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血脉喷张:F18大黄蜂死磕支点/侧卫记实_边条

时间:2021-07-15 12:23:20        来源:

作者:Boyfriend109

图片/排版/校对:循迹小编

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今年的4月1日,波音公司完成了为德国空军制造的F/A-18F战斗机的首次飞行,为替换现役的“狂风”战斗轰炸机,德国空军将向美国购买F/A-18F超级大黄蜂战斗机和EA-18G咆哮者电子战飞机两种新机型。

F/A-18大黄蜂,这款久经考验的美国海军舰载战斗机将会迎来它的又一位新客户。从轻型战斗机计划的败犬到美国海军的绝对主力,F/A-18战斗机为何能赢得美国海军的青睐并最终霸占航母甲板?本文将带你走进蜂群制霸海空的秘诀。

本文的第五,八,九,十章是该机发展史的相关内容。对技术细节不感兴趣的读者可以只看这几章。

德国空军F/A-18F战斗机首飞

一、名词解释

持续盘旋性能:表示飞机不损失高度和速度(能量)的盘旋能力,这个能力越强说明格斗占位能力越强(前提是其他性能相当)。

瞬时盘旋性能:表示允许飞机损失能量的极限盘旋能力。这个能力越强表明越能在格斗开始的短暂时间内取得一定的角度优势(前提是其他性能相当)。

加速性能:从一个速度增加到另一个速度需要的时间。这个能力越强表明两个机动之间的衔接时间越短,“技能冷却”时间越短(前提是其他性能相当)。

超常规机动性能:类似于瞬时盘旋性能,但是飞机的姿态较为怪异,换成普通的飞机早就失控了,必须通过特殊的技术手段保持对飞机的控制,很少有飞机有这种能力,提供了比瞬时盘旋更强的短时间占据角度优势的能力(前提是其他性能相当)。

二、飞机设计

与另一款经典的美国第三代战斗机F-16一样,F/A-18战斗机的前身YF-17战斗机也脱胎于1972年的美国轻型战斗机计划(LWF)。不同于F-16和Su-27等典型三代战斗机普遍采用的中等后掠角,从70年代初设计伊始,YF-17的机翼接近平直翼,四分之弦线处的后掠角仅为20度,展弦比为3.5,比YF-16高0.5。

从总体上看,YF-17的设计注意力更多地放在突出亚、跨音速的机动性上。

由于其后掠角较小且展弦比较大,YF-17采取了四项措施来解决波阻大的问题:(1)应用面积率;(2)采用机翼边条,可减小边条区机翼相对厚度和改善面积分布;(3)减小机翼相对厚度;(4)采用前缘修尖的NACA65A系翼型。但这些措施也使其付出了单位机翼面积重量比YF-16大以及尖前缘机翼带来的诱导阻力大的代价。

为了这解决诱导阻力大的问题并突出跨音速以及大迎角的性能,YF-17的翼型采用了更大的弯度,而且采用了比YF-16更大的机翼边条,同时边条也是尖前缘,在迎角很小时就发生分离形成漩涡,虽然这有增加漩涡强度和涡升力的好处,但也带来了诱导阻力的增大。

图1-1 YF-17/F-18机翼边条的前缘弯度

为此,使边条前缘带有弯度(图1-1),分离涡产生的高吸力作用在前倾的前缘表面上产生向前的推力分量,起减小诱导阻力的作用。此外,边条相对机翼还有一个向上的弯度(仔细观察图1-2),它一方面起减小诱导阻力的作用,同时减小平尾的配平载荷和配平阻力。

图1-2 YF-17飞机三面图

在F-5和YF-17飞机的发展过程中,诺斯罗普公司进行过大量的边条外形和面积影响的试验研究,他们的研究发现边条对最大升力系数(CLmax)的提高基本与其相对面积成正比,但面积增大到一定程度以后,增升效果又下降,这表明达到基本机翼的极限。

同时,在面积一定的情况下,边条外形设计也有重要影响。YF-17/F-18战斗机边条形状为尖拱形,与双弯形和三角形的边条相比,尖拱形边条的升力特性最好,在达到CLmax以后,其升力随迎角的变化平坦。

无独有偶,另一款典型三代战斗机Su-27在设计之初也对三种形式的边条进行了风洞实验(图1-3),他们的结果同样证明了尖拱形边条有着最好的升力特性,遗憾的是,因为未能解决高攻角俯仰力矩控制的问题,Su-27并没能用上风洞测试中性能较好的两种边条。

图1-3 Su-27飞机研发过程中实验的三种边条,可见性能最优的尖拱边条未能采用。而且5号边条虽然面积小于3号边条,性能却优于3号边条。然而Su-27最后使用的是风险最低的3号边条。

