隐形技术的集大成者:F-22“猛禽”现代空战的无冕之王

发布时间:2022-08-05 14:26:51 来源:火博体育app下载 作者:火博体育app下载官网

  虽然F-15、F-16搭档已经独领风骚,但到了20世纪70年代末期,美国已经开始酝酿研制新型战机,用来取代F-15,并全面战胜苏联的苏-27,称为“先进技术战斗机”计划。全面突破近乎完美的F-15并非易事,美军1985年才发布招标书。1991年4月,洛克希德公司战胜了麦道公司、波音公司等航空巨头取得了竞标胜利。F-22于1997年9月首次试飞,2005年开始服役,距离最初计划花费了近20年时间。

  人们将二战后的喷气式飞机根据其性能特征划分成几代。一代战机是首批采用喷气式发动机的战机,出现于1944~1953年,如米格-15、F-86等,最大飞行速度为0.9~1.3马赫(1倍音速左右),配有航炮、火箭弹、第一代空对空导弹,光学瞄准工具和电子设备较为原始简陋。二代战机出现于20世纪50~60年代,如米格-21、F-4、“幻影”III等,主要强调高空高速性能,最高速度超过2马赫,电子设备和武器系统都有了较大改进,装有航炮、第二代空对空导弹、更为先进的雷达,具有一定拦射能力的火控系统。三代战机出现于20世纪60~70年代,如F-15、F-16、米格-29、苏-27等,这些机型在速度上没有更进一步增加,但中低空性能大幅提升,武器装备、电子设备、雷达火控系统、机身材料、外形设计等诸方面都有了重要改进。

  如今,吸引人们眼球的是更为先进的四代战机,如俄罗斯的T-50美国的F-22和F-35、中国的歼-20等。除了继承传统战斗机的精华以外,这些战机强调四个突出性能,即隐身性能、超音速巡航能力、高机动性与敏捷性和超级航空电子系统,也被称为4S标准。此时的战机已经不再是二战时期的“古董”形象,俨然成为了最为华丽炫目而神秘的高科技武器装备。

  对于大多数人来说,F-22最大的亮点就是“隐身”,能够神不知鬼不觉地进入目标空域。其实, F-22并不是最早的隐身飞机,美国在20世纪60年代就推出了TR-1型隐身飞机,90年代又研制了F-117 “夜鹰”隐身战斗机。但直到F-22出现,隐身技术才真正成熟,能够与其他战机性能完美地融合在一起。

  那么,飞机如何能够隐身呢?当然,这并不是让飞机被人“视而不见,而是让各种遥感仪器难以捕捉到飞机的存在,包括雷达探测、红外探测、光学探测、声波探测等多种方式。为此,隐身飞机需要一招一招地拆解。

  雷达是发现高空飞机的主要仪器,也是隐身飞机的“头号敌人”,其原理是以发射机辐射稳定的电磁波,遇到目标物体时发生反射,接收到的回波在雷达屏幕上形成亮点,判断对方具体情况。隐身飞机的主要隐身手段就是让雷达发射出的电磁波无法正常反射回去。隐身飞机要么直接吸收掉射过来的电磁波,要么改变其反射特性,使回波无法反映目标真实状况。为此,飞机在外形上要尽量回避垂直于入射波的平面,少使用尖锐的边缘,最好用菱形或无尖锐边缘的凹面、V形双垂尾等设计,隐身配置时,武器也必须内置。例如,F-22的双垂尾就向外领斜了27度,并设置了2个内置弹仓。但为了实现飞行要求,飞机不能变成全身坑坑注洼的怪物,因此还需要直接使用或喷涂非金属材料或能够吸收雷达的材料,如铅铁金属粉、不锈钢纤维、石墨粉、铝箔等,这也是隐身技术中的一个高度机密。F-22就采用了大量热加工塑胶和人造纤维复合材料,重量比例达到35%。

  飞机在飞行时发动机、尾喷管等结构会产生大量热气,成为红外探测仪器所重点捕捉的对象以及红外制导导弹跟踪的目标。为此,隐身飞机需要降低自身的热辐射,减小飞机与周边空气的温差,如F-22使用的矩形二元尾喷管可加大尾喷管和冷空气的接触面,促进尾喷管散热。此外,有的隐身飞机还采用了低噪音发动机等技术,使飞机在低空飞行时声音也难以被敌方觉察。有的则采用新型燃油喷嘴消除喷气燃料燃烧后的残渣与水蒸气的混合物,使飞机后面不再跟随有又长又明显的“拉烟”尾迹……

