还是说说肥电吧

F-35是按隐身战斗机设计的,所以采用机内武器舱,使得机体很是臃肿。为 STOVL 预留的空间进一步增大了 F-35 的机体,使得总重急剧攀升。在第四代(过去称为第三代,现在美俄统一将高机动战斗机这一代称为第四代)重型战斗机中,F-15C 的空重为 12,700 千克,正常起飞重量为 20,200 千克;苏-27的空重为 16,380 千克,正常起飞重量为 23,430 千克。但F-35A的空重也达到 13,300 千克,正常起飞重量则达到 22,470 千克。也就是说,“轻型”的 F-35A 实际上和重型的 F-15C、苏-27 的重量相当。F-35B 和 F-35C 更重,F-35B 的空重达到 14,500 千克,因为机内燃油量从 F-35A 的 8,390 千克下降到 6,030 千克,所以正常起飞重量下降到 21,310 千克,不过机内燃油作战半径也从 F-35A 的 1,090 千米下降到 833 千米;F-35C 的机翼增大,空重达到 15,800 千克,较高的空重和更大的机内燃油量(增加到 8,890 千克,机内燃油作战半径 1,185 千米)使正常起飞重量上升到 25,470 千克;但 F-35B 和 F-35C 的最大起飞重量都和 F-35A 一样,限制在 31,800 千克,这是由统一平台的结构载荷限制决定的。

楼主 面瘫戈  发布于 2015-04-28 00:00:00 +0800 CST  
为了补偿不断攀升的飞机重量,F-35的发动机最终成为世界上单发推力最大的战斗机发动机 ,非加力的军用推力就达 111千牛,加力推力更是高达 178 千牛(一说军用推力 125 千牛,加力推力 191 千牛)。但 F-35B 的推重比只有 0.85,依然远远低于F-15C 的 1.12 和苏-27 的 1.07。F-35B 的翼载高达 499 千克/平方米,远远高于 F-15 的 357 千克/平方米和苏-27 的 377 千克/平方米。有意思的是,空军的F-35A由于机内燃油量和正常起飞重量的提高,推重比实际上下降到 0.81,甚至低于以笨重著称的 F-4“鬼怪”式;翼载高达 526 千克/平方米,甚至高于以“人操火箭”著称的F-104的 514 千克/平方米。海军的 F-35C 加大了机翼,所以翼载下降到 410 千克/平方米,但推重比进一步下降到 0.71,仅略微高于专业对地攻击的F-105的 0.69。F-35 的最大速度也只有 1.6(一说 1.8)倍音速,甚至低于F-16和F-18,超巡更是免提。F-35A 的机体按照 9g 过载设计,F-35C 限制到到 7.5g,F-35B 进一步限制到 7g。这是为了降低对机体结构强度的要求、避免进一步增重的原因。

楼主 面瘫戈  发布于 2015-04-28 00:00:00 +0800 CST  
我们知道,评估机动性有两个非常重要的参数:翼载和推重比,从上面的文章内容看,似乎F-35A的这两个参数都不怎样,但是,仔细思考却非如此,因为这里面并没有讲F-35A带什么样的武器干什么样的活。我们还是简单计算一下:
F-35A空重13,300 千克,正常起飞重量22,470 千克,两者之差是9170千克,去掉8390千克的内油,基本上是780千克,基本上也就是带4枚AIM-120的重量。不过,值得注意的是,上述内油比F-15C的6130千克要大不少,如果F-35A带的是与F-15C相同的内部油量,那么就要减去20210,此时翼载会降低到481千克/平方米,如果考虑到F-35也采用了类似F-22的升力体,那么实际翼载还会有所降低(假设升力体能够提供15%的升力,翼载就会降低到409千克/平方米),基本上接近典型三代机的翼载。在推重比上,如果按照191千牛来算,内油130来算,推重比为0.96,如果算空战推重比(也就是半油,即按照3.1吨来算),推重比达到1.14,基本上能达到超过1的推比。

