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F-35的空戰(zhàn)能力問題 晨楓
F-35的世界充滿精彩,總是高潮迭起,近來透露的美國空軍F-35A與F-16D的對抗演習進一步吊起人們對F-35的興趣,但這不是F-35項目辦公室或者洛克希德所希望的那種興趣。


F-35的設計要求之一是“機動性不亞于F-16”,但近來透露的F-35A對F-16D模擬空戰(zhàn)激起人們的極大興趣

F-35的身世很復雜,但F-35的使命原本并不復雜:這是一架戰(zhàn)斗轟炸機,以對地攻擊為主,但空戰(zhàn)能力要求不弱于F-16或者F-18。從某種意義上說,這是一架具有自我護航能力的F-117,可以客串兼職戰(zhàn)斗機。由于時代的陰差陽錯,現(xiàn)在F-35的使命大大復雜化了,空戰(zhàn)成為F-35的重要使命,空戰(zhàn)能力不足成為F-35陣營揮之不去的頭痛。F-35A將替代美國空軍的F-15、F-16、A-10,美國海軍和海軍陸戰(zhàn)隊的F-18,還有美國海軍陸戰(zhàn)隊的AV-8B。由于F-22的產量遠遠低于美國空軍的預期,F(xiàn)-35A將占美國空軍戰(zhàn)術飛機的90%以上,不可避免地要承當相當部分的攻勢制空和防空作戰(zhàn)任務。美國海軍倒是有F-18E/F擔任艦隊防空主力,但航母艦載機數量有限,所有戰(zhàn)斗機都要一個頂倆,性能可以有所側重,但都應該在艦隊防空和海陸攻擊能力方面至少達到基本要求,這樣才能最大限度地增加攻守實力和戰(zhàn)術靈活性。美國海軍的基本要求也是很高的。在美國海軍陸戰(zhàn)隊方面,戰(zhàn)術飛機將為清一色的F-35,包括在航母上與海軍混編的F-35C和在兩棲攻擊艦上獨立部署的F-35B。盟國方面的情況要復雜一點。已經裝備“臺風”的英德意西等不依賴F-35作為制空防空主力,但混合裝備F-15、F-16、F-18的國家就比較糾結,用理論上已經過時的第三代戰(zhàn)斗機(在歐美現(xiàn)在稱為第四代)為更先進的第四代(在歐美稱為第五代)戰(zhàn)斗機開路保駕,不免很是尷尬,以色列、日本、韓國、新加坡都將遇到這個問題。計劃采用單一F-35的國家這個問題更大,如挪威、丹麥和加拿大(尚未決定是否購買F-35)。

空戰(zhàn)戰(zhàn)斗機要求有較高的速度、機動性、火控系統(tǒng)性能和武器攜帶能力。速度不僅對及時趕到戰(zhàn)場很重要,還能增加武器發(fā)射時的能量;機動性是戰(zhàn)斗機的生命,火控系統(tǒng)決定了發(fā)現(xiàn)、鎖定和發(fā)射武器的能力,武器掛載量則是消滅敵人的基本,武器沒有了,一切都是空談。

為了降低成本與研發(fā)風險,F(xiàn)-35在設計時就定位于非超巡戰(zhàn)斗機。不僅如此,F(xiàn)-35的最高速度只有M1.6,低于典型第三代戰(zhàn)斗機。F-35的加速性也受到相對較低的推重比的限制,在正常起飛重量下,F(xiàn)-35的推重比與在越南上空就以笨重著稱的F-4相當。更要命的是,F(xiàn)-35的翼載較大,甚至高于同樣越南時代的F-105,使得機動性受到很大的限制。垂直機動固然依賴更高的推重比和更低的翼載,水平機動也同樣如此。戰(zhàn)斗機轉彎不是靠垂尾上的方向舵的偏轉,那樣只能把戰(zhàn)斗機扭轉了身子側滑,而不能真正轉彎。轉彎需要的側向力是通過橫滾到幾近側立位置而產生的側向升力形成的,拉大迎角最大限度地增加升力,代價是阻力急劇增加,需要大推力來維持速度。這當然是對機動性的簡單化描述,但高推重比和低翼載對機動性是具有決定性作用的。對于機內燃油量比慣例更大的F-35是否應該以正常起飛重量作為推重比和翼載的計算參照,這是可以爭論的,但不爭的是,F(xiàn)-35在美國空軍與F-16的對抗演習中因為機動性不足而落敗。