  当然,真正隐身的飞机是不存在的,更实质的意义则是在自己被敌方发现之前先发现敌方。三代战机苏-27的正常雷达探测距离为前半球100千米,后半球55千米,F-22优异的隐身能力可以使苏-27的雷达探测距离降低到10~20千米,无疑是“迷瞎”了苏-27赖以生存的“千里眼”。

  除了隐身能力,F-22在超音速巡航、机载电子设备、机动性、武器配置等诸方面也是实力超群,其他机型几乎只能望其项背。

  F-22长18.9米,高5.1米,翼展13.6米,与F-15尺寸相当,属于重型战斗机。最大速度2.25马赫(时速2410千米),升限近2万米,装有1门20毫米机炮、4个外挂点和2个内置弹仓。值得一提的是,F-22是世界上第一种实现超音速巡航的战斗机,而其余的超音速战斗机在中低空作战或巡航时仍采用亚音速,只能在高空实现短时间超音速飞行,否则,发动机会因过热而带来诸多安全问题。因此,F-22在中低空飞行时不必拉高俯冲就可以直接达到超音速,具有无与伦比的战斗力。

  2007年11月22日,正值西方感恩节,美国太平洋空军驻阿拉斯加远程防空雷达部队忽然发现,在俄罗斯方向有大型军用飞机正向阿拉斯加领空飞来。来袭者很可能是绰号为“熊”的俄罗斯图-95远程轰炸机。于是,阿拉斯加防空部队所属2架刚部署不久的F-22从基地起飞,很快就找到了俄罗斯轰炸机,并进行伴飞威慑。面对先进的F-22,老式轰炸机图-95很快掉头返航。有人说这是俄罗斯在故意“秀肌肉,从而对美国达成战略威慑,也有人说这是俄罗斯试图诱惑F-22出洞,既可以测试其防空雷达对隐形战斗机的探测能力,又能一窥美军雪藏的战机真容。无论真相如何,这是美国首次使用最先进的四代战机拦截俄罗斯远程轰炸机,也是F-22的首次正式登场。

  作为世界上第一款也是唯一一款服役中的四代战机,F-22可谓美军倾心打造的精品,也是目前世界战机之首,美国空军曾称,一架F-22战斗力相当于15架F-15。F-22不仅是世界最强战机之一,也是世界最贵战机之一,单机价格接近2亿美元,美军自己都对此望而却步。此外,据2008年的报告称,F-22每飞行1小时维护时间超过34小时,成本将近5万美元。一般机队的维护费用会随着逐渐成熟而日益降低,但F-22则因昂贵的隐身涂料等原因维护费用不降反升。由于缺乏实际对手和明确的空对空作战任务,生产线开张之初就面临终止的危险。

  更严重的是,集战斗机之大成的F-22在服役以后不断有坠毁的消息传出。首先是2004年12月20日,然后是2009年3月25日、2010年11月16日、2012年11月16日,最近的一次是2020年5月15日的空中解体。其中两次飞行员当场身亡。不仅如此,飞行中的小毛病也接连曝光,比如降落时起落架无法放下,飞行员打不开座舱等。美军官方曾解释为F-22在7500米以上高速供氧系统故障,也有解释为是飞行员操作不当,而诸多军事专家则认为美军是在隐瞒F-22其他潜伏的技术问题。洛克希德马丁公司时不时提出一些机体结构、吸波涂层等方面的缺陷,甚至有前雇员揭露其隐瞒了已知的隐身涂料问题而继续使用,一时间成为军事焦点。无论线已经屡次被禁飞,加上过高的成本,奥巴马下令关闭了生产线。

  由于高昂的价格、对手的丧失、军费的削减等原因,F-22订单数量不断萎缩,仅生产了187架,与最初计划的1300余架形成天壤之别。尽管日本、以色列、澳大利亚都表示了购买欲望,然而为了防止他国进行仿制,F-22依旧仅服役于美军,逐渐取代曾经的主力战机“不败之神F-15。同时,美军决定推出一种用途广泛、性能优异、经济实用的轻型战斗机,用来替换F-16等三代对应机型,与F-22搭配作战,也就是F-35型战斗机。