经典大黄蜂即F/A-18A/B/C/D型采用的进气道为二元外压式单斜面进气道,斜面角为5度,捕获面积3935平方厘米,喉道面积2877平方厘米,设计流量65.8千克/秒,喉道马赫数为0.78,发动机进口直径70.87厘米。

F/A-18E/F超级大黄蜂则是经典大黄蜂的改进型号,其改进方式是放大机体,提升航程,留空时间以及挂载能力,使用新的发动机和进气道,同时采取降低雷达散射面积(RCS)的措施达到准隐身效果。二者的对比如图1-4所示。

图1-4 经典大黄蜂与超级大黄蜂

F/A-18E/F采用的进气道为加莱特双斜面进气道,斜面角为10度,捕获面积为5485平方厘米,喉道面积为3665平方厘米,设计流量为81.7千克/秒,喉道马赫数为0.72,发动机进口直径为77.72厘米,大后掠进口前缘符合进气道隐身设计的几何形状要求,减小了RCS。

F/A-18E/F与F/A-18C/D的进气道恢复性能对比如图1-5所示。相比于C/D型,E/F型从0.5到1.5马赫的亚跨音速性能有改善,在0.6到0.9马赫进气道恢复都能达到0.985的高指标;重要的是在1.5马赫到2马赫下的超音速性能有较大幅度的提高。

图1-5 F/A-18E/F与F/A-18C/D的进气道恢复性能对比。

对于一般只适用1.5到1.7马赫的固定几何的外压式进气道来说,也是一个很高的设计水平,堪称设计技术上的一个突破。在2马赫以下的一些关键指标上,F/A-18E/F进气道性能与气动布局相近的Su-27可调几何外压式进气道相比,也毫不逊色,如图1-6所示。

图1-6 F/A-18E/F与Su-27的进气道恢复性能对比

F/A-18战斗机是第一架使用数字电传飞控的战斗机,飞控系统持续工作以维持稳定性并通过稳定与控制增强系统(SAS/CAS)提供所需的操控性。

相比于F-16激进的放宽静稳定度设计,YF-17/F-18A/C的设计则显得颇为保守,仍然采用了传统的静稳定布局。到了F/A-18E进化为静不稳定设计。而自F/A-18战斗机服役开始,就有多个不同的飞控计算机飞行操作程序(FCC OFP)被安装在服役的F/A-18战斗机上,OFP程序自1984年最早的v8.3.3版本到2003年的v10.7版本总共有六次更新,使得F/A-18战斗机的飞控程序不断完善,v10.7版本的飞控程序提升了F/A-18战斗机的大攻角飞行品质和机动性能,能够协助飞行员从失控飞行中恢复,同时还能为落叶飘、Pirouette等机动动作提供了专门的控制模式。

三、动力装置

F/A-18A/B/C/D型战斗机采用的发动机为美国通用电气公司研制的F404系列涡轮风扇发动机,其中F/A-18A/B采用的是F404-GE-400发动机,而F/A-18C/D则使用了性能更强的F404-GE-402型发动机。

F404-GE-400的安装推力曲线如图2-1所示,该型发动机最大起飞推力为7260千克,不开加力则为4800千克,重约908kg,开加力起飞的单位推力油耗率为1.62千克/千克/小时,不开加力则为0.75千克/千克/小时,空气流量为63.5千克/秒,涵道比为0.34,总增压比25,涡轮前温度为1316摄氏度,推重比达到8,为同时代中等推力发动机的最高水平。

图2-1 F404-GE-400的安装推力曲线

F/A-18E/F超级大黄蜂则使用了全新的F414发动机,F414-GE-400的最大加力静推力达到9900千克,不开加力则为6307千克,发动机重约1108千克,推重比达到9一级,GAO报告Willprovide marginal operational improvement at high cost给出了F414-GE-400与F404-GE-402发动机在不同高度不同马赫数下的最大推力对比表格,如图2-2所示。

图2-2 F414-GE-400与F404-GE-402发动机在不同高度不同马赫数下的最大推力对比表格

与F404发动机对标的是另一款同时代的中等推力涡扇发动机RD-33,该发动机由苏联克里莫夫设计局研制,装备于MIG-29战斗机上,单台加力最大静推力为8300千克,不加力时约5000千克。

值得注意的是苏联对发动机重量的定义与西方不同,许多发动机部件并未算在内(如图2-3),屠基达院士在其回忆录中提到,RD-33发动机推重比号称能达到8一级,但实际不到7,它的净重为1050千克,实际装在飞机上则重达1221千克。

因而在计算推重比等指标时,需要注意所使用重量标准的差异,图2-4给出了Su-27战斗机使用的AL-31F发动机在不同标准下的推力、重量及推重比数据,供读者参考。

图2-3 各国发动机重量计算标准

图2-4 不同标准下AL-31F发动机推重比数据

四、飞行性能

先明确一下重量标准。超级大黄蜂携带前视红外吊舱,5枚AIM-120和2枚AIM-9,60%机内燃油时的总飞行重量为43764磅(超级大黄峰block2手册),扣除燃油,翼下挂架,吊舱和导弹,可得使用空重约31000磅,若算上翼下挂架则单座型接近32000磅,双座型接近32500磅。

