五千年(敝帚自珍)

主题:【原创】磨砺记(一) -- 晨枫

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    • 家园 【原创】磨砺记(七)

      在被迫淡出战斗机领域后,洛克希德专攻战略侦察机。除了依靠高空高速,洛克希德借助美国空军的理论研究成果,从50年代就开始对雷达隐身进行研究,并早有所成。洛克希德用一架T-33试验整体覆盖雷达吸波涂层,用网格覆盖B-47轰炸机的进气口和喷口,建立测量雷达反射面积的专用大型设施。洛克希德U-2侦察机采用了雷达吸波涂层,SR-71侦察机除了雷达吸波涂层,还在外形上采用圆滑倒角,减少雷达回波。但技术突破来自70年代的计算机技术,使得按照多面体的隐身外形设计飞机成为可能,通过使雷达回波闪烁不定、无法锁定而达到隐身。由于洛克希德的隐身研究属于CIA负责的高度机密,连负责国防科研的DARPA也不知道,在隐身研究项目Harvey竟标时,只邀请了麦道、诺思罗普、通用动力、费尔柴尔德和格鲁曼。费尔柴尔德和格鲁曼自知没有这个能力,根本没有回应竟标,自绝于未来战斗机的发展。洛克希德在得知消息后,自费参加,最后入选。洛克希德最后成功地推出了F-117隐身战斗机,开创了隐身飞机的时代。

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      洛克希德U-2是中国人所熟悉的,在60年代,解放军曾打下5架U-2,这也是世界之最了。U-2的黑色涂层有雷达吸波功能

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      在U-2已经不能单靠高度来生存后,更高更快的SR-71接替了U-2。双三的SR-71至今依然是美国最高最快的量产飞机,圆滑的倒角有降低雷达回波的作用,但主要还是靠雷达吸波涂层来降低雷达反射信号

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      从Harvey发展而来的Have Blue是一个中间步骤,但后来F-117的影子已经很重了

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      F-117是实用化的采用多面体隐身设计的第一代作战飞机,号称战斗机,实际上没有空战能力,只能用于对地攻击

      诺思罗普的方案和洛克希德的多面体思路不同,采用上圆下平的锅盖外形,使雷达波的能量从边缘流泄发散而达到隐身。这个外形和诺思罗普一向钟爱的飞翼是天作之合,诺思罗普的努力最终导致了B-2轰炸机。

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      诺思罗普Tacit Blue是另一个隐身研究机,重点研究全向隐身,采用锅盖形截面,使雷达波能量从边缘流散

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      锅盖形截面最终导致飞翼,这就是B-2的由来

      然而,就战术飞机而言,80年代最重要的两种飞机无疑是ATA和ATF,前者是替代A-6、A-7的先进隐身攻击机,后者是替代F-15的先进隐身战斗机。

      通用动力/麦道团队和诺思罗普/格鲁曼团队获得最终竟标ATA的权力,前者入选,研制A-12“复仇者II”。这是一架有点像缩小的B-2的无尾飞翼,但通用动力和麦道的老经验在这里搁浅了,他们缺乏对隐身的足够理解,依赖军方的技术转移,严重低估项目成本和高估进度,结果超重30%,超支100亿,还离首飞遥遥无期,在1991年第一次伊拉克战争大胜之后不久,被时任国防部长切尼砍了。通用动力和麦道的报价低得离谱,这是对隐身的技术难度缺乏理解,还是有意低报钓鱼,这个只有他们知道。但诺思罗普/格鲁曼团队的报价和进度预估后来被证明是相对精确的,这只能和诺思罗普在此之前从事B-2轰炸机的经验有关。

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      A-12“复仇者II”型攻击机由于超重、超支、超时而下马

