主题:“战隼之父”谈“战隼”(一)——引子 -- silencsrv
三代机理念上成熟、技术上升级的空间比较大,我认为未来很长一段时间里仍旧是市场主打产品。韩国、新加坡、沙特都订购了F-15、巴基斯坦订购了FC-1、土耳其对F-16很感兴趣...这些都说明问题。相比起来四代机强调隐身而牺牲其他性能,这个技术成熟度还是有些问题,而且对于多数以防空为主的空军而言,有没有必要也是个问题。估计各国空军对四代机的采购会持谨慎观望的态度。
严格来说,除了F-22,其他的四代机都不成熟,需要磨合,磨合期间带来的问题不是一般小国能承担的。
而且四代针对的高性能防空阵地,对于大多数有冲突威胁的小国来说都不存在,四代最大的隐身优势几乎毫无意义。
除非是以色列和日本这种面对强大空防压力的国家,否则一般国家根本不需要这么先进的飞机。
日本对F-35很上心,先是想买缩水版F-22,被拒绝后又很积极希望购买F-35,甚至希望自己开发准四代机“心神”。
英国空军对四代机态度一般,但海军很急迫希望能得到F-35战斗机,不是B型就是C型,估计是衡量了一番,觉得F-35配备新型航母上算是最合的载机。
以色列好像对四代机、隐形技术、F-35都不热心,没有像日本那么急,唯一一次也仅仅是向美国提出购买F-117而已。但以色列空军实战经验很丰富,特别是积累了大量使用电子对抗、无人机对抗高性能防空系统的经验。07年运用运用先进电子对抗系统摧毁叙利亚军事目标就是典型。所以以色列还是把主要精力放到对现有三代机、电子对抗、无人机、精确制导弹药改进升级上。我觉得它的思路值得注意。
隐形是手段,不是目的。根本上是突破对方防空体系,摧毁对方地面目标。达成目的的手段有很多,不是非要隐形不可。这就是我的观点。
以色列依靠三代机的高水平训练和对抗,取得了中东地区的绝对制空权,所以四代机对于它来说除了烧钱没有多大的意义,只会挤占三代机的正常训练和装备。而它的对手们,连三代机都没有装备几架,谈什么对抗呢?
当然了,以色列有美国军援,可以说是美国掏钱,以色列
买飞机。。。
包括隐身设计, 也是针对对地任务
考虑到以色列现在不需要制空机, 买F-35很正常
阿以之间大规模正规战爆发的可能性目前不大,倒是和哈马斯、真主党之间武装冲突的可能性很大。这种时候以军急需的是长时间空中监视能力、对地精确打击能力。相比起来无人机的性价比更高。
至于背后的伊朗,它拥有的弹道导弹和核设施对以色列构成潜在威胁。能不能用三代机为主力的空军摧毁伊朗核设施?大家都没绝对把握,恐怕这是采购F-35的意义吧。
而且执行的是类似F-117这种飞机的使命
伊朗人手里四张牌让以色列人很忌惮:弹道导弹、波斯猫、哈马斯和真主党。
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
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
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
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。