考虑到如果使用“2中2近”作为空战挂载时可以直接用进气道贴身挂架而无需翼下挂架,本文以单座型不带翼下挂架的性能为准。之所以使用“2中2近”,是因为尺寸更大的Su-27单座基本型在其官网上的空战起飞挂载即为2枚R-27和2枚R-73导弹,再加上5270千克燃料,此时总重为23430千克。

又因为Su-27在其TsAGI(俄罗斯中央流体研究院)报告中的飞行性能测试使用的飞行重量为18920千克,为了避免载油过多对超级大黄蜂不公平,以下计算中超级大黄蜂的重量通常取15855千克,亦即35000磅(除非数据难以找到,会取其他数字)。“公平比较”是本文写作追求的首要原则。

第三代战斗机最吸引眼球的一个特点之一是其大迎角飞行能力,而谈起大迎角飞行能力,人们可能第一个想到的是Su-27战斗机著名的普加乔夫眼镜蛇机动。根据我国特级试飞员李中华的报告,为完成这一动作,飞行员需要驾驶Su-27飞机在预定高度预定速度下,断开电传操纵系统电门和迎角限制器电门,迅速拉杆到底。

在这一动作下,Su-27飞机的瞬时攻角超过90度,形成短时间内机尾在前机头在后的奇特姿态。曾有人目测估计俯仰率70度/秒,然而经仪器测量在40-50度/秒之间。

随后推杆至中立位置,右发动机加至最大状态,以形成偏航操纵力矩,防止航向偏离。飞机状态接近水平时,接通电传操纵系统电门和迎角限制器电门,调整飞机状态,整个动作持续时间约为5秒。

Su-27飞机的眼镜蛇机动俯仰率实测值。

然而鲜为人知的是,早在普加乔夫驾驶Su-27战机在1989年巴黎航展表演这一动作的14年前,诺斯罗普的试飞员曾在多个场合中驾驶YF-17展现过更为惊艳的“Hang and Look”机动,在这个动作中,YF-17战机能将其瞬时攻角拉到105度之高,并将这一高攻角状态保持将近20秒。

这一能力在F/A-18E/F上得到了继承和发扬。根据AIAA的F/A-18E/F性能测试报告,如图3-1和3-2所示,超级大黄蜂战斗机机动时的瞬时攻角超过100度(爆表,实际值未知,刻度只到100),峰值俯仰速率达到80度/秒。

而比起瞬时可用攻角,稳定可用攻角则是一个在实战中更有价值的指标,因为这个攻角是维持力矩平衡所能达到的攻角上限,是实际单环格斗/剪刀格斗中实际用到的数值。

正在做Hang and Look机动的YF-17战斗机

图3-1 超级大黄蜂的瞬时俯仰速率。曾经达到80度/秒。

图3-2 超级大黄蜂的瞬时攻角,注意数值已经爆表,刻度只到100度。

图3-3给出了Su-27飞机的最大可用攻角限制,在大约0.48马赫左右的速度以下,Su-27最大可用攻角为24度,而在携带约4000千克航弹或S25火箭弹的情况下,由于外挂物对飞机焦点和重心的改变,加剧了Su-27的跨音速上仰问题,使其最大可用攻角下跌到20度。

图3-3 Su-27的最大可用攻角随马赫数的变化图

而得益于更适合大迎角飞行的气动构型,尤其是进化到F/A-18E/F阶段,综合使用了形状更为合理且大面积较大的尖拱形机翼边条,可开闭边条放气门,机翼前缘锯齿,外倾双垂尾,大面积平尾,能整体下偏的后缘副翼等,F/A-18E/F战斗机的最大可用攻角达到了约55度,为Su-27战斗机的两倍以上,这为其在近距离格斗,尤其是配合大离轴角格斗导弹时,带来了不可忽视的优势。

GAO报告Will providemarginal operational improvement at high cost给出了F/A-18E战斗机在携带两枚AIM-9和两枚AIM-120导弹,外挂副油箱的情况下(对应550海里作战半径)的15000英尺高度的狗屋图,可以很容易的计算出其在0.6马赫附近的急转弯机动中的可用升力系数约2.06,在0.4马赫附近的急转弯机动中的可用升力系数约为2.27。进而可以计算出海平面最大瞬时盘旋角速度。F/A-18E在15855千克,7.5G过载现在下海平面瞬时盘旋角点速度为134m/s,瞬时盘旋率达到了31.1度/秒。