      ATF的竞争是一个人们很熟悉的故事了,洛克希德/波音/通用动力团队的YF-22和诺思罗普/麦道团队的YF-23竞争,YF-22因为性能比较均衡、技术风险较低而入选,超音速巡航和隐身更加优秀但机动性可能不及的YF-23出列。从技术风险上来说,洛克希德具有丰富的隐身设计和使用经验,波音具有丰富的大型复合材料构件的设计和制造经验,通用动力具有丰富的战斗机经验,这些经验加起来有助于降低技术风险。在A-12下马后,这对ATF的选择是一个不小的决定因素。

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      洛克希德YF-22较好地在隐身和机动性之间达到平衡,团队中波音的复合材料经验和通用动力的战斗机经验使得系统技术风险较小,获得入选

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      F-22已经投产,将作为下一代美国空军的主力战斗机

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      诺思罗普YF-23虽然隐身和超音速巡航性能更好,但技术风险也大,没有入选

      ATF之后的另一个重要项目就是JSF,这将替代F-16、F-18、AV-8、A-10等多种飞机。这个故事更近,人们更为熟悉。洛克希德、波音、麦道呈交了竟标方案,麦道由于缺乏隐身经验和缺乏创意而首先出局,洛克希德有F-22的经验,方案比较稳健,波音的方案比较新颖。在对比试飞后,洛克希德方案入选,进一步工程化设计后,将按F-35投产。

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      波音X-32其貌不扬,但在技术上很是精巧,作为最终竟标者之一不是偶然的

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      洛克希德X-35有明显的F-22特征,技术上风险较小,符合JSF成本控制原则,获得入选

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      X-35将作为F-35投产,取代F-16、F-18、AV-8和A-10,作为下一代美国空军和海军的主力轻型战斗机

      回顾这一段历程,洛克希德的东山再起是最引人注目的。洛克希德在60年代离开战斗机领域后,在隐身领域术有专攻,走在了历史潮流的前面。几十年后,尽管缺乏直接的战斗机领域的经验,依然赢得美国空军在当代最重要的也是仅有的两个战斗机项目。这是由于隐身实际上是战斗机技术的又一次革命,在技术发生质变的时候,老经验再次失效,新面孔得以脱颖而出。洛克希德掌握了关键的隐身技术,相对成熟的一般战斗机技术相对容易通过合作而跳跃性地获得。而富有传统战斗机经验的麦道和通用动力,由于缺乏对隐身技术的掌握,和早年寇蒂斯不能跟上单翼机和喷气技术一样,黯然退出了。麦道并入了波音,通用动力并入了洛克希德,格鲁曼并入了诺思罗普,美国航空工业只剩下三大主要公司,其中只有洛克希德直接从事战斗机的研制。美国已经有人在担忧仅剩的公司不足以形成有效的竞争,缺乏有效的互相激励,美国航空技术的未来发展可能受到损害。

    • 家园 【原创】磨砺记(六)

      战后美国空军追求技术至上的豪华装备路线,一方面在军事技术上取得突飞猛进,另一方面使财大气粗的美国也不堪重负。另一方面,肯尼迪放弃艾森豪威尔的“大规模报复”战略,改为“灵活反应战略”,强调常规作战能力,灵活地应对从世界大战到局部战争的各种战争形式。在技术上,高空高速已经不足以保证突防和生存,但新技术使一机多用成为可能。这些变化使得美国开始要求作战飞机具有多样化的作战能力,并拥有良好的经济性。罗伯特•麦克纳马拉是美国商界“神童”,被肯尼迪请来出任国防部长,控制脱缰野马一样的军费上涨问题。

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      罗伯特·麦克纳马拉,23岁获得哈佛MBA,24岁被请回哈佛,成为历史上最年轻也是薪金最高的教授,在肯尼迪政府成为美国历史上最出名的国防部长

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      XB-70的2号机在空中和伴飞的F-104相撞后坠毁,这是压在骆驼背上的最后一根稻草,整个计划不久以后下马

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      B-1是北美最后的军用飞机产品

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      但北美把高空高速的专长转用于航天,颇有斩获,这是用于发射阿波罗飞船的“土星5”号运载火箭