  与过去的研发计划不同,F-35一开始就强调了“联合”,希望能够将美国空军、海军、海军陆战队以及英国皇家空军的F-16等三代轻型战斗机一起进行替换,这种通用的多用途机型也成为了全世界当前最庞大战斗机研发计划。除美国外,英国、澳大利亚、加拿大、丹麦、挪威、荷兰、土耳其、意大利等国也参与其中,整个研发经费预计超过400亿美元。经过激烈的角逐,包括英国航宇公司和诺思罗普格鲁曼公司的洛克希德马丁团队于2001年获胜。

  2006年12月15日,F-35在美国得克萨斯州沃斯堡首次试飞成功。虽尚未定型,但第100架F-35已经于2013年12月13日下线年前相继服役。

  F-35长15.7米,高4.3米,翼展10.7米,看上去像是微缩的F-22,升限超过1.8万米,最大起飞重量近32吨,最大速度1.6马赫,虽然在速度上与三代战机差距不大,但机动性、隐身性和航电系统大大增强。例如,F-35驾驶舱内装有世界最大的战斗机显示器,武器、飞机状态、战场环境、安全信息等数据可一次全部呈现。驾驶员不仅可以触摸控制显示屏,还可以通过驾驶杆和油门杆上的各种开关和电位计旋钮进行调整。雷达、瞄准系统等相关图像可直接投射到飞行员的头盔显示器上,使飞行员可以实现360度全景感知。

  F-35的隐身性能虽不及F-22,但远胜于其他缺少隐身功能的三代战机,其机头方向的雷达反射截面(即RCS,反映飞机向雷达接收天线方向散射电磁波的能力)仅有0.065平方米,而F-15、苏-27等三代战机则超过10平方米。此外, F-35还改变了全机雷达散射及红外辐射中心,敌方即使发射了导弹,也很难命中飞机。

  虽然以“经济适用”为初衷, F-35的研制时间和费用都超出了预期水平。2014年的单机报价接近3亿美元,预计增加订单后单机价格会降至1亿美元,而且由于F-35三军通用,维修保养和人力培训的成本也会大大降低。作为美国唯一可以销售的第四代隐身战斗机,F-35已经成为全球战机市场的宠儿。除研发合作国纷纷下单外,日本、韩国、新加坡等过也纷纷表示了购买意向,预计总销售量将超过6000架。

  垂直起降这一想法早在20世纪40年代就有人提出。研制垂直/短距起降飞机的初衷有二:一是希望飞机能够摆脱对机场跑道的依赖,在恶劣的机场条件下或海上舰完成非常规起降;二是希望在空中被敌机追击时能够突然加速甚至悬停,瞬时转入后方的有利位置,转守为攻。在60年代,美国、西德、苏联、英国等多个国家都对垂直/短距起降机型进行了深入研制,发展出十余种试验机,但真正能够装备部队并具备实战功能的只有英国的“鹞”式战斗机。而且“鹞”式为了实现垂直/短距起降,大幅牺牲了速度、航程、载重等参数,安全性也令人堪忧,垂直/短距一时间告一段落。

  而到了21世纪,美军重新提出了研制F-35B垂直/短距起降型,并取得了一定进展。根据数十年的航空经验和积累,F-35B主要采取负载短距起飞、空载垂直降落的模式,在速度、航程、载重和战斗力上进行了较好折衷。相比过去“鹞”式等机型完全依靠向下喷气抬升机体的野蛮方式,F-35B设计了升力风扇来补充起飞所需的向上推力,在动力系统上已经有了质的飞跃。

  尽管如此,F-35B的飞行性能还是受到了诸多限制。直到2010年6月10日,F-35B才实现超音速飞行,成为首架具有超音速飞行的短距/垂直起降隐身飞机。2011年10月,F-35B又成功在两栖攻击舰上垂直着陆。此后,开始了密集的试飞测试。然而,2014年6月,一架F-35B发动机就发生了起火事故,导致该机被限制在指定范围内飞行。因此,集多种理想性能于一身的F-35B短距/垂直起降隐身机恐怕还有很长一段路要走。返回搜狐,查看更多

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