在已知三代战斗机中,F-15与幻影2000战斗机同样能达到30度/秒一级的瞬时盘旋率,然而二者的过载限制均高达9G,而F/A-18E战斗机仅使用7.5G的过载限制就达到了这一水平,相当于其瞬时盘旋性能高于F-15和幻影2000这样的高瞬盘战斗机。在印度MMRCA测试中,F/A-18E/F被评定为瞬时盘旋性能最优战机,而不是台风/阵风/鹰狮这样通常被认为有很好瞬时盘旋性能的战斗机。当然MMRCA测试并非只看瞬盘,最终的得标机型阵风是综合考虑了性能和报价的结果。

图3-4 印度MMRCA测试中对F/A-18E/F的评价。

美国海军的过载限制往往较为严格,F/A-18C的最大过载限制为7.6G,设计重量32000磅,F/A-18E的最大过载限制为7.5G,设计重量42097磅。

但F/A-18系列战机仍保留了一个过载限制器的超载开关,当这一超载开关被启用时,F/A-18战斗机的过载限制能提升33%,即获得10G的过载限制,在这一应急过载限制下,35000磅的F/A-18E战斗机的瞬时盘旋率甚至能达到惊人的35.5度/秒。

值得注意的是虽然10G可能不属于正常使用范围,但是F/A-18系列可以正常无顾虑的使用8-9G过载。所谓的7.5G是因为舰载使用强度过高而保证寿命的保守之举。芬兰等国使用的F/A-18系列飞机因为不涉及舰上起降,日常使用都是9G过载限制。

图3-5 不涉及舰上起降的F/A-18可以在大多数挂载模式下使用8-9G过载限制。

图3-6 F/A-18E在飞行中连续做出8.5G过载(翻译自图中的外文说明)。

在持续盘旋性能方面,印度MMRCA测试中,在印度的热带大气条件下(会导致机动性低于标准大气)F/A-18E/F的持续转弯角速度测试值达到了EF2000“台风”的93%。

我们知道“台风”是以持续转弯能力著称的。虽然不知道印度测试中的载荷和载油标准,但是93%这个数字已经足够好,至少比很多竞品,如“侧卫”系列要好一些。当然,MMRCA选型并不只看性能,最后“台风”和F/A-18E/F均落选。

图3-7 经测试,F/A-18E/F的持续转弯能力达到了“台风”的93%,已经相当出色。

在加速性能方面,根据2008年更新的超级大黄蜂block2操作手册,其超低空,38000磅(17241千克)飞行重量下,360-550节的加速时间仅耗时10秒,520-550节加速仅耗时1秒,亚音速平均加速度高达10米/平方秒。

而Su-27单座基本型在18920千克飞行重量下(载油量远小于超级大黄蜂上述条件)的该项性能仅9.15米/平方秒。考虑到其主要竞争对手Su-33重量和阻力进一步增加而推力未见长进,该项性能必然进一步恶化。

图3-7 超级大黄蜂在38000磅时的加速性。注意520-550节仅耗时1秒。

图3-9 F/A-18E战斗机的最大平飞速度包线。

F/A-18E战斗机的最大平飞速度包线如图3-9所示,在携带两枚AIM-9与两枚AIM-120导弹的情况下,F/A-18E战斗机的高空最大马赫数约为1.6马赫,海平面最大平飞速度为1.02马赫。而在干净构型的情况下,F/A-18战斗机则能达到1.8马赫。Su-27战斗机在速度指标上对比F/A-18系列有明显的优势,其高空最大马赫数约为2.35马赫,海平面最大速度约为1380km/h。

然而对于舰载型的Su-33战斗机,由于鸭翼带来的额外阻力,其最大速度有明显的下跌。空载的Su-33战斗机的高空最大马赫数下跌到2.17马赫,海平面最大平飞速度下跌到1200km/h,已经无法超音速,甚至还不如带4弹的F/A-18E。再考虑到加速性的劣势,实战中Su-33面对F/A-18E并不能做到比对手飞得更快。

图3-10 Su-33低空速度下降到1200公里/时,已经是亚音速。

五、 独特的超常规机动能力发展实录

这可以说是诺斯罗普的老本行。70年代试飞阶段就已经发现YF-17有很不错的超常规机动能力。

80-90年代的量产型经典大黄蜂具有同代机中最优的此类性能,虽然飞行员培训中没有设置相关课程,但是经过飞行员自己的探索和口口相传,某些机动成了经典大黄蜂中的招牌动作,并且在和德国空军米格-29的“红色十月”演习中多次使用,取得辉煌战果,打出了6:5的交换比。

考虑到大黄蜂这是用AIM-9M对抗头瞄+R73的米格-29,相当于用机动优势硬生生逆转了对手大离轴优势,非常不简单,称其为经典大黄蜂服役生涯的高光时刻也不为过。当然,更精彩的在后面。

90年代末开始发展的超级大黄蜂更上一层楼。得益于多项提升,超级大黄蜂具备了以极小半径和极短时间完成回转的超常规机动能力(通常称为pirouette芭蕾回旋),在格斗中有相当优势。

