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主题: 博盛娱乐平台官方平台 轻战传奇:美国空军轻型战斗机竞标的故事

  • 2020-01-11 08:57:21   【浏览】4749

博盛娱乐平台官方平台 轻战传奇:美国空军轻型战斗机竞标的故事

博盛娱乐平台官方平台,“这是通用动力公司的yf-16和诺斯罗普公司的yf-17之间的对决。”

1972年12月,yf-16和yf-17在爱德华兹空军基地上空挂aim-9“响尾蛇”空空导弹试飞

在20世纪70年代初期,当美国空军的f-15战斗机和美国海军的f-14战斗机还处在研发阶段时,这两款飞机的性能──特别是它们的速度和雷达探测距离──可谓是前所未有,当然了,同样前所未有的还有它们的单价。美国国会对把这样昂贵的两款战争机器作为海空军两大军种的主力战斗机的想法感到震惊,并指示美国空军寻求更便宜的飞机以补充f-15,不久又指示美国海军也这样做以补充f-14。

以这个挑战为发端,最终导致了人类历史上最成功的两个轻型战斗机项目的诞生,截止到今天,这两款轻型战斗机中的每一款都已经服役了将近四十年之久,它们就是f-16战斗机和f/a-18战斗/攻击机。如果把这两款飞机已经生产的机体的数目加起来的话,那么总数已经超过了6000架!

诺思罗普公司展出的一架yf-17“眼镜蛇”的原型机

1972年1月,设在俄亥俄州赖特-帕特森空军基地(wright-patterson afb)的美国空军原型机项目办公室(prototype program office)公布了“轻量级战斗机”(lightweight fighter,缩写为lwf)计划。项目对招标者提出的要求是需要一款具备高机动性的战斗机,同时强调重点是降低重量和成本。此举实际上是作为一项技术探索:lwf计划并没有承诺实际进行生产,但为了在成本控制方面增加一些“现实主义”,美国空军设定了一个每架飞机的离厂价格(flyaway price)不高于300万美元的目标(按照1972年的美元币值计算)。美国空军对这一目标的设定是基于“名义上让一条生产线运行需要生产300架飞机,生产速率每年100架”这样的设想而作出的。整个这一切是对美国国会所坚持的“先飞再买”(fly-before-buy)的采购方式而做出的回应。

通用动力公司的yf-16原型机,这款设计最终将成为美国空军的f-16“战隼”式战斗机

合同的承包商在提供设计方案方面被赋予了相当大的自由度──要知道,当时尚处在五角大楼以过于详细(译者注:原文用的词是“overspecifying”,其另一层意思就是“令人找不着重点”)的手段解决问题而闻名的时代。与以往的竞标飞行不同,从每家竞标公司设计的飞机首飞开始,他们都将进行一次独立的、为期一年的测试计划。

五家主要的承包商参与到了lwf项目的竞逐当中。这五家公司分别是:波音公司、通用动力公司、凌-特姆科-沃特公司(ltv)、洛克希德公司和诺斯罗普公司。

1972年4月,美国空军最终选中了两家获胜者:通用动力公司和诺斯罗普公司。这两家公司将根据各自的设计分别制造两架原型机,其编号分别是yf-16和yf-17。

这两家公司都充分利用了赋予它们进行创新的自由,研发了两种别具一格的、非常规的方案。通用动力公司提出了一款融合了单发动机和气泡状座舱盖的机身设计,这为飞行员提供了无与伦比的视野;诺斯罗普公司的设计是一个双发、双垂尾的方案,机身上带有较大的边条翼,这种构型不由得让人联想起一条颈部因肋骨扩张而膨大的眼镜蛇,因此这款设计的绰号就叫“眼镜蛇”(cobra)。

f-16气动外形的演变

f-18气动外形的演变

1974年4月,出于降低复杂的多任务战斗机不断增加的成本的考虑,国防部长詹姆斯•r•施莱辛格(james r. schlesinger)下令各军种探寻一款低成本的空战战斗机。他说,所谓的“空战战斗机”(air combat fighter,缩写为acf)将有可能衍生自lwf计划中得到成功发展的某一款原型机。lwf/acf项目的结果也将符合国防部针对空军和海军开展的“高低战斗机搭配”的新战略。

一款传奇机型

虽然f-16这款战斗机已经通过许多方法进行了升级和发展,但其基本设计仍然是一个经典和传奇。它融合了诸多先前技术,这些技术从来没有在之前服役的战斗机身上运用过。为了确保项目成功,yf-16的设计团队根据哈里•j•希拉克(harry j. hillaker,他当时是该项目的副总工程师)的天才建议而动用了一款“秘密武器”──希拉克是著名的“战斗机黑手党”航空专家组的成员,后来他被人们称为“f-16之父”。

