F22戰機是款怎樣的飛機?

根據美國空軍的計劃，F-22戰鬥機群已在2005年12月形成初始戰鬥力，美國戰術空軍將正式進入第四代戰鬥機時代。外界對這種世界上第壹種第四代戰鬥機的報道早已汗牛充棟，但是對於其先進的技術在飛行乃至實戰中的意義，卻大多語焉不詳。為此，本刊特邀著名航空作家方方先生撰寫此文，為讀者揭開數據迷霧後F-22的真實性能。 F-22, 世界上第壹種也是目前唯壹壹種投產的第四代超音速戰鬥機,它所具備的“超音速巡航、超機動性、隱身、可維護性”(即所謂的S4概念，也有資料將“短距起降”包含在內，稱為S5)成為第四代超音速戰鬥機事實上的劃時代標準。 於F-22，著述已多，但涉及到飛機特點以及試飛情況的卻少見。所幸《CODEONE))雜誌對F壹22試飛員進行了采訪。本文即試圖從訪談中獲取信息，從F-22最突出的飛行包線兩端的飛行性能角度探析該機在作戰中所具有的優勢，特別是和同樣以超機動性聞名於世的蘇-37相比，二者優劣長短如何。 超音速性能 超音速巡航能力 說到超音速性能，首先要提到的就是超音速巡航能力。超音速巡航這個概念，對於航空愛好者來說並不陌生。但由於許多媒體報道不甚確實，使得這壹概念往往同“超音速飛行”等概念混同起來。 超音速巡航能力實際上是指飛機無需開加力而以較高的超音速巡航飛行的能力。在這壹概念中，有兩點必須明確，1.無加力；2.較高超音速。對於第壹點，筆者曾經不止壹次看到有文章提到米格壹25／31的“超音速巡航能力”，實際上這兩種飛機不過是在機內載油量極大的基礎上開加力實現較長時間的超音速飛行罷了。對於第二點，往往被人忽略，認為只要不加力，飛行M數超過1，就可以稱作超音速巡航了。英國人在介紹他們自己的閃電截擊機的壹篇文章中就提到，該機不加力M數達到1.0l，因此算是世界第壹種實現超音速巡航的飛機。隨著發動機技術的進步，壹些第三代戰鬥機已經可以在無外掛條件下，小開加力在跨／低超音速區飛行(MO.9-M1.3，壹般只能略超過1，尚未接近上限)。這些飛機也算不上實現了超音速巡航。 作為第四代超音速戰鬥機的劃分標準之壹，超音速巡航如果這麽容易就被第三代、甚至第壹／二代超音速戰鬥機實現，那麽這條標準早就可以扔進垃圾堆了。上述兩點只是量化衡量的標準，而不是超音速巡航的實質壹壹通過先進的氣動設計，大幅降低超音速零升阻力系數，提高超音速升阻比，結合大推力低油耗發動機，飛機超音速性能實現階段性的飛躍，這種優越性能的冰山壹角就是超音速巡航，這就是它的意義所在，也是它能夠成為分代標準之壹的原因。如果只盯住量化標準，而不考慮背後的實質，恐怕會失之偏頗。試想壹下，假如F壹15可以裝上F壹119發動機，那麽不加力M數或許可以達到M1.2或更高，但它的超音速性能卻絕對比不上F-22，囚為它的氣動設計仍然是第三代戰鬥機的水下。 那麽超音速巡航可以為F-22帶來什麽樣的戰術優勢呢?就這個能力本身來說，它的優勢壹般體現在攔截和超視距空戰中。 如果妳正處於攻擊態勢，或者說，妳正駕駛妳的猛禽去攔截入侵者，那麽超音速巡航能力將大大提高妳的接敵平均速度，外推攔截線，在對手進入武器射程之前就對其實施攻擊。而高達M1.5以上的巡航速度，將賦予妳“先敵開火，先敵擊落”的優勢。例如，當載機速度從M0.9提高劍M1.5時(這裏假定載機具有高度優勢)，AIM-120阿姆拉姆的動力射程也增大了50%。從壹架以M1.5飛行的F-22上發射的AIM-120，其初速度要快得多，更多的燃料可以用在後續航程中，因此可以在比原來的距離遠50%的地方擊中目標。如果超巡能力再結合F-22自身的隱身能力、AN／APG-77雷達以及具有無源定位能力的AN／ALR-94電子對抗系統，可以說，F-22已經具有飛行員夢寐以求的在超視距空戰中“先敵發現，先敵開火，先敵擊落”的優勢。 