專家談美國空軍F-22戰(zhàn)機性能優(yōu)勢(組圖)
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[編者按]根據(jù)美國空軍的計劃，F(xiàn)-22戰(zhàn)斗機群已在2005年12月形成初始戰(zhàn)斗力，美國戰(zhàn)術(shù)空軍將正式進入第四代戰(zhàn)斗機時代。外界對這種世界上第一種第四代戰(zhàn)斗機的報道早已汗牛充棟，但是對于其先進的技術(shù)在飛行乃至實戰(zhàn)中的意義，卻大多語焉不詳。為此，本刊特邀著名航空作家方方先生撰寫此文，為讀者揭開數(shù)據(jù)迷霧后F-22的真實性能。
F-22, 世界上第一種也是目前唯一一種投產(chǎn)的第四代超音速戰(zhàn)斗機,它所具備的“超音速巡航、超機動性、隱身、可維護性”(即所謂的S4概念，也有資料將“短距起降”包含在內(nèi)，稱為S5)成為第四代超音速戰(zhàn)斗機事實上的劃時代標準。
對于F-22，著述已多，但涉及到飛機特點以及試飛情況的卻少見。所幸《CODEONE))雜志對F一22試飛員進行了采訪。本文即試圖從訪談中獲取信息，從F-22最突出的飛行包線兩端的飛行性能角度探析該機在作戰(zhàn)中所具有的優(yōu)勢，特別是和同樣以超機動性聞名于世的蘇-37相比，二者優(yōu)劣長短如何。
△超音速性能
超音速巡航能力
說到超音速性能，首先要提到的就是超音速巡航能力。超音速巡航這個概念，對于航空愛好者來說并不陌生。但由于許多媒體報道不甚確實，使得這一概念往往同“超音速飛行”等概念混同起來。
超音速巡航能力實際上是指飛機無需開加力而以較高的超音速巡航飛行的能力。在這一概念中，有兩點必須明確，1.無加力；2.較高超音速。對于第一點，筆者曾經(jīng)不止一次看到有文章提到米格一25／31的“超音速巡航能力”，實際上這兩種飛機不過是在機內(nèi)載油量極大的基礎(chǔ)上開加力實現(xiàn)較長時間的超音速飛行罷了。對于第二點，往往被人忽略，認為只要不加力，飛行M數(shù)超過1，就可以稱作超音速巡航了。英國人在介紹他們自己的閃電截擊機的一篇文章中就提到，該機不加力M數(shù)達到1.0l，因此算是世界第一種實現(xiàn)超音速巡航的飛機。隨著發(fā)動機技術(shù)的進步，一些第三代戰(zhàn)斗機已經(jīng)可以在無外掛條件下，小開加力在跨／低超音速區(qū)飛行(MO.9-M1.3，一般只能略超過1，尚未接近上限)。這些飛機也算不上實現(xiàn)了超音速巡航。
作為第四代超音速戰(zhàn)斗機的劃分標準之一，超音速巡航如果這么容易就被第三代、甚至第一／二代超音速戰(zhàn)斗機實現(xiàn)，那么這條標準早就可以扔進垃圾堆了。上述兩點只是量化衡量的標準，而不是超音速巡航的實質(zhì)一一通過先進的氣動設(shè)計，大幅降低超音速零升阻力系數(shù)，提高超音速升阻比，結(jié)合大推力低油耗發(fā)動機，飛機超音速性能實現(xiàn)階段性的飛躍，這種優(yōu)越性能的冰山一角就是超音速巡航，這就是它的意義所在，也是它能夠成為分代標準之一的原因。如果只盯住量化標準，而不考慮背后的實質(zhì)，恐怕會失之偏頗。試想一下，假如F一15可以裝上F一119發(fā)動機，那么不加力M數(shù)或許可以達到M1.2或更高，但它的超音速性能卻絕對比不上F-22，囚為它的氣動設(shè)計仍然是第三代戰(zhàn)斗機的水下。