2015年1月14日,美國空軍組織了一次F-35A對F-16D Block 40的模擬空戰(zhàn)演習,這是一次沒有預案的演習,更加接近實戰(zhàn),目的是檢驗F-35A的格斗空戰(zhàn)能力。也有說法這是測評F-35A機動能力的對抗性試飛,用于通過實飛數據來調試飛控律。不管用什么名義,兩架戰(zhàn)斗機在近似實戰(zhàn)的條件下進行了多次對抗性飛行。參加演習的是AF-02,這是早期F-35A,缺乏隱身涂層,但這本來就不是格斗空戰(zhàn)所必需的。減少了隱身涂層的重量實際上還改善了AF-02的機動性。對抗演習中,AF-02連機內武器都沒有掛載,進一步減輕了重量。演習中也沒有打開、關閉武器艙,因此沒有武器艙門打開時額外阻力的不利影響。缺乏雷達和火控軟件升級是一個問題,使得AF-02無法使用頭盔瞄準系統(tǒng),也無法在大離軸角度上發(fā)射空空導彈。不過演習中F-16也沒有使用這樣的能力,其結果是兩邊只有靠機動性和傳統(tǒng)空戰(zhàn)技巧硬抗。但較早版本的飛控軟件有可能限制了機動性。另一方面,雙座的F-16D不僅重量比單座F1-16C更大,還掛載了兩個1400升翼下副油箱。4月間,美國《航空周刊》曾報道美國空軍組織了一次F-35A對F-16的對抗演習,但沒有提到演習結果。一般認為,這兩起是同一次演習,換句話說,演習在加利福利亞的愛德華茲空軍基地進行,F(xiàn)-35A的飛行員是洛克希德首席試飛員大衛(wèi)?尼爾森。不過飛行員身份只是猜測,現(xiàn)在透露的報告中,飛行員的名字被掩去了。但報告指出,飛行員有2000小時的F-15E飛行經驗,飛過F-16 Block 30/40/42/50,飛過F-18E的大迎角機動,用上述機型加上F-15C參加過異型戰(zhàn)斗機對抗演習,還參加了F-35頭盔顯示系統(tǒng)的顫振性能試飛,具有豐富經驗。

洛克希德始終堅持,在充分發(fā)揮信息、隱身和其他特點的情況下,F(xiàn)-35的空戰(zhàn)能力為第三代戰(zhàn)斗機的4-6倍。這些特點只有在超視距空戰(zhàn)中才能體現(xiàn)出來,演習沒有評估這個方面。另一方面,F(xiàn)-16D Block 40屬于現(xiàn)役美國空軍F-16中較早的型號,Block 20之前的F-16A/B現(xiàn)在基本上退役了。Block 25開始為F-16C/D,早期的Block 25和30/32已經開始退役,1987-94年交付的Block 40/42和更新的Block 50/52為現(xiàn)役主力。Block 30/32以后采用增大的進氣口(俗稱“大嘴毒蛇”,美國空軍對F-16 常用“毒蛇”昵稱,“戰(zhàn)隼”是正式名稱,但美國空軍較少使用),還有有限的隱身措施,如座艙蓋有金質鍍膜,機體結構上采用局部雷達吸波材料。另外就是可以選擇使用通用電氣F110和普拉特?惠特尼F100發(fā)動機,以“0”結尾的采用通用電氣F110,以“2”結尾的采用普拉特?惠特尼F100。美國空軍沒有采用最新的Block 60(也稱F-16E/F),目前只有阿聯(lián)酋采用。Block 30開始結構重量和最大起飛重量有所增加,但要到Block 50/52才得益于增加推力的通用電氣F110-139或者普拉特?惠特尼F100-229發(fā)動機。雙座的F-16D增加了重量,但報告沒有說F-16D是否搭載了增加觀察的后座飛行員。兩個1400升副油箱使得F-16D的過載限制為7g,副油箱空了之后可以放寬過載限制。在整個演習中,副油箱始終沒有拋掉,所以即使重量減輕、過載限制放寬,阻力還是不變。