图3-11 超级大黄蜂的pirouette芭蕾回旋动作

90年代初,西方对超常规机动能力的努力在X-31验证机身上结出硕果,多项机动享誉全球,其中一个成名技为“猫鼬”(Mongoose)机动。

90年代中后期开始发展的超级大黄蜂能不用推力矢量,只用气动舵面完成“猫鼬”机动,展示了其在三维空间做出复杂的“甩尾”机动的能力,即使目标急减速(比如“眼镜蛇”等机动)也无法使超级大黄蜂超前。注意其名称“猫鼬”是对Su-27“眼镜蛇”的针锋相对,因为猫鼬吃蛇,尤其是眼镜蛇。

图3-12 超级大黄蜂的“猫鼬”机动,可外挂中距弹等武器做出。该机动最早由X-31开创,而超级大黄蜂是第一个不依赖推力矢量,只用气动舵面完成该机动的量产型飞机

边条的非对称涡流使得超级大黄蜂有很强的偏航机动能力,能在短时间内改变大幅度机头指向。

经典大黄蜂同样不遑多让。

进入全面作战评估之后(1999-2000财年),超级大黄蜂验证了一项重要能力提升:其转弯能力峰值和经典大黄蜂类似,但是能更长时间的维持高角速度转弯,使得总转向角度更大。

超级大黄蜂的转弯能力峰值和经典大黄蜂类似,但是能更长时间的维持高角速度转弯,使得总转向角度更大。

虽然飞控和气动都对这些超常规机动能力产生了影响,但通常认为气动的因素更多些。以超级大黄蜂为例,其气动设计创造性的使用了耳目一新的边条形状,可开闭的边条上表面,小后掠角机翼结合前缘锯齿,全翼展可下偏襟副翼(通常飞机只有半翼展);而其飞控仅仅使用了传统的飞控算法设计。

更有甚者,在其全面作战评估的初始阶段,飞控甚至阻碍了其机动性的发挥:不少飞行员抱怨无法做出pirouette动作,经检查发现是飞控过于强调偏航轴安定性,最终不得不删掉了一些逻辑,才将机动性解放出来。

没有使用花里胡哨的先进飞控算法,没有推力矢量,而仅仅是较为复杂的气动设计,就使得超级大黄蜂具备了优异的超常规机动能力。

不依赖推力矢量的超常规机动能力,因为没有喷口偏转带来的推力损失,使得大黄蜂系列在这类机动中的高度损失很小,恢复衔接下一机动更快,不会像苏霍伊家族那样猛掉高度。苏霍伊家族的大幅损失高度的缺陷不仅曾在航展表演中屡次产生灾难性后果,也导致其在与超级大黄蜂的模拟空战中吃瘪,后文会详述。

请读者注意,苏霍伊家族的眼镜蛇机动,后半段大跌高度的部分,通常在视频剪辑中被剪掉,很少能见到完整的苏霍伊眼镜蛇机动视频。这难免让人怀疑是故意的。除了前文提到的推力矢量外,前述章节介绍的Su27边条性能较弱,高攻角升力损失很大的缺陷,在眼镜蛇机动中被放大,难以维持高度。

六、机载设备与武器

F/A-18战斗机最初使用的火控雷达为AN/APG-65型脉冲多普勒雷达,AN/APG-65代表了80年代机载PD火控雷达的最高水平,该雷达在研制过程中充分吸取了AN/APG-63和Atlas雷达的有关技术,首次采用了可编程栅控行波管发射机和可编程信号处理机,采用高中低3种PRF全波形工作,成功地完成了世界上第一部空空、空地功能联合设计的雷达。

该雷达边跟边扫时可同时保持跟踪10个目标,显示8个目标,先进的数字与模拟技术可使雷达能对抗多种ECM威胁,当F/A-18飞机执行空对面导航和攻击任务时,APG-65有一种标准工作方式可供选用。

该雷达还可对固定的、运动的远程地面目标和海面目标提供地图测绘。这种地图测绘方式可使用脉间频率捷变平滑闪烁以识别宽域地形特性。

图4-1 AN/APG-65等几款雷达的检测距离与导弹发射包线

根据图4-1,AN/APG-65雷达的检测距离约为45海里,折合83.34千米,依据图中F-16使用的AN/APG-66雷达对低空目标约22海里的探测距离,结合F-16 Pulse Doppler Radar (AN/APG-66)Performance一文,可知其测试条件为85%检测概率目标RCS=2平方米。

与另一款全波形雷达AN/APG-63一样,AN/APG-65雷达即使在下视条件下,其探测距离也没有明显的下降,这也是全波形雷达普遍具有的优势。相比于重量仅260千克的AN/APG-65,Su-27使用的N001雷达重量是一个重大550千克的庞然大物,几乎是前者的两倍。