考虑到空中飞行时F-35A的外形较三代机挂载武器更平整,其真正空中机动时的性能并不差。另外,从机翼的后掠角来看,F-35机翼前缘后掠角是35度,F-16机翼前缘后掠角是40度(也有说是35度),而F-18机翼前缘后掠角是26.5度(根据方宝瑞书上内容),加上外形干练带来的阻力小,其亚音速加速性能和机动性能还是可以与F-16和F-18之类相比的。但在加速性和爬升性能上,估计与F-15、台风相比可能要差,毕竟推重比和翼载的距离还是比较大的。

楼主 面瘫戈  发布于 2015-04-28 00:01:00 +0800 CST  
从上面简单对比分析可以看出,F-35A在被当做空战主力来使用时,从使用者角度来看,是可以降低内油来换取机动性,尤其是针对欧洲小国和亚洲可能的小国,减少2吨油量简单来看也就是降低了20%左右的作战半径,即仍然有800公里以上的作战半径,这对这些小国来说已经足够。所以真的面对这样的对手时,同时考虑到F-35A的隐形优势和航电方面的优势,可以说三代机取胜的希望不大。

当然,也需要指出,F-35A在美空军眼里就是一个以对地为主的角色,加上内置弹舱和不追求超音速性能,更重要的是为了满足海军陆战队的需要,整个飞机设计的粗短。粗短对地攻击其实有好处,对空战未必有利。不过老美空军有F-22,并不需要F-35A出太多的空战方面的力,加上F-35A本身还是与三代机有代差,所以也可以接受。

对于美国的盟国来说,虽然老美为了自己对F-35的定位牺牲了更多对空的性能,但毕竟F-35A的机动性,尤其是在带上弹药情况下的机动性基本上达到了三代机的机动性,面对对方三代机有代差优势,属于虽无奈但可接受。

楼主 面瘫戈  发布于 2015-04-28 00:01:00 +0800 CST  


楼主 面瘫戈  发布于 2015-04-28 00:04:00 +0800 CST  
A型数据

楼主 面瘫戈  发布于 2015-04-28 00:05:00 +0800 CST  
从表1看,显然29300磅是使用空重。如果仅计算基本空重,即前2项.仅有27824磅(12624公斤)。
维持前一级战斗机相当的水平,
动力系统相对于其推力而言有所减轻,
但由于采用了内置弹
仓设计,其结构重量有明显提高(约2吨)


楼主 面瘫戈  发布于 2015-04-28 00:07:00 +0800 CST  
注意,以上为F-35AA-I的预计重量。从实测值来看,即使没有AF那样的重量优化,AA结构加设备的总重是比预计值有数十公斤的减轻、各部分的具体减轻程度可参看F-35年度简报,笔者在此不一一列出。总的来说,以F-35A的尺寸,和类似的第三代战斗机如米格-29相比,12600公斤左右的基本空重确实不算多。F35A重量介于米格-29M(也称米格-33)和米格-29K之间(米格29M的设计基本空重为11600公斤,实际未知),机长略短,翼面积略大。作为拥有内置弹仓且较高机内燃油空间的型号,能够将重量保持在这个程已实属不易。内置弹仓导致的结构重量的增加,须由推进系统的减重和增推来弥补,

楼主 面瘫戈  发布于 2015-04-28 00:09:00 +0800 CST  
气动外形的得失

目前关于F—35气动外形的评论中,唯一批判性的是高马赫数阻力较高。除此以外,再也找不到任何负面评论。原因很简单,F—35采用的是一种亚音速升阻特性极佳但超音速偏弱的气动外形。

