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标题: 击落猛禽：美军F-22A隐身缺陷 [打印本页]

作者: 橙色骑士 时间: 3.12.2007 21:34
标题: 击落猛禽：美军F-22A隐身缺陷
图文作者晨枫

一般认为，第四代战斗机应该具备隐身、超声速巡航、超机动和网络战等能力。其中，隐身能力是最引人注目的。F一22A是第一架集上述能力于一身的战斗机，代表了目前世界战斗机技术发展的顶峰。本文将以F一22A战斗机作为案例，分析第四代战斗机隐身性能的相关问题。

　　　隐身性能与飞行性能

　　空战的理想境界是把空中战场推到敌方的天空去。只有征服了敌人头顶的天空，才能打击敌人脚下的大地，并保护己方的陆海军不受敌人的空中打击。F-22A 所代表的“空中优势”作战思想，不再满足于在浅近纵深的敌空域递次争夺制空权，而是同时在战场的全纵深形成空中优势。只有隐身战斗机才能在开战之初，在没有摧毁敌方空中和地面的防空体系之前，就在敌人纵深夺取到制空权。

　　在详细讨论F-22A空中主宰战斗机的隐身性能之前，先宏观地看一看与之相关的飞行性能。

美国空军F-22A猛禽战机机内燃油系数只有O.28，长时间超声速巡航的优势并不突出。F-15C的机内载油系数为0.29，“米格一31”为0.41，“苏-27”也达0.40。
　空中主宰战斗机应该具备超声速巡航特性，以便在最短时间内抵达敌纵深的空中战场。超机动性则是在“弓箭”不中后不得已而亮出的“短剑”，虽然是必不可少的，但与空中主宰的基本概念并不完全一致——空中主宰的目的不是与敌纠缠、寻求短兵相接。F一22A的最初设计目标是深八前苏联内陆执行空中优势作战，要求在离前线160千米左右起飞出击，高亚声速接近前线随后以超声速巡航深入敌后约650千米，遂行空中作战；然后以超声速巡航退出战斗，返回友邻空域后以高亚声速返航。冷战结束后，F-22A的设计要求中不再指明苏联，也增加了多用途的要求，但基本技战术指标没有变。

　　 F-22A不用打开加力就可以在6-千米高度以1.6马赫飞行，但是美国空军秘而不宣的是，F-22A在这种状态下的航程或续航时间有多少。非加力超声速飞行和超声速巡航还是有区别白勺：只有与全程超声速进入和退出战区相配合，超声速巡航才有意义，否则只是延长时间的超声速；中刺。超声速巡航为了减少阻力，应该在空气稀薄的2万米以上高空，而不是在空气密度较大的6千米中空飞行。而F-22A的涡扇发动机是为中空中速而不是高空超声速飞行而优化的；它的低翼载、中展弦比、中后掠机翼对高机动的中空中速空战格斗十分有利，但在超声速巡航下的阻力却小不下去。类似的是，F-15的推力和推重比远高于F一1 04，但在最大速度上没有多少进步，1.6马赫下的超声速航程只有F-104的一半，就是因为F-104的气动外形及涡喷发动机是为高空超声速飞行而优化的，而F-15以牺牲阻力来换取机动性。F-22A同样也不能超越物理规律，各种好处“通吃”。

　　另外，超声速巡航的油耗比亚声速大，所以超声速巡航战斗机的机内载油系数(机内载油量和正常起飞重量之比)要比亚声速巡航战斗机高。F-15C的机内载油系数为0.29， “米格一31”为0.41，“苏-27”也达0.40，而F-22A只有O.28，长时间超声速巡航的优势并不突出。F-22A的非加力超声速飞行能力只说明其发动机推力的强大，并不能证明其长时间超声速巡航的能力。

　　F-22A的超机动性得益于其推力巨大的发动机和推力转向，但F-22A正常起飞重量从设计初期的22_7吨涨到现在的28.6吨，推重比从1.4跌到1.11，和F-15C没有实质的差别。重量的增加也使F-22A的翼载和F-15C相当。F-22A和F-15C在推重比和翼载上相当，如果不是推力转向，没有理由在机动性上好很多。但推力转向不是F- 22A的独门绝技，相对于同样采用推力转向的对手，F-22A在超机动性上的优势还很难说。飞行员的生理极限和空空导弹的大离轴角发射能力，进一步削弱其超机动性的实际优势。