好了，現在假定妳的AIM-120已經進入自導段，或者妳的猛禽很不走運地被對方鎖定了(當然如果出現這種情況，那麽妳大概需要回內利斯基地補課了)，那麽妳需要做的就是脫離對方導彈的有效攻擊範同。只要妳不是迎著導彈上去，那麽妳的任何機動都會導致對方導彈攻擊範圍的縮小——事實上是導彈發射瞬間的總能量與猛禽的總能量之差決定了這個範圍的大小。而超音速巡航能力結合超音速機動能力，可以使妳的猛禽在防禦機動中保持較高的能量狀態，從而大大壓縮對手的開火距離和導彈的有效攻擊範圍。在這種情況下，妳的生存幾率比以亞音速機動的飛機要高得多。 作者： 219.149.46.* 2007-1-25 14:37 回復此發言 -------------------------------------------------------------------------------- 2 J10戰鬥機和F22比起來估計落後30年！ 在和F-15／F-16的對比試飛中，如果F-22不想和它們糾纏而加速脫離的話，那麽鷹和戰隼無論如何也追不上具有超音速巡航能力的猛禽——盡管這些優秀的第三代戰鬥機已經采用了半油構型，以盡可能提高飛行性能，但結果仍然相同：猛禽能夠將這些具有“優良”氣動力設計的飛機遠遠甩開。采用F100-110／129／229發動機的F-16在初始加速突破音障階段還不會落後猛禽太多。但當猛禽進入高馬赫數超音速巡航狀態後，這場競賽實際上就結束了。沒有哪種飛機可以和猛禽比超音速續航力的。進行追擊的F-16和F-15在加掛典型戰鬥載荷後，無論是存加速段還是在持續巡航段都無法跟上猛禽。對此，F-22首席試飛員保羅·梅斯回憶說“我們的試飛任務總是受到追擊飛機油量的限制。壹句簡單的“Bingo”就會迫使我們減速，然後把追擊機帶到加油機那裏加油。而此時猛禽的油箱仍然是剩下很多燃油。如果這種下壹代戰鬥機在面對今天的飛行器沒有表現出明顯優勢的話，我會成為堅定的反納稅者。猛禽在很多方面都很出色，而壹架超音速巡航中的猛禽更是相當出眾的。” 除了空戰外，如果需要F壹22穿越對手的防空體系，超音速巡航能力同樣可以提高其生存力。道理和前述並無二斂：穿越防空系統傳感器探測範圍的時問越短，留給防空系統的反應時間自然越短。猛禽的巡骯速度越高，截擊就越困難，防空系統攻擊範圍減小幅度也越顯著。無論是尾追還是前置攔截，高速度顯著縮短了有效射擊時間，因為導彈必須追擊壹個高速目標，而相對角速度太大使得它不得不在急轉彎中消耗能量。加速／爬升性能在超音速巡航能力的背後，隱藏著這樣壹個事實：猛禽的發動機推力大而阻力小，在考慮飛機承量因素後，其單位重量剩余功率(其絕對值等於同等狀態下飛機的爬升率——作者註)相當驚人。 發動機是重要因素之壹。F119-PW-100最人推力97.9千牛，加力推力155千牛，可靠性高，可以忍受油門的劇烈變化，堪稱戰鬥機的理想動力。帶固定斜板的進氣道在設計上偏重於考慮超音速巡航的要求，在設計巡航速度下具有較高的效率和較小的阻力，飛行包線右端的加速性能和Ps都明顯改善。對於F-22來說，限制其最大速度的因素不是發動機推力，而是包括機體強度在內的其它因素——特別是在低空。為了避免飛行員無操作導致飛機超出最大速度限制，F壹22已經加裝了最大速度提示和警告系統，以便當飛機接近極速限制時提醒飛行員。 而阻力小的特點主要得益於兩方面：優良的氣動設計(在設計上特別考慮了超音速巡航的需要，但M1.5的發計速度附近和40000英尺高度條件下，總阻力最小)和內置彈艙設計。 可以對比壹下F-15。F-15號稱沖刺速度可以達到M2.5，但那是在凈形條件下。在掛彈後，由於幹擾阻力增大，該機最大M數僅有M1.78，在接近M1.7的時候加速性嚴重下降。