重建F-35的气动外形模型并进行气动特性分析是国内外航空院校的热门课题。南京航空航天大学航空宇航学院曾以基于草图跟踪的三视图标定技术,重建了F—35的外形网格模型,使用NACA64A-204翼型。其在不考虑机动襟翼变弯和机翼前后缘修形的情况下,模拟了F-35的亚/超音速升阻特性。无独有偶,法国SUPAERO和ISPA等工程学院都曾有过F—35模型的计算流体力学算例,但使用的是NACA64A—206翼型并考虑了襟翼的偏度优化。这些模拟计算的结果显示:F—35亚音速最大升阻比达到约14,超过了包括F/A-1R和苏—27在内的几乎所有三代机:而在低超音速范围内最大升阻比约4.5,与常规三代机持平,但逊于“幻影”2000等。法方的模拟由于加入了前缘机动襟翼的偏度优化,其亚音速机动升阻特性类似于F—16、苏—27等三代机。如果允许前后缘襟翼同时变弯(F-22即采用了这样的控制率),甚至还略有过之。

楼主 面瘫戈  发布于 2015-04-28 00:11:00 +0800 CST  
F—35在设计过程中不要求具有超音速巡航性能,所配备的F135发动机较高的涵道比使其更适合亚音速飞行,设计要求的最大马赫数也不高。因此,F—35的气动设计可谓有的放矢。以F—35A为例,使用前缘后掠角仅35度的中等展弦比梯形翼,后缘前掠进一步减小了有效后掠角,1/4弦线后掠角仅23.4’,而其展弦比又是新一代隐身战斗机中最大的(2.68)。尾撑又赋予了平尾较长的力臂,配平阻力更小。其使用了类似于F—22的三段绕和边条,在高攻角t>20‘)时诱导出比常规边条更强的涡升力,综合了以上特性的F-35,具有优异的亚音速升阻特性并不让人惊奇。当然,这是以牺牲一定的超音速性能为代价的。F—35这样做,很大程度上是因为考虑到一旦与三代机遭遇发生自卫空战,仍然是以亚音速机动为主。毕竟几乎所有的三代机都有着相当不错的机动性能。而更高威胁,如超音速机动能力更强的目标并不是F—35的作战对象。

楼主 面瘫戈  发布于 2015-04-28 00:11:00 +0800 CST  
因此,F—35相对较弱的超音速飞行性能在遂行其主要作战任务(近距离空中支援/防空压制/自卫空战)时不会导致明显的作战效能下降。

我们知道, 目前世界各国的先进战斗机通常采用常规布局或鸭翼+三角翼布局。常规布局因为平尾亚音速配平载荷较轻,且主翼不受下洗效应,机动需用攻角较小,亚音速升阻特性较优。鸭翼+三角翼布局因超音速配平方向和三角翼自身的特性,超音速升阻特性较优。

但这是非常“学院化”的结论。常规布局的杰出代表如F-22因为使用TVC(推力矢量)直接配平,无需平尾产生额外配平阻力的缘故,在超音速升阻特性上反而有超越鸭翼+三角翼布局的趋势。F-35目前虽然没有在飞行中使用TVC的能力,但不排除在以后的发展中加入已经验证成熟的AVEN推力矢量喷管的可能。

在这里再纠正一个误区。有的读者认为过于追求亚音速升阻特性的常规布局,换句话说就是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。但F—16是较为特殊的个案,原因是其攻角限制不同于其他机型,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。F-16受制于高攻角稳定性的缺陷,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25.5‘,不逊于其他三代机,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‘。

楼主 面瘫戈  发布于 2015-04-28 00:12:00 +0800 CST  
接近这个数值时,飞控计算机会强制飞机“低头”以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,某些三代机型号,如“幻影”2000C和歼-10A等海平面瞬盘可以达到30’/秒,但这是以28-29度攻角达成的。相比之下,F—16C以15‘攻角达成25-26‘/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也使用1 5‘攻角限制,那么其瞬盘性能可能就不那么出色了。我们也可以想象,如果F-16系列能够克服其在高攻角稳定性方面的缺陷,毫无顾忌地使用25’攻角上限,其瞬盘性能也大有潜力可挖。F—16的这个问题在F-35身上不存在。F—35不会用自己15‘攻角的瞬盘去比拼对手30’攻角的瞬盘。F—35的瞬盘表现如何,将会在下文分析。