　　F-22A的内载武器使其在空战时可以保持流线的气动外形，在机动飞行中的阻力无疑小于采用外挂武器的常规战斗机。1日F-22A为了发射内载武器，必须打开武器舱门将发射臂伸到外面。这样一采，干净的气动外形也就不复存在了

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作者: 橙色骑士 时间: 3.12.2007 21:36
标题: 外形隐身与其他隐身
　　F-22A战斗机的隐身技术属于第三代，比起SR.71、F-117A和B- 2A，在隐身原理上进了一大步。早期隐身的SR-71主要靠吸波涂料吸收入射的雷达波，隐身效果有限。第一代隐身的F一117A主要靠镜面体原理，强调控制回波方向、制造回波闪烁，使对方雷达不能稳定地锁定它；但F一117A的隐身设计对气动性能的影响是显而易见的，它根本不能做空中格斗。第二代隐身的B -2A的设计目标是在开战之初就穿越完好的前苏联防空体系，攻击其核目标并安全返航，因此要求全向、宽频带隐身。飞翼设计先驱诺斯罗普公司的无尾飞翼型设计能使电磁能量的散射大量减少，而剩下的能量则变成表面波并沿弧面向周边“流散”，在流动过程中一路按指数规律衰减，形成回波的时候已是强弩之未了。这个隐身设计比F-117A的几何多面体外形要先进很多，既达成全向隐身目的，又兼顾了飞机的气动特性。

　　后来洛克希德进一步发展了B-2A的连续可变曲率大弧面，并注意到隐身和气动要求的均衡，推演出F-22A的外形。F-22A的菱形截面和机身的尖锐折边与B-2A的无尾飞翼外形异曲同工，对战斗机来说，这依然是现今隐身的最高境界。

　　无数研究表明，由外形达成的隐身是最有效的，但代价也相当大。隐身加上超声速巡航和超机动性，使得F-22A成为美国和世界历史上最大、最重、最昂贵的战斗机。按照180架的采购量来分摊研制费用，F-22A的单价将达3.5亿美元以上，是便宜的F一15C的7倍之多。各国空军对隐身的重要性在原则上都同意，但对于如何实现最大效费比的隐身，尤其是隐身在实际战争(而不仅仅是战斗)中的效果尚存有分歧。

　　隐身并不是真的就看不见了，只是减小被发现的距离全向隐身在各个方向上的效果有显著差异，正视依然是雷达特征最小的方向。B-2A的隐身性能要好得多，但依然要仔细规划入侵路线，确保雷达特征最小的一面面向敌雷达。F-22A作为空中优势战斗机，就顾不得那么多了，在出击的时机、方向、路线方面没有轰炸机、攻击机那么自由。防空截击时就不谈了，即使在执行空中任务日寸，敌人的战斗机也是机动的。就算F一22A能通过战术动作使隐身最好的前方指向敌机以保证最大隐身效果，也不可能保证F一22A对地面雷达、预警机和其他方向上的敌机也有同样的隐身效果。在空地网络化的明天，这不比直接被敌战斗机雷达锁定要好多少。

　F-22A的发动机是战斗机历史上推力最大的发动机，但大推力等于大的红外特征。虽然F-22A的矩形喷口有助于增加炽热喷气流与周边空气的混合，尽快减低温度；但另一方面，为了提高涡扇发动机效率而增加的涡轮前温度和燃烧室温度以及更大的空气流量，使得F-22A尾喷流的红外特征不比F-15低。即使解决了尾喷流问题，机身蒙皮和前缘的气动加热也没有办法消除，尤其当F-22A打开加力推力在高空做超声速巡航时，机身的红外特征将是巨大的。在机载和地面光电探测手段高度发达的今天，这是隐身的一个大漏洞。

　　F-22A如果做超声速巡航，将不可避免地造成音爆。虽然随着高亚声速和超声速飞机的发展，用听音装置来探测入侵飞机的做法已不像第二次世界大战时那么重要；但是，将听音装置用高速网络连接起来、配以高速信号处理，听音探测还是有相当的预警功能的，可以引导战斗机接敌——尤其是对于深入敌后的F一22A。