演習包括17次交戰(zhàn),高度在5500-6700米之間,最低高度限制在3050米,以保證安全,最高高度限制在9150米。典型交戰(zhàn)從斜距1830米、高差915米開始,或者從6700米高度以815公里/小時相對進入,或者從5500米高度以700公里/小時成直角進入。還有就是在5500-6100米空中建立接觸后脫離并自由進入,對速度、高度和進入角度沒有限制。這是典型的中空中速空戰(zhàn)。飛行員報告說,首先注意到的就是F-35A缺乏足夠的能量機動性,報告原文是“F-35A的能量機動性顯著低于F-15E”,因為飛行員具有豐富的F-15E飛行經驗。盡管F-16有兩個外掛副油箱的累贅,F(xiàn)-35A的能量機動性在每一次交戰(zhàn)中都吃虧。能量機動性是美國空軍奇人約翰?伯伊德發(fā)明的概念,用于定量描述戰(zhàn)斗機的機動性。能量機動性與速度成正比,與推力和阻力之差也成正比,與重量成反比。伯伊德指出,單純的速度或者轉彎速率不能決定機動性,只有能量機動性才能完整地描述機動性。能量機動力理論不僅成為戰(zhàn)斗機設計的定量依據,也成為空戰(zhàn)戰(zhàn)術的定量指導。F-35A缺乏能量機動性是很糟糕的事情。不過F-35A缺乏能量機動性并不是驚人的新發(fā)現(xiàn),F(xiàn)-35A的翼載比用作戰(zhàn)斗轟炸機的F-15E還高,重量差不多,推力則少了67千牛,相當于少了一臺F100發(fā)動機的軍用推力。

F-35A具有比F-16更高的大迎角能力,但飛控律的限制使得F-35A迅速拉起、進入大迎角狀態(tài)很笨拙,難以有效利用大迎角優(yōu)勢。推重比不足則使得加速遲緩,改出大迎角狀態(tài)后遲遲不能恢復速度,同樣限制了大迎角能力的有用性。能量機動性不足的缺點隨著交戰(zhàn)時間增加而越來越顯著,交戰(zhàn)時間以長就容易露怯,所以F-35A不宜纏斗。由于拉起速率較低,機動動作要擺足姿勢才能真正轉過來,很容易被對手看穿,既不能及時指向對手、形成射擊機會,又不能及時躲開對手的鎖定??刂泼娴膭幼骱艽螅缭绫┞稒C動意向,在格斗中很容易被對手看穿戰(zhàn)術意圖。相對來說,F(xiàn)-16的控制面動作較小,機動較隱蔽。不過F-15的控制面動作也較大。在演習中,F(xiàn)-35A的最大過載只能拉到6.5g,這是在急劇減速入彎時達到的,速度下降后,拉過載的能力進一步下降。F-35A的設計過載可以達到9g,F(xiàn)-35B為7g,F(xiàn)-35C為7.5g。不過飛行員發(fā)現(xiàn),在大迎角時強行拉出大偏航角的話,可以利用側擰著的機體進一步增加升力和轉彎速率,在被尾追時迫使對手沖過頭,反而形成有效發(fā)射角度。但這樣做的結果是嚴重損失能量,速度、高度都很不堪,除非這是最后的殘存對手和能夠確保一擊斃命,否則接下來F-35A就只有坐以待斃了。