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      航天飞机也是北美的杰作

      在这样的大气氛下,XF-108、XB-70下马,北美一下子失掉了重心,除了后来的B-1轰炸机外,在军用飞机领域再无建树。但北美转战航天后多有斩获,航天飞机和“土星”运载火箭都是北美的杰作。

      “麦克纳马拉革命”对美国战斗机发展有两个影响:1、多用性和通用化,2、放弃实机竟飞,改用纸面评估。多用性和通用化不光要求战斗机同时具备空战和对地攻击能力,还要求空海军具有最大程度的通用性,以减少采购品种,增大采购批量但压缩采购总量,改善经济性和后勤保障。放弃实机竟飞可以节约很大的开支,当时认为航空技术发展已经成熟,纸面评估也可以达到相当的可靠性。事实证明,这两点都过于乐观了。

      麦克纳马拉推动的TFX计划最终导致通用动力(康韦尔在1953年就被通用动力收购,但在50年代人们还是习惯地称其为康韦尔,直到60年代以后才用通用动力的名称)和波音进入最后竟标。在屡屡修改要求并重新投标后,波音方案依然三次入选,但最终还是通用动力的方案获得研制合同。此中的阴谋论说法(彼时总统林登•约翰逊是德克萨斯人,通用动力位于德克萨斯)一直绵延不绝,但事实是,通用动力的方案具有更大的空海军型通用性;通用动力具有更多的战斗机经验,对预算和技术风险的评估相对可靠;作为通用动力团队一部分的格鲁曼具有丰富的海军战斗机经验和变后掠翼经验;通用动力方案技术先进性不如波音也导致了较低的技术风险。

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      波音的TFX方案采用不常见的机背进气道,机腹的空间留出来给机内弹仓,在设计上比较新颖

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      通用动力TFX方案比较常规

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      最终的F-111改用翼下进气道,其他的和最初的通用动力TFX差不多

      但F-111的研制遇到了严重的问题,性能达不到要求,严重超重、超支、超时。F-111的困境和越南战争的经验引发了美国空军的另一场革命,“战斗机黑手党”要求空优至上和对比试飞,这两点都是对麦克纳马拉革命的反动。在技术特点上,不再强调技术至上,而是战术引导技术,强调机动性、系统综合能力、维修性和成本控制,其结果就是麦道F-15、通用动力F-16、麦道F-18(诺思罗普在YF-17被美国海军选中重新设计后,苦于缺乏海军战斗机经验,被迫把设计主导权交给麦道)。格鲁曼F-14也是TFX计划失败的结果,但这是F-111B重新包装的产物,和战斗机黑手党没有什么关系。

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      格鲁曼把F-111B重新包装后,推出F-14

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      麦道F-15在F-22大规模服役之前,一直是美国空军的主力战斗机

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      但真正采用战斗机黑手党理念的还是通用动力F-16,号称现代最成功的战斗机

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      诺思罗普YF-17虽然落选,但被美国海军看中。可惜诺思罗普没有海军战斗机的经验,只好拱手把重新设计的主导权交给麦道,自己沦为次级承包商

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      麦道F-18在F-14退役后成为美国海军的主力战斗机

      在TFX还在酝酿时期,麦克纳马拉已经在推动空海军通用化。由于海军F-4“鬼怪”式的成功,空军被指令研究将F-4作为TFX服役之前的过渡的问题。空军的评估表明:在典型作战条件下,F-4作为截击机优于F-106,作为攻击机优于F-105,作为侦察机优于RF-101。尽管一百个不情愿,美国空军还是采用了F-4,很多盟国空军也很快跟进。不久,海军的A-7“海盗”攻击机也被空军采用。

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      作为TFX服役前的过渡,美国空军也开始采用F-4,并成为越南战场上空的美国象征