　　隐身战斗机在协同作战中还会遇到一个特殊的问题，即如何不被同一空域的其他友军战斗机所误伤——这也是海军的攻击核潜艇一般不与友军潜艇在同一海域共同作战的原因——为此要解决敌我识别的问题。应答式敌我识别的不可靠已经是不争的事买。“非合作式敌我识别”的一个方法是用雷达精确扫描敌机、构造立体图形，然后进行图形识别；另一个方法是对敌机的发动机叶片进行计数，然后将叶片数、转速等发动机特征和数据库比较、判别敌我。这都要求雷达大功率照射，和隐身的要求是矛盾的。况且有朝一日，对手也可能掌握同样的隐身技术，那时，只要对手在常规机群中混杂一些隐身战斗机，就将使F-22A的战术处境极大地复杂化。预期效果与实际效果

　　F-22A的前向隐身性能十分优秀，但巨大的背面看起来像一堵墙一样显眼，对视距内空战时的隐身很不利。不过这“应该”不是太大的问题——F-22A “应该”在视距外已经把敌人干掉了。然而，战斗的发展往往不是按主观想定进行的。例如，在越南战争时期得到大规模应用的“麻雀”中程空空导弹，设计初衷是在中距离上迎头攻击敌机，此时导弹上多普勒导引头的效果最好，还可以利用双方的相对运动增加导弹的有效射程。然而在实战中，大部分拦截成功的导弹都是在尾追攻击中发射的，原因是，飞行员的想法和设计师的想法并不一样。

　　在战斗中，为了消灭敌人、保存自己，导弹不一定恪守某一个攻击方向。F-22A飞行员可以迎头拦截敌机展开对自己有利的近距格斗也可以利用自己在速度和机动上的优势，“划大圈”完成包抄动作，占领敌机后方的有利发射阵位。但战斗机高速大转弯时要先拉半个横滚，这样巨大的背面就正对敌方，比较容易被敌方的空中和地面雷达发现。总之，F-22A优秀的前向隐身性能只有在双方列面接近的理想战斗情况中才能发挥出来，而这在实际作战中只占较小的一部分。F-4和“麻雀”中程空空导弹、F-14和“不死鸟”远程空空导弹在作战模拟中的优秀战绩与实战战绩的差异也是这么产生的，F-15的案例更说明问题。

　　在F-15战斗机诞生之初，美国空军曾对其作战效能做过计算机仿真研究，结论是惊人的：F一15A和“米格一21”的交换率达到955比1！多年后在内利斯空军基地，美国空军用和“米格一21”性能相近的F-5E，与F-15C进行了对抗演习。演习前的计算机仿真表明F-15C大占上风，交换率为70比1；经过有空战经验飞行员的修正，交换率仍然为18比1。实战演习中，F一15C与F一5E按2对1、1对1、4对4、2对4进行对抗，双方从相对方向进入约50千米直径的交战空域，然后进行“自由搏击”。F-15的电子系统无疑比F一5优越，并装备了“响尾蛇”近距格斗导弹和“麻雀”中程空空导弹，而F一5只装备了“响尾蛇”，但结果却令人十分震惊：F一15对F一5，在2对1(交换率5比1)、1对1(交换率3比1)、4对4(交换率2比1)时均有利于F-15，但优势并不大；在2架F-15列4架F-5时，交换率就下降到1比1了。实战演习的结果与计算机模拟大相径庭。F一22A比F-15先进得多，但在多机对抗的实战中，是不是能够创造奇迹，历史的经验并不看好。

　　如果从空中主宰作战推进一步，将F一22A用于常规的浅近纵深争夺制空权的作战，F-22A以其较好的前向隐身性能与极其出色的飞行性能，无疑可以很好地完成使一任务；然而F一15C、F/A-1 8 E同样也能完成使命，尽管可能没有F一22A那么“轻松”。考虑到F一15C和F-22A的单价比为1：7，到底用谁更合算就很值得研究了。尤其是近距多机格斗的情况下，4架F一22A与同样价钱的28架F一15C相比，后者的胜算或许更大；最不济，28架F一15C在战术选择上的灵活性也比4架F- 22A要好得多。