然而巨大的重量代价也并没有为其带来明显优越的性能,在面对RCS=3平方米目标,检测概率50%的情况下,其探测距离为100km,折算成85%的检测概率,则为85千米。在探测目标更小的情况下,AN/APG-65雷达仍达到了与N001相近的探测距离。

后来的F/A-18C/D及F/A-18E/F则使用了更新的AN/APG-73雷达,他是APG-65的改进型,采用了相同的天线和行波管发射机,但数据处理机、电源和接收机/激励器是重新设计的,此外,增加了存储、带宽和频率捷变,A/D取样速率较高,分辨力较好,新增了导航和地图测绘工作方式,改善了抗电子干扰能力。重量约227千克,作用距离超过111千米,运算速度达到6000万次/秒复数运算。

更新的AN/APG-79有源相控阵雷达于2002年开始装备F/A-18E/F战斗机,该雷达采用八边形平面天线阵列,能跟踪20个目标并显示其中的8个目标,作用距离大于180千米。同时高分辨SAR地形测绘的能力比APG-73更强。

F/A-18战斗机多用途能力强劲,挂载能力强大,能很好地兼顾各种空对空及空对面任务,尤其是F/A-18E/F超级大黄蜂。相比于经典大黄蜂,超级大黄蜂的挂点增加到11个,最大起飞重量达到29898千克,为空重的2.16倍。能够携带AGM-65小牛、AGM-88哈姆反辐射导弹、AGM-84鱼叉反舰导弹、JDAM在内的多款空对面武器。F/A-18E/F的武器挂载方案如图4-2所示。

图4-2 F/A-18E/F的武器挂载方案

F/A-18战斗机使用的空对空武器包括著名的AIM-9响尾蛇系列近距空空导弹和AIM-7F近距空空导弹,在冷战结束之后又装备了主动雷达制导的AIM-120空对空导弹。

F/A-18战斗机使用的麻雀导弹包括AIM-7F和AIM-7M型,AIM-7F导弹制导系统的导引头采用Ku波段脉冲多普勒雷达和X波段半主动连续波雷达制导两种工作状态,仍采用圆锥扫描体制,既可与载机的脉冲多普勒制导雷达配合使用,也可与载机的半主动连续波制导雷达配合使用。

图4-3 AIM-7F导弹的海平面射程包线

在前一种工作状态下能在下视杂波干扰高达10分贝条件下截获目标,使导弹获得下视攻击能力。采用单室双推力固体火箭发动机,重70.4千克,推力34.76千牛。机翼平面过载达25G,可有效地对付过载高达7G的机动目标。

图4-3给出了AIM-7F导弹在海平面高度,导引头在200W连续波照射下对RCS为2平方米目标的射程包线,目标机与发射机均为0.9马赫,其最大射程达到约20海里,折合37km。

Su-27战斗机使用的中距空空导弹为三角旗设计局研制的R-27型空空导弹,包括半主动雷达引导的R-27R和红外引导的R-27T型,单体布局为有反安定面的鸭式布局,采用单推力固体火箭发动机,比冲62米/秒,机翼平面过载20G。

苏联在R-27R导弹研制之初便判定其导引头的作用距离无法达到AIM-7F的水平,因而在导引头中段引入了指令制导方式,以延长其最大射程,这也使其付出了导弹设备复杂和重量增大的代价,其重量达到了253千克。图4-4给出了R-27R导弹的最大射程包线,在10000米高度,两机表速分别为1100km/h和900km/h的情况下,R-27R导弹的最大射程仅为35千米,甚至低于AIM-7F的海平面射程。

在5000米高度,两机表速分别为1100km/h和900km/h的情况下,R-27R导弹的最大射程仅为23千米,仅仅与AIM-7E-2导弹的海平面射程相当。

图4-4 R-27R导弹的最大射程包线

相比于高技术力低性能的R-27R,Su-27装备的R-73近距格斗导弹在SURA头瞄的加持下的确为其赢得了相当的近战优势,该型导弹采用了反稳定的鸭式布局和副翼,导引头搜索视场角达到正负45度,机翼平面过载达到40G,对目标过载达到12G,发射离轴角达到40至50度。而F/A-18装备的AIM-9L导弹最大可用过载为35G,虽然在射程和抗干扰能力上较有优势,但其对付高机动性目标的能力和离轴攻击能力无法与R-73相比。

后来F/A-18战斗机装备了新一代的AIM-9X空空导弹。AIM-9X空空导弹采用了凝视焦平面阵列红外成像导引头,焦平面阵列采用128×128元锑化铟(InSb)探测器,使其具备了优良的抗红外干扰能力,其最大离轴发射角达到正负90度,机动过载超过50G,速度达到3马赫,最大射程16-19千米。同时还实现了向后发射、发射前接获目标以及发射后锁定目标的能力。

