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[转帖] 战隼——F-16A/B/C/D/V[140p]

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战隼——F-16A/B/C/D/V[140p]

---“战隼之父”谈F-16“战隼”

 上世纪 80 年代末,有人做过一个很有趣的评估——美军现役装备中最好和最差的武器。B-2 隐形轰炸机、F-15“鹰”战斗机和 RAH-66“科曼奇”直升机不幸荣登最差武器榜。而同时有三件空战武器荣登最好武器榜——“响尾蛇”空空导弹、A-10“雷电”攻击机和 F-16“战隼”战斗机。其中对于 F-16 “战隼”战斗机的评价是:三位国防部工作人员隐匿了一笔研究资金,私下研制了这种轻型战斗机。当通用动力公司生产出第一批 F-16 战斗机时,很多飞行员认为它是有史以来最好的战斗机。尽管它只装备了航炮和红外制导空空导弹,但很多飞行员坚信这就足够了。

  30 多年过去了,“战隼”战斗机历经了黎巴嫩战争、海湾战争、波黑、科索沃战争的考验,也亲身经历了 911 事件(最早投入拦截行动的就是国民警卫队的 F-16 战斗机),又一马当先投入反恐战争,至今仍在许多国家的空军中担任主力战斗机。更重要的是 F-16 战斗机的设计思想深深地影响了很多三代轻型战斗机:以色列 LAVI“狮”、中国 歼-10“猛龙”和 FC-1“枭龙”、瑞典 JAS-39“鹰狮”...甚至在四代战斗机的研制历程中也能感受到它的影响。

  今天,伴随着 F-35 战斗机的服役,三代战斗机的代表 F-16 战斗机也渐渐淡出人们的视线。但它先进的设计思想却仍旧对我们有很大的启发意义。让我们听听“战隼之父”Harry Hillaker 回忆“战隼”的研发历程吧







Harry Hillaker

革命性的战斗机

  F-16 是一种革命性的战斗机,它体现了战斗机设计思路上的重大变化:不但是高技术与空战中主要需求(包括传统飞行性能、战斗机使用寿命和可操作性)之间的完美结合,而且其“友好化”的用户界面和综合航电系统允许一名战斗机飞行员独自驾驶它执行飞行任务并赢得空战胜利。

  此外,成本控制的概念也贯穿 F-16 战斗机的设计过程始终,甚至延伸到它的使用与维护阶段。F-16 战斗机大量采用了当时最先进的航空技术:线传操纵系统、放宽安定度设计使得 F-16 战斗机的空战机动性与前一代战斗机相比有了质的飞跃,直到今天其近距离格斗能力仍旧无可匹敌。更重要的是 F-16 战斗机的成功实践推翻了很多人的思维定势:战斗机越大越重,其性能就越好;性能越好的战斗机,其价格也必定越昂贵;越是精巧复杂的系统,其可靠性也越差。

  然而这些都不是最重要的,最重要的在于 F-16 战斗机是第一种完全以“能量空战理论”为基础设计出来的空优战斗机。其实轻型战斗机的设计理念早已有之,但以往都局限在轻快、灵活、价格低廉、以数量取胜的圈子里,而一旦与先进的空战理念、先进的电子设备和系统优势结合到一起,其性能就有了跨越式的进步!

  上述这些成功很大程度上归功于 Harry Hillaker 的辛勤工作,他和他的伙伴们(就是著名的“战斗机黑手党”)共同引领了这场战斗机设计方法学上的革命。可以说 F-16 战斗机项目最初起源于一个由一群老资格设计师主导的业余小项目——回溯到上世纪 60 年代中期,Hillaker 花费了自己大量业余时间来设计一种自己梦想中的战斗机——轻型、高性能喷气式战斗机,它拥有无与伦比的高机动性,几乎可以围着其他战斗机随意转圈,这个业余小项目后来成为他的梦想,又由梦想成为现实。甚至今天衡量一种战斗机是否优秀的标准就是它是否符合“战斗机黑手党”提出的设计原则!

  尽管 Hillaker 从事了 44 年战斗机设计工作后于 1985 年退休,但他仍旧以顾问身份为美国空军和航空工业界服务。1990 年他以自己卓越的成就入选美国国家工程院。他两度担任美国空军科学顾问委员会下属的航空航天器小组主席。Hillaker 几乎一生与自己的得意之作——F-16 战斗机相守在一起,就连居住地都在 F-16 战斗机生产线所在地——沃斯堡。并且他一直很乐意和别人分享他所知道的 F-16 战斗机的研发历程。



YF-16 与 F-4 比较转弯能力,其中内圈是 YF-16。可以看出二者转弯能力的差距




在土耳其空军建军 100 周年仪式上进行表演的土耳其“战隼”,可以看出其低空低速能力十分优秀。土耳其装备的是 F-16C Block40 型战机

关于战斗机黑手党

  问:上世纪 60 年代末,你发现你被人们归到“战斗机黑手党”里了。这个名字是从何而来的?

  答:这个名字是当时人们给一个技术小组起的外号,这个小组当时从事的课题是关于“轻型战斗机”的概念设计,就是后来的 F-16 战斗机。小组当时有三位核心成员:John Boyd、Pierre Sprey 和我。后来我们被空军的人私下称为“战斗机黑手党”,那是 60 年代中期的事情。当时我们被认为是一群“地下工作者”,总是爱挑战战斗机设计领域公认的法则。在很多人眼里,我们意味着某种威胁。

  问:是什么让大家认为你们是一种“威胁”?

  答:因为我们希望在战斗机设计领域引领一场变革。当几乎所有人希望往一个方向走的时候,我们偏偏想往反方向走。更具体地说,空军担心我们当时尝试研制出的那种新型战斗机会危及到 F-15 战斗机的地位。

  你知道 F-15 战斗机是有史以来第一种空中优势战斗机,为此空军已经签署了一份整整持续 25 年的生产合同。相比之下,我们提出的概念不受重视,那些将军们觉得我们研制的飞机顶多就是“狗斗”级别的战斗机,只配在阳光明媚的周末航展上亮相,玩点飞行表演什么的。他们之所以得出这样的观点还是源于当年对洛克希德 F-104 战斗机的使用经验。F-104 战斗机确实是一种轻型战斗机,不少飞行员也很喜欢它,可是它空战性能和航程都达不到要求,空军最后只订购了 300 架就告收场。

  此外我们被人误解的另一个原因是因为我们被视为一群“反技术主义者”。我们的口号就是“让一切变得简单”(make it simple)。这句口号言简意赅,但也容易让人产生误解。我们最初确实没有很好地阐释自己的观点。




战斗机黑手党是一个群体,包括各式各样的人:空军战斗机飞行员、飞机制造公司的设计师、国防部的官员还有分析专家。但其中起到核心作用的还是 John·Boyd,他创立的“能量空战理论”对后世影响深远,最直接的影响就是 F-16 的诞生

简单化和紧凑化的设计思路

  问:难道在战斗机设计领域里,技术的发展趋势是不鼓励简单直接的设计方案么?

  答:在战斗机设计领域里围绕着任何一个设计方案中,新技术的比例究竟该占到多少的争论已经持续了很长时间。问题的关键并不是要不要采用新技术,而是如何运用这些新技术。譬如,F-15 战斗机最终还是采用了一种“使蛮力”的方法来达到设计要求:如果你想要高空速就采用更大推力的引擎;如果你想要更远的航程就增大飞机的载油能力(包括油量和载油系数),结果飞机越造越大。因为 F-15 战斗机的设计思路过于复杂,导致它体积庞大、价格昂贵。在我看来,它的设计思路并不比 F-4“鬼怪”强到哪去。

  而 F-16 在这方面要比 F-15 强出很多。在整个设计过程中,我们有针对性的运用新技术来达到自己的设计目的:那就是让飞机尽可能结构简单、体积小巧。如果我们希望飞机飞的更快,就通过减小飞机尺寸和调整配置来降低飞机在飞行中遇到的空气阻力;如果我们希望飞机具有更大的航程,就让飞机变得更紧凑。

  问:战斗机设计简单化和小型化的优越性都有哪些?

  答:总的说,可以概括为重量轻、阻力小和由此带来的高机动性。此外,计算战斗机成本高低的一个基本指标就是其重量。我们深知航空电子设备也会像一堆随身小工具一样不但占用飞机的宝贵空间,而且还会增加飞机的起飞重量。于是我们把这些零碎都从飞机上拿下来了,最终我们设计的飞机结构紧凑到几乎没有为这些东西留任何空间。

  当大家看到我们的研制成果时,很多人最初并不认可它,他们认为过于紧凑的设计可能成为日后制约战斗机先进性的瓶颈。但后来人们重新分析了各型战斗机上究竟有多少空间是根本无法利用的时候发现,F-16 战斗机上这样的空间只有 4.8 立方英尺,而 F-15 战斗机则是前者的十倍。


  此外还有一个原因不能不提,简单化设计的思路除了减轻了飞机重量外,战斗机尺寸也相应变小了。尺寸越小,其受到的空气阻力也跟着变小。人们总是在探讨战斗机的阻力系数,但孤立地比较战斗机的阻力系数是没意义的。举个例子,F-16 战斗机的阻力系数和 F-4“鬼怪”战斗机一样。但相同飞行条件下,F-16 战斗机飞行时受到的空气阻力仅及后者的三分之一;在相同攻角下爬升时,前者受到的空气阻力更是只有后者的十五分之一!战斗机的高机动性从何而来?无非是低阻力和高推重比相结合的共同结果。






不要说与 F-15 相比,就是与对手 YF-17 相比,YF-16 的体积也十分小巧紧凑,采用了当时美制战斗机中少有的单发布局,图为在德州沃斯堡组装的 YF-16 战斗机


成就优秀设计方案的关键

  问:简单化、紧凑化、低阻、高推重比,它们彼此的关系是如何运用到具体的战斗机设计中的呢?

  答:“战斗机黑手党”最初的工作并不是具体地从事战斗机设计任务。我们最初的工作很单纯,仅仅是分析翼载荷、推力和载油系数(衡量飞机载油量的一个指标,具体就是飞机携带燃油重量与飞机起飞重量之间的比值)之间的关系。我们很想弄清这些影响飞机性能的指标之间相互作用的因果关系。我们知道我们希望飞机的翼载荷小些,推力大些;但我们也知道低翼载荷意味着飞机翼面积要增加,那么飞机重量和飞行时遇到的空气阻力可能会跟着增大;高推力意味着飞机的载油系数也要增大;一种飞机一旦具有高推重比,那么也通常意味着它的航程将大打折扣,所以我们首先关注的指标不是别的,而是载油系数。我们希望把这些因素结合起来通盘考虑,找到一个最优设计方案。

  问:以前有人用类似的方法来研究这个问题么?

  答:我相信之前就有人考虑过这些问题,但我们是最早系统地运用这些研究成果来设计一架战斗机的人。

  我们试着发掘导致各种性能指标相互影响的规律。但我们也没有把太多时间花在找到准确数据上,因为确认某件事情会变得比较好是一回事,但它究竟会变得有多好则是另一回事。每一次分析的结果通常包括一根性能变化曲线以及更多由此引申出的问题。譬如这些活动能不能改善我们的设计水平?如果给予这些性能指标一定量的改变,那么我们设计出来的战斗机的性能相应会提高多少?当时对这些问题最关心的人莫过于 John Boyd。

  问:“战斗机黑手党”当时挑战的都有哪些公认法则?

  答:战斗机的航程与携带燃油量有关;飞机发动机推力越大,其空速越快;技术越先进,复杂性也越高;双引擎战斗机的安全系数高于单引擎;飞机性能越好,体积、成本也跟着往上涨。这些观念最后使得战斗机设计越来越复杂。

  问:为什么多数人会把这些教条奉若神明?

  答:或许是一种思维惯性使然。人们总是把注意力集中到影响某项技术指标的某一个分量上,而忽视了另一个或几个分量。举个例子,你可以通过增大发动机推力来增加飞机推重比。但你也可以在保持发动机推力不变的情况下,通过降低飞机总重量的办法来提高推重比,就像我们当初做的那样。

  其实当时我们这么做也有不得已的成分在里面,因为我们只能使用一台引擎作为飞机的动力——那就是专门为 F-15 战斗机研制的 F100 发动机。John Boyd 曾经参与过一些 F100 发动机的研发工作,对它比较熟悉,对其性能也很满意。最终我们敲定就用它作为 F-16 战斗机的标准发动机,那意味着战斗机推力就此固定了。如果我们希望能获得更高的推重比,除了减重外别无选择。

  至于如何增加飞机的航程也可以照上述思路来解决。常用的办法就是简单地提高飞机的载油系数,但那么做的消极后果就是无形中增加了飞机的体积,进而飞机的重量和飞行时遇到的空气阻力也增加了。人们总是觉得飞机越大越好,功能越多越好,其实不然。对于轻型战斗机而言,我们希望采用不同的办法来打破旧有陈规,把战斗机性能提高到一个新的高度——通过缩小飞机尺寸的办法来减小空气阻力,进而达到增程的目的。


  问:你们有没有从历史角度看待这场关于轻型战斗机的革命?

  答:当时主要是 Boyd 和 Sprey 作这方面的工作,他们做了两件事情。Sprey 收集了所有他能收集到的资料——主要是关于战斗机可靠性与作战效能之间的关系,然后进行分析研究。此外他们还收集了大量关于战斗机成本方面的数据进行分析。据我所知他们是第一批将战斗机成本攀升情况与战斗机在技术上发展趋势结合起来进行研究的人。

  他们从最早的 P-51“野马”战斗机开始,把所有战斗机的成本扣除通胀因素换算成相同币值,然后标在一张图表上,与时间因素相结合画出曲线。曲线显示每一种战斗机相比前一种战斗机成本攀升幅度,最小是 1.9 倍,最大达到 3.1 倍。而且每次大的成本攀升都和航空技术上的“大跃进”有关,包括喷气式发动机、后掠翼、超音速、导弹、大型机载雷达的使用。画这样的曲线最大的优势就是能看清不同类型战斗机之间、采用了新技术前后对成本的影响。

  研究证明,对一种成功的战斗机而言,它的单位重量成本涨幅和总成本涨幅是一致的,F-16也不例外。如果我画一条曲线代表那些成功的战斗机的单位重量成本涨幅的话,F-16 战斗机正好落在这个曲线上,其涨幅和其他战斗机一样。但如果为战斗机单位飞行成本画一条曲线的话,F-16 战斗机则落在这条曲线下方。这说明我们的设计扭转了长期以来战斗机随着性能提升,单位飞行成本也跟着攀升的趋势。F-16 战斗机也是唯一做到这点的战斗机。而做到这点的秘诀就是减小战斗机的体积,这也是 F-16 战斗机选择小型化的另一个原因。

  问:F-16 战斗机的设计思路和以往的设计模式究竟有哪些不同?

  答:在我们真正理解需要实现哪些具体功能之前,我们常常不由自主地陷入一种固定的思维模式中去。轻型战斗机的设计思路带有新的东西——对传统设计十分强调的战斗机空速和加速度性能的新理解。以往每个人都希望战斗机能够达到 2-2.5 马赫的飞行速度,但却无人思考为什么要这么做?

  因为曾经从事超音速航空运输方面的研究工作,我有机会接触所有 B-58 轰炸机的超音速飞行记录。结果发现在 B-58 轰炸机的全部飞行时间里,超音速飞行时间总和占全部飞行时间的 5% 都不到!最长的一架也只有 7 个小时!整个 B-58 机队的超音速飞行时间总和也就 200 个小时而已。

  许多人把最高飞行时速与飞行加速度混为一谈。对于那些提需求的人而言,有了大推力引擎就意味着有了高空速和高飞行加速度,这些看法都站不住脚。在 F-16 战斗机的设计阶段,我们首先是确定具体功能要求。我们扪心自问,每一个具体性能指标要求的依据是什么?是否来源于一个给定的能力要求?



成就优秀战机设计方案的关键:第一,明确需求,知道自己需要的是一架什么样的飞机,制空还是制海?高端还是低端?第二,弄清各项性能指标的内在联系,突出主要的性能指标,适当放宽次要的性能要求。打破陈规不是一件容易的事情,最初就连通用动力的首席试飞员 Phil Oestricher 也不看好 YF-16,但当他围着飞机走了一圈,里里外外看了个遍后,不由得由衷赞叹:What a wonderful airplane! 1974 年 1 月,他在爱德华兹空军基地驾机完成首飞



这里有句题外话,“发动机大战”的结果是 F-16 同时安装了通用动力和普惠提供的两种发动机。为了区分,Block 尾号为 0 的安装的是通用动力发动机;尾号为 2 的安装的是普惠发动机


设计过程中的风险控制

  问:在 F-16 战斗机的设计中风险最大的地方在哪?