F-35A的飛控律十分先進,可以自動適應不同的飛行狀態(tài)。比較特別的是,在大迎角和小迎角之間還有一個過渡區(qū),迎角在20-26度之間。飛行員報告說,在這段范圍里,F(xiàn)-35A達到最優(yōu)格斗性能,尤其在接近20度的低端。但這一段的飛行品質頗有點別扭,既有違習慣,又不太順手,橫向機動響應難以捉摸,時不時來一點小意外。飛行員認為,這是飛控律根據不同迎角和飛行狀態(tài)而自動調整控制響應的結果。在試飛調試中,控制響應對不同已知的迎角和飛行狀態(tài)下最優(yōu)化,最后的整體結果是若干孤立調試點的機械堆積。實戰(zhàn)飛行中,飛行員不是固定在某一迎角或者飛行狀態(tài),而是動態(tài)地大幅度改變,機械的分段調試可能造成控制響應不連貫,因此建議調整不同飛控律的分界點,把20度的最優(yōu)空戰(zhàn)性能區(qū)整合到連貫的小迎角區(qū)里,而把過渡區(qū)推高到30度開始。

另一個問題是不同控制律可能互相沖突,十分容易造成飛行員的判斷混亂。有一次,飛行員壓橫滾,但橫滾始終沒有發(fā)生;另一次,飛行員想要拉一個偏航角,結果飛機做的是側滑動作。還有一次,飛行員在追尾兜圈子的時候踩滿舵,但沒有反應;接著拉桿的時候,舵面倒開始動作了;可能是殘存控制指令的緣故,舵面開始動作后,飛控系統(tǒng)自說自話把舵面動作重復了一次(F-35的操縱桿和F-16一樣,是增量式而不是位置式的),使得舵面偏轉大大超過飛行員的指令。此時,飛控律粗暴地自動突然切入,剛拉大的偏航角被猛烈地糾正,原來是抗尾旋邏輯起作用了,打斷了飛行員的輸入。遲緩的拉起和粗暴的抗尾旋糾正使得F-35A在被F-16咬住尾巴的時候,逃無可逃。在模擬的航炮交戰(zhàn)中,F(xiàn)-35A完敗。

報告還指出,頭盔太大,有時遮擋視界,尤其是水平盤旋時,頭盔帽檐遮擋了上方視界,看不見9點鐘位置的對手。F-15、F-16、F-18采用氣泡式座艙蓋,全向視界良好,F(xiàn)-35不同,后向視界本來就受到肥大機脊的遮擋,對手在6點鐘位置時,座椅、頭盔進一步限制了后方視界。在演習中,飛行員使勁扭頭,大腿使勁頂著座椅和艙壁,還用手拉住座艙蓋,幫助扭腰轉身,甚至頭在頭盔內滑動,本來在眼前的顯示都滑到一邊去,依然不能看清后方。頭盔轉動時還出現(xiàn)電纜糾纏問題,頭盔顯示系統(tǒng)還出現(xiàn)多次錯誤信息。這些倒是研發(fā)過程中的常見問題,給點時間都是可以解決的。事實上,飛行員反應,頭盔雖大,但重量不是問題,戴起來比老式頭盔更舒適。

演習中反應了諸多飛控律的問題,但這些問題假以時日都是可以解決的。難以解決的是基本的能量機動問題。F-35的氣動外形和基本重量已定。即使給以更大的推力,F(xiàn)-35的氣動外形也不適合超巡,但更大的推力無疑可以極大地緩解F-35在中空中速這個常用的空戰(zhàn)區(qū)域的能量機動性。問題是F-35的普拉特?惠特尼F135發(fā)動機是從F-22的F119發(fā)展而來的,加力推力已經增加了25%,進一步增加很困難,勉強為之可能影響發(fā)動機壽命和使用潑辣性。在美國空軍的主持下,通用電氣、普拉特?惠特尼正在研制下一代戰(zhàn)斗機發(fā)動機,代號AETD,不僅采用增推、節(jié)油(要求比現(xiàn)有戰(zhàn)斗機渦扇節(jié)油25%)的變循環(huán)技術,還采用富有創(chuàng)意的三涵道技術。也就是說,在渦扇的內外涵道基礎上,再增加一個更外的外涵道,用于提供冷卻氣流和進氣道氣流管理,還可能用于噴氣溫度管理。通用電氣稱AETD是渦噴、渦扇之后的第三個里程碑,其ATED樣機已經成功運行,下一階段為ADVENT,但進度可能受到國防預算削減的影響。采用AETD/ADVENT技術的新一代發(fā)動機有望大幅度增加推力。如果新發(fā)動機可以F135相似的體積和重量而增推25%,F(xiàn)-35的能量機動性就能大大改善,達到甚至超過F-16的水平,但這不是10年內可能解決的事情。技術驗證是一回事,工程化和達到實戰(zhàn)級的可靠性要求是另外一回事請,再次出現(xiàn)普拉特?惠特尼F100在初期曾使得新科狀元F-15大面積趴窩那樣的事情都是可能的。