被誉为“f-16之父”的哈里•j•希拉克,希拉克1941年在联合飞机公司担任绘图员

希拉克的职业生涯始于1941年,当时他在联合飞机公司(consolidated aircraft corp,即后来的康维尔公司)任职,参加了b-36“和平缔造者”(peacemaker)轰炸机的概念设计。他还影响了超音速轰炸机b-58“盗贼”(hustler)和可变后掠翼战斗轰炸机f-111“土豚”(aardvark)的设计。

yf-16是一款全新的设计,它采用了翼身融合构型和变弯度自适应机翼,前机身的边条翼可提供额外的升力。yf-16的设计翼展为32英尺又10英寸(约10.01米),机身长49英尺又6英寸(约15.09米),它将使用f-15战斗机使用的普拉特•惠特尼f100发动机推动。该机采用了线传飞行操纵控制系统,这将为飞机提供优异的飞行品质;飞机还采用了简化的电子设备,并取消了较重的液压部件。线传飞行操纵控制系统可以进一步增加静不稳定飞机的敏捷性。yf-16采用了侧杆操纵和一台平视显示器,平显可以通过提供飞行信息而让飞行员不必向下看驾驶舱内的仪表,甚至可以让飞行员一直用眼睛盯着目标而不必移开。飞行员的座椅采用倾斜30度的方式安置,以帮助飞行员抵抗高g数;巨大的气泡状座舱盖则为飞行员提供了近乎360度的全向视野。虽然在其他机型上也进行过零星的探索,但作为上述创新举措的集大成者,yf-16拥有了前所未有的敏捷性和态势感知能力。yf-16符合lwf项目提出的要求,全重14023磅(约6361千克),装备有两枚aim-9“响尾蛇”空对空导弹。

yf-16“首飞”时的场景

1973年12月13日,首架yf-16在通用动力公司位于德克萨斯州沃思堡(fort worth)的工厂中正式下线。它那独特的、充满未来感的外形通过丰富多彩的红、白、蓝三色涂装而显得格外引人注目。媒体对这架飞机进行了广泛的报道,促进了人们对这架新的轻量级战斗机的强烈兴趣。

yf-16座舱中的厄斯特赖歇尔

这架飞机急切地渴望飞行,1974年1月20日,发生了计划外的第一次飞行:当时,通用动力公司的试飞员菲尔•f•厄斯特赖歇尔(phil f. oestricher)正驾驶着yf-16在加利福尼亚州的爱德华兹空军基地进行高速地面滑跑测试,当这架yf-16突然飞离跑道时,右侧的水平尾翼还刮到了跑道的表面。在迅速对此做出反应后,厄斯特赖歇尔增大了推力并继续起飞,而不是中止滑跑。这次意外的飞行持续了约6分钟,yf-16在没有发生事故的情况下着陆了。yf-16专门在当年的2月2日进行了正式的首飞。厄斯特赖歇尔进行了一场完美的为期90分钟的飞行,期间反复收放了起落架,飞机爬升到了30000英尺(9144米)的高空,空速345英里/小时(约555千米/小时)。侧操纵杆在飞机的三轴机动中表现良好,而且在15000英尺(4572米)的高度上进行转弯机动时的过载被限制在了3个g以内。在同一高度上还测试了飞机的低速操纵特性(在起落架放下的情况下)。

两架f-16和两架f-106编队飞行

在任务简报中,厄斯特赖歇尔说这款喷气机响应非常迅速,而且加速到计划的最大速度时“非常迅速地就完成了”。他赞扬了yf-16由单片式一体成形座舱罩提供的“卓越的视野”,他说yf-16的座舱罩会“打动所有的战斗机飞行员”。

在通用动力公司的飞行员完成了yf-16的初步试飞之后,美国空军的飞行员们开始了他们的评估。最终,由试飞员组成的小组将在相互竞争的yf-16和yf-17之间来回奔波。他们关于飞机技术和性能优点的详细报告将推动美国空军决定谁将是最终获胜的承包商。

yf-16与f-4比较转弯能力,其中内圈是yf-16。可以看出二者转弯能力的差距

1974年11月,大约是在竞标结束前1个月的时候,两架yf-16原型机已经累计飞行了376小时,其中包括12小时的超音速飞行──最高速度达到了2马赫。这款喷气机的升限刚好超过60000英尺(18288米)。在爱德华兹靶场(edwards range)开展的m61“火神”航炮射击拖曳靶标及扫射试验总共消耗了超过12500发20毫米口径的炮弹。对aim-9“响尾蛇”导弹和mk 84炸弹的实弹投掷测试也进行了,空对空战术和空战机动则在与当时现役的战斗机(如f-4e“鬼怪Ⅱ”)之间展开。

2016年11月,美国空军的f-16战机飞行员正准备在起飞线上起飞

在评估之后进行的一大调整是针对侧杆控制器的。yf-16的侧杆因为力传感测量机制方面的原因而使得飞行员几乎不用做出较大的推拉动作,这也导致飞行员失去了真正的飞行控制的感觉。最终,为了解决这一问题,在yf-16的操纵杆上进行了这样的修改:有意“增加”了一点杆力。

yf-16的力感应操纵杆是固定不动的,这让厄斯特赖歇尔在高速滑行测试中犯了经验主义错误,导致意外首飞

就在lwf项目有条不紊地推进的时候,诺斯罗普公司已经从容不迫地推出了其成功的出口型战斗机f-5的潜在继任者。该公司的p530“眼镜蛇”项目当时已经进入了发展阶段,而p530项目与lwf提出的各项指标相当匹配,这就让诺斯罗普公司在这场比赛中拔得了头筹。诺斯罗普公司的领导者们计划在国际舞台上推销p530的同时争夺lwf的合同。在优化设计使其更好地满足lwf项目的要求之后,诺斯罗普公司的设计师们提出了p-600项目。尽管诺斯罗普公司积极地推销p600,但却未打开任何销路。最终,p600项目中那些最优秀的设计亮点统统被纳入了yf-17原型机当中。