  答:线传操纵系统。当时这项技术还是个新鲜事物,如果飞行的时候它突然不灵了,那我们的放宽安定度气动设计就要出问题了。这时候伴随着飞机的飞行姿态开始失控,其气动阻力会急剧上升、对飞行员的控制响应也失去反应、其机动性也跟着急剧下降。

  为防止出现这种情况,我们设计了一套备份系统,这点知道的人不多。这套系统主要是在机身上做手脚:如果线传操纵系统失败了, 我们就把机翼稍微往后退一点得到一个静稳定设计。另外我们还在F-16战斗机的机身里设置了隔板来加强机体结构,这样一来机身也可以帮助机翼分担一些过载。





F-16 卓越的机动性来自于其静不稳定设计,为此线传操纵系统必不可少。在先进技术与对应风险之间如何取舍,Hillake 尽可能做了平衡,努力把新技术风险降到最低。图为正在进行急转弯训练的 F-16 战斗机,可以清楚看到边条翼造成的涡流







F-16 卓越的机动性得到向来对战机机动性颇为挑剔的海军认可,为此他们订购了一批 F-16 战斗机充当“陪练”。图为部署在内华达州法隆海军航空站的 F-16“假想敌”

用理念征服人

  问:其他公司如何看待线传操纵系统?

  答:当时麦道公司和空军、喷气动力实验室签署了合同——共同测试线传操纵系统、放宽安定度设计还有为 F-4 战斗机研制的高过载座舱技术。从技术角度说他们的研究成果很不错,但对于如何运用这些新技术,这些公司的理念没有跟上。

  就在我们赢得了 F-16 战斗机的全尺寸研制合同后不久,我接到了美国航空航天学会下属 St. Louis 分会的邀请去发表一次演讲。接到邀请后我最初的反应是:你肯定在开玩笑吧!你想让我落入虎口么?当时不但麦道的人到处大作广告宣传自己的战斗机设计理念,而且世面上流传的都是关于轻型战斗机的负面消息。所以我立即回答:谢谢,不用了。

  但 15 分钟后,我接到 Dave Lewis——当时通用动力公司总裁的电话。他说:Harry,我听说你有个机会能在那些麦道的家伙面前发表一次关于 F-16 战斗机的演讲。太棒了!我要你给他们点苦头尝尝,到时候我也会去,我想亲眼看看你这么做。

  于是我又接通了和 AIAA 的电话,告诉他们我改主意了。这场演讲或许会很有趣,可我当时并不这么想。但不管怎么说,作为个人,我多少也会受到公司间“政治斗争”的影响。

  演讲前几天,会议主席告诉我他们已经卖了很多门票,比以往历次演讲卖得多得多,甚至比宇航员的演讲会还要多。他还告诉我光麦道公司就来了一百多人。你能想象我听到这个消息心里会怎么想。

  于是到时候我进行了一次演讲。经过差不多一个小时的问答环节后,会议主席中途停顿了一下让那些想离开的人赶紧离开。两个小时后,宾馆经理赶来要求我们赶快结束以便服务员收拾会议室。到次日凌晨 2 点 30 分,整场会议终于结束了,当时还剩下我还有 15 位麦道的同行留在咖啡吧里。他们都是负责研究线传操纵系统、放宽安定度设计、高过载座舱项目的工程师,所有这些项目都是为了改进 F-4 战斗机而准备的。

  后来麦道研制了 F-15“鹰”战斗机——当时号称世界上最先进的空优战斗机,但上述新技术却都没有运用上去。这大概是为何那么多麦道的工程师对我们的 F-16 战斗机显露出比对他们自己的 F-15 战斗机浓厚得多的兴趣的原因,因为他们看到他们自己的研究成果被很好地运用到 F-16 战斗机的设计中去了。

  问:他们为什么不肯运用这些新技术?

  答:因为 F-15 战斗机的地位太重要了。作为一种空优战斗机,它不但价格昂贵,而且空军已经为它签署了一份持续 25 年的生产合同,而整个研制周期却只有 5 年,因此研发方不想冒任何技术上的风险



作为当时战斗机领域的大哥大,麦道无疑拥有非常丰富的经验和强大的技术实力,更重要的在于它在空军中拥有的良好口碑,这都是靠 F-4 和 F-15 积累来的。但在轻型战斗机方面,麦道却重视不足。设计思路偏保守,技术探索方向有偏差,导致在后来的 ATF 和 JSF 竞争中输给了洛马,最后不得不被波音合并。而通用还有后来的洛马靠 F-16 一炮打响,又在后面的 ATF 和 JSF 竞争中大获全胜,一举取代麦道成为大哥大。图为 YF-16 战斗机的座舱,看得出座椅前沿很高,有明显后倾



F-16 Block60 战机的玻璃座舱,可以和早期 F-16 座舱对比一下


F-16 后期型上战斗机飞行员使用的头盔瞄准具


战胜诺斯罗普

  问:在 F-16 战斗机的研发历程中你们是如何战胜这些技术风险的呢?

  答:我们之前为轻型战斗机原形做的很多研究工作为我们后来的成功打下了很好的基础。甚至从法律上讲,我们根本不用再额外研制一架战斗机,只需要把之前花 300 万美元研究的所有成果拿出来放到手推车上,然后交给空军的人,告诉他们:这就是你们想要的。

  我们的飞机只要准备好就可以起飞。为了和诺思罗普竞争,我们推出的是一架实实在在能飞的飞机。但在我看来我们的研制工作没有遇到任何困难,除了时间进度太紧之外,当时几乎所有的时间进度都很紧。另外,试飞成功后该如何安排也没有确定,当时我们推出的仅仅是一架技术验证机而已。

  问:为什么诺思罗普不肯在他们的轻型战斗机原形机上冒点险,尝试运用点新技术呢?

  答:诺思罗普希望研制一种轻型战斗机来替代他们早先研制的 F-5 战斗机,为此他们把更多注意力放到国外市场上。但这样一来他们的设计思路就趋于僵化保守,因为他们希望自己的设计能“面面俱到”地满足国外用户的需求。

  相比之下我们更关系美国空军的技术需求,我们在设计思路上保持了很大的灵活性以便随时跟上空军的需要。我们分析了很多设计方案,直到最后一刻才确定哪个方案才是最佳方案。我们敢于自己的战斗机设计中采用一些先进技术,同时准备好承担相应的风险。

  通用动力赢得轻型战斗机原型机制造合同的消息让很多业界同行措手不及,于是他们在空军面前拼命活动推销他们的想法。而我们则不然,在原型机的整个设计制造过程中我们始终保持沉默,因为 F-111 战斗轰炸机的失败经历,我们在行业里的声誉一直不佳,别人对我们有很多误解。这种时候我们不能高调,更不能吹牛!我们唯一能做的是保持沉默,努力把自己的工作做好,做彻底!


  1974 年 2 月 1 日,YF-16 原型机设计完毕,做好了首飞准备。而我们的竞争对手的进度明显落后了——诺斯罗普公司要到当年 6、7 月份才能实现首飞。这点曾经让我们很担心,我们最初的想法是他们肯定会领先我们一步。因为既然有充裕的研发周期,那诺斯罗普最后拿出来的多半是个成熟的生产型号,而不是一个带有实验性质的原型机。实际上,诺斯罗普实实在在落后了。空军最终选择了我们的设计方案的原因之一就是相比对方的设计方案,我们的设计更接近于一个全新设计的方案。







早期的预研发为 F-16 的成功打下了坚实的基础,为了赢得合同,Hillake 的团队认真评估了多个设计方案,最后一刻才敲定使用哪个方案





留给 F-16 的研制时间很有限,但因为准备充分,在空军宣布选中通用动力和诺斯罗普设计方案之后仅仅 20 个月——1973 年 12 月 13 日,第一架 YF-16 原型机就下线了






与通用相比,诺斯罗普设计方案 YF-17 也有自己独到之处:双发双垂尾、大边条布局。但受制于双发布局挤占载油空间,飞机航程受到影响,这个问题直到今天仍困扰 F-18


成功离不开团队支持

  问:你对人们叫你“F-16 之父”这个称号怎么看?

  答:我感到十分荣幸!作为“F-16 之父”,我主要是提供创意。后面的具体设计以及再后来的很多升级改进就另说了,这些成就由其他人分享。而我最关心的是战斗机的外形,对内部是如何工作的不怎么在意,除非它能影响到战斗机外形。

  问:让我们回到刚开始的话题——关于“战斗机黑手党”。当时你们需要打破人们脑子里固有的思维定势,但这么做是有风险的。改革需要打破陈规,但组织很大程度上又是建立在既有规范之上的。你们是如何克服这个根本性的矛盾来实现创新的呢?

  答:有时候态度很重要。One that places substance before style,我们不介意和一些平庸的人和事在一起共事;在前进的道路上我们尽量不去踩别人的脚趾头;我们尽量不和传统习惯发生正面冲突。

  如果你实在看不惯某些人和事的话,最好的办法就是与它保持距离。不到万不得已,没必要到处用出格的办法解决问题。

  问:那么公司能够容忍你们用那么与众不同的办法解决问题么?如何保证它用在正确的地方?譬如通用的先进技术设计部门?

  答:总的说公司对我们还是很支持的。你的脑子里不应该有那些束缚自己设计灵感的条条框框。一旦你有了好的设计灵感,就应该尽力让部门或者公司落实它。但即便如此,你也需要在一些具体问题上保持灵活性。

  问:在你的战斗机设计师生涯中谁对你影响最大?


  答:Bob Widmer,通用动力沃斯堡工厂分管技术的副总裁,他是我设计师生涯上的导师。我从他身上学到了很多东西:他很有洞察力,鼓励大家自由思考问题。他是那种很有好奇心的人,总在问为什么?后来 Bill Dietz 也给我很大的影响。他是我工作过的最好的老板,他了解每个人的优长劣短。正因为有他,在研制轻型战斗机的那些日日夜夜里,整个团队协作很默契,大家各得其所、相得益彰。Bill 发现了我的才华并且放手让我大胆尝试。那是我职业生涯中最自由最快乐的一段日子,我可以放开手脚做自己想做的事,不必成天担心老板的看法。

  接下来是 Ed Heineman——公司分管技术的副总裁,他早年设计过 A-4“天鹰”攻击机。他把自己在设计 A-4 时积累的很多心得体会传授给我们,后来这些经验都用到了 F-16 战斗机上。

  剩下的就是曾经常常和我一起讨论问题的“战斗机黑手党”成员——John Boyd 和 Pierre Sprey。正因为有了他们,我的灵感才能像一个舞者那样和着他们的节拍翩翩起舞。

  总的说,上面这些人在不同方面给了我经验和启发。设计方面是 Widmer 和 Heineman;团队协作方面是 Bill Dietz;概念和思路方面则是 John Boyd 和 Pierre Sprey。




成功离不开团队支持。不单单对于 F-16 如此,战斗机黑手党所倡导的理念之所以能生根发芽,不单单是他们个人的努力,更有一批具有远见卓识的领导支持。一个成功的产品背后必定有一个优秀的团队支持。F-16 如此,Su-27 也是如此,歼-10、FC-1 的成功莫不如此。图为当时给予他们支持的国防部官员之一:Melvin R. Laird

成为多用途战斗机

  问:Boyd 和 Sprey 后来抱怨你没有坚持“战斗机黑手党”最初的设计理念——“让它变得简单”。他们对于在 F-16 上安装大量电子设备很有不满,认为这会让飞机变得笨重。你怎么看?

  答:对于 F-16 战斗机该如何进行后续改进的问题上,如果你仍旧只停留在最初的设计理念上的话,那它注定只能成为一种简单昼间战斗机。那它会像当年的 F-104 战斗机一样最多生产 300 架就告夭折。但这并不是说他们的抱怨毫无道理:当你在 F-16 战斗机机腹中线上挂载副油箱、炸弹、电子对抗吊舱时,飞机的飞行阻力确实也在同步增大。这样的结果对于一位终其一生都在研究如何通过降低战斗机飞行阻力来改善其机动性能的人而言确实是难以忍受的。但即便如此,这样的改进对于 F-16 的发展而言也还算是好事。

  应该说,F-16 战斗机的发展远远超出我的预期。如果我当初知道它会成为一种多任务、以对地攻击为主的飞机的话,我会把它设计成另外一个样子。




阴差阳错之下,F-16 没能成为单一制空战斗机,而成为一种多用途战斗机,这成为 Boyed 心头永远的遗憾。但即便如此也不妨碍 F-16 继续自己优异的表现。从千里奔袭伊拉克核反应堆到接替 F-4G 承担“雷达猎手”的重任,F-16 用实力证明了自己存在的价值。图为携带 HARM 反辐射导弹的 F-16CJ 战斗机




携带“狙击手”瞄准吊舱的 F-16 战斗机



配备 JDAM 的 F-16 战斗机





至于以 F-16 为平台改装的各种技术验证机就更多了,甚至在 F-35 的研制过程中也露了一手,图为改装 DSI 进气道的 F-16 验证机


关于 F-16XL

  问:是不是这种变化催生出后续的 F-16XL?

  答:是,作为一种战斗轰炸机,F-16XL 性能较好的平衡了制空和对地攻击的不同要求。实际上当我第一次向空军的人展示 F-16XL 的设计蓝图时,对方的表现很兴奋很意外,有人甚至怀疑我为了多卖点飞机给空军,当初故意隐瞒了这个设计。但如果你知道当初轻型战斗机发展的脉络的话,你就会明白我并非有意这么做。

  在 F-16XL 身上,轻型战斗机的设计理念更深化了。由于机载武器增多造成的空气阻力被我们减少了 63%;与同样执行对地攻击任务的 F-16 战斗机相比,搭载相同油量、两倍弹药的情况下,其遇到的空气阻力也仅仅比相同载荷 F-16 多出 30% 而已。说到这里,我想到一个在战斗机设计界存在差不多 30 年的的思维误区:战斗机设计师仅仅是设计一架“外表干净”的战斗机而已,而空战必须的各种武器弹药只能事后逐步安装上去。事实上,这些额外安上去的东西不但增加了飞机飞行时遇到的阻力,而且还恶化了战斗机的操纵品质。今后在设计战斗机的时候,应该把它们也作为一个子系统考虑进去。

  当我们开始设计一架战斗机时,我们应该从设计武器的角度去思考如何设计它,这才是它最本质的东西。我们应该思考什么是武器?它应该被赋予哪些特质?然后才是飞机。而现在则正好相反,首先是设计飞机,然后再往上面装杂七杂八的东西,最后把它身上该有的武器特质也毁坏殆尽。



Hillake 是 F-16XL 设计团队的主要负责人。F-16XL 的设计初衷是用来研究高超音速技术在军用飞机上运用的可行性,只是后来才参与美国空军提出的“增强型战术战斗机”项目招标



与 F-16 相比,F-16XL 战斗轰炸机最大的差别在于其采用了变弯曲-箭形三角翼气动布局。机翼面积相比 F-16 增加了整整 120%;空重也比F-16增加了 1,300kg(这还是大量采用碳纤维复合材料减重后的结果);因为要额外安装两个机身主要组件的关节部件,F-16XL 的机身长度比 F-16 长出 1.4m;因为机身拉长,为了防止起飞/降落时擦地,不得不取消腹鳍;另外主翼最外段有 3 度上反角。上述改进的结果是:相比 F-16,超音速条件下 F-16XL 的升阻比提高了 25%;亚音速条件下提高了 11%;其低空高速突防性能明显提高;载油系数增加了 82%;配备了 27 个武器外挂点,载弹量增加整整两倍;航程增加 40%


F-16XL 与 F-15E 战斗轰炸机的性能孰优孰劣直到今天都是军迷们争论的话题之一。按照空军的说法,F-16XL 落选“增强型战术战斗机”的原因在于:F-16XL 是单座战机,在执行战斗轰炸任务时一名飞行员很难兼顾全局;F-16XL 可以看作是在 F-16基础上全新设计的战斗机,而 F-15E 则是在 F-15 双座教练型基础上小改而成,技术风险和成本比较小;F-16XL 是单发战斗机,可靠性不如双发的 F-15E 战斗轰炸机

尾声

  在随后的访谈中,Hillake 开始向我们分享他在飞机设计流程、项目管理、可靠性方面的心得体会。当被问及他认为战斗机设计领域当前最紧迫的问题是什么时,他毫不犹豫地回答:并行工程,包括机载航电、武器系统等外在设备。因为它们在设计时没有有效地整合到战斗机这个大系统里,结果导致战斗机设计师在设计好一架飞机后,还需要花大力气把各个子系统整合进去,最后使得战斗机飞行性能受到影响。他认为以后应当把上述系统作为战斗机一部分考虑进去。而当问及对新一代战斗机设计师们最大的挑战是什么?他的回答是:沟通。因为未来的设计越来越依靠团队合作,只有学会表达才能把好的想法分享出来。就像 YF-16 的设计方案之所以被空军选中,一个重要原因就是它简明扼要、条理清晰,从头到尾只有五十多页,看得出是一个人写的,和其他公司动辄上百页的设计方案形成鲜明对比。

  2009 年 2 月 8 日,Harry Hillaker 在德州沃斯堡的家中病逝,享年 89 岁。随着他的去世,战斗机黑手党——这个响亮的名字渐渐离我们远去,但他们开创的理论和事业却深深影响这个世界。未来空战是什么样子?未来的战斗机应该设计成什么样子?隐形技术会不会成为影响空战的革命性技术?这些待解之谜期待后来者慢慢揭开,这恐怕就是告慰老前辈的最好礼物吧!