那么超音速巡航可以為F-22帶來什么樣的戰(zhàn)術(shù)優(yōu)勢呢?就這個能力本身來說，它的優(yōu)勢一般體現(xiàn)在攔截和超視距空戰(zhàn)中。
如果你正處于攻擊態(tài)勢，或者說，你正駕駛你的猛禽去攔截入侵者，那么超音速巡航能力將大大提高你的接敵平均速度，外推攔截線，在對手進入武器射程之前就對其實施攻擊。而高達M1.5以上的巡航速度，將賦予你“先敵開火，先敵擊落”的優(yōu)勢。例如，當載機速度從M0.9提高劍M1.5時(這里假定載機具有高度優(yōu)勢)，AIM-120阿姆拉姆的動力射程也增大了50%。從一架以M1.5飛行的F-22上發(fā)射的AIM-120，其初速度要快得多，更多的燃料可以用在后續(xù)航程中，因此可以在比原來的距離遠50%的地方擊中目標。如果超巡能力再結(jié)合F-22自身的隱身能力、AN／APG-77雷達以及具有無源定位能力的AN／ALR-94電子對抗系統(tǒng)，可以說，F(xiàn)-22已經(jīng)具有飛行員夢寐以求的在超視距空戰(zhàn)中“先敵發(fā)現(xiàn)，先敵開火，先敵擊落”的優(yōu)勢。
好了，現(xiàn)在假定你的AIM-120已經(jīng)進入自導段，或者你的猛禽很不走運地被對方鎖定了(當然如果出現(xiàn)這種情況，那么你大概需要回內(nèi)利斯基地補課了)，那么你需要做的就是脫離對方導彈的有效攻擊范同。只要你不是迎著導彈上去，那么你的任何機動都會導致對方導彈攻擊范圍的縮小——事實上是導彈發(fā)射瞬間的總能量與猛禽的總能量之差決定了這個范圍的大小。而超音速巡航能力結(jié)合超音速機動能力，可以使你的猛禽在防御機動中保持較高的能量狀態(tài)，從而大大壓縮對手的開火距離和導彈的有效攻擊范圍。在這種情況下，你的生存幾率比以亞音速機動的飛機要高得多。
在和F-15／F-16的對比試飛中，如果F-22不想和它們糾纏而加速脫離的話，那么鷹和戰(zhàn)隼無論如何也追不上具有超音速巡航能力的猛禽——盡管這些優(yōu)秀的第三代戰(zhàn)斗機已經(jīng)采用了半油構(gòu)型，以盡可能提高飛行性能，但結(jié)果仍然相同：猛禽能夠?qū)⑦@些具有“優(yōu)良”氣動力設(shè)計的飛機遠遠甩開。采用F100-110／129／229發(fā)動機的F-16在初始加速突破音障階段還不會落后猛禽太多。但當猛禽進入高馬赫數(shù)超音速巡航狀態(tài)后，這場競賽實際上就結(jié)束了。沒有哪種飛機可以和猛禽比超音速續(xù)航力的。進行追擊的F-16和F-15在加掛典型戰(zhàn)斗載荷后，無論是存加速段還是在持續(xù)巡航段都無法跟上猛禽。對此，F(xiàn)-22首席試飛員保羅·梅斯回憶說“我們的試飛任務總是受到追擊飛機油量的限制。一句簡單的“Bingo”就會迫使我們減速，然后把追擊機帶到加油機那里加油。而此時猛禽的油箱仍然是剩下很多燃油。如果這種下一代戰(zhàn)斗機在面對今天的飛行器沒有表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢的話，我會成為堅定的反納稅者。猛禽在很多方面都很出色，而一架超音速巡航中的猛禽更是相當出眾的?！?/p>