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      同期,海军的A-7也被空军采用,一直用到1991年的第一次伊拉克战争

      F-15、F-16、F-18至今依然在美国和盟国中作为一线战斗机。战国争霸尘埃落定后,麦道稳居老大地位,除了F-4、F-15、F-18,还有垂直起落的AV-8(基本技术来自英国BAe)。通用动力位居老二,除了洗心革面后的F-111,还有现代战斗机中最为成功的F-16。格鲁曼继续保持在海军中的老大地位,但F-14最终是“青少年”系列(F-14到F-18,teen在英文中有十字号的意思)中最早退役的,后继无嗣的格鲁曼最终退出了战斗机领域,变成诺思罗普的一部分。较早退出的还有北美、沃特、共和。北美转战航天,沃特作为LTV的一部分主打飞机结构次级承包,共和在并入费尔柴尔德后曾推出A-10攻击机,但还是凄惨地退出了战斗机领域,当年制造P-47的巨大厂房如今成为购物中心。洛克希德专攻战略侦察机、军用运输机、民航机、航天(“大力神”运载火箭);诺思罗普继续专攻轻型战斗机,但F-18的陆基型胎死腹中,专供出口的F-20“虎鲨”也最后下马。

      麦克纳马拉革命的初衷是控制军购成本,但作战飞机的品种少了,采购总量也少了,而单位成本显著提高,F-14和F-15分别是美国海军和空军历史上最昂贵的战斗机,最终军购费用并没有下降,还要靠高低搭配才能维持起码的数量。这是麦克纳马拉没有预料到的。

      40-50年代时,美国有9个战斗机公司,40多个战斗机研制项目。这都是实现首飞的,纸面项目和在首飞前就下马的不算。这其中,主要为美国空军研制战斗机的有5家,分别为通用动力,北美,共和,洛克希德,诺思罗普,共研制22种战斗机,8种轰炸机。主要为美国海军研制战斗机的有4家,分别为格鲁曼、麦克唐纳、沃特、道格拉斯,共研制18种战斗机。

      60-70年代中,新飞机项目下降到10种以下,到TFX的时候,只剩下一个,70年代略有回升。这也是一个战术引导技术的时代,航空技术的发展相对稳定,没有突破性的新技术出现,专业领域的经验变得很重要,准入门槛很高,所以没有新公司出现。70年代后,飞机公司大量合并,共和在1965年并入费尔柴尔德,北美在1973年并入洛克威尔,两者都在后来并入波音;沃特在1962年并入LTV。公司在经济前景上的不定性和新项目的减少,使得飞机公司对大量投资于公司科研的信心下降。

      在众多战斗机公司中,麦道最为成功,空海军通吃。这要归功于麦克唐纳从40年代开始就为海军研制喷气战斗机,特别注重航母上的起落所必要的中低空机动性能,从F-101开始又在空军中积累的深厚的人脉,其F-4和F-15在空军中获得成功就不奇怪了。麦道的海军战斗机经验也使F-18成为一架出色的海军战斗机,30年后又老树新花,将以F-18E的面目在未来几十年里继续作为美国海军的主力战斗机。北美从F-86开始,借助X-10/SM-64“纳瓦霍”巡航导弹的东风,抢先跨入超音速时代,以后又掌双三的牛耳,但由于在技术路线上失之毫厘差之千里,最后淡出战斗机领域,将高空高速的专长转用到航天上。通用动力借50年代的双二东风,一直冲浪于航空技术的前沿。差点在F-111上栽了,但从F-16上翻了本。

      美国空军和NASA的航空科研继续占领导地位。这期间,美国空军科研的突出代表是约翰•博伊德少校倡导的能量机动理论,这个理论结合实际的全新理论不光可以用来评价现有战斗机和战术,还可以指导未来战斗机的设计。NASA在此期间也推出线控变稳等新技术,但重点转向航天。然而,最重要的航空新技术是隐身,这将影响未来20年的战斗机世界。

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