亚音速升阻特性较佳的一个额外好处是巡航效率较高。值得注意的是,不同飞机之间的航程、作战半径等数据并不能直接拿来比较,因为飞行剖面(飞行高度与耗油率密切相关)、余油等参数不一定是统一的。而不同作战任务的飞机作战剖面(如在战区盘旋圈数)相差更大。一般来说,偏重于对地攻击的机型吃亏可能多些。比如,F/A—18E在最佳巡航高度每磅燃料可飞行0.14海里,如果起飞后立即爬升到该高度并维持,其机内燃油航程会相当可观。但实际上,F/A—18E的官方数据中机内燃油航程只有约2000公里。

相比之下,俄系设计局倾向于使用最理想的航程性能作为广告数据。例如,米高扬官网上米格—29A的内油航程高达1500公里,与F-16C的1600公里十分接近。但保加利亚和东德的空战模拟演习表明,F-16C总能表现出明显更高的燃料利用率。每当米格-29A因燃料不足而提前返场时,F-16C还能留下大量燃料,实际上.这就是载油系数的差距导致的,米格-29A在自重比F-16C高出27%的情况下,为了在空战中维持和对手相近的SEP(单位重量剩余功率),也需要比F—16C高出约同样百分比的推力,导致约同样百分比的耗油率增加,因而为了相同的留空时间,所需燃料也高出约同样百分比。

楼主 面瘫戈  发布于 2015-04-28 00:13:00 +0800 CST  
载油量的误区

和空重一样,这同样是一个老生常谈的问题。得益于较高的亚音速巡航升阻比和F135较低的单位油耗,F—35A在载油系数(油重/总重/与其他三代机相当时,如果统一飞行剖面,其留空时间将会略优于其他三代机,或至少是不相上下。问题就来了:F-35的内部载油量超过8吨,载油系数明显超过了包括苏—27(内设超载油箱)在内的各种三代机。如果按照常规的“机内半油”计算空战推重比,F-35相当于在自己留空时间远超过对手的情况下进行不公平的比较。举个比较极端例子,如果改装一架飞机,其余性能不变,仅仅缩小其内载油箱容积。那么在纸面上,该机的推重比无疑会明显提高,但这真的能反映出飞机性能的增长吗?亦或,扩大其内载油箱容积,我们是不是也能得出其机动性下降的结论呢?这便是“50%内载燃料”不合理之处,统一留空时间或许是更合理的标准。

同样受高载油系数困扰的苏—27SK(内油量高达9400公斤,导致满油起飞时推重比明显小于1)对此的解决办法是,空战时使用满油5200公斤、半油2600公斤作为载油标准。这样一来载油系数不仅不高于其他三代机,甚至还低些。这种做法在一定程度上拉近了苏—27和老对手(几种欧美三代机)的推重比差距,但也导致其在这种情形下的留空时间,尤其是考虑加力空战的情况下会比对手更早耗尽燃料。为了统一标准,我们不妨全部采用苏—27SK的载油系数标准,这样几个机型的留空时间可以近似相等。

在轻载空战状态下(只携带2枚近距格斗空空导弹),只需空重/油重为常数,即可保证载油系数基本相当。换句话说,载油量须与空重呈正比。苏—27SK这一比值为16800/5200=3.23,相应的,F-35A空战满油标准应取3908公斤(8614磅)较合适,相应的半油为1954公斤。在下文中还要加入与F-16C block50的对比,其满油标准为2662公斤,相应的半油标准为1331公斤。

如果飞行员及其装备共重100公斤,空战武器为2枚近距格斗空空导弹(R—73E或AIM—9M),空重取基本空重12624公斤(F-35AA—1),16800公斤(苏—27SK) 和8600公斤(F,16Cblock50),不难得到此时三者的半油空战重量为19720公斤(苏-27SK)、14852公斤(F-35AA-1)和10205公斤(F-16Cblock50)。以台架推力除之,三者的空战推重比基本处于同一水平。以上并没有考虑发动机安装推力随速度的变化,故仅作参考。