除了空戰(zhàn)外，如果需要F一22穿越對手的防空體系，超音速巡航能力同樣可以提高其生存力。道理和前述并無二斂：穿越防空系統(tǒng)傳感器探測范圍的時問越短，留給防空系統(tǒng)的反應時間自然越短。猛禽的巡骯速度越高，截擊就越困難，防空系統(tǒng)攻擊范圍減小幅度也越顯著。無論是尾追還是前置攔截，高速度顯著縮短了有效射擊時間，因為導彈必須追擊一個高速目標，而相對角速度太大使得它不得不在急轉(zhuǎn)彎中消耗能量。加速／爬升性能在超音速巡航能力的背后，隱藏著這樣一個事實：猛禽的發(fā)動機推力大而阻力小，在考慮飛機承量因素后，其單位重量剩余功率(其絕對值等于同等狀態(tài)下飛機的爬升率——作者注)相當驚人。
發(fā)動機是重要因素之一。F119-PW-100最人推力97.9千牛，加力推力155千牛，可靠性高，可以忍受油門的劇烈變化，堪稱戰(zhàn)斗機的理想動力。帶固定斜板的進氣道在設(shè)計上偏重于考慮超音速巡航的要求，在設(shè)計巡航速度下具有較高的效率和較小的阻力，飛行包線右端的加速性能和Ps都明顯改善。對于F-22來說，限制其最大速度的因素不是發(fā)動機推力，而是包括機體強度在內(nèi)的其它因素——特別是在低空。為了避免飛行員無操作導致飛機超出最大速度限制，F(xiàn)一22已經(jīng)加裝了最大速度提示和警告系統(tǒng)，以便當飛機接近極速限制時提醒飛行員。
而阻力小的特點主要得益于兩方面：優(yōu)良的氣動設(shè)計(在設(shè)計上特別考慮了超音速巡航的需要，但M1.5的發(fā)計速度附近和40000英尺高度條件下，總阻力最小)和內(nèi)置彈艙設(shè)計。
可以對比一下F-15。F-15號稱沖刺速度可以達到M2.5，但那是在凈形條件下。在掛彈后，由于干擾阻力增大，該機最大M數(shù)僅有M1.78，在接近M1.7的時候加速性嚴重下降。而F-22在這方而的表現(xiàn)就要好的多。按照試飛員的說法“在所有高度下，以軍用推力或者更小的推力進行水平加速非常容易，但要是使用全加力，其加速度簡直令人驚駭。我希望我可以用數(shù)字來說明，不過它們現(xiàn)在仍然是保密的。使用軍用推力，在接近音速時隨著阻力上升，加速性有些下降入， 但突破音障仍很輕松。猛禽以軍用推力跨音速飛行，感覺上和F-15開加力差不多。打開全加力，猛禽的加速性變得穩(wěn)定而強勁。在M0.97一M1.08之間，飛機有輕微抖振。之后，直到最大速度，猛禽的加速一直保持平穩(wěn)連續(xù)。試飛時，我們喜歡盡快進入超音速巡航狀態(tài)，以最人限度地利用我們狹小的超音速空域。我們開加力進入超音速巡航，當達到測試條件時收回油門?，F(xiàn)在很多高速試飛已經(jīng)轉(zhuǎn)移到太平洋導彈靶場(范登堡空軍基地和幕谷角海軍航空站之間)進行。我們在這里有更長的直線飛行空間，并可以將音爆對當?shù)鼐用竦挠绊憸p至最小。”
爬升能力方面，F(xiàn)-22也相當不錯。傳統(tǒng)的戰(zhàn)斗機快速爬升時是采用魯特斯基爬升曲線。它們先以亞音速爬升到對流層頂(約36000英尺)，然后再加速到超音速進行爬升。對猛禽而言，就可以省掉這些復雜的曲線，直接從跑道上拉起加速，轉(zhuǎn)入超音速爬升?！斑@家伙簡直就象是為高速飛行而生的。”保羅·梅斯如此評價。
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