老人家是一位很幽默风趣的人,他甚至向记者透露自己当初如何千方百计拒绝在公司考勤卡上签名的故事




---台湾空军的F-16A/B Block20战斗机


  在很多公开发表的介绍台湾军情有关文章里,都将台湾空军装备的 F-16 战斗机称为 F-16MLU(正规说法应为 F-16A/B MLU),其实这是一种不符合真实情况的说法。不过,要讲台湾空军的 F-16,还的确要从这个 F-16A/B MLU 说起。那么,

1、F-16A/B MLU 是什么?

   F-16A/B MLU 是欧洲的荷兰、比利时、挪威及丹麦等四国与美国合作的改进计划,用以提高其 F-16A/B Block10/15 的综合作战性能,以延长其服役年限至 2020 年,自 1990 年起,5 国共同规划 F-16A/B MLU(Mid-Life Upgrade)改进计划,并于 1996 年开始改装。


   MLU 计划着重于对 F-16A/B 机载电子设备的改进。改进的项目包括和 F-16C/D Block50 相当、并与夜视设备相容的座舱,配有 GEC-马可尼公司的广角平视显示器。这种新型平显使飞行员能够轻易读取各种数据,在发射武器时也能获得较宽广的视野,并能作大区域扫描及支援夜间行动。



  F-16A/B MLU 配备与 F-16C/D Block50 相同的“双杆操纵系统”(HOTAS),同时将座舱中原有的单色显示器改为两台“汉威”公司 10cm×10cm 彩色多功能下视显示器,有 12 种不同的工作模式,使飞行员能够拥有清晰的战场俯视图,(如威胁评估及目标位置等)能够迅速、准确地通过数据机从数据链上获得各种战术状态信息。

   荷兰和挪威合作发展的头盔显示器计划目前已经延缓,取而代之的是欧洲四国与美国空军共同执行的五国头盔显示器计划。第一套系统已经开始在美艾格林空军基地进行测试,这套系统使用汉威公司的头盔显示器,GEC-马可尼公司的信号发生器及雷神公司的 AIM-9X 近距空空导弹;而这五国也准备在 2000 年后使 F-16A/B MLU 具备发射 AIM-132 先进近距格斗导弹(ASRAAM)的能力。其他的 MLU 改进项目包括:

★ 模块化任务控制计算机(MMC)

   由得克萨斯仪器及仪表公司开发的模块化任务控制计算机(MMC),用于取代原有的平视显示器、火控系统和管理控制系统的 3 台计算机。其采用多个 MIPSCO R3000 精简指令集微处理器为基本架构,并使用 ADA 高级语言撰写的软件,其记忆容量和处理速度均比原来增加 10 倍以上,并大大减少了设备空间、重量及电力消耗。

★ APG-66(V)2A 雷达

   APG-66(V)2A 雷达是由美国西屋公司研制的,性能与 F-16C/D 的 APG-68 同级。

   APG-66(V)2A 雷达保留了原来的 10 种空对空及空对地作战模式,对空状态最大搜索距离空增至 185 公里(对类似轰六的中型轰炸机大小雷达反射截面积的目标),对海状态则为 150 公里;对空作战时,其可探测 24 个空中目标,同时跟踪 10 个目标,并同时制导 AIM-120 先进中距空空导弹(AMRAAM)攻击其中的 6 个目标。

   APG-66(V)2A 雷达拥有较好的抗干扰能力和抵制杂波能力,地图绘制功能明显增强,而且平均故障间隔时间(MBFT)延长为 210 小时。

★ APX-113(V)型敌我识别器

   APX-113(V)型敌我识别器是由 Hazeltine 公司制造,作用距离达 185 公里,是一种新型的主动答询式敌我识别器,能以空中交通识别、高度报告、军事识别及军事安全识别等 4 种模式工作。






MLU 安装了 AN/APX-113 先进敌我识别系统

★ 美国海军实验室的先进数据机(IDM)

   F-16A/B MLU 配备的先进数据机能使其可以与其他空中战机、预警机与地面雷达站之间进行数据资料的传送,达到以快速、隐秘的方式获取并传输战术资料的目的。

★ BASE 及费查公司的数字地图系统(DTS)

   数字地图系统能比对资料库中原有地图与雷达高度计获得的资料,使 F-16A/B MLU 具有地形跟随飞行、地貌参考导航及障碍告警等功能;但有了 DTS 并不代表 F-16A/B MLU 具有自动地形跟踪飞行能力,因为 F-16A/B MLU 没有数字式飞行控制系统,因此飞行员必须看着平显上的飞行路径提示采用人工方式飞行。

★洛克韦尔科林斯公司的小型空用全球卫星定位系统接收器(MAGR)

   在 MLU 的相关改良计划中,F-16A/B Block10/15 飞机将可挂载导航及定位吊舱。

   F-16A/B MLU 计划最后定案为荷兰 136 架、丹麦 61 架、挪威 56 架、比利时 48 架;美国则将以 223 架 F-16C/D Block50 换装 MLU 计划中的模块化任务控制计算机。



比利时空军的 F-16A MLU

   F-16A/B 系列战斗机的固定武器为 1 门 M61A1 型 20mm 六管机炮,翼下、翼尖和机身下方共有 9 个挂架,最大载弹量 6 吨以上。以改良后的 F-16A/B MLU 为例,担任空对空任务时可以挂载 AIM-120 主动中距空空导弹、AIM-7M 半主动中距空空导弹、AIM-9L/M/S 全向近距格斗导弹;如果经过火控软件的改进,也可挂载法制 MICA 主动中距空空导弹及 R550 魔术II型近距格斗导弹。对地、对海攻击时,则可挂载传统炸弹、激光制导炸弹、火箭吊舱、30mm 机炮吊舱以及 AGM-65“幼畜”空对地导弹等。

2、台湾空军装备的 F-16 战斗机的型号是什么?

   1992 年,美国前总统布什在准备连任竞选期间突然宣布将出售 150 架 F-16 战斗机给台湾,使台湾空军继法制幻影2000-5 战斗机之后,又将获得一种先进的第三代战斗机。但是,美台双方在采购机型的问题上产生了一定分歧。因为美方顾及中国方面的反应压力,坚决不肯出售台湾当局相当中意的对地攻击能力强大的 F-16C/D 战斗机。最后经过磋商,双方以 F-16A/B Block20 达成协议,并在 1992 年 11 月签约,分别采购 120 架单座 F-16A 战斗机及 30 架双座 F-16B 战斗机,并附带 600 枚 AIM-7M“麻雀”半主动中距空空导弹及 900 枚 AIM-9M“响尾蛇”近距格斗导弹。

   由于当时美国不肯出售 AIM-120 先进中距空空导弹,台湾当局曾一度有意想将自研的“天剑二”主动中距空空导弹改装到 F-16 上,但因美方同样不肯出售相应的火力控制软件而作罢。但是,今年(2001)9 月 28 日,美国又突然宣布将出售 200 枚 AIM-120C 先进中距空空导弹给台湾,并为台 F-16 飞机提供相应的火控软件和技术改造,这意味着,台湾空军的 F-16 A/B Block20 战斗机基本具备了 F-16C/D 的空战作战能力。

   那么这个 F-16A/B Block20 究竟是什么?早先 F-16 A/B 的生产批号只到 Block15,而 F-16 系列的生产批号在 Block15 以后即跳到 Block25,Block25 即为第一批生产型的 F-16C/D。而台湾空军采购的是改良型的 F-16A/B,因此,其生产批号遂取最后一批 F-16A/B 与第一批 F-16C/D 之间的 Block20,成为 F-16A/B 系列中的最新机型。这里的 Block20 大致上是以 F-16A/B MLU 为标准制造的新机,但机上设备与 F-16A/B MLU 并不完全相同,只是两型飞机的发展时间大部分重叠,所以机上使用了许多相同的次系统。

   Block20 虽为 F-16A/B 系列,但除了 F-16A/B 的机体外,Block20 与当时生产线上的 F-16C/D Block50/52 具有相同的较大面积、较强结构的主翼、垂尾与平尾,但垂尾根部与一般 F-16A/B 相同,没有F -16C/D 系列较粗的电子战设备舱,而且在后段增加了阻力伞舱,可在跑道较短的机场降落。



外销型的 F-16 一般都带有减速伞舱,可以在着陆滑跑时抛伞减速

   F-16A/B Block20 战斗机使用 APG-66(V)3A 雷达,与 F-16A/B MLU 所用的APG-66(V)2A雷达相比,增强了 AIM-7M“麻雀”半主动中距空空导弹的照射制导功能,屏蔽了原有的 AIM-120 主动中距空空导弹的照射制导功能(但随着美国关于该弹的新销售方案的出台,这样的屏蔽自然要被取消),削弱了其对地探测性能。因此,现在这种雷达基本可以看做是削弱了对地攻击能力的 APG-68 雷达(F-16C/D 所用的雷达)。

   F-16A/B Block20 的座舱配置与 F-16C/D Block50 相同,但平显并不是 GEC-马可尼公司的产品,而是另一种平视显示器。其配备了与 F-16A/B MLU 相同的 AN/APX-113(V)先进敌我识别器,但天线布置部位不同。座舱罩前方 4 片 AIFF 天线是 F-16A/B Block20 的特征之一。




全副武装的 F-16B,注意机首的四片 IFF 敌我识别天线

   后来,台湾空军的 F-16A/B Block20 还获得了美制 ALQ-184 电子战吊舱和“蓝盾”低空导航/红外跟踪系统的外销型“神射手”与“探路者”吊舱。F-16A/B Block20 配备与 F-16C/D Block50 相同的 ALR-56M 雷达预警系统,在主动电子对抗能力方面,对美国而言,台空军也是第一个获得 ALQ-184 电子战吊舱的海外军队。ALQ-184 是一种高性能、自动化、多波段,并可进行干扰频率调整的电子战吊舱,除了能够直接对敌导弹雷达导引头或制导雷达作杂波干扰外,还能以电磁波直接侵入敌导弹雷达导引头或制导雷达的电路中,使其计算错误而丢失目标。目前驻防美国本土的 F-16 战斗机均以配备 ALQ-184 为主,驻海外的 F-16 机群则配备 ALQ-131。



ALQ-184

   综上所述,F-16A/B Block20 战斗机拥有 F-16A/B 的轻巧机身和推力更大的发动机,而机载电子设备的技术水准不低于 F-16C/D Block50。因此,在近距空战时,其机动性略优于 F-16C/D 和 F-16A/B MLU;在超视距空战时,挂载 AIM-120C 先进中距空空导弹的 F-16A/B Block20 与 F-16C/D 的空战能力相同,略优于 F-16A/B MLU;在对地攻击能力上,F-16A/B Block20 与 F-16C/D 和 F-16A/B MLU 相比,还有着较大差距。同时需要看到的是,台湾当局一直致力于 F-16A/B Block20 战机挂载其自研“天剑二”主动中远距空空导弹的研究,一旦成功,则该型战机的超视距空战能力将得到最显著的加强。




超视距挂载方案:四枚 AIM-9M 响尾蛇导弹+两枚 AIM-7M 麻雀导弹+一具 ALQ-187(V)7 干扰吊舱

F-16A/B Block20 战斗机性能诸元
机长:15.06m
翼展:9.45m
机高:5.09m
空重:8,273kg
空战重量:9,790kg
最大起飞重量:17,010kg
机翼面积:27.87m2
最大平飞速度:2.05马赫
海平面爬升率:大于12,600m/分
实用升限:15,240m
机内载油量:3,249kg
作战半径:925km
发动机:一台 F-100-PW-220E 涡轮风扇式发动机
最大推力:6,600kg
加力推力:10,886kg
空战推重比:1.11
瞬间盘旋角速度:28.4度/秒
最小转弯半径:364m
最大飞行载荷:+9g
最大外挂重量:7,220kg
固定武器:M61A1型20mm机炮一门,备弹515发。

3、主要部署及训练损失情况

  目前,台空军引进的 F-16A/B Block20 飞机已接装 135 架,主要装备驻嘉义基地的空军第4联队和驻花莲基地的空军第 8 飞行大队。而驻桃园基地的第 12 侦照中队将部署 10 架 RF-16 侦察机,该型飞机将携带 LOROP 远距侧视侦照吊舱,根据 1999 年 8 月台北航展中,美国洛克希德马丁公司展出的 AN/VDS-5 LOROP-EO 吊舱所提供的技术资料显示,其有效侦测距离应该在 74 公里以上。

  台湾空军自 1997 年开始接装该型飞机至今,在日常飞行训练中,已经损失了 4 架飞机,并导致 5 名飞行员死亡、1 名飞行员重伤。具体情况如下:

  ①1998 年 3 月 20 日,6828 号 F-16B 双座机在澎湖外海进行飞行训练时失踪,事故调查认为是失事坠海,但飞机残骸及飞行员温进嵩少校和章嘉成上尉的尸体至今尚未找到;

  ②1999 年 1 月 25 日,6813 号 F-16B 双座机在进行塔康导航穿降考核任务时,坠毁于台东太麻里山区,飞行员戴维康少校、张嘉鲲中校当场死亡;




  ③1999 年 6 月 1 日,6638 号 F-16A 单座机在进行夜间仪表飞行重复航线训练时,在绿岛附近失踪,事故调查认为是失事坠海,但飞行员许君威少校的尸体与飞机残骸至今也未找到;

  ④1999 年 8 月 18 日,6680 号 F-16A 单座机伴随起落架发生故障的僚机返场,执行着陆航线通场复飞时,因发动机意外停车而坠毁于嘉义基地南端跑道 2,000 米附近的草地上,飞行员林更生少校于 49 米高度弹射落地后双腿粉碎性骨折。

  从这几次飞行事故的分析中不难发现,台空军飞行人员素质不高、训练不足,飞机的加工质量和可靠性上仍存在的较大问题以及机务维护质量不高等因素已成为遏制该型飞机迅速形成有效战斗力的关键。

  在 F-16A/B Block20 战斗机的装备使用过程中,装备质量和人员训练一直是困绕台湾空军的两个重要问题。首先也是最突出的就是装备质量问题。一方面,美国出售的该型飞机在制造上存在严重的技术缺陷,主要表现在飞机的飞行控制软件和部分新装设备尚不能稳定工作,故障率居高不下,而且在台方的接收检测中,也屡次发现数架飞机的机内线路过长,极易与机体摩擦产生短路而成为严重影响飞行安全的事故隐患。另一方面,美国对于台军该型飞机装备保障问题漠不关心,甚至还发生过将大批老旧零件充当新品出售台湾的严重事件,这些问题的存在,从一定程度上也大大限制了台军该型飞机的正常使用。另外,由于台湾高温潮湿的海岛性气候的特殊性,对飞机的完好率和出动率也有较大影响。其次,在人员训练问题上,美国方面对于台湾空军 F-16 飞行员的训练也存在着相当大的顾忌,甚至近乎到了不闻不问的地步。从原本承诺让台方受训人员参加“红旗”演习,后因为政治原因而变卦一事也可见一斑。




4、关于台湾空军的 F-16 极有可能加装防撞地自动回避系统(AGCAS)的有关问题

  美军历年的 F-16 失事研究报告显示,F-16 视野宽阔的座舱盖设计,可能是易导致空间错觉类飞行事故的主要原因;目前,美国空军爱德华空军基地第 416 飞行测试中队正在进行防撞地自动回避系统(AGCAS,Automatic Ground Collision Avoidance System)的测试工作,这项测试计划从 1998 年开始进行至今;测试顺利的话,美国空军将考虑将这个设备加装到所有现役的 F-16 飞机上。

  AGCAS 的功能在于降低因为空间错觉、机外状况不明、大过载昏迷等原因造成意外事故的几率。多年来,这三个因素一直困绕着美国空军。空间错觉成因于身体的感觉无法正确显示飞行员所处的空间位置,发生空间错觉时飞行员只能信任仪表,直到错乱的感觉消失。