而F-22在這方而的表現就要好的多。按照試飛員的說法“在所有高度下，以軍用推力或者更小的推力進行水平加速非常容易，但要是使用全加力，其加速度簡直令人驚駭。我希望我可以用數字來說明，不過它們現在仍然是保密的。使用軍用推力，在接近音速時隨著阻力上升，加速性有些下降入， 但突破音障仍很輕松。猛禽以軍用推力跨音速飛行，感覺上和F-15開加力差不多。打開全加力，猛禽的加速性變得穩定而強勁。在M0.97壹M1.08之間，飛機有輕微抖振。之後，直到最大速度，猛禽的加速壹直保持平穩連續。試飛時，我們喜歡盡快進入超音速巡航狀態，以最人限度地利用我們狹小的超音速空域。我們開加力進入超音速巡航，當達到測試條件時收回油門。現在很多高速試飛已經轉移到太平洋導彈靶場(範登堡空軍基地和幕谷角海軍航空站之間)進行。我們在這裏有更長的直線飛行空間，並可以將音爆對當地居民的影響減至最小。” 爬升能力方面，F-22也相當不錯。傳統的戰鬥機快速爬升時是采用魯特斯基爬升曲線。它們先以亞音速爬升到對流層頂(約36000英尺)，然後再加速到超音速進行爬升。對猛禽而言，就可以省掉這些復雜的曲線，直接從跑道上拉起加速，轉入超音速爬升。“這家夥簡直就象是為高速飛行而生的。”保羅·梅斯如此評價。 作者： 219.149.46.* 2007-1-25 14:37 回復此發言 -------------------------------------------------------------------------------- 3 J10戰鬥機和F22比起來估計落後30年！ 超音速盤旋能力 超音速機動性能是F壹22的設計重點之壹，也是該機與第三代戰鬥機的“代差”標誌之壹。除了前述超音速巡航、超音速加速／爬升性能外，超音速狀態下的盤旋能力也有明顯提高。有資料稱，該機在M1.7時穩定盤旋過載可達6.5g。考慮到／F-15在同等條件下盤旋能力遠遜於此，而蘇-27在M0.9、中空才達到這個水平，不能不說這是壹個相當驚人的進步。能夠達到如此之大的超音速盤旋過載，發動機是壹個重要原因，而同樣重要的還有飛機的超音速升阻比和配平能力。 關於升阻比，不難理解。要拉出足夠的過載，機翼就必須產生相應的升力，伴隨而來的就是誘導阻力的急劇增人(誘阻系數與機翼迎角平方成正比，與機翼展弦比成反比)。如果誘阻系數太人，誘阻增長極快，那麽很快就會抵消發動機的剩余推力，飛機雖仍可能拉出較大過載，但發動機推力已不足以維持穩定飛行，當年的幻影-III瞬時盤旋性能好而穩定盤旋性能差，即為此例。以現代航空技術水平而言，要設計出具有高升阻比的機翼或者具有良好超音速性能的機翼均非特這也是F-22足以自傲的壹點。 而配平能力則往往容易被人忽略。機翼的高升力是拉出大過載的基礎，但升力越大，產生的俯仰力矩也越大。如果飛機自身不能提供足夠的俯仰配平力矩，飛機要麽進入上仰發散狀態而失控，要麽被機翼升力產生的低頭力矩壓回去，無法拉到需要的迎角。特別是任超音速條件下，飛機焦點大幅度後移，機翼升力產生的低頭力矩相當人，進行超音 速機動需要更強的配平能力。以超音速性能著稱的米格壹25，就是由於配平原因而無法進行較大過載的超音速機動——該機超音速平飛時，平尾偏轉就已接近極限，能用於超音速機動的余量相當小，所以雖然機體可以承受更人的載荷，但M2時的最大盤旋過載僅有3G。 要解決配平問題，壹是大幅放寬靜穩定度，將飛機焦點前移。這樣超音速飛行時飛機焦點雖然仍會後移，但距離重心近，產生的低頭力矩相對較小。不過，這樣壹來飛機在亞音速大迎角機動時同樣會面臨配平問題——這次是配平機翼產生的擡頭力矩。被媒體過分渲染的近耦鴨式布局，由於鴨翼距離重心較近，配平能力不足，F-16的總師哈瑞·希爾萊克就曾說過：“鴨翼最好的位置是在別人的飛機上。”