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(一)(完)

    生活中有很多既生瑜、何生亮的故事,在战斗机世界里,也有这么一对,那就是F-16和F-18。F-16在美国空军里不叫“战隼”(Fighting Falcon),而是叫“蝰蛇”(Viper)。F-18的原型YF-17的名称是“眼镜蛇”(Cobra)。所以,F-16和F-18的故事就是双蛇记了。

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    F-16

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    F-18

    第二次世界大战后,美国仗着财大气粗和夺人之美(从英国的德国获取了大量的先进航空技术),航空技术水平见长,到60年代时,在西方世界已经拔剑四顾两茫茫了。但是越南战争中,闪耀着先进技术光芒的鬼怪式战斗机被简单、小巧、灵活的米格17和米格21打得满地找牙。

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    F-4鬼怪式,越战时期美国空海军的主力战斗机

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    F-105雷公式战术战斗机,是century系列(F-100到F-106)里唯一按照战斗轰炸机设计的,开始时,F-4的主要任务是空优,F-105的主要任务是对地攻击,后来F-4空地通吃了

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    波兰空军涂装的米格-17

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    航展中的米格-17

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    艺术作品中的米格-17和F-4在格斗中

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    中国版的米格-21-人们熟悉的歼-7,和越战期间的米格-21很相像

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    这是后期的米格-21,现在在世的米格-21中,主要是这种后期版,进气锥加大,可以安装雷达;脊背油箱加大,增加航程,但机动性有所下降。越战期间,这种型号还没有进入越南空军。

    朝鲜战争中,轻巧灵活的F-86对更轻巧灵活的米格-15取得了良好的战绩,但在美国军方心目中,朝鲜战争不代表未来战争的主旋律。第二次世界大战后,美国从上到下都对艾森豪威尔的“大规模报复”战略坚信不已,空军获得军费的大头,而空军内部,李梅的战略空军又拿了大头。空军基本是轰炸机派的天下,要么就是用核轰炸机把敌人炸回石器时代,要么就是用截击机防止敌人把自己炸回石器时代,战术飞机的唯一另外一个用途,就是投放战术核武器。所以50-60年代的美国空军的战斗机都是以对敌纵深攻击为主的战斗轰炸机和以拦截敌轰炸机为主的截击机,没有真正的格斗战斗机。1962年,李梅任空军参谋长,这是轰炸机派的顶点。60年代初空军的装备论证报告准确地预测了对C-5一级的超大型运输机和B-1一级的变后掠翼超音速轰炸机的需要,但对战斗机,预测的结果还是“以导弹为主要武器的为空战而优化的F-111和F4”。这些预测倒不是拍脑袋想出来的,而是在无数空战研究和实战演习中的得出来的结论。然而,研究和演习的想定和实战有很大的差距。在研究和演习中,敌我之间有一条明确的楚河汉界,这边的都是友军,那边的都是敌人,只要雷达能够看见的,打就是了。然而,在越南的实战中,敌人常常从意想不到的方向出现,敌我很快就混战一团,在视距外敌我识别根本不可靠,所以条令规定必须目视识别敌我后方可开火。这样,截击机的远程火力优势根本得不到发挥,而机动性不足的劣势反而暴露得淋漓尽致。美国空军被迫开始了痛苦的反思,结论是美国需要一架新时代的F-86。

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    F-86佩刀式战斗机,70年印巴战争中,还是巴基斯坦空军的主力,把印度的英制猎人式战斗机打得满地找牙

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    朝鲜战场的一对冤家,现在是航展上比翼齐飞的伙伴

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    米格-15

    与此同时,John Bohn中校主持研究有限战争中美国空军装备的需要,得出结论:F-111那样昂贵的装备不适于中低烈度的冲突,美国空军需要一个高低结合的装备结构,建议美国空军考虑F-5和A-7作为低端装备,具有良好机动性的F-5作为空优的低端补充,和海军通用的A-7作为对敌攻击的低端补充。但是那是一个国防经费取之不尽、用之不竭的年代,美国空军对任何不是“最好”的装备不感兴趣,John Bohn的建议被束之高阁。

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    F-111,好心办坏事的典型,现在航空界里一提F-111,就像汽车界里提到福特的埃德塞尔一样,马上引起一身的鸡皮疙瘩

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    A-7海盗式攻击机

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    F-5战斗机

    但是战术空军司令部对寻找一个机动性优秀的下一代战斗机还是很起劲。1965年4月,战术空军司令部提出F-X计划,其要求是单座、双发、全天候,机动性优先于速度和高度,具有高推重比,最高速度为2.5马赫,可以挂载红外和雷达制导的空空导弹。

    但是麦克纳马拉还在国防部坐着,他对海空军的通用作战飞机的概念还是念念不忘,在1965年秋明文指令空军采购A-7攻击机,否则就要陈述特别的理由,以证明不采购的原因。1965年11月,新国防部长哈罗德•布朗和空军参谋长John McConnel提议采购11个中队的A-7,这个决定在空军中广受批评,但实际上为继续研制F-X扫清了道路,因为这是F-X是作为替代F-4的“更先进的高性能战斗机”而提出的。

    1965年12月8日,战术空军司令部向工业界13个公司发出F-X研究的招标,研究还是强调均衡的空空、空地能力,有8各公司回应。1966年3月8日,战术空军司令部选中波音、洛克希德、北美,作为其4个月的概念研究,格鲁曼自费参加。这些公司总共提出500多个研究方案,但典型方案的重量达到30吨,采用变后掠翼,机体大量采用先进材料,速度为2.7马赫,与其说是新时代的F-86,不如说是死灰复燃的F-111。

    空军对研究的结果很不满意,中止了进一步的研究。这时战术空军司令部开始意识到,原先F-X要求的提法不对,不应该不分主次,同时强调空空和空地,把所有人都引向了一个错误的方向。正在这个时候,John Boyd少校的能量机动理论开始得到重视,空军把他调到装备规划部门,责令他把F-X重新引上轨道。

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      • 家园 【注意】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

        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,咱们的战斗机飞行员也应该知道吧!下次优先打美国鬼子的彩色飞机,嘿嘿,就是用撞击,也要把它搞下来。哈哈哈。花。

    • 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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