  美国海军航医中心的研究报告显示,美军用飞机飞行事故中,因空间错觉所导致的事故占事故总数的 4-10%;在所有一等事故中,空间错觉导致的则超过 10%。以美国空军为例,1980 年至 1985 年间,飞行员人为因素导致的事故中,空间错觉占了 34%;1989 年至 1994 年间,空间错觉共导致了 85 次意外事故。

  启动 AGCAS 之后,其可以监视飞机飞行时的状况,例如飞机的速度、高度、俯仰角以及飞机与地球的相对位置等,如果 AGCAS 判断飞机朝地面撞去,则会启动自动驾驶仪,将飞机拉出俯冲或即将撞山的飞行状态;要做到这种程度,需配合复杂的导航系统、雷达及全球卫星定位(GPS)等装备,以便计算出飞机本身真正的位置。

  AGCAS 还综合了语音信息,当飞机处于坠落状态时,语音系统会提醒飞行员“爬升!爬升!”(Fly up!Fly up!);当飞机恢复正常状态时,语音系统便发出“你做到了!”(You’ve got it)的声音;为了配合别的状况,语音系统可以加入不同的警告话语。语音警告只会持续5秒,如果飞行员没有做出修正动作,自动驾驶系统便会接管手控驾驶飞机的工作。

  F-16联合测试小组在 1999 年进行了3种状态下的测试任务,包括:

  1、机头直接瞄准地面,以 90 度夹角、902 公里的时速向地面垂直俯冲;

  2、 未放起落架降落;

  3、 戴夜视镜进行夜间撞山测试。

  经过美国空军格瑞格雷-马丁(Gregory Martin)中将、佛朗西斯-吉登(Francis Gideon)少将以及詹姆斯-布雷恩(James O’ Bryon)博士亲身测试后,一致认为 AGCAS 是一套值得信赖的系统,可以切实保证飞机及乘员的安全,而且在低空飞行时,不会传来令人厌烦的警告语音,这才是 AGCAS 先进的地方,即自主辨析低空飞行与飞机即将坠地的动态差别。

  如果美国空军的 F-16 战斗机决定安装 AGCAS 系统,则台湾空军极有可能也步其后尘,毕竟,这套装备对飞行人才越来越缺乏的台湾空军而言,也是一项充分保全战斗力的极其有效的措施。


5、F-16 系列战斗机的实战使用情况

  台湾空军新装备部队的 IDF、F-16、幻影2000 三种飞机中,F-16 家族是参加实战次数最多、使用频率最高、作战效果最为突出的一种。

  F-16 家族的成员第一次投入实战是在 1981 年 6 月 7 日,以色列的 8 架 F-16 战斗机在 6 架 F-15 战斗机的掩护之下,保持超低空、密集编队,飞越四个敌对国家领空,长途飞行约 2,000 公里,成功摧毁了伊拉克原子能研究所的核反应堆的“巴比伦行动”;而 1982 年的以色列、叙利亚的贝卡谷地大空战中,以色列空军的 F-16 更创下了 45:0 的辉煌战绩。后来,1985 年以色列轰炸突尼斯境内的巴解组织指挥部以及 90 年代以来轰炸南黎巴嫩境内的恐怖分子阵地的作战行动中,均可见 F-16 的矫健身影。

  巴基斯坦的 F-16 是另一个除了美国空军之外,拥有实战记录的;在 1979 至 1989 年苏军入侵阿富汗的战争期间,巴基斯坦空军的 F-16 战斗机击落了 16 架入侵其领空的阿富汗和前苏联的军用飞机。

  在 1991 年的海湾战争中,美国空军共部署了 251 架F-16战斗机(F-16A 与 F-16C),1 月 17 日战争打响后,F-16 战斗机的出动量超过 13,500 架次,其中约 4,000 架次属夜间任务,出动量远高于同时期的其他飞机。这次战争中,F-16 主要执行对地攻击任务,使用的武器以常规炸弹、激光制导炸弹、AGM-65“幼畜”导弹为主,并与 F-15E 一起加入了寻歼伊拉克“飞毛腿”导弹的行动。战争中,有 72 架 F-16C 战斗机配备了紧急征订的“蓝盾”低空导航/攻击吊舱,这些飞机在战斗中创造了 98% 的任务完成率。为期 7 周的作战中,包括美国国民警卫队的老式 F-16A 在内,F-16 机群展现出了极高的可靠性,战备完好率竟高达 88%,而且有 1 位 F-16C 飞行员甚至在 27 天内完成了 28 次战斗飞行任务。战争中,美国空军损失了 7 架F-16,其中 5 架为战斗损失,平均每 10 万战斗飞行小时损失 5.1 架!

武装的 G-4 攻击机,其中 1 架 F-16C 还创下击落一次空战击落三架敌机的战绩。但 1995 年 6 月 2 日,美国空军一架 F-16C 战斗机被波黑塞族部队发射的萨姆-6 防空导弹击落,飞行员身陷敌后 6 天后被安全救出。

  F-16 战斗机最近一次参战记录是参与了 1999 年 3 月底开始的“联盟力量”——北约空袭南联盟的作战行动。北约各国装备的 F-16 战斗机大举出动,轰炸地面目标。而荷兰空军刚完成改装不久的 F-16A MLU 则更创下新的空战战绩;在整个空袭行动过程中,只有 1 架美国空军的 F-16C 战斗机被南联盟防空力量击落。

  1999 年 3 月 24 日开战首夜,4 架荷兰空军的 F-16A MLU 跟随北约机群进入南联盟领空,数分钟后便击落一架升空迎战的米格-29 飞机,创下了荷兰空军自二战以来的首次空战胜利记录。

  这次空战的过程如下:4 架荷兰 F-16A MLU 于当地时间 19:30 起飞,保护执行第一波攻击任务的北约机群,在亚德里亚海上空接受空中加油之后,横越阿尔巴尼亚进入南联盟领空。在进入敌空域之前,E-3 预警机传来 3 架米格-29 飞机自贝尔格莱德附近的贝塔吉尼卡基地起飞的信息。

  贝塔吉尼卡基地是南联盟空军唯一驻防米格-29 的基地。接到敌机起飞信息之后,4 架 F-16A MLU 加速前往拦截,并开启机上雷达探测目标。4架飞机全部跟踪到同一架米格-29,等目标进入导弹射程之后,领队长机发射一枚 AIM-120 先进中距空空导弹,导弹飞行了约 33 公里之后直接迎头命中这架米格-29,此时目标距离领队长机约 18 公里,长机飞行员目击了爆炸的闪光。在同一时间,E-3 预警机发现其他 3 架米格-29 逃逸,后来其中的两架又被两架美国空军的 F-15C 战斗机击落。

  到目前为止,全球各国装备的 F-16 战斗机的空战成绩总和为 72:0,没有任何一架 F-16 在空战中遭敌机击落,所有的战斗损失均是由地面防空火器、机件故障或人为因素造成的。



---细品F-16

 本文是关于 F-16 一些有意思的东西,涉及考证、涂装、批次等内容。限于篇幅,本文只讨论美国空军装备的 F-16C。

批次

  美国空军的 F-16C 共有如下批次:Block25、30、32、40、42、50、52 批次。在非正式的场合,F-16C 是指 Block25/30/32 批次,F-16CG 是指 Block40/42 批次,F-16CJ 是指 Block50D/52D 批次。其中 F-16CG 首次拥有了夜间攻击能力,可以挂载“蓝盾”吊舱,第一架 F-16CG 在机背写上了“夜隼”字样。F-16CJ 可挂载“哈姆”引导吊舱执行“野鼬鼠”任务。曾有过一段时间,进行过 CCIP(通用构型升级项目)升级的 Block40/42 和 Block50/52 被成为F-16CM。另外还有 F-16C+,这是指经过 CPUID(一体化作战升级项目)升级的 Block25、30、32,可挂载目标指示吊舱并能投掷 GPS 制导炸弹。

  最初 F-16 都是安装普惠(PW)发动机,F-16C 的第一批次 Block25 安装的是 F-100-PW-220,在此之前的 F-16A/B 有 Block1、5、10、15、20 批次,Block25 延续了 F-16A/B 的批次号。从 Block30 开始美国空军决定引入通用电气(GE)的发动机,这就是史上著名的“发动机大战”。由于美国空军的 F-15C/E 因合同限制只能使用普惠发动机,所以 GE 的 F-110-GE-100 只能转战F-16,最初试图在 F-16 上实现一种机体能适应两种发动机,但在实际操作中发现困难重重。




F100-PW-100 的尾喷管



F110-GE-100 的尾喷管

  从 Block30 开始,F-16 的批次号最后一位表示安装哪种发动机。“0”则是 GE 发动机,“2”则是 PW 发动机,Block30 是第一个安装 GE 发动机的“战隼”。

  接下来的事情就更加有趣了,通用动力(GD,当时 F-16 的制造商)发现 GE 发动机需要更多的空气流量,原先的 NSI(正激波进气口,也称“小嘴”)进气口无法满足 GE 发动机的胃口。于是在第 174 架 Block30 上开始引入 MCID(模块式通用进气道,也称“大嘴”)进气口。首批 173 架 F-16C Block30 仍采用“小嘴”进气口,这批飞机于是成为了最特殊的 GE“战隼”。如何分辨他们呢?除了 NSI+GE 尾喷管外只能靠尾码,尾码是 85 财年的都是 GE/NSI F-16C Block30。



两种进气口对比。F-16 的进气口为一个整体单元,这为日后的 DSI 进气口实验也提供了方便



GE/NSI F-16C Block30 85-1426
GE/MCID的 F-16 Block30,经过 CPUID 升级

  另外简单说一下美国空军尾码,现行美国空军尾码由三部分组成,“AF”下方是该机购买财年的年份,后方是该机空军序列号的后三位,也有标完整序列号的例子。








两种不同的尾号格式,后一种通常用于联队或中队的领机上,领机需要标识出联队或中队番号

  在 1986 财年,美国空军继续采购了 35 架 GE/NSI 的Block30,到 86-0261 结束。从 86-0262 开始就是 GE/MCID 构型了,F-16D Block30 从 86-0044 开始也采用了 GE/MCID。所有美国海军用于假想敌训练的 F-16N 都是改装自 GE/NSI 的 Block30,Block30 之后的批次都遵循了 PW/NSI 和 GE/MCID 规则。

  接下来美国空军想进一步增强“战隼”的多任务能力,整合进“蓝盾”(LANTIRN)导航/目标指示系统。这将允许 F-16 在夜间或恶劣天气下进行雷达地形跟踪飞行,并自主引导激光制导武器。Block40 系列引入了该吊舱系统,同样 Block40 是 GE/MCID,Block42是 PW/NSI。



挂载“蓝盾”双吊舱的 Block40,注意着陆灯前移至前起落架舱门

  除此之外,Block40 系列在机体上也有改进。因为需要负荷更大的外载重量,所以增加了起落架的强度,加大了主起落架机轮的直径。为了容纳更大的机轮,主起落架舱门外扩呈鼓包状,同时加粗的舱门收放支柱,缩小了主起落架收放支架以避免蹭到大机轮。由于“蓝盾”吊舱与起落架右支柱的着陆灯相干涉,所以着陆灯前移至前起落架舱门前缘。为了显示“蓝盾”的红外图像,Block40 系列还使用 WAR(广视角光栅式)HUD 取代了原先的 WAC(广视角常规式)HUD。




WAR HUD




WAC HUD




Block40 的起落架细节,舱门有明显鼓包

  接下来就是 Block50 系列了,在外观上与 Block40 系列很类似,由于不需要挂载“蓝盾”吊舱,所以没有安装 WAR HUD,保留了重型起落架和大机轮。Block50 装 F110-GE-129,Block52 装 F100-PW-229,F100-PW-229 比以前的 F100 推力大有提高。两种发动机都可达到 129kN 推力级。Block50/52 安装了 AN/APG-68 V(5)雷达,VHF/FM 天线集成到垂尾前缘。

  F-16CJ/DJ Block50D/52D 装备哈姆电子设备/发射计算机以自主发射 AGM-88 哈姆反辐射导弹。典型的地面防空火力压制任务中,通常装载两枚 AGM-88,早期的 F-16 Block 50/52 并没有升级到 50D/52D。



F-16CJ



F-16CJ 的典型挂载







ASQ-213 HARM 寻的吊舱,经过 CCIP 升级后的 Block50 进气道左右两侧都可以安装



线图

  F-16 在服役过程中都在进行不断的升级与延寿,在 CPUID 和 CCIP 升级过程中在 Block25、30、32、40、42 的机身外进行了蒙皮补强,安装了补强板,Block40 系列在特殊部位还安装了 RAM 吸波材料以增强隐身性能。

  下图是经过 CPUID 升级后的 Block25 和 32 线图,部分 Block25、30、32 在机鼻上方安装了 AN/APX-113“切鸟器”IFF 天线,并在机翼前缘增加了 RHAW“啤酒罐”雷达告警天线。










在 87 财年及以后的 F-16C 机身下方增加了两个布撒器




Block30 的情况就要稍显复杂,因为引入了 MCID 进气口




1988 年服役时,Block40 系列是 F-16 的全天候精确打击改型,装备了低空导航和红外寻的吊舱系统,和 WAR HUD。采用重型起落架并加强了机身。在服役中的延寿增加了更多的补强板,并且换装了 Block50 系列的主起落架机轮








Block50 系列因为比较新,所以还没有安装机身补强板,注意 Block52 和部分 Block42 都安装了 F-100-229 发动机,其喷口整流片是碳纤维的



CCIP 与 CPUIP 升级

  经过 CCIP 升级的 Block40、42 和 Block50、52 可以投放最新的 GPS 制导武器。对于 Block50、52 来说,CCIP 升级了系统的软件,座舱前机鼻上方安装了俗称“切鸟器”的 AN/PAX-113 IFF 敌我识别天线,以及 JHMCS 头盔(联合头盔附带提示系统),在座舱内部左侧增加了JHMCS 头盔位置传感器。JHMCS 头盔可以取代 HUD 的显示功能,并且能够协助行员投射各种对空与对地武器,不局限于特定的导弹系统,当飞行员的视野与机上现有的 HUD 重叠的时候,JHMCS的影像会自动消失以免产生混淆。

  现美军所有的 Block50、52 都进行了 CCIP 升级,多数 Block40、42 也进行了 CCIP 升级,更新了航电和系统软件,但没有安装“切鸟器”天线,仅在座舱内增加了 JHMCS 传感器。



JHMCS 头盔



Block40 的 JHMCS 位置传感器天线




AN/APX-113 IFF 天线




F-16A ADF 装的是 AN/APX-109 IFF,进气口下方也有天线,与 APX-113 不同

  在最初 Block40 系列是作为精确打击战斗机设计的,整合了“蓝盾”吊舱,Block50 系列是作为 SEAD/DEAD 防空压制飞机设计的,可以自主发射 HARM 反辐射导弹。经过 CCIP 升级后,Block50 系列也可以挂载“蓝盾”吊舱执行精确打击任务。可以说 CCIP 升级将美军的 Block40 系列和 Block50 系列的“战隼”机队进行了通用化升级。

  CPUID 是早期 F-16C 的中期寿命升级,其中包括了“战隼提高”和“战隼之星”机体结构延寿升级、航电和软件升级,使 Block25、30、32 的 F-16C 具备了挂载 FLIR 吊舱和投掷 GPS 制导炸弹的能力。

EPU

  F-16 的应急动力单元(EPU)使用了剧毒的水合胫 H70 燃料,就是运载火箭和弹道导弹用的燃料,在紧急情况下产生燃气驱动涡轮发电机和液压泵,保证飞机不失去操纵。这种形式的 EPU 比通常采用的应急冲压涡轮反应速度快、功率高、但相当不环保。


剧毒的 EPU 燃料罐



EPU 驱动液压泵和发电机

涂装

  美国空军的所有 F-16C 在离开沃斯堡工厂前都会喷上标准三色“埃及 I”涂装,按美国联邦标准色号分别是上表面 FS 36270 中灰+FS 36118 中战舰灰,机身下表面 FS 36375 浅幽灵灰。另外导弹滑轨是中灰色,武器挂架和副油箱都是浅幽灵灰。



F-16 涂装色表




美国空军接收的最后一架 F-16C Block50,身着三色涂装飞抵肖空军基地,尚未涂上尾码





“埃及 I”涂装侧面图

  F-16C 在需要重新喷涂时有时会改成 2 色涂装,全机 FS 32670 中灰,上表面 FS 36118 中战舰灰,这样可以节省时间与成本。现在美国空军“战隼”机队已经大面积采用了 2 色涂装。



2 色“偷懒”涂装

  F-16 上表面中战舰灰和中灰之间的分界线也很有意思,有的都在座舱之后(参见第一张图片),有的前移至座舱盖,下面这架驻韩国第 8 战斗机联队的 F-16C,甚至使用了不规则的分界线,垂尾根部也没涂战舰灰