楼主 面瘫戈  发布于 2015-04-28 00:14:00 +0800 CST  


楼主 面瘫戈  发布于 2015-04-28 00:16:00 +0800 CST  
目前,关于战斗机机动性与敏捷性的对比通常要结合多种性能参数(如稳盘,瞬盘、横滚、加速和爬升等)综合考虑,比单纯考虑某一性能有更好的说服力。较为通用的标准是空战周期(CCT)。战斗机要经过横滚、转弯180’调头(伴随着能量损失)、横滚恢复和加速恢复初始速度等4个主要过程。第1和第3项强调高横滚敏捷性,第2项强调高瞬盘性能和低能量损失率,第4项强调加速能力。在某高度上,F—16C、苏—27SK和两种高性能三代机型号对比见表2。

F—16C和苏—27SK在总时间一项表现较为抢眼。F—35AA—1总体机动性/敏捷性将优于F—16C(项目指标要求),因此也没有理由输给苏-27SK。

楼主 面瘫戈  发布于 2015-04-28 00:17:00 +0800 CST  
F—35的主要空战对手——苏30等在原苏—27基本型的基础上机动性又有一定程度的下降(使用了推力矢量技术的苏-30MKI除外,但其常规机动性仍折损较大):F—35A的量产型AF比重量优化之前的AA又有一定程度的减轻,因此.F-35A在近距空战尤其是常规机动作战中理应可以从容应付对手: 当然这样做的前提是F—35A不会携带让自己留空时间远高于对手的燃料。实际情况可能是:F-35A投弹之后尚需较长时间返航,而敌方拦截机只需很小的留空时间完成截击任务。但F-35A 会充分利用其隐身技术避免被发现,在视距外击落对手。

楼主 面瘫戈  发布于 2015-04-28 00:17:00 +0800 CST  
但现实情况却颇为残酷。F-4E多用途重型战斗机在携带空战载荷时,对专精防空作战的米格-21比斯仍然具备大多数空战性能的压倒性优势。技术上的领先使美国人能够同时追求空战和对地攻击能力的双重优势。洛克希德•马丁公司似乎不愿意让F—35成为游手好闲的“富二代”,因为空军对其近距离格斗性能有十分明确且苛刻的要求,即在机动空战中面对高性能空中威胁且对手携带有大离轴角头盔显示与瞄准系统时,必须具有交换比优势。

为此,F—35必须具备高攻角性能和灵敏的机头指向能力。F—35的一个较早型号240-3曾展示了内载2枚AIMl20空空导弹,在4527米以185.2米/秒空速的情况下完成过载为9s转弯的能力。根据“角速度x线速度’向心加速度”的算式,不难求得此时的转弯率为26.5‘/秒。我们知道,三代机中某些瞬时盘旋性能拔尖的型号如“幻影”2000,在海平面可以达到30‘/秒。随着高度增加,因空气密度下降导致动压下降,在4572米高度其瞬盘明显小于这个数值,只有22.4‘/秒,已经不如F-35A。由此可以想象,F-35A的海平面瞬时盘旋能力必将十分优异,而明显优于“幻影”2000的推重比使它的能量补充也十分迅速。这一条件的前提是空战需在亚音速进行,否则较高的跨音速阻力可能会削弱其能量优势。

楼主 面瘫戈  发布于 2015-04-28 00:18:00 +0800 CST  
F-35使用了“分布式合成孔径系统”(DistributedApertureSystem,DAS),以获得凌驾于通常头盔瞄准与显示系统之上的离轴侦测与发射能力。DAS系统的核心部件位于机腹,6个红外传感器位于机头和机背。无论昼、夜还是复杂气象,DAS系统都能提供高精度高灵敏度的空中/地面目标定位,而其特殊的分布方式又能保证飞机周围无死角的球状探测覆盖。