七、可维护性

F/A-18战斗机最大的优势是其优秀的可维护性和极高的出勤率,由此也带了相当高的机队效率。

早在大黄蜂设计之初,可靠性和维护性就是两个关键因素,这也是美国海军第一次将可靠性和维修性作为重点加入到飞机的设计要求中。相比于之前的F-4J战斗机,F/A-18针对维护性的改进措施包括:使用固态航空设备,确保了较少的热量产生;雷达更为简单,零件数量减少8000个;发动机更为简洁,零件少了7700个;液压系统被简化;航空电子设备的散热被改进使用固定式进气道等。这些措施都使其可靠性和维护性达到了一个史无前例的水平。

若以平均故障问隔飞行小时来衡量飞机的可靠性,那么,对于美国海军陆战队陆基作战中队来说,大黄蜂的可靠性要比美国海军其它战术飞机高四倍多,若把美国海军/美国海军陆战队海基/岸基的飞机也算在内的话,那么大黄蜂的可靠性就是它们的三倍多,如图5-2所示。

图5-2 F/A-18大黄蜂的可靠性和维护性

图5-3 F/A-18大黄蜂的可靠性和维护性

若以每飞行小时维修工时来评估,对于美国海军陆战队陆基作战中队来说 ,大黄蜂的维修工时是美国海军其它战术飞机的1/3;若把美国海军/美国海军陆战队海基/岸基飞机也算在内,那么,大黄蜂的维修工时就是它们的1/2,如图5-3所示。

优秀的可靠性和维护性带来的高机队效率也是F/A-18大黄蜂战斗机能在日后取代F-14雄猫战斗机并霸占美国航母甲板的重要原因。

八、模拟空战历程

透露大量格斗演练细节的飞行员社交媒体账号。如果想看中文字幕版本,可点击https://www.bilibili.com/video/BV1Fk4y1C7Ho和 https://www.bilibili.com/video/BV1Zk4y1k7J9

2009年起马来西亚的F/A-18D和米格-29N开始了日常对练。

大黄蜂家族和支点家族可谓传统冤家。1980-90年代曾经在红色十月演习中和德国米格-29杀的难解难分,对抗比分在前述章节中已经有所介绍。从2009年起马来西亚的F/A-18D与米格-29N开始对练。2014年起,装备有推力矢量的“终极侧卫”Su-30MKM加入了对抗。

根据F/A-18D在马来西亚与米格-29和Su-30MKM的对抗来看,尤其是多次对抗细节被飞行员上传至社交媒体,F/A-18D对米格-29N有较高胜率,对有推力矢量的Su-30MKM基本相当。

值得注意的是F/A-18D总是带较多的副油箱等外挂。对抗米格-29时至少带两个副油箱而对手最多只有一个,对抗Su-30MKM时至少有一个副油箱而对手是空载。按照飞行员的说法,如果是实战当然可以扔掉,但是平时还是想得到更好的锻炼。另外正如前述章节所说,Su-30MKI易于掉高度的特点经常给F/A-18D送出大礼,这点在飞行员自己的原话中有多次体现。

而当主角变成更强的F/A-18E/F时,情况出现了几乎一边倒的局面:不仅能更加轻松的战胜米格-29,对Su-30MKM也有了很高的胜率。

交错而过的F/A-18E和Su-30MKM,注意F/A-18E带有机身中线副油箱。

值得注意的是Su-30MKM是配置相当高的侧卫改进型了,有推力矢量等提高机动性的设备,而且不像Su-33,歼-15等舰载机有上舰增重,即便如此仍然输给了F/A-18E。

这足以说明F/A-18E在非隐身战斗机中相当强悍的空战能力。目前的非北约国家中,很难找到一款能够挑战F/A-18E的舰载战斗机。以上说的都是机炮空战,还没考虑到AIM-9X block2等导弹的优异性能。

如果说格斗打不过可以打超视距,那就有点自己骗自己的味道了。作为装备APG-79相控阵雷达和AIM-120D这种极品梦幻组合的F/A-18E而言,留给对手的念想恐怕只有“我的鼻锥直径似乎大一些?雷达是不是能好一点啊?”