  F-16 的雷达罩颜色是另一个虚无缥缈的东西,电介质材料的雷达罩有涂层但没有喷漆。由于涂层不抗紫外线,随着使用年限的增长,雷达罩颜色会变深,新老雷达罩之间的颜色会有很大的区别。可以这样说,每架 F-16 的雷达罩颜色都不同。




新雷达罩颜色接近机身的中灰色






常年阳光照射后出现的明显的变化






远近高低各不同



另外地勤的勤快与否也影响着雷达罩的颜色,如上面这位天才的艺术家就为我们展示了雷达罩擦干净前后的对比……




干活只干一半,上面擦了下面没擦

补强板与尾喷管

  美国空军的 Block25/30/32/40/42 F-16C 在服役过程中都进行了机身延寿,在机身外部打了补丁。而 Block50、52 在设计时就加强了机身结构,所以无需外部补强。Block40、42 在机背有 10 片补强板,Block25、30、32 的补强板数量要少一些,一开始仅在垂尾根部安装两片,后来随着机身的老化又在机翼根部又增加了两片。







Block40 的补强板

  GE 和 PW 发动机尾喷管之间存在着明显的区别,首先是收敛-扩散鱼鳞片之前的固定环。GE 的固定环有黑色碳纤维和金属两种结构,PW 是金属结构,有时还呈现出因高温引起的烧蓝色。两者的鱼鳞片外形也有明显区别,PW 的鱼鳞片式样较多。







GE 的两种固定环







PW 的固定环



-229 的 PW 发动机采用了碳纤维鱼鳞片




普通 F100



表演机的电镀鱼鳞片

隐身

  在美国空军服役的 F-16C 接受了隐身方面的改进,Block25~42 采用了是“HAVE GLASS I”隐身改进(HAVE 是美国空军秘密项目的统一代号,没有特殊含义),在机头两侧和翼根后缘敷设了 RAM 吸波材料,并采用“黄金座舱盖”,能显著降低座舱部分的雷达反射。




“黄金座舱盖”

  对金色座舱盖的金属膜有几种说法,一是镀了一层美国 PPG 工业公司的 Indiumtinoxyde 特殊金属,厚度为 400Å;二是在座舱内侧直接用蒸镀法镀上一层金;三是贴上一层金属膜。第一种说法比较可信,其中的金属成分至今保密中(据说是铱锡氧化物)。这层镀膜对 1GHz 范围内的雷达波有效,使雷达波在进入座舱前就散射掉。由于金属的屏蔽作用,还可以保护座舱内的航空电子设备免受电磁干扰。配合金色座舱盖一起采用的隐身措施是在进气道内涂敷吸波材料,由于 F-16 本身具有长而弯曲的进气道,雷达波无法直接照射涡轮叶片,所以这项措施效果较佳。综合以上措施的 F-16C/D 正面雷达截面积减少了 15%。














座舱盖金色的深浅也没有统一




Block42 的机头电子设备舱 RAM 板



Block42 的机翼翼根 RAM 板



Block42 的平尾翼根 RAM 板

  美国空军 Block50 系列的 F-16C 大多进行了 HAVE GLASS II 升级,隐身效果更好的。F-16C Block50 系列在完成 CCIP 升级时,有部分机体喷涂 HAVE GLASS II 隐身涂装,这种涂装可以大大减少飞机的 RCS。其表面极其粗糙,非常容易粘附各种污渍,另外光线的不同角度下也会呈现较强的金属光泽。

















HAVE GLASS II 涂装具有和F-22类似的金属光泽,但似乎在光滑度上不及 F-22
该涂装对 RCS 的贡献是保密的,不过效果肯定优于 HAVE GLASS I



舱盖

  F-16 机背的空中加油口盖没有上色,周围标有供加油机操作员使用的参考线。



伤痕累累的空中加油口盖




面积最大的圆形区域就是 GPS 天线




从 F-16 Block1~Block40 系列机背有一片维护舱门是“L”形的




在 Block50 系列里,这片舱门改成了倒“L”形

雷达

  现在有两种雷达在竞争美国空军的 F-16C 升级项目,一种是诺·格公司的可变敏捷波束雷达(SABR),另一种是雷声公司的先进作战雷达(RACR )。两者都可以取代现有的 APG-68 机械扫描雷达,而无需对 F-16C 原先的供电系统和机身结构做出重大改动。雷声公司的 RACR 基于 APG-79 AESA 雷达的经验,诺·格公司的 SABR 体系结构借鉴了 APG-80 和 APG-81 的经验。

  台湾空军的 F-16A/B Block20 的雷达升级将在这两种雷达中选择一种。



RACR 雷达




SABR 雷达


油箱

  外销型的 F-16C/D Block50+ 系列及 F-16E/F(Block60系列)、F-16I 可在机背安装一对 450 加仑(1,703 升)的保形油箱。保形油箱的设计思想是在保持或不大改变飞机整体流线型(保形)的气动布局的前提下,紧贴机体添置贮存燃油的容器,使容器圆形表面与机翼或机身的表面相切,从而减小飞行阻力和雷达反射面积。

  F-16 的保形油箱可以大幅增加飞机的航程和滞空时间。和原来的 F-16 Block 30 战斗机相比,安装保形油箱的 F-16 Block52+ 在操纵品质上毫不逊色,飞行员驾驶其它批次 F-16 的许多经验对新机仍然适用,在携带保形油箱的情况下仍可做出 9G 的大过载机动。保形油箱也可以解放机翼内侧的大型挂架,从而允许 F-16 挂载更多的进攻型武器。



保形油箱安装示意图




新加坡空军的 F-16D Block52+




  F-16 的机翼内侧挂架和机腹挂架都可以挂载副油箱。其中机翼副油箱分为两种,一种是 370 加仑(1,400 升)可抛副油箱,一种是 600 加仑(2,271 升)不可抛副油箱(常用于转场任务),机腹椭圆形副油箱为 300 加仑(1,136 升)。



F-16A MLU 挂载了 600 和 370 加仑副油箱,大小有明显不同




600 加仑不可抛副油箱




370 加仑可抛副油箱





300 加仑机腹可抛副油箱




---技术分析——F-16C


F-16C Block50全机各分系统简介

  F-16的外形很有自己的特点。包含了典型的第三代战斗机特征,也形成了自己的特色。以下我们以第50批次的F-16C为例简要介绍全机的各项分系统。

  F-16C是一种单发动机,单座,多用途战术战斗机,包含完善的空对空和空对地功能。机体最显著的特征是一个大尺寸气泡座舱,前机身边条,机腹进气,采用中等后掠角中等展弦比梯形翼,适中的根梢比,垂尾被尾撑垫起,翼身融合。前缘襟翼由计算机自动控制,可在大范围内改善性能。襟副翼位于机翼后缘,兼顾襟翼和副翼的功能。水平尾翼有很小的下反角,通过联动和差动提供俯仰和横滚控制。垂直尾翼和腹鳍一起提供航向稳定性。所有的控制面都是由两套互相独立的液压系统驱动的。这两套系统受电传飞控控制。

  综合火控系统包括一台具备搜索跟踪功能的脉冲多普勒火控雷达,两台可显示导航、武器、雷达和其他信息的多功能显示屏,以及一个抬头显示器。一个挂载管理系统可向选中的多空能显示屏提供飞机所携带的物资(武器,干扰弹等),控制和投放信息。基本武装包含一门20毫米口径固定机炮和翼尖的两枚导弹。附加挂载可由翼下和机身中线挂点携带。

座舱

  该机使用常规座舱布局,除了座椅向后倾斜30度,操纵杆在座椅侧面。



发动机

  飞机使用一台F110-GE129发动机。海平面台架推力约13.2吨。

燃油系统

  全部燃油系统被分为7个功能子类:油箱系统,燃料转移系统,油箱通风和加压系统,剩余油量传感系统,油箱爆炸抑制系统和加油系统。




环境控制系统

  环境控制系统包含空调系统和加压系统,可提供可控的温度和压强,便于座舱加热、座舱制冷、通风、座舱盖除霜、座舱密封、抗荷服加压、油箱加压、和电子系统制冷。这些功能均可用座舱控制面板的开关控制。

电气系统

  电气系统包括一个主交流电源系统,一个备份交流电源系统,一个紧急交流电源系统,一个直流电源系统,一个飞行控制电源系统,和一个外接交流电源的接口。

液压系统

  两套液压系统(系统A和系统B)使用3000psi压强的液压油。两套系统由两套互相独立的发动机驱动的油泵提供动力。每套系统有一个自己的液压油油池。每个油池由各自的液压系统加压保证油泵正压。液压系统的冷却由一套同样是液压的油-液热交换器提供。该热交换器位于油池上游。

应急动力单元

  应急动力单元是一套独立于其他子系统之外的,同时给液压系统A和电气系统提供动力的系统。应急动力单元在主发电机和备份发电机都失效时,或者两套系统油压降到1000psi以下时自动启动。如果手动操作,该系统可无视故障类型强行启动。




起落架系统

  起落架系统主要由液压系统B操纵。前起落架由液压驱动动作桶实现收放。主起落架由液压驱动收起,但是由重力和气动载荷协助放下。所有起落架舱门都是液压动作的。收起时由电气装置决定次序,而放下时由机械装置决定次序。如果液压系统B失效,起落架可由压缩空气放下。

前起落架转向系统

  前起落架的转向是由电力控制(直流集线器),由液压系统B驱动的。转向信号由方向舵脚蹬提供。如果方向舵脚蹬位置异常,前起落架自动转向方向舵位置。前轮转向被限幅在左右32度,但是地面转弯半径可以通过内置的刹车来进一步缩小。当前轮支柱处于伸展位置时,转向系统自动切断。如果起落架放下次序出现异常,或者起落架灯不亮,转向系统可能不会工作。


轮刹系统

  每个主起落架装有一个液压驱动的多盘刹车系统。两个轮刹系统由常规脚踩踏板提供刹车指令。刹车力随着踏板被踩下去的幅度的增加而缓慢增加。此外还有一套额外提供的停机刹车系统。一套防侧滑系统在爆胎时介入,且只能由脚踩踏板控制。




空气刹车系统

  空气刹车系统包含两个位于发动机尾喷口两侧,靠近机身的一对蚌壳式可开闭控制面,由液压系统A驱动。起落架收起时空气刹车会张开60度。起落架放下时空气刹车张开幅度被限制在43度以免下表面在着陆过程中接触跑道。该限制可通过手动按住座舱面板的空气刹车开关来强行越过。如果前起落架支柱伸出,空气刹车可在不手动强行越过限制的情况下张开到60度。






拦阻系统

  拦阻钩由电气系统给出控制指令,由压缩空气驱动。压缩空气由起落架/拦阻钩紧急压缩空气气瓶提供。气压足够强大,可以同时放下起落架和拦阻钩。一旦拦阻钩放下,压缩空气使拦阻钩和跑道表面保持接触。如果需要收起,拦阻钩可被升到一个足够的高度防止被拦阻索勾到。拦阻钩是一个半弹簧结构,可在勾住拦阻索的情况下让飞机在地面滑行。一旦放下,拦阻钩必须手动恢复到初始位置。



襟翼系统

  整个襟翼系统包含前缘襟翼和后缘襟翼。前缘襟翼覆盖全部翼展。偏转角度是马赫数、攻角和高度的函数。座舱的前缘襟翼控制面板如果调整为自动模式,那么其通常来讲其偏转就是自动的。除非两个主起落架都感受到了载荷,或者发动机处于怠速状态且滑跑速度高于60节,或者飞行控制系统处于备用增益模式。后缘襟翼(襟副翼)最大可向下偏转20度,向上偏转23度。如果当成襟翼来用,偏转角度向下;如果当成副翼来用,偏转角度可上可下。后缘襟翼是否放下取决于起落架控制杆位置和襟翼切换开关的状态。如果起落架控制杆放到“向下”位置,或者襟翼状态切换开关打开,后缘襟翼都会放下。在240节以下的任何速度,后缘襟翼都会下偏20度。下偏角度随着速度增加而减小,直到370节完全收起。




飞行控制系统

  飞行控制系统是一个由计算机控制,四余度的线传系统。该系统使用液压调整控制面的位置。电信号由控制杆,方向舵踏板和手动配平面板产生。冗余备份由电子支路,液压系统和电源共同提供。一个飞行控制面板提供控制信息和故障情况。

攻角-过载限制系统

  F-16C的攻角上限并不是马赫数的函数,而是过载的分段线性函数。在9G机动时为15度,在7G机动时为20.6度,在1G平飞时为25度。注意这虽然是飞行控制系统设置的上限,但由于飞机自身的静不稳定特性,如果飞行员猛烈拉杆,控制机制依然不能保证攻角上限不被突破。此时手动俯仰超控电门可以介入控制。

手动俯仰超控电门

  平时此装置以弹簧固定在“通常”位置,但可以手动拉到“超控”位置。如果飞机因为猛烈拉杆等原因攻角达到了29度以上,启动超控模式,飞行控制系统解除对攻角和过载的限制。虽然理论上可以获得某些性能的提升(如瞬时盘旋角速度峰值),但由于这是非正常操纵模式并且有一定危险性,飞行员操作手册并不讨论这一状态下的性能。

自动导航系统

  自动导航系统可以提供机身纵轴(横滚轴)的姿态保持和航向选择功能,也可提供俯仰轴的姿态保持和高度保持功能。这些功能在多功能控制面板上由两个开关控制。手动配平和方向舵踏板输入都可以打断自动导航。

逃生系统

  逃生系统包含座舱盖开闭系统,座舱盖手动破拆锤,引爆系统,弹射座椅系统和飞行员生存用品包。在地面如果飞行员需要紧急离机,座舱盖应能自动打开,否则只能手动破拆。飞行过程中在飞行员向上拉出两腿间的弹射起爆开关后,引爆系统能自动炸开座舱盖,弹射座椅弹射。在双座型上两个弹射座椅会互成一定角度弹射以免相撞。弹射后引导伞先展开,然后拉出主伞。飞行员落地后可使用生存用品包中的无线电台通报位置,还有一定量的食物和水。





空战周期——评价机动性和敏捷性的综合判据

  F-16是一种按照空战敏捷性优化的飞机。传统上,比较两架战斗机机动飞行能力的优劣,采用的是逐一比较单个数据的方法,例如稳定盘旋角速度峰值,瞬时盘旋角速度峰值,横滚角速度峰值,指定速度区间加速时间等。这往往和实际空战(哪怕是模拟空战)都有较大的出入。比如一架战斗机为了发挥瞬时盘旋角速度峰值,以某个特定的速度开始转弯,导致错过了横滚角速度峰值所对应的速度点,那么纸面上的横滚性能优势就只有理论上的意义了。再有比如某架飞机虽然瞬时盘旋峰值较高,但是角速度衰减也较快,导致往往被对手抢先完成盘旋机动。




 示意图:在离轴发射能力达到90度的今天,抢先掉头180度有特殊的意义。此处以F-16和JAS-39为例说明。图A)JAS-39抢先完成90度转弯,但是双方都在对方后半球,谁也不能构成射击机会。图B)F-16抢先完成180度掉头,JAS-39位于其90度离轴攻击范围内。结论:瞬时盘旋角速度的衰减快慢,也是瞬时机动性的重要一环。关于F-16和JAS-39等机型的对抗演练,可见本文最后一章。

  针对单向性能比较的误区,一种更为合理的格斗性能判据-空战周期(CCT)诞生了。在不同的场合下,这个判据的定义会有小幅度的差别,但通常来说都会包括下面四个阶段:

  1) 横滚90度并拉杆进入转弯,达到最大转弯过载(有时候会忽略横滚过程,假设飞机直接“侧着身子”开始机动)。

  2) 完成一定的角度的盘旋。以前通常以360度盘旋为基准。后因格斗导弹性能的发展,现在通常以180度为基准。在这个过程中允许损失能量,换句话说一直是“瞬时盘旋”的过程。

  3) 反向横滚90度改平,推杆降低过载直到退出转弯。如果步骤1忽略了横滚过程,那么这一步也不包含横滚过程。

  4) 加速恢复至步骤1)的初始速度。 示意图:在离轴发射能力达到90度的今天,抢先掉头180度有特殊的意义。此处以F-16和JAS-39为例说明。图A)JAS-39抢先完成90度转弯,但是双方都在对方后半球,谁也不能构成射击机会。图B)F-16抢先完成180度掉头,JAS-39位于其90度离轴攻击范围内。结论:瞬时盘旋角速度的衰减快慢,也是瞬时机动性的重要一环。关于F-16和JAS-39等机型的对抗演练,可见本文最后一章。

