的F-18A/B/C/D,后来计划缩减,将和F-18C/D混编,直到F-35替代F-18C/D。

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F-18E和F-18C之间大小的差别一目了然

F-18E/F说是F-18C/D的放大型,其实是貌合神离,和YF-17进化到F-18一样,基本就是重新设计的。F-18E/F在气动设计上有一些新意。一个是进气道内的雷达屏障(Radar Blocker),其实就是涂覆吸波材料的整流片,使入射雷达波不能长驱直入到涡轮盘形成强反射,有效地抑制了正面的雷达截面积。这些整流片虽然产生一定的阻力,但同时“理顺”了气流,延缓了大迎角下发动机失速的产生。F-18E/F的另一个气动设计上的新颖之处,是机翼折叠处(为舰上节约占地)采用多孔部件,把机翼下表面的高压气流引入上表面,形成“虚拟翼刀”,既避免了翼刀的阻力,又解决了轰动一时的“Wing Drop”问题。F-18E/F的大边条重新设计,比C/D的更大、更丰满,并且取消了大边条上的小扰流片,和用于泄放边界层的出气口,矩形进气口和机身、机翼之间有一定的空隙,可以泄放边界层,不再需要在大边条的上表面开口。由于大边条是重新设计的,大边条形成的漩涡在双垂尾前方破裂的问题得到了根本解决,大边条上的小扰流片也取消了。

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F-18E采用具有一定隐身性能的斜切的矩形进气口

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F-18E的大边条更为丰满,同时取消了大边条上表面的小扰流片。注意机翼折叠的地方有一条鼓包,那就是多孔结构,用于形成虚拟翼刀,制止wing drop问题

F-18A/B的过载设计为+7.5/-2.5g,这不是F-18的结构局限,而是海军的要求使然。但海军对空军拿那个+9/-3g在面前晃来晃去终于看够了,一怒之下,把C/D的过载要求提高到+9/-3g。但是在E/F上,又回到+7.5/-2.5g,原因是现代空空导弹使特别高的机动性失去意义,降低过载要求并不降低战斗效能,还能减轻重量和简化结构。同样道理,F-18E/F上也不打算用推力转向。F-18E/F还是“适度隐身”的典范,把生存力和战斗效能的赌注放在电子系统上。这有点像海军舰艇的发展趋势,不再片面追求速度和转弯性能,而是强调武器平台的综合能力。可以看到,海军对未来战斗机的设想和空军的很不一样,或许别的国家在研制新型战斗机的时候,不要光看着美国空军的思路,对美国海军的思路也应该研究一下。

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F-18E的座舱,注意仍然采用中杆操纵

F-16本来也有一个“第二春”的机会。1980年,通用动力和NASA在“超音速巡航和机动研究”(Supersonic Cruise and Maneuverability Program,SCAMP)合作,研究超音速飞机用的低阻机翼,为超音速客机作预研。1981年,美国空军宣布“增强战术战斗机计划”(Enhanced Tactical Fighter,ETF),寻找一个替代F-111的飞机。通用动力用F-16XL竟标,麦道用F-15E竟标,最后F-15E获胜。F-16XL的机翼是箭形三角翼(cranked delta),翼面积比常规F-16要增加120%,取消了平尾和腹鳍,机身也加长了1.4米。F-16XL的静稳定性比常规的F-16要好,所以取消腹鳍对稳定性和操控没有太大的影响。F-16XL的超音速升阻比提高了25%,亚音速升阻比也提高11%,大大减小了巡航阻力,改善了低空高速飞行时的平稳性和抗阵风性能。这大概不是偶然的,无尾三角翼飞机大多具有良好的低空平稳性和抗阵风性能。增大的机翼和加长的机身使燃油容量增加了82%,和常规F-16相比,F-16XL可以在载弹增加一倍的情况下,同时增加航程40%。和F-15E相比,F-16XL的成本较低,载弹更多,航程更远,可以作超音速巡航。但F-16XL也不是没有问题的,其翼下挂架的空间很拥挤,真正要按容许的重量挂载武器,实际上不可能,要同时挂载副油箱时,挂载武器更受限制。空军对无尾三角翼布局的飞机不信任,对单发战斗机担任远程攻击任务不放心,在政治上也想保持F-15的生产线,所以F-16XL的落选就不奇怪了。

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F-16XL

美国空军已经接收了最后一架F-16,未来的F-16都是为出口生产的。相比之下,F-18E/F才开始服役,起码要服役30年甚至更多,或许要到F-16都退役了还在飞。看来F-18或许还是笑到了最后。

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一直觉得F-18的双座型更好看一点,座舱盖的线条和比例更匀称一点

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F-14正在交班,F-18E是美国海军的未来,注意这彩色的涂装,美国海军的传统是只有中队长或联队长得座机才采用彩色涂装。这是曾参加珊瑚海战斗的VFA-2 Bounty Hunters,红白蓝三色彩条代表美国第一艘航空母舰“兰利”号。

F-16和F-18的故事是一个老故事,一个为人们所熟悉的故事,但或许其中还是有一些不为人们所注意但仍然重要的启示:

1、 美国空军并不是“永远正确”的,在预测未来战场时,不时出差错。我们在“跟踪世界先进水平”的同时,既不能盲目否定,也不能照单全收,一定要头脑清醒,弄清楚为什么。当年谁要是跟踪最初的F-X,岂不冤枉?米格-23是所有米格中最肉的,就是跟踪F-111的结果。

2、 即使在财大气粗的美国空军,一个优秀概念的实现,也要非凡的远见、毅力和时机,才能变为现实。如果不是尼克松时代因为财政拮据而实行的国防采购改革,F-16和F-18也许不会出现。

4、 对外国战斗机进行针对性设计的时候,决不能只盯着纸面的几个孤立的技术参数,必须弄清楚其背后的设计思想,这样才能理解其真实性能。别人倒不一定是故意要糊弄你,但要“概括性”地描述飞机的性能,只能用几个数据。要以此为针对性设计的依据,这就真是管中窥豹了。要是我们的空军也是这么对航空工业提设计要求的话,难怪歼8II要被人叫“空中蔡国庆”。

5、 一个先进的设计,决不能仅仅在技术参数的“更”上做文章,一定要有先进的理念。F-15、F-16、F-18的设计理念是能量机动,F-22的设计理念是均衡的隐身和机动性。

6、 理论结合实际永远不过时,Boyd的能量机动理论就是理论结合实际的最好的例子。我们需要我们自己的Boyd,既有作战经验,又有工程知识,只有这样,才能产生出真正有效的新理念。


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