在能量機動性問題解決之前,F(xiàn)-35還有信息、隱身和超視距優(yōu)勢。美國空軍和洛克希德都反復強調,F(xiàn)-35的設計初衷不是近距格斗,而是在超視距上擊落對手。問題是,超視距上不能確保擊落對手的話,接下來就是視距內格斗,這是不由設計初衷所改變的。且不談歷史上“導彈制勝論”導致F-4的初期失利,在現(xiàn)代,導彈越來越精密,機動性也越來越強,但聰明可被聰明誤,越是聰明的導彈越可能受到反措施的制約。雷達制導(不管是半主動還是主動)不僅可以用白噪聲強力壓制,也可以用更加巧妙的數字射頻記憶(簡稱DRFM)干擾,這是把入射雷達信號用數字技術儲存起來,經過設定的或者不規(guī)則延時后,再發(fā)射回去。由于這是來自發(fā)射雷達自身的原始信號,在對方接受處理中不可能區(qū)分真回波和假回波,但回波延時(意味著目標距離)更大,甚至有多個重復回波,以此制造數據處理混亂,達到干擾目的。如果已知敵方的雷達信號編碼規(guī)律,還可以修改回波,制造假距離、方位、速度等,進一步干擾對方雷達。

紅外成像制導不大好用這樣的欺騙,但用不規(guī)則的強力閃光和照射,使紅外成像系統(tǒng)在強光和弱光之間反復調整的延遲之間丟失目標,也是可以反制紅外成像制導的。激光致盲更是成熟的技術。

機載戰(zhàn)術激光已經進入實用化階段,使得反空空導彈除了軟殺傷手段外,還有硬殺傷的選擇。機載戰(zhàn)術激光反導不要求擊毀來襲的空空導彈,只要損壞制導系統(tǒng)就可以確保導彈失效。退一步的話,只要造成一定的結構或者控制面損壞,就可以促使導彈在高機動追蹤中自我解體或者失控達到硬殺傷目的。

超視距攻擊不能確保擊落對手時,進入視距內格斗就不可避免。F-35有頭盔瞄準系統(tǒng)和大離軸發(fā)射能力補償機動性不足的問題,還有球視光電系統(tǒng)(簡稱EODAS)彌補物理視界受到遮擋的問題。換句話說,高大肥厚的機脊最終也不妨礙后向觀察。問題是,缺乏足夠的能量機動性的話,F(xiàn)-35難以確保在近距格斗中先發(fā)制人,一擊不能奪命之后,更難擺脫被動。最大速度不足,連逃都吃力。

F-35在空戰(zhàn)掛載狀態(tài)可以在機內武器艙掛載4枚AIM-120中程空空導彈,未來可混合掛載英國AIM-132“阿斯拉姆”空空導彈。AIM-120是可以用于格斗的,但不很理想;AIM-132要好一些,但現(xiàn)在還沒有計劃在機內武器艙掛載專用于近戰(zhàn)的AIM-9X。4枚導彈有點少,洛克希德正在努力,有望增加到6枚。