  针对单向性能比较的误区,一种更为合理的格斗性能判据-空战周期(CCT)诞生了。在不同的场合下,这个判据的定义会有小幅度的差别,但通常来说都会包括下面四个阶段:

  1) 横滚90度并拉杆进入转弯,达到最大转弯过载(有时候会忽略横滚过程,假设飞机直接“侧着身子”开始机动)。

  2) 完成一定的角度的盘旋。以前通常以360度盘旋为基准。后因格斗导弹性能的发展,现在通常以180度为基准。在这个过程中允许损失能量,换句话说一直是“瞬时盘旋”的过程。

  3) 反向横滚90度改平,推杆降低过载直到退出转弯。如果步骤1忽略了横滚过程,那么这一步也不包含横滚过程。

  4) 加速恢复至步骤1)的初始速度。

  这四步的总时间越短越好。具体来说,第1步和第3步要求飞机横滚反应快,加载-卸载速度快。注意这里的横滚反应不是单纯的要求横滚角速度峰值快,而更多的是强调角加速度。该动时要迅速动,该停时要迅速停,否则造成超调,往回调整,浪费的时间经常导致胜负易手。而加载-卸载速度则要求飞机俯仰敏捷性高,升力特性好。第2步要求飞机盘旋角速度峰值高,衰减慢。第4步要求飞机速度损失小,加速快。虽然通常情况下我们希望这四步的总时间尽量短,然而在某些场合下,可能只注重其中某一步的,如第2步的表现,因为毕竟盘旋是格斗占位的最直接的机动。

  下面我们以第50批次的F-16C(而非改装保型油箱的50+批次)为例,逐一分析F-16的设计特点,探究F-16为这四步做了哪些优化。下文中的F-16C如不特殊说明,均指这一批次。

  由于第1步和第3步都要求高横滚敏捷性,F-16布局紧凑,而且是单发,横滚惯量很小。从单纯的横滚角速度峰值来看,F-16A阶段已经达到308度/秒,F-16C因为飞控进一步放宽,在增重的情况下依然达到了324度/秒。流畅光滑的机身和单发机的小后体阻力特性赋予了F-16很小的零升阻力,再加上单发机中少见的大推重比,F-16的加速性在三代机中首屈一指,有助于缩短第4步的时间。另请注意单纯提高加速性并不是改善第4步的唯一手段,或者说第4步时间短的飞机并不一定加速性很好。减小速度损失同样能有效缩短第4步的时间。

  我们在这里把第2步单拿出来讲,是因为这一步更为重要。它不仅占据了整个空战周期时间的大头,而且反映了飞机气动效率中的关键一环。为了缩短盘旋时间,首先请大家了解一下盘旋过程中飞机的角速度的变化情况。战斗机的典型的速度-瞬时转弯角速度曲线如图1所示。




图1 典型的速度-瞬时盘旋角速度关系曲线

  图中不难看出一个特点:转弯角速度,在某个速度下会达到最高点,此速度被称作“角点速度”。高于和低于这个速度都会导致角速度下降。大家知道在瞬时盘旋过程中(我国和前苏联也曾称之为“极限盘旋”)飞机的速度是不断衰减的。为了尽快完成转弯动作,战斗机显然不应该以明显高于角点速度的情况下开始盘旋,否则初始角速度太低。也不应该低于角点速度开始盘旋,否则不仅初始角速度低,而且持续衰减。通常情况下,战斗机应该以略高于角点速度的速度开始盘旋,这样不仅初始角速度较高,而且还有一个短暂的角速度上升过程,总体来说较为划算。当然,具体应该以什么样的速度开始盘旋,盘旋过程中攻角如何变化,每种飞机都不一样,需要复杂的泛函优化计算,本文从略,仅就科普的目的介绍结论。


 角速度先上升再下降,但根据上文的分析,上升时间很短暂,而之后的下降衰减过程才是盘旋过程的主体。图2表示了一种典型战斗机在整个空战周期中的角速度变化情况。所以衰减速度的快慢,在相当程度上决定了完成指定角度盘旋的时间的长短。如何降低角速度的衰减率,成为了令设计师绞尽脑汁的问题。一架机动性敏捷性优越的战斗机,和对手相比,需要做到在完成相同的盘旋转弯机动时,角速度衰减率较慢;或者等价的说,付出相同的角速度衰减率时,可以做出更猛烈的盘旋转弯。在经过飞行力学相关的公式推导之后,得到了下面的结论:在相同高度,相同速度,做出相同过载的盘旋时,速度衰减慢的,转弯角速度衰减率较低。换句话说,“低角速度衰减”和“低速度衰减”等价了起来。显然,这需要发动机提供大推力,同时机体的阻力要尽量小。如果两架互为对手的飞机具有几乎相同的推重比,那么再经过公式推导后发现,决定胜负的参数为:做出相同盘旋动作时(在相同高度,相同速度,做出相同过载的转弯)的升阻比,亦即机动状态的升力和阻力之比。





图2 一种典型战斗机在整个空战周期中的角速度变化情况

  F-16拥有优越的机动升阻比。例如,在海平面高度,携带全部机炮炮弹,无外挂,内载可供2.8分钟加力的燃料时,F-16C在0.6马赫,6.5G机动时的机动升阻比为6.9,而其“老对手”米格-29系列同标准下的数值小于或等于6.6(该数值对应于系列中此项最优的米格-29A,下同)。在3000米高度,0.9马赫,9G机动过载,其余条件不变时,F-16C仍有高达6.8的机动升阻比,而米格-29系列同标准下的数值小于或等于5.3(此数据系根据气动力曲线理论求得,实际上米格-29在此速度下的强度不允许进行9G机动)。大的机动升阻比赋予了F-16C较低的角速度衰减和能量衰减,能更好的维持在角点速度附近转弯,提高自己的平均转弯角速度,降低转弯耗时。较小的速度损失也减小了对转弯结束后加速的依赖,缩短了每个动作之间的衔接。

  另需注意,角速度先上升(T21)再下降(T22)的原因是,飞机以超过角点速度的速度开始盘旋。这个速度超前量越大,则初始角速度越低。不难想象,速度衰减慢的飞机,可以用较小的速度超前量,却依然花费相同的时间衰减到角点速度,保证在这个角速度速度上升阶段依然取得角速度优势,使得这个优势对任意时时刻都成立。某些科普文中的“快速衰减到角点速度取得优势”的说法其实具有误导性。因为速度衰减慢的飞机可以通过减小速度超前量的方法,和速度衰减快的飞机用相同的时间衰减到角点速度,而且还有更高的初始角速度。

  以上主要讨论了第2步(盘旋)所需的性能特性。下面简要介绍包含第1步和第3步的综合表现。


F-16C的标准空战周期

  当今美俄几种典型第三代战斗机的技术手册纷纷解密,使得各科研院所系统的、定量的计算和比较几种战斗机的性能成为可能。在4500米高度,F-16C和另外两种飞机的空战周期对比如表1所示。计算条件为外挂中距导弹和近距导弹各两枚,50%机内燃油(不计某些飞机的超载油箱,如苏-27)。第2步转向幅度为180度。表格的前4列分别是4步所需的时间,而最后一列是某个特征点(相同速度与过载。根据上一章节的讨论,此条件可保证可比性)的速度损失率,绝对值越小越好。



F-16C的标准空战周期

  当今美俄几种典型第三代战斗机的技术手册纷纷解密,使得各科研院所系统的、定量的计算和比较几种战斗机的性能成为可能。在4500米高度,F-16C和另外两种飞机的空战周期对比如表1所示。计算条件为外挂中距导弹和近距导弹各两枚,50%机内燃油(不计某些飞机的超载油箱,如苏-27)。第2步转向幅度为180度。表格的前4列分别是4步所需的时间,而最后一列是某个特征点(相同速度与过载。根据上一章节的讨论,此条件可保证可比性)的速度损失率,绝对值越小越好。

  有读者认为过于追求亚音速升阻特性的常规布局,换句话说稳定盘旋性能较优的布局,瞬时盘旋性能很可能存在缺陷,一个经常被提起的例子就是F-16。诚然,F-16家族的瞬时盘旋角速度峰值并不拔尖,但F-16是一种条件较为特殊的个案,原因是F-16的攻角限制不同于其它机型,非常复杂且严格。通常三代机的攻角限制是空速的函数,低马赫数时允许使用较高的攻角限制,高马赫数时较低。而F-16受当时严格保证航向稳定性和安全性的思路的影响,其攻角上限是过载的函数。具体来说,过载越高,则攻角限制越严。虽然纸面上其攻角上限是25度,不明显逊色于其他三代型号,但这是1G平飞中才允许使用的。随着过载增大,允许攻角上限递减,9G机动中的攻角上限只有15度,接近这个数值时飞控计算机会强制飞机“低头”阻止攻角进一步增大。考虑到气流分离之前,升力与攻角呈近似线性关系,这样做无疑会浪费其优越的亚音速升力特性。F-16虽然能量机动出色,但受攻角限制造成的升力浪费,瞬时盘旋性能一般。某些三代型号,如“幻影2000C”和“歼10A”等海平面瞬盘可以达到30度/秒,但这是以28~29度攻角达成的。相比之下,F-16C以15度攻角达成25~26度/秒的瞬盘已经实属不易,从一个侧面证实了其气动布局极高的升力斜线率。如果“幻影2000”等也使用15度攻角限制,那么它的瞬盘就很普通了。正是因为F-16对攻角的依赖不高,无需拉大攻角就能完成高角速度的机动,因而付出的阻力代价较小,根据前文的讨论可知,角速度衰减较慢。在空战周期的概念下,瞬时盘旋角速度峰值不占优的F-16,却往往凭借较低的角速度衰减,抢先完成盘旋机动,再次表明飞行器的性能是一个整体,剥离的单个的数据对比实际意义有限。


F-16与其他机型的对抗

  重视机动性的第三代战斗机可谓强手如林。接触过F-16的飞行员,却大多不约而同的给了它一个外号:战斗机中的“一级方程式赛车”。这些人包括前美国空军“入侵者”中队教官Fred Clifton,前米高扬设计局试飞员Valery Menitsky和波兰空军上尉,米格-29飞行员M.Wiączkowski。“一级方程式赛车”这样的绰号很好的概括了F-16强劲敏捷的特点。在下文中,我们着重于F-16如何对抗其他的高性能机型,尤其是瞬时盘旋性能优于F-16的机型,并且在外挂条件对F-16不利的情况下,如携带更多的翼下副油箱或者保型油箱。

在波兰对抗米格-29

  加入北约以来,波兰空军从2006年起陆续引进了F-16C Block52+作为新一代多用途战斗机。这些飞机不可避免的在演习中与波兰空军原先装备的米格-29机队有了一番切磋。原先米格-29统治空对空格斗演习,但这一情况随着F-16的引进而发生了变化。多次对抗F-16的米格-29飞行员M.Wiączkowski曾这样评价(见图3):

  “我曾经驾驶米格-29在各种数量对比下对抗过F-16,包括2对1,1对2和1对1。F-16能保持更高的速度,而且横滚响应更快,即使携带保型油箱也不会丧失横滚性能的优势。F-16机队被要求携带保形油箱,否则飞行员得不到足够的锻炼。”




图3 M.Wiączkowski访谈的截图

  在2009年春季演习中,F-16和米格-29之间爆发多次空对空作战演习。除去超视距空战不谈,二者的近距离格斗空战共发生过两次,都使用了头盔瞄准具进行大离轴攻击。每次都是同数量的混战。如果仅看战果,双方打成2:2平。但是如果考虑到这是在F-16C Block52+携带保型油箱的情况下取得的,则孰优孰劣不言自明。尤其是最后一战,F-16携带保形油箱,依然在空战占位中同米格-29一直保持均势,直到米格-29燃油耗尽被判负。这从另一个角度诠释了“F-16不带保型油箱,则飞行员无法得到锻炼”的说法。

在爱琴海上空对抗幻影2000

  F-16家族的另一个老对手是法国达索公司的幻影2000。同时装备幻影2000-5和F-16C的希腊空军,和装备F-16C的土耳其空军在爱琴海争议海域上空多次发生狗斗咬尾事件。不仅有F-16之间的内斗,更有F-16和幻影2000之间的对抗。从双方公布的录像看,F-16和幻影2000多次互相取得武器发射机会,似乎难分伯仲。但如果注意到双方挂载的巨大差异(见图4),则优势依然归F-16所有。实际上,由于争议海域距离前线机场的距离不同,希腊空军的幻影2000可以只携带机腹中央油箱,而土耳其空军的F-16必须携带两个翼下副油箱。




图4 左:被锁定的幻影2000,注意翼下无副油箱。右:被锁定的F-16,注意翼下副油箱

在挪威对抗JAS-39

  在最近一次冬季演习中,瑞典的JAS-39与挪威的F-16A MUL展开了异种机格斗演习。虽然瑞典对演习结果曾三缄其口,但是随着对抗视频被泄露到视频网站上并被多个媒体报道,瑞典军方承认JAS-39在这场对抗中被F-16“用机动性压制”(见图5)。




图5 冬季演习中的F-16与JAS-39的对抗报道

在希腊选型中对抗苏-27

  为了替换老一代的F-4,希腊与上市价90年代初展开下一代战斗机的招标选型工作。第一轮入围的机型是苏-27,F-15和F-16。继承刚解体苏联的俄罗斯为了换取硬通货,压低了苏-27的报价,所以从标书上看,苏-27可谓是物美价廉的选择:不仅价格低,还有吸引眼球的“眼镜蛇机动”和创纪录的8000千克载弹量。但是在实机格斗对抗中,苏-27被F-16击败(见图6),导致希腊选择了第一轮时没有被特别看好的F-16。也正在这件事后,我国开始了对战斗机空战周期,敏捷性等指标的评估。





图6 希腊招标对比格斗中被F-16击败的苏-27

结束语

  在装备保型油箱的型号出现之前,F-16从A到C型一直受惠于高敏捷性的设计特点,在诞生30年后依然是敏捷性最高的战斗机之一。可能是出于这样那样的情怀或是情结,它也是我们非常喜欢“黑”的一款飞机。但无论它是不是我们的假想敌飞机,我们都需要了解对手,尊重对手,这才是战胜对手的必要条件。




---技术分析——F-16C


F-16C Block50全机各分系统简介

  F-16的外形很有自己的特点。包含了典型的第三代战斗机特征,也形成了自己的特色。以下我们以第50批次的F-16C为例简要介绍全机的各项分系统。

  F-16C是一种单发动机,单座,多用途战术战斗机,包含完善的空对空和空对地功能。机体最显著的特征是一个大尺寸气泡座舱,前机身边条,机腹进气,采用中等后掠角中等展弦比梯形翼,适中的根梢比,垂尾被尾撑垫起,翼身融合。前缘襟翼由计算机自动控制,可在大范围内改善性能。襟副翼位于机翼后缘,兼顾襟翼和副翼的功能。水平尾翼有很小的下反角,通过联动和差动提供俯仰和横滚控制。垂直尾翼和腹鳍一起提供航向稳定性。所有的控制面都是由两套互相独立的液压系统驱动的。这两套系统受电传飞控控制。

  综合火控系统包括一台具备搜索跟踪功能的脉冲多普勒火控雷达,两台可显示导航、武器、雷达和其他信息的多功能显示屏,以及一个抬头显示器。一个挂载管理系统可向选中的多空能显示屏提供飞机所携带的物资(武器,干扰弹等),控制和投放信息。基本武装包含一门20毫米口径固定机炮和翼尖的两枚导弹。附加挂载可由翼下和机身中线挂点携带。

座舱

  该机使用常规座舱布局,除了座椅向后倾斜30度,操纵杆在座椅侧面。



发动机

  飞机使用一台F110-GE129发动机。海平面台架推力约13.2吨。

燃油系统

  全部燃油系统被分为7个功能子类:油箱系统,燃料转移系统,油箱通风和加压系统,剩余油量传感系统,油箱爆炸抑制系统和加油系统。




环境控制系统

  环境控制系统包含空调系统和加压系统,可提供可控的温度和压强,便于座舱加热、座舱制冷、通风、座舱盖除霜、座舱密封、抗荷服加压、油箱加压、和电子系统制冷。这些功能均可用座舱控制面板的开关控制。

电气系统

  电气系统包括一个主交流电源系统,一个备份交流电源系统,一个紧急交流电源系统,一个直流电源系统,一个飞行控制电源系统,和一个外接交流电源的接口。

液压系统

  两套液压系统(系统A和系统B)使用3000psi压强的液压油。两套系统由两套互相独立的发动机驱动的油泵提供动力。每套系统有一个自己的液压油油池。每个油池由各自的液压系统加压保证油泵正压。液压系统的冷却由一套同样是液压的油-液热交换器提供。该热交换器位于油池上游。