DAS系统的确切作用距离还是未知数,目前可以确认的是该系统能够在90公里外探测并跟踪F-16。DAS系统在空战中主要提供两项功能:

首先是动态敌我识别。近程空战导致传统的敌我识别难以进行,飞行员眼前频繁飞过多架战机,它们可能转瞬即逝,甚至外形相似,因而难于区分敌我但DAS系统可以实时追踪周围战机,即使与飞行员失去目视接触也能继续定位并将结果投射在飞行员头盔上。

其次,DAS与初步具备发射后锁定能力的第四代近距格斗导弹(如AIM—9X、AIM—132)联合,可以有效对付机身侧面乃至后面的目标。即使是身后的目标,由DAS锁定之后发射导弹,导弹也能够转向180’攻击之。

应该说,这项技术旨在提供一种比头盔瞄准与显示系统更快捷可靠的离轴锁定目标的近距格斗方式,相比于苏联/俄罗斯时代的类似技术有较明显的进步。因为它充分利用了格斗导弹性能的发展,无需将导弹预先反方向放置于发射架上,并在导弹发动机喷口处盖上一个锥形整流罩,发射后导弹也无需等待速度降为0才能让发动机点火。其存在的缺陷也很明显:导弹转向180‘后已经消耗了一部分燃料,有效射程不如向前射出的导弹。因此,当F—35进入尾后敌机射程,而敌机处于180‘转向后的导弹射程之外时,这项技术难以发挥作用。但是,这种情形不会出现在盘旋空战中,此时高机动性战斗机的盘旋半径已经缩小到几百米。

楼主 面瘫戈  发布于 2015-04-28 00:18:00 +0800 CST  
如果F-35与敌机陷入盘旋空战,那么双方都会处于一个半径数百米的圆形空间中。即使目标机位于F—35的后半球,其距离也必然小于这个半径的两倍,因而也必然处于即使经过剧烈转向的格斗导弹的攻击范围内(考虑到新一代近程格斗导弹的有效射程相对于上一代普遍有所提高)。若想利用DAS该功能的缺陷,需要满足如下条件:不进入盘旋空战,而是保持直线飞行:在F-35毫无察觉的情况下,从尾后逼近之。

换句话说,这需要一种本身就有一定隐身性能(红外隐身性能尤其好)的先进战机,且具有较高的探测F—35这类低可探测性目标能力。这种战机是否是F-35的作战对象姑且不论,有希望与F-35作战且又装备有这种战机的国家是否存在呢?

楼主 面瘫戈  发布于 2015-04-28 00:19:00 +0800 CST  
结语

通过上面的分析,我们已经形成了对F-35A (AA—1)的一些大致印象:

1.气动设计重点强调了亚音速升阻特性和续航性能;

2.跨/超音速阻力特性有一定牺牲:

3.基本空重与同规格第三代战斗机持平或略高(基本空重比米格-29M和米格—29SMT高8%):

4.空机推重比(推力/空重)优于大多数第三代战斗机(台架推力比米格-29M高15.3%, 比米格-29SMT高1 7.4%);

5.机内载油系数显著高于所有第三代战斗机:

6.生产型AF会进一步减轻重量:

7.瞬时指向能力优异:

8.亚音速加速能力优异:

9.拥有凌驾于头盔瞄准-显示系统之上的大离轴角攻击方式,可有效攻击后半球目标。



综上所述,F-35A是一种气动设计和推重比水平均优于或相当于米格-29M的战斗机。而米格-29系列获得的评价通常是“双发高机动性制空战斗机”。

楼主 面瘫戈  发布于 2015-04-28 00:20:00 +0800 CST  

楼主:面瘫戈

字数:6893

发表时间:2015-04-28 08:00:00 +0800 CST

更新时间:2017-09-28 12:51:23 +0800 CST

评论数:117条评论

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