注:“大鼻子定理”是仅在我国军迷圈流传的神奇说法,某些军迷是该定理的忠实拥趸。该定理表示鼻子越大,雷达越猛。全然不顾电子设备小型化才是方向,众多高性能雷达用更小的体积取得更好的性能。比如阵风的RBE2 AESA雷达以很小的尺寸实现了对典型非隐身战斗机目标超过200公里的探测距离(资料来源Grolleau, Henri-Pierre, 1 November 2014, L'antenne ACTIVE dansl'aero. p. 9.),而枭龙虽然鼻子更大,其最新款的KLJ-7A仅170公里(中电科14所王宏哲访谈)。

我们要明白,大头娃娃往往是脑积水,而不是脑容量大。否则的话,图-128岂不是最强战斗机?当年苏联在驱逐舰上为了增加1M内存用了一堵墙的空间,岂不是完爆现在的小内存颗粒?不要本末倒置,把手段当目的,这是低智人士常犯的逻辑错误。

九、实战中的表现

F/A-18系列在实战中不像F-15/16那样有赫赫战功。1980年代实战首秀参与了“黄金峡谷”行动,没有空战战果。最近的空战战果是2017年击落了一架Su-22。

在海湾战争中确定的击落记录是两架米格-21,但是也有两架米格-23和两架米格-29的可能击落记录。由于可能性非常高,我国的朱宝流等专家一度认为这4个是确定的击落记录,直到2000年后才改变了说法(因未获伊拉克空军承认)。

F/A-18A的4个可能击落记录,包括两架米格-23和两架米格-29。

同时,有一架对地攻击挂载的F/A-18A可能被米格-25击落。

之所以说“可能”是因为1)同样未获伊拉克空军承认。2)在2001年的报告IntelligenceCommunity Assessment of the Lieutenant Commander Speicher Case中,CIA详细调查了F/A-18A飞行员阵亡的原因,最后仍然用的是“可能”这样的字眼来形容被空空导弹击落,而没有排除地空导弹等其他可能。

即使是空空导弹,也未能排除米格-25以外的飞机发射的可能。然而很多媒体出于这样那样的原因,喜欢把“可能”二字省略。

“suggest”表示“可能,值得考虑,使联想到”,并不表示“一定”。

尾喷口喷出的马赫环。

某些网友声称当时有美军飞行员看到有一个马赫环在机群中“横冲直撞”,所以断定是米格-25。

然而逻辑上说不通。第一,如果真的是米格-25,应该是两个马赫环;第二,以米格-25的机动性,并不能做到横冲直撞;第三,任何飞机开加力都有马赫环,发射出去的导弹也有马赫环。说实话,真的很想请教一下某些军迷“横冲直撞”用英文怎么说呢。

当然,由于被击落的F/A-18A正在发射HARM,携带的是对地攻击挂载,所以并不构成黑历史。

我们关注的是,空战挂载的F/A-18A能否打得过米格-25呢?我们知道两伊战争中,一架没有携带任何累赘挂载的米格-25,被一架F-5E以机炮击落。而F-5E空战性能大大弱于F/A-18A,所以空战挂载的F/A-18A必然能更轻松的料理米格-25。

击落米格-25的F-5E飞行员Yadollah Javadpour。

十、 影视剧中的表现

由于人气确实比不过F-15/16等,F/A-18系列在影视剧中露脸的次数不多。《独立日》表现比较亮眼,但也损失惨重。《深入敌后》扮演了一个炮灰角色。《勇闯夺命岛》打了个酱油。进入新千年后很长一段时间没有片约。好不容易等到《超级战舰》在片尾击落了反派的飞行器拯救了主角团。

超级大黄蜂主打的《壮志凌云2》受疫情耽搁,还未能上映。为了给各位看官望梅止渴,笔者在此给它设计(YY)个结尾:

某大国的多架舰载型侧卫改来袭。经过一阵超视距对射,又经历了僚机机械故障退出,阿汤哥陷入了和3架舰载型侧卫改的狗斗中。

他用aim-9x block2飞快地干掉两架,然后又用pirouette机动绕到最后一架敌机身后。突然敌机拉出眼镜蛇机动,试图让阿汤哥超前。阿汤哥做出猫鼬机动,经过一阵复杂的漂移甩尾后维持了对敌机的锁定。

敌机试图回复能量,然而超极大黄蜂以更快的加速度(超过10米/平方秒)恢复了能量,追赶上去,以机炮击落敌机。被敌机碎片击伤漏油。

挣扎返航的阿汤哥被地勤高高抛起,地勤在他的座机身上喷涂了特制的战果标志:一只正在撕咬眼镜蛇的猫鼬。垂尾的骷髅标志反射着落日余晖。

总结

F/A-18和YF-17战斗机的气动布局说明了继承性在飞机设计中的作用,重视气动布局的继承性是诺斯罗普公司战斗机系列发展的特点,从T-38到F-5、从F-5到YF-17,正是诺斯罗普公司对大迎角气动的不懈探索与研究,才最终让YF-17/FA-18得以开花结果。

虽然在轻型战斗机竞争中,YF-17败给了跨音速性能更好的YF-16,但在后来的海军多用途舰载战斗机计划中,优异的亚音速性能,较高的巡航效率,更好的起落效率,更好的挂架布局以及令海军更青睐的双发布局,使它最终得以反败为胜,重获新生。

如今的F/A-18战斗机依然与F-35隐身战斗机一道构成美国海军的中坚力量,随着航空母舰一起,在世界的各大洋游弋。返回搜狐,查看更多