应急动力单元

  应急动力单元是一套独立于其他子系统之外的,同时给液压系统A和电气系统提供动力的系统。应急动力单元在主发电机和备份发电机都失效时,或者两套系统油压降到1000psi以下时自动启动。如果手动操作,该系统可无视故障类型强行启动。




起落架系统

  起落架系统主要由液压系统B操纵。前起落架由液压驱动动作桶实现收放。主起落架由液压驱动收起,但是由重力和气动载荷协助放下。所有起落架舱门都是液压动作的。收起时由电气装置决定次序,而放下时由机械装置决定次序。如果液压系统B失效,起落架可由压缩空气放下。

前起落架转向系统

  前起落架的转向是由电力控制(直流集线器),由液压系统B驱动的。转向信号由方向舵脚蹬提供。如果方向舵脚蹬位置异常,前起落架自动转向方向舵位置。前轮转向被限幅在左右32度,但是地面转弯半径可以通过内置的刹车来进一步缩小。当前轮支柱处于伸展位置时,转向系统自动切断。如果起落架放下次序出现异常,或者起落架灯不亮,转向系统可能不会工作。


轮刹系统

  每个主起落架装有一个液压驱动的多盘刹车系统。两个轮刹系统由常规脚踩踏板提供刹车指令。刹车力随着踏板被踩下去的幅度的增加而缓慢增加。此外还有一套额外提供的停机刹车系统。一套防侧滑系统在爆胎时介入,且只能由脚踩踏板控制。




空气刹车系统

  空气刹车系统包含两个位于发动机尾喷口两侧,靠近机身的一对蚌壳式可开闭控制面,由液压系统A驱动。起落架收起时空气刹车会张开60度。起落架放下时空气刹车张开幅度被限制在43度以免下表面在着陆过程中接触跑道。该限制可通过手动按住座舱面板的空气刹车开关来强行越过。如果前起落架支柱伸出,空气刹车可在不手动强行越过限制的情况下张开到60度。






拦阻系统

  拦阻钩由电气系统给出控制指令,由压缩空气驱动。压缩空气由起落架/拦阻钩紧急压缩空气气瓶提供。气压足够强大,可以同时放下起落架和拦阻钩。一旦拦阻钩放下,压缩空气使拦阻钩和跑道表面保持接触。如果需要收起,拦阻钩可被升到一个足够的高度防止被拦阻索勾到。拦阻钩是一个半弹簧结构,可在勾住拦阻索的情况下让飞机在地面滑行。一旦放下,拦阻钩必须手动恢复到初始位置。



襟翼系统

  整个襟翼系统包含前缘襟翼和后缘襟翼。前缘襟翼覆盖全部翼展。偏转角度是马赫数、攻角和高度的函数。座舱的前缘襟翼控制面板如果调整为自动模式,那么其通常来讲其偏转就是自动的。除非两个主起落架都感受到了载荷,或者发动机处于怠速状态且滑跑速度高于60节,或者飞行控制系统处于备用增益模式。后缘襟翼(襟副翼)最大可向下偏转20度,向上偏转23度。如果当成襟翼来用,偏转角度向下;如果当成副翼来用,偏转角度可上可下。后缘襟翼是否放下取决于起落架控制杆位置和襟翼切换开关的状态。如果起落架控制杆放到“向下”位置,或者襟翼状态切换开关打开,后缘襟翼都会放下。在240节以下的任何速度,后缘襟翼都会下偏20度。下偏角度随着速度增加而减小,直到370节完全收起。




飞行控制系统

  飞行控制系统是一个由计算机控制,四余度的线传系统。该系统使用液压调整控制面的位置。电信号由控制杆,方向舵踏板和手动配平面板产生。冗余备份由电子支路,液压系统和电源共同提供。一个飞行控制面板提供控制信息和故障情况。

攻角-过载限制系统

  F-16C的攻角上限并不是马赫数的函数,而是过载的分段线性函数。在9G机动时为15度,在7G机动时为20.6度,在1G平飞时为25度。注意这虽然是飞行控制系统设置的上限,但由于飞机自身的静不稳定特性,如果飞行员猛烈拉杆,控制机制依然不能保证攻角上限不被突破。此时手动俯仰超控电门可以介入控制。

手动俯仰超控电门

  平时此装置以弹簧固定在“通常”位置,但可以手动拉到“超控”位置。如果飞机因为猛烈拉杆等原因攻角达到了29度以上,启动超控模式,飞行控制系统解除对攻角和过载的限制。虽然理论上可以获得某些性能的提升(如瞬时盘旋角速度峰值),但由于这是非正常操纵模式并且有一定危险性,飞行员操作手册并不讨论这一状态下的性能。

自动导航系统

  自动导航系统可以提供机身纵轴(横滚轴)的姿态保持和航向选择功能,也可提供俯仰轴的姿态保持和高度保持功能。这些功能在多功能控制面板上由两个开关控制。手动配平和方向舵踏板输入都可以打断自动导航。

逃生系统

  逃生系统包含座舱盖开闭系统,座舱盖手动破拆锤,引爆系统,弹射座椅系统和飞行员生存用品包。在地面如果飞行员需要紧急离机,座舱盖应能自动打开,否则只能手动破拆。飞行过程中在飞行员向上拉出两腿间的弹射起爆开关后,引爆系统能自动炸开座舱盖,弹射座椅弹射。在双座型上两个弹射座椅会互成一定角度弹射以免相撞。弹射后引导伞先展开,然后拉出主伞。飞行员落地后可使用生存用品包中的无线电台通报位置,还有一定量的食物和水。





空战周期——评价机动性和敏捷性的综合判据

  F-16是一种按照空战敏捷性优化的飞机。传统上,比较两架战斗机机动飞行能力的优劣,采用的是逐一比较单个数据的方法,例如稳定盘旋角速度峰值,瞬时盘旋角速度峰值,横滚角速度峰值,指定速度区间加速时间等。这往往和实际空战(哪怕是模拟空战)都有较大的出入。比如一架战斗机为了发挥瞬时盘旋角速度峰值,以某个特定的速度开始转弯,导致错过了横滚角速度峰值所对应的速度点,那么纸面上的横滚性能优势就只有理论上的意义了。再有比如某架飞机虽然瞬时盘旋峰值较高,但是角速度衰减也较快,导致往往被对手抢先完成盘旋机动。




 示意图:在离轴发射能力达到90度的今天,抢先掉头180度有特殊的意义。此处以F-16和JAS-39为例说明。图A)JAS-39抢先完成90度转弯,但是双方都在对方后半球,谁也不能构成射击机会。图B)F-16抢先完成180度掉头,JAS-39位于其90度离轴攻击范围内。结论:瞬时盘旋角速度的衰减快慢,也是瞬时机动性的重要一环。关于F-16和JAS-39等机型的对抗演练,可见本文最后一章。

  针对单向性能比较的误区,一种更为合理的格斗性能判据-空战周期(CCT)诞生了。在不同的场合下,这个判据的定义会有小幅度的差别,但通常来说都会包括下面四个阶段:

  1) 横滚90度并拉杆进入转弯,达到最大转弯过载(有时候会忽略横滚过程,假设飞机直接“侧着身子”开始机动)。

  2) 完成一定的角度的盘旋。以前通常以360度盘旋为基准。后因格斗导弹性能的发展,现在通常以180度为基准。在这个过程中允许损失能量,换句话说一直是“瞬时盘旋”的过程。

  3) 反向横滚90度改平,推杆降低过载直到退出转弯。如果步骤1忽略了横滚过程,那么这一步也不包含横滚过程。

  4) 加速恢复至步骤1)的初始速度。 示意图:在离轴发射能力达到90度的今天,抢先掉头180度有特殊的意义。此处以F-16和JAS-39为例说明。图A)JAS-39抢先完成90度转弯,但是双方都在对方后半球,谁也不能构成射击机会。图B)F-16抢先完成180度掉头,JAS-39位于其90度离轴攻击范围内。结论:瞬时盘旋角速度的衰减快慢,也是瞬时机动性的重要一环。关于F-16和JAS-39等机型的对抗演练,可见本文最后一章。

  针对单向性能比较的误区,一种更为合理的格斗性能判据-空战周期(CCT)诞生了。在不同的场合下,这个判据的定义会有小幅度的差别,但通常来说都会包括下面四个阶段:

  1) 横滚90度并拉杆进入转弯,达到最大转弯过载(有时候会忽略横滚过程,假设飞机直接“侧着身子”开始机动)。

  2) 完成一定的角度的盘旋。以前通常以360度盘旋为基准。后因格斗导弹性能的发展,现在通常以180度为基准。在这个过程中允许损失能量,换句话说一直是“瞬时盘旋”的过程。

  3) 反向横滚90度改平,推杆降低过载直到退出转弯。如果步骤1忽略了横滚过程,那么这一步也不包含横滚过程。

  4) 加速恢复至步骤1)的初始速度。

  这四步的总时间越短越好。具体来说,第1步和第3步要求飞机横滚反应快,加载-卸载速度快。注意这里的横滚反应不是单纯的要求横滚角速度峰值快,而更多的是强调角加速度。该动时要迅速动,该停时要迅速停,否则造成超调,往回调整,浪费的时间经常导致胜负易手。而加载-卸载速度则要求飞机俯仰敏捷性高,升力特性好。第2步要求飞机盘旋角速度峰值高,衰减慢。第4步要求飞机速度损失小,加速快。虽然通常情况下我们希望这四步的总时间尽量短,然而在某些场合下,可能只注重其中某一步的,如第2步的表现,因为毕竟盘旋是格斗占位的最直接的机动。

  下面我们以第50批次的F-16C(而非改装保型油箱的50+批次)为例,逐一分析F-16的设计特点,探究F-16为这四步做了哪些优化。下文中的F-16C如不特殊说明,均指这一批次。

  由于第1步和第3步都要求高横滚敏捷性,F-16布局紧凑,而且是单发,横滚惯量很小。从单纯的横滚角速度峰值来看,F-16A阶段已经达到308度/秒,F-16C因为飞控进一步放宽,在增重的情况下依然达到了324度/秒。流畅光滑的机身和单发机的小后体阻力特性赋予了F-16很小的零升阻力,再加上单发机中少见的大推重比,F-16的加速性在三代机中首屈一指,有助于缩短第4步的时间。另请注意单纯提高加速性并不是改善第4步的唯一手段,或者说第4步时间短的飞机并不一定加速性很好。减小速度损失同样能有效缩短第4步的时间。

  我们在这里把第2步单拿出来讲,是因为这一步更为重要。它不仅占据了整个空战周期时间的大头,而且反映了飞机气动效率中的关键一环。为了缩短盘旋时间,首先请大家了解一下盘旋过程中飞机的角速度的变化情况。战斗机的典型的速度-瞬时转弯角速度曲线如图1所示。




图1 典型的速度-瞬时盘旋角速度关系曲线

  图中不难看出一个特点:转弯角速度,在某个速度下会达到最高点,此速度被称作“角点速度”。高于和低于这个速度都会导致角速度下降。大家知道在瞬时盘旋过程中(我国和前苏联也曾称之为“极限盘旋”)飞机的速度是不断衰减的。为了尽快完成转弯动作,战斗机显然不应该以明显高于角点速度的情况下开始盘旋,否则初始角速度太低。也不应该低于角点速度开始盘旋,否则不仅初始角速度低,而且持续衰减。通常情况下,战斗机应该以略高于角点速度的速度开始盘旋,这样不仅初始角速度较高,而且还有一个短暂的角速度上升过程,总体来说较为划算。当然,具体应该以什么样的速度开始盘旋,盘旋过程中攻角如何变化,每种飞机都不一样,需要复杂的泛函优化计算,本文从略,仅就科普的目的介绍结论。


 角速度先上升再下降,但根据上文的分析,上升时间很短暂,而之后的下降衰减过程才是盘旋过程的主体。图2表示了一种典型战斗机在整个空战周期中的角速度变化情况。所以衰减速度的快慢,在相当程度上决定了完成指定角度盘旋的时间的长短。如何降低角速度的衰减率,成为了令设计师绞尽脑汁的问题。一架机动性敏捷性优越的战斗机,和对手相比,需要做到在完成相同的盘旋转弯机动时,角速度衰减率较慢;或者等价的说,付出相同的角速度衰减率时,可以做出更猛烈的盘旋转弯。在经过飞行力学相关的公式推导之后,得到了下面的结论:在相同高度,相同速度,做出相同过载的盘旋时,速度衰减慢的,转弯角速度衰减率较低。换句话说,“低角速度衰减”和“低速度衰减”等价了起来。显然,这需要发动机提供大推力,同时机体的阻力要尽量小。如果两架互为对手的飞机具有几乎相同的推重比,那么再经过公式推导后发现,决定胜负的参数为:做出相同盘旋动作时(在相同高度,相同速度,做出相同过载的转弯)的升阻比,亦即机动状态的升力和阻力之比。





图2 一种典型战斗机在整个空战周期中的角速度变化情况

  F-16拥有优越的机动升阻比。例如,在海平面高度,携带全部机炮炮弹,无外挂,内载可供2.8分钟加力的燃料时,F-16C在0.6马赫,6.5G机动时的机动升阻比为6.9,而其“老对手”米格-29系列同标准下的数值小于或等于6.6(该数值对应于系列中此项最优的米格-29A,下同)。在3000米高度,0.9马赫,9G机动过载,其余条件不变时,F-16C仍有高达6.8的机动升阻比,而米格-29系列同标准下的数值小于或等于5.3(此数据系根据气动力曲线理论求得,实际上米格-29在此速度下的强度不允许进行9G机动)。大的机动升阻比赋予了F-16C较低的角速度衰减和能量衰减,能更好的维持在角点速度附近转弯,提高自己的平均转弯角速度,降低转弯耗时。较小的速度损失也减小了对转弯结束后加速的依赖,缩短了每个动作之间的衔接。

  另需注意,角速度先上升(T21)再下降(T22)的原因是,飞机以超过角点速度的速度开始盘旋。这个速度超前量越大,则初始角速度越低。不难想象,速度衰减慢的飞机,可以用较小的速度超前量,却依然花费相同的时间衰减到角点速度,保证在这个角速度速度上升阶段依然取得角速度优势,使得这个优势对任意时时刻都成立。某些科普文中的“快速衰减到角点速度取得优势”的说法其实具有误导性。因为速度衰减慢的飞机可以通过减小速度超前量的方法,和速度衰减快的飞机用相同的时间衰减到角点速度,而且还有更高的初始角速度。

  以上主要讨论了第2步(盘旋)所需的性能特性。下面简要介绍包含第1步和第3步的综合表现。


F-16C的标准空战周期

  当今美俄几种典型第三代战斗机的技术手册纷纷解密,使得各科研院所系统的、定量的计算和比较几种战斗机的性能成为可能。在4500米高度,F-16C和另外两种飞机的空战周期对比如表1所示。计算条件为外挂中距导弹和近距导弹各两枚,50%机内燃油(不计某些飞机的超载油箱,如苏-27)。第2步转向幅度为180度。表格的前4列分别是4步所需的时间,而最后一列是某个特征点(相同速度与过载。根据上一章节的讨论,此条件可保证可比性)的速度损失率,绝对值越小越好。



F-16C的标准空战周期

  当今美俄几种典型第三代战斗机的技术手册纷纷解密,使得各科研院所系统的、定量的计算和比较几种战斗机的性能成为可能。在4500米高度,F-16C和另外两种飞机的空战周期对比如表1所示。计算条件为外挂中距导弹和近距导弹各两枚,50%机内燃油(不计某些飞机的超载油箱,如苏-27)。第2步转向幅度为180度。表格的前4列分别是4步所需的时间,而最后一列是某个特征点(相同速度与过载。根据上一章节的讨论,此条件可保证可比性)的速度损失率,绝对值越小越好。

  有读者认为过于追求亚音速升阻特性的常规布局,换句话说稳定盘旋性能较优的布局,瞬时盘旋性能很可能存在缺陷,一个经常被提起的例子就是F-16。诚然,F-16家族的瞬时盘旋角速度峰值并不拔尖,但F-16是一种条件较为特殊的个案,原因是F-16的攻角限制不同于其它机型,非常复杂且严格。通常三代机的攻角限制是空速的函数,低马赫数时允许使用较高的攻角限制,高马赫数时较低。而F-16受当时严格保证航向稳定性和安全性的思路的影响,其攻角上限是过载的函数。具体来说,过载越高,则攻角限制越严。虽然纸面上其攻角上限是25度,不明显逊色于其他三代型号,但这是1G平飞中才允许使用的。随着过载增大,允许攻角上限递减,9G机动中的攻角上限只有15度,接近这个数值时飞控计算机会强制飞机“低头”阻止攻角进一步增大。考虑到气流分离之前,升力与攻角呈近似线性关系,这样做无疑会浪费其优越的亚音速升力特性。F-16虽然能量机动出色,但受攻角限制造成的升力浪费,瞬时盘旋性能一般。某些三代型号,如“幻影2000C”和“歼10A”等海平面瞬盘可以达到30度/秒,但这是以28~29度攻角达成的。相比之下,F-16C以15度攻角达成25~26度/秒的瞬盘已经实属不易,从一个侧面证实了其气动布局极高的升力斜线率。如果“幻影2000”等也使用15度攻角限制,那么它的瞬盘就很普通了。正是因为F-16对攻角的依赖不高,无需拉大攻角就能完成高角速度的机动,因而付出的阻力代价较小,根据前文的讨论可知,角速度衰减较慢。在空战周期的概念下,瞬时盘旋角速度峰值不占优的F-16,却往往凭借较低的角速度衰减,抢先完成盘旋机动,再次表明飞行器的性能是一个整体,剥离的单个的数据对比实际意义有限。