诺斯罗普公司的p530“眼镜蛇”设计方案

1973年6月的p-600设计图

56英尺(约17.069米)长的yf-17采用了根据空气动力学设计的可变弯度机翼,翼展为35英尺(10.668米),两片垂直尾翼向外倾斜。机翼和机身通过“前缘翼根延伸段”(即边条翼,英文缩写为lex)连接在一起,该设计基本上让主机翼的升力翻了一番,并且在高攻角机动时可将空气直接导入进气口中。yf-17从p600项目中继承下来的特点包括用二维固定斜板进气道代替了中间有固定式激波锥的进气道。飞机采用两台通用电气公司的yj101-ge-100发动机,单台发动机在打开加力后燃器的情况下产生的推力为15000磅(6804千克)。边条翼的外形根据面积律进行了进一步的优化,机翼面积也减小到了350平方英尺(约32.52平方米)以改善跨音速/超音速性能。这款喷气机总重23000磅(10432.8千克)。

yf-17的边条设计不由得让人联想起一条颈部因肋骨扩张而膨大的眼镜蛇

1974年4月4日,诺斯罗普公司那充满未来感的yf-17“眼镜蛇”在加利福尼亚州霍桑(hawthorne)市的工厂中下线。在讲述该公司取得的成就(如生产了低成本的t-38“禽爪”、f-5a/b“自由战士”和f-5e“虎Ⅱ”等)时,诺斯罗普公司的总裁托马斯•v•琼斯(thomas v. jones)说:“这些机型证明了诺斯罗普公司在应用技术以设计先进的战斗机方面走过了20年的成功历程,同时,诺斯罗普公司设计的这些战斗机较好地控制了成本,从而使得它们能够达成必要的采购数量。”

一架为战斗机飞行员而设计的战斗机

1974年6月9日,造型光滑流畅、全身漆成了银色的yf-17在爱德华兹空军基地进行了首飞,操纵飞机的是诺斯罗普公司的首席试飞员亨利•e•舒托(henry e. chouteau)。舒托驾驶着这架喷气机进行了61分钟的飞行。在飞行期间,yf-17在18000英尺(5486.4米)的高度达到了610英里/小时(981.49千米/小时)的速度。在汇报飞行任务时,热情高涨的舒托说:“我们公司的设计师们说在设计yf-17时他们是重新回到飞行员的立场上来设计的,他们是认真的。这是一架专门为战斗机飞行员而设计的战斗机。”两天后,6月11日,舒托驾驶着yf-17在30000英尺(9144米)的高空在未打开加力后燃器的情况下达到了1马赫的平飞速度──这项性能在后来有了个专门名称叫“超音速巡航”。

诺斯罗普公司首席试飞员亨利•e•舒托

截至1974年12月,yf-17的1号原型机已经飞行了159个架次,总飞行时间超过185小时;第2架原型机也飞行了71个试飞架次,总飞行时间约为91小时。在上述飞行小时中,总共有9小时的超音速飞行时间达到或超过了2马赫。yf-17的1号原型机验证了飞行控制系统,进行了稳定性试验和20毫米口径航炮射击实验;2号原型机则进行了100%的设计气动力载荷飞行试验,在测试所有的飞行参数的时候,一直飞到机上的通用电气公司yj101-ge-100发动机表现异常才罢休。

编队飞行的两架yf-17原型机

美国空军在1974年底完成了对这两个竞争对手的飞行评估。1975年1月13日,空军部长约翰•l•麦克卢卡斯(john l. mclucas)宣布通用动力公司的yf-16获胜。

在五角大楼举行的新闻发布会上,麦克卢卡斯说针对这两款原型机开展的飞行测试项目“非常好”,他还说“这些原型机的性能有着显著的差异”。麦克卢卡斯接着又说道,yf-16在“敏捷性、加速性、转弯率和续航力”方面都表现得优于yf-17。yf-16“达到了我们为其设立的所有性能指标”。

从佛罗里达州南部海岸上空飞过的两架f-16

美国空军发表这番声明的目的是为了确认一个明确的胜利者。不过,诺斯罗普公司虽然失去了lwf项目,但“眼镜蛇”的命运却并没有结束。美国海军更倾向于选择双发飞机作为航母舰载机,这是因为如果有一台发动机熄火的话,飞行员还有机会用另一台发动机来保全飞机。此时的美国海军已经在考虑一款轻型战斗机了──以此来补充更大、更复杂的格鲁曼公司的f-