廣為人知的以色列獅式戰鬥機就始終未能解決大迎角配平問題。因此，在當年ATF方案論證時雖然出現過不少鴨式布局方案(老航迷們應該還記得80年代采用鴨 式布局的YF-22的想象圖)，但F-22最終還是選擇了具有較強配平能力的正常式布局，縱向靜穩定度也放寬至壹15%。解決配平的另壹個途徑是采用推力矢量控制(TVC)技術。采用TVC，其主要優點有：在氣動操縱面基礎上又增加了壹個配平手段，配平能力自然大幅增強；高速飛行時氣動操縱面偏轉將產生極人阻力，而采用TVC可以起到同樣的操縱效果卻無需偏轉操縱面TVC並不僅僅是偏轉推力矢量而產生法向分力，強大的發動機噴流將存後機身形成引射作用，產生新的“升力”增量，同時參與配平。F-22的超音速機動性大幅提高，TVC技術功不可沒。 就超音速盤旋本身的特點而占，其最大優勢體現在日趨重要的超視距空戰中。前面已經提到，在超視距空戰中無論是攻擊還是防禦態勢，超音速巡航能力都非常有用，而超音速盤旋能力則是保證攻防轉換順利銜接的關鍵壹環。當AIM—120進入自導段時，F-22為了避免進入對方武器有效射程或者沖得太快進入風險極大的近距格鬥，需要轉向高速脫離。可以想象，對於F-15這類飛機而言，為了盡快轉向，轉彎前的速度需要保持在其角點速度附近，完成轉向之後再加速脫離，這必然限制其發射AIM壹120時的速度，減小了有效射程；或者為了提高有效射程增速到超音速，發射後再次減速，但犧牲時間。對F壹22來說，完全沒有這些麻煩。良好的超音速盤旋能力使之可以在超視距作戰階段始終維持較高的能量狀態，以應付各種突發事件。 過失速機動性 壹般來說，s4裏面的超機動性，主就是指過失速機動性。要具備過失速機動性，良好的人迎角飛行品質和有效的控制手段是必需的兩大基礎。我們先來看看F-22(在大迎角飛行狀態下的表現，這或許有助於我們理解這種飛機的優勢所存。 抖振 抖振是飛機人迎角下常見的飛行特征。對於飛行員來說，抖振是壹個很好的提示，它是機翼上表面後部氣流開始發生分離的直接表現，等於通知飛行員：機翼已接近臨界迎角，即將失速。當氣流分離向前發展至機越前緣時，機冀即完全失速。對於傳統飛機來說，機翼失速可能導致飛機進入尾旋或者其它難以控制的復雜飛行狀態。此外，強烈的抖振不僅可能損傷飛機結構，而且將嚴最影響武器系統的使用。即使是設計良好的第三代戰鬥機，在此時也需要飛行員仔細而謹慎地操縱——如果妳不希望飛機進入非預想的超大迎角狀態，那麽就需要立刻檢查桿舵輸入，盡快減小迎角。 參與了F-22左端包線試飛的瓊·比斯雷談到：“猛禽大約在20度迎角附近開始抖振，直到26度抖振幅度有輕微增大。猛禽的抖振強度大約和F-16大迎角抖振的最小強度差不多，而控制比F-15少得多。從26度到大約40度，抖振強度基本穩定，超過40度後開始減小。”而來自F-16／MATV試飛小組的報告稱“除非在高亞音速狀態，否則標準的F-16在正常迎角限制的飛行包線內不會出現大幅度抖振。在超過限制後的某個位置，我們遇到了明顯而意味深長的抖振。在大約40度迎角附近出現中等幅度的抖振，壹直持續到50度，然後幅度減弱到幾乎消失。” 兩相對比，我們可以看到：和經典的第三代戰鬥機相比，F-22的抖振幅度明顯減小，這得益於其良好的氣動設計，對於大迎角條件下的武器使用(特別是航炮)非常有利。此外，報告中還有壹句潛臺詞：飛機存大迎角下飛行穩定，不會出現機翼突然失速然後失控的局面。(未完待續) 本刊特邀撰述 方方 F-22，世界上第壹種也是目前唯壹壹種投產的第四代超音速戰鬥機,它所具備的“超音速巡航、超機動性、隱身、可維護性”(即所謂的S4概念，也有資料將“短距起降”包含在內，稱為S5)成為第四代超音速戰鬥機事實上的劃時代標準