F-35A是F-35家族里機動性最好的。F-35B由于垂直/短距起飛特殊要求的拖累,重量更大,機動性更低。F-35C的翼展加大,翼載是F-35家族里最低的,但重量隨之增加,推重比進一步降低,最終結果是機動性沒有實質性改善。過去對F-35的機動性有很多爭議,焦點集中在推重比和翼載是否還能作為機動性的參照,畢竟與F-16等第三代戰(zhàn)斗機相比,F(xiàn)-35的干凈外形顯著降低了阻力,這是能量機動性計算里的重要參數。1月14日的對抗演習澄清了這個疑點:F-35的干凈外形不足以彌補推重比和翼載的不足。F-35A尚且如此,F(xiàn)-35B和C就更加成問題了。

那信息與武器系統(tǒng)的優(yōu)勢呢?F-35無疑整合了最先進的信息融合和武器系統(tǒng),但這些先進技術不是第四代戰(zhàn)斗機壟斷的。剩余壽命已經所剩無幾的第三代戰(zhàn)斗機或許沒有升級價值了,但機齡較短甚至全新制造的三代半戰(zhàn)斗機(如F-18E、“臺風”、“陣風”、蘇-35等)已經在不同程度上整合進類似的技術,有的甚至比F-35更早投入使用,F(xiàn)-35并無決定性的優(yōu)勢。

那超視距能力優(yōu)勢呢?F-35只是空戰(zhàn)體系中的一環(huán)。美國空軍和海軍有完整的預警、電子戰(zhàn)和支援體系,盟國空軍在美國主導的作戰(zhàn)行動中也能受益,但單獨行動就不一定能受益。離開體系的支援,F(xiàn)-35先敵發(fā)現(xiàn)、先敵攻擊的能力要大打折扣,超視距優(yōu)勢也因此受到限制。

那隱身優(yōu)勢呢?隱身在空戰(zhàn)中的作用還在逐步為人所認識,但無疑是未來空戰(zhàn)中最大的制約因素之一。問題是,美國并不壟斷隱身,F(xiàn)-35的隱身優(yōu)勢在隱身對手面前也就不成為優(yōu)勢了。另外,反隱身技術也在迅速發(fā)展。多基雷達、長波雷達、被動雷達和非雷達技術各有優(yōu)缺點,但作為體系的一部分,對F-35提供概略定位還是做的到的,然后引導己方戰(zhàn)斗機搜索可疑空域,打草驚蛇,迫使隱身的F-35在不利情況下暴露,這是一種人們正在熱議的戰(zhàn)術,其戰(zhàn)術潛力不容忽視。值得一提的是,美國海軍對隱身遠沒有美國空軍那么癡迷,有意無意地在拖F-35計劃的后腿。

F-35的這些問題其實并不陌生,F(xiàn)-35最大的難題一向在于兜售。F-35的定價居高不下,如何說服買家花這個錢呢?美國空軍或許不在乎F-35作為戰(zhàn)斗轟炸機而不是戰(zhàn)斗機的定位,但大部分盟國是很在乎的,國家的天空是要靠下一代戰(zhàn)斗機保衛(wèi)的,這是宣示和確保主權的需要。相反,專長遠征作戰(zhàn)的戰(zhàn)斗轟炸機反而對大多數盟國是次優(yōu)選擇。各國對F-35的最大糾結正是來自于對空戰(zhàn)性能的疑惑。1月14日對抗演習的報告不僅沒有緩解人們的擔憂,反而加深了F-35陣營的困難。報告全稱《F-35A大迎角空戰(zhàn)機動》。報告不長,只有5頁,不是保密的,但是內部通報的(英文全稱是Unclassified For Official Use Only)。報告首先在網上被披露,弄得美國軍方很被動。F-35項目辦公室的空軍分部負責人杰弗里?哈利堅少將一面要人們不要過早下結論,一面要調查報告是如何泄漏出去的。堵漏當然是重要的,但透露一點好消息才能輕易粉碎不實偏見。美國空軍或者是要對好消息繼續(xù)保密、不讓潛在對手知道F-35的底細,或者是并沒有好消息可以透露。真相只有時間才能披露了。
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