　　在战争中，数量本身就是一种质量。在第二次世界大战中，德国“虎”式和“豹”式坦克的性能要比被戏称为汽油桶的美国“谢尔曼”坦克高到不知道哪里去了，但是凶狠的“虎”、“豹”最后还是被浪潮一般涌来的“谢尔曼”们撕成碎片。美国空军再阔气，也只能承购180架F-22A，其中至少70～80架留驻本土，作为本土防空、战时增援、训练、损失替补之用；在欧洲和亚太最多只能各派驻50架左右。即使所有F -22A全部集中到一个战区，也还是有完好率和出动率的问题。到时候，在任何一场具体的战斗中，到底能同时投入多少F-22A是很成问题的。

　　高昂的单价也会使战地指挥官在使用F-22A的时候缩手缩脚——就像C一5“银河”运输机是按野战机场起降的要求设计的，但高昂的单价使它在整个生涯中从未在野战机场中实际起降过；现在的C-17也有重蹈这条老路的迹象，尽管它在试飞中试验过野战机场起降。

　　全面隐身与适度隐身

　　由于隐身的巨大代价和实战效果的不确定性，各国军方对隐身的要求是不一样的：美国空军是坚决的隐身派，新战斗机非隐身不可；美国海军和欧洲是半隐身派，能“适度隐身”就行，其余靠电子对抗、空战战术和网络战能力来弥补。换句话说，就是在不过分牺牲气动性能的前提下尽量考虑隐身要求，而不是一切围绕隐身。欧洲国家或许有技术水平的限制，但美国海军的例子就不是技术水平的问题了。除了早已放弃的A一12属于“全心全意”的隐身外，美国海军对F-22A的变后掠翼舰载型并不热心；在F／A-1 8E实际上全部重新设计的情况下，也没有竭尽全力

　　隐身修形，而是在网络战能力上倾注全力。考虑到F／A一1 8E将是美国海军未来至少20年里的主力战斗机(F-35取代的是F／A-18C而不是F／A-18E)，美国海军发展战斗机的思路耐人寻味。

　　大家知道，飞行器的雷达探测距离与其雷达反射面积的4次根成正比，也就是说，如果雷达反射面积小10倍，雷达探测距离只缩短不到1／2。在隐身效果上，不彻底的适度隐身肯定不及全面隐身，但受到高昂代价和战术条件的限制，全面隐身在大规模战争中的实际优越性并不令人信服而适度隐身是在现有技术条件下少花钱、多办事的一个有效途径，是值得考虑的。

　　全面隐身的F-22A到底是猛禽还是纸鹤，这不是由F-22A的性能决定的，而是由F-22A是不是能够完成美国空军赋予它的战术构想来决定的。

　　从第二次世界大战起，美国空军的基本思想就是攻势防空，就是把空战的战场推到敌人的空域去，越过地面的战线，逼近到敌人的空军基地和防空火力跟前打。这样，美国空军可以有效地、不受阻碍地支援美国陆军，并最大限度地阻止敌人空军对美国陆军的攻击。和攻势防空相对应的当然就是守势防空，就是以己方的空军基地和防空体系为依托，和敌人争夺地面战线以近的制空权。很显然，守势防空不能可靠地支援己方陆军，也不能可靠地陲止敌方空军对己方陆军的攻击。美国空军、以色列空军和北约空军是典型的攻势防空，苏联空军和世界其他空军通常属于守势防空，或者最多是防守反击。

　　F一22A 显然是攻势制空思想的结果。攻势制空和攻势防空只相差一个字，但含义大大不同。攻势制空是非线性作战的产物，也就是说，战斗不再局限于战线附近，而是在整个战场的全部纵深进行。空中战争不再是剥洋葱式的层层推进，而是不分前后方，在所有节点上全面打响，在最短时间内，以最大烈度“点穴”，迅速瓦解敌方有组织的抵抗。所以，全面隐身是～个重要的特性，只有隐身战斗机才能在没有摧毁敌方空中和地面的防空体系之前，就在敌人纵深夺取制空权，点住敌人的要穴。超声速巡航也是一个重要特性，因为隐身战斗机必须在最短时间内到达敌纵深的空中战场。这两者相结合，就使F-22A战斗机可以深入敌后随心所欲。

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作者: Marsliang 时间: 11.12.2007 03:43

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