F-16与其他机型的对抗

  重视机动性的第三代战斗机可谓强手如林。接触过F-16的飞行员,却大多不约而同的给了它一个外号:战斗机中的“一级方程式赛车”。这些人包括前美国空军“入侵者”中队教官Fred Clifton,前米高扬设计局试飞员Valery Menitsky和波兰空军上尉,米格-29飞行员M.Wiączkowski。“一级方程式赛车”这样的绰号很好的概括了F-16强劲敏捷的特点。在下文中,我们着重于F-16如何对抗其他的高性能机型,尤其是瞬时盘旋性能优于F-16的机型,并且在外挂条件对F-16不利的情况下,如携带更多的翼下副油箱或者保型油箱。

在波兰对抗米格-29

  加入北约以来,波兰空军从2006年起陆续引进了F-16C Block52+作为新一代多用途战斗机。这些飞机不可避免的在演习中与波兰空军原先装备的米格-29机队有了一番切磋。原先米格-29统治空对空格斗演习,但这一情况随着F-16的引进而发生了变化。多次对抗F-16的米格-29飞行员M.Wiączkowski曾这样评价(见图3):

  “我曾经驾驶米格-29在各种数量对比下对抗过F-16,包括2对1,1对2和1对1。F-16能保持更高的速度,而且横滚响应更快,即使携带保型油箱也不会丧失横滚性能的优势。F-16机队被要求携带保形油箱,否则飞行员得不到足够的锻炼。”




图3 M.Wiączkowski访谈的截图

  在2009年春季演习中,F-16和米格-29之间爆发多次空对空作战演习。除去超视距空战不谈,二者的近距离格斗空战共发生过两次,都使用了头盔瞄准具进行大离轴攻击。每次都是同数量的混战。如果仅看战果,双方打成2:2平。但是如果考虑到这是在F-16C Block52+携带保型油箱的情况下取得的,则孰优孰劣不言自明。尤其是最后一战,F-16携带保形油箱,依然在空战占位中同米格-29一直保持均势,直到米格-29燃油耗尽被判负。这从另一个角度诠释了“F-16不带保型油箱,则飞行员无法得到锻炼”的说法。

在爱琴海上空对抗幻影2000

  F-16家族的另一个老对手是法国达索公司的幻影2000。同时装备幻影2000-5和F-16C的希腊空军,和装备F-16C的土耳其空军在爱琴海争议海域上空多次发生狗斗咬尾事件。不仅有F-16之间的内斗,更有F-16和幻影2000之间的对抗。从双方公布的录像看,F-16和幻影2000多次互相取得武器发射机会,似乎难分伯仲。但如果注意到双方挂载的巨大差异(见图4),则优势依然归F-16所有。实际上,由于争议海域距离前线机场的距离不同,希腊空军的幻影2000可以只携带机腹中央油箱,而土耳其空军的F-16必须携带两个翼下副油箱。




图4 左:被锁定的幻影2000,注意翼下无副油箱。右:被锁定的F-16,注意翼下副油箱

在挪威对抗JAS-39

  在最近一次冬季演习中,瑞典的JAS-39与挪威的F-16A MUL展开了异种机格斗演习。虽然瑞典对演习结果曾三缄其口,但是随着对抗视频被泄露到视频网站上并被多个媒体报道,瑞典军方承认JAS-39在这场对抗中被F-16“用机动性压制”(见图5)。




图5 冬季演习中的F-16与JAS-39的对抗报道

在希腊选型中对抗苏-27

  为了替换老一代的F-4,希腊与上市价90年代初展开下一代战斗机的招标选型工作。第一轮入围的机型是苏-27,F-15和F-16。继承刚解体苏联的俄罗斯为了换取硬通货,压低了苏-27的报价,所以从标书上看,苏-27可谓是物美价廉的选择:不仅价格低,还有吸引眼球的“眼镜蛇机动”和创纪录的8000千克载弹量。但是在实机格斗对抗中,苏-27被F-16击败(见图6),导致希腊选择了第一轮时没有被特别看好的F-16。也正在这件事后,我国开始了对战斗机空战周期,敏捷性等指标的评估。





图6 希腊招标对比格斗中被F-16击败的苏-27

结束语

  在装备保型油箱的型号出现之前,F-16从A到C型一直受惠于高敏捷性的设计特点,在诞生30年后依然是敏捷性最高的战斗机之一。可能是出于这样那样的情怀或是情结,它也是我们非常喜欢“黑”的一款飞机。但无论它是不是我们的假想敌飞机,我们都需要了解对手,尊重对手,这才是战胜对手的必要条件。





---解析F-16V

  当洛克希德·马丁公司的试飞员保罗·兰德尔在2015年10月16日驾驶F-16A 93-0702从沃斯堡海军航空站联合后备基地起飞时,他创造了历史,这是被称为F-16V的F-16战斗机最新改型的首飞。


洛克希德·马丁公司的试飞员保罗·兰德尔




2015年10月16日,第一架F-16V进行了首飞

  这架飞机是台湾空军的一架F-16A Block20,但涂有非标准美国空军机徽和“ED”尾码,表示其驻地是加州爱德华兹空军基地。2014年3月,台湾空军向洛克希德·马丁公司提供了两架F-16战斗机进行F-16V标准的升级和改装,这两架飞机分别是F-16A 93-0702和双座的F-16B 93-0822。


2014年3月,台湾空军向洛克希德·马丁公司提供了两架F-16战斗机进行F-16V标准的升级和改装,这两架飞机分别是F-16A 93-0702和双座的F-16B 93-0822

先进雷达

  F-16V是洛克希德·马丁公司牵头的一个面向国际市场的计划,在2012年2月的新加坡航展上首次宣布。该公司表示F-16V构型既可以是全新的飞机,也可以被用于升级现有飞机。


F-16V是洛克希德·马丁公司牵头的一个面向国际市场的计划,在2012年2月的新加坡航展上首次宣布

  美国空军在CAPES(战斗航空电子编程扩展套件)升级中也准备把自己的F-16机队升级成V构型,但由于预算吃紧,该计划已经在2014年1月被迫中止,不过这并没有影响到台湾在2012年10月购买F-16V升级项目。

  F-16V航电的核心是APG-83可变敏捷波束雷达(SABR),诺斯罗普·格鲁门公司报出的雷达单价并不是根据其产量定的,因为APG-81的的许多组件与F-35的APG-83雷达通用,所以拜F-35项目的规模经济效应所赐,诺斯罗普·格鲁门公司报出了较低的价格(台湾144部APG-83雷达的采购合同总价值3.083亿美元,单部成本214万美元)。虽然美国空军的CAPES计划因预算限制而取消,但该军种仍打算为其300架F-16进行结构延寿和航电升级,不管怎样,当国防预算宽裕后美国空军就能立即从F-16V计划中受益。


F-16V航电的核心是APG-83可变敏捷波束雷达(SABR)

  洛克希德·马丁公司表示,这次试飞也标志着安装先进APG-83 SABR雷达的F-16的首飞。这种主动相控阵雷达与F-35的APG-81雷达通用性达到了95%,是F-16V的心脏和灵魂。

  APG-83能同时以空空和空地模式工作,或者交错进行这两种模式的扫描。洛克希德·马丁和诺斯罗普·格鲁门宣称APG-83提供能提供与第五代战斗机雷达比肩的空空和空地面雷达性能,在探测距离、分辨率和灵敏度上能与F-22“猛禽”的APG-77和F-35“闪电II”的APG-81媲美。而这三种主动相控阵雷达都是诺斯罗普·格鲁曼公司生产的。



洛克希德·马丁和诺斯罗普·格鲁门宣称APG-83提供能提供与第五代战斗机雷达比肩的空空和空地面雷达性能,在探测距离、分辨率和灵敏度上能与F-22“猛禽”的APG-77和F-35“闪电II”的APG-81媲美

  APG-83采用固定天线阵列,能同时扫描从地面到空中的所有目标,多目标跟踪能力与F-16之前的雷达系统相比有了巨大的提高。


APG-83的合成孔径雷达图像

  洛克希德·马丁公司没有透露天线阵列是否倾斜朝上安装,只是解释说SABR雷达对天线安装角度并没有硬性规定。

  诺斯罗普格鲁门公司在APG-83时就考虑到了F-16的机鼻空间,升级该雷达无需对机身进行结构改动,只需要修改航电接口就行了。


APG-83与APG-68安装位置对比

耐久性测试

  2015年11月,洛克希德·马丁公司对F-16C Block 50 91-0419完成了耐久性测试,持续测试时间超过了F-16规定寿命的3倍。这项测试是美国空军F-16延寿项目的一部分,旨在研究把这种战斗机的服役寿命从目前8000小时增加到12000小时的可能性。

  这项全尺寸耐久性测试(FSDT)是在得克萨斯州沃斯堡洛克希德马丁公司的结构测试实验室中进行的,这架飞机在32轮的综合应力测试中承受住了27713等效飞行小时(EFH)的考验。

  随后机体又进行了几次最大负载测试,结果显示机身强度仍足以飞全部作战飞行包线。

  这项持续时间近两年的测试不仅为将被确定F-16的延寿小时手机了大量数据,还证明了F-16的安全性和耐久性远远超过当初的设计寿命。

  测试结果将被用与F-16 Block40/50延寿项目(SLEP)的研究和验证,该项目旨在把F-16的服役寿命至少延长到12000等效飞行小时,覆盖300架美国空军的Block40/42/50/52批次F-16战斗机。





2015年11月,洛克希德·马丁公司对F-16C Block 50 91-0419完成了耐久性测试,持续测试时间超过了F-16规定寿命的3倍

先进座舱

  由于SABR雷达会产生海量数据,所以F-16V需要更强大的计算能力。为了满足这一要求,洛克希德·马丁公司为该机准备了全新的模块化任务计算机(MMC)——MMC7000AH。这种计算机比早期MMC的体积要小,但处理能力和速度要高很多,具有多个高速通道。根据洛克希德·马丁公司的说法,7000AH的处理能力是之前MMC的两倍,主内存是之前的十多倍,更多插卡和空域插槽为未来升级留下了充裕空间。MMC7000AH运行为F-16V开发的先进架构软件,版本将每两年升级一次。


F-16的模块化任务计算机(MMC)

  F-16V的处理能力得到升级后,还需要为综合航电子系统准备一个高速数据网络。洛克希德·马丁公司用1Gb以太网数据总线来满足航电子系统之间因大量数据交换产生的高速输入输出带宽需求。新数据总线高度可靠、改善了电磁兼容性,并为处理更多数据留出了充足容量。

  F-16V还在原先的航电机箱和主板上增加了一片多核处理器模块插卡,以及一个包括两片8核处理器卡的改进型可编程显示发生器(iPDG)新多核显示理器模块。这个iPDG可以驱动6台独立的座舱显示器:双座机前后座舱各三台显示器。而早期F-16战斗机只有两个显示通道,所以座舱只能安装两台多功能显示器。F-16V的处理器容量增加了23倍,系统内存是之前的1000倍。通过集成更快的处理器、更新航电和任务系统,再结合结构延寿,F-16V能继续服役很长时间。

  F-16V的座舱具有两个4×4英寸(102x102毫米)和一个6×8英寸(152x203毫米)高分辨率彩色显示器。其中较大那个被称为中央操纵台显示器(CPD),用于显示雷达和瞄准吊舱图像、彩色移动地图和飞行仪表数据。iPDG负责把不同类型的数据显示在不同显示器上,缩短了飞行员低头寻找信息的时间。


F-16V的座舱具有两个4×4英寸(102x102毫米)和一个6×8英寸(152x203毫米)高分辨率彩色显示器

  双座型F-16V的前后座具有相同的权限,飞行员和后座武器系统军官都能操纵飞机,或者使用油门杆和操纵杆上的按钮和开关管理雷达显示、跟踪空空中目标、切换和跟踪空地目标、管理瞄准吊舱。

  有限的双瞄准线(LOS)能力使F-16V的前后座飞行员能独立操作火控雷达、瞄准吊舱,或武器瞄准,甚至同时发射各自选定的空空和空地武器。


有限的双瞄准线(LOS)能力使F-16V的前后座飞行员能独立操作火控雷达、瞄准吊舱,或武器瞄准,甚至同时发射各自选定的空空和空地武器

  F-16V双座原型机正在沃思堡进行地面测试,测试结束后将开始试飞。

改装

  在F-16V首飞前,洛克希德·马丁公司已经进行了为期30个月的设计、开发和集成工作。

  该公司在把F-16A 93-0702改装成F-16V的过程中遭遇到了一些集成方面的挑战,不过都不是什么大问题。洛克希德·马丁公司表示在首架F-16V的改装中已经获得了一些重要经验,这些经验有利于后续的批生产改装。

  几个全新子系统在获得了F-16装机资格后,根据新的冷却、电气接口和设备机架规定被安装进了机身。除此之外,第一架原型机还安装了全套测试仪器,用于在试飞项目中评估整套系统的性能。

  多数软件开发和测试工作在F-16V首飞前就开始了,剩下的工作要在试飞中继续进行。试飞项目预计持续一年,由洛克希德·马丁公司与俄亥俄州赖特-帕特森空军基地的美国空军F-16项目办公室合作进行。


台湾的F-16在升级中还要增加挂载新型武器和吊舱的能力

客户

  一旦F-16V升级套件完成开发测试并验收通过后,就能由客户本国的航空航天企业通过洛克希德·马丁公司的技术支持进行本地化升级,当然,这取决于客户的要求和美国政府的授权。

  F-16V的启动客户是台湾,2012年10月签订了价值$18.5亿美元的145架F-16的升级合同。

  接下来的客户是新加坡,2015年12月1日,洛克希德·马丁公司已获得总额达9.14亿的美元合同,为新加坡空军的60架F-16 Block 52战斗机进行升级。整个升级将在德克萨斯州沃斯堡实施,预计于2023年6月30日前完成升级。

  2015年7月15日,美国防务安全合作局(DSCA)发表声明,韩国申请改进134架KF-16C/D战斗机,包括为其改装新的任务计算机、APG-83雷达、GPS/INS系统和配备更多新型机载武器。

  2015年12月16日,韩国国防部宣布,洛马公司将作为新的承包商,重新开始134架KF-16C/D战斗机升级工作,扭转此前因BAE系统公司提高改装费用而停滞数月的不利局面,尽快提升现役战斗机的作战效能。

  洛克希德·马丁公司表示客户对F-16V的兴趣依然强劲,尤其是现在该机已进入试飞阶段,这对于任何飞机发展计划来说都是一个重要里程碑。


F-16生产线将维持到2017年,但如果有潜在客户的新订单,那就可能维持到2020年之后


美国空军的F-16经过Falcon Up和Falcon Star结构升级后已经延寿到保证8000小时的服役寿命

关于F-16战斗机的一些数据

  截止目前已生产了4567架

  包括订单数字的话则是4588架

  目前还在服役的F-16A/B都经过了中期寿命升级(MLU)

  美国空军的650架F-16C/D以进行了通用构型实施项目(CCIP)升级,安装了一台新型模块化任务计算机

  美国空军的F-16经过Falcon Up和Falcon Star结构升级后已经延寿到保证8000小时的服役寿命

  2017年10月,伊拉克的F-16将交付完毕

  F-16生产线将维持到2017年,但如果有潜在客户的新订单,那就可能维持到2020年之后

  升级到F-16V标准后,该机将能继续服40年

  洛克希德·马丁公司已经为该机服役到2040年以后做好了准备

  洛克希德·马丁公司F-16V能和F-22和F-35协同作战







[ 本帖最后由 bbs12345 于 2016-5-20 10:58 编辑 ]
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一代名机,真正三代机的开山鼻祖。F35难以达到F16的地位。70年代的美国人充满朝气。如果美国不搞禁运,放手在全世界给钱就卖,中国和俄罗斯的生意怕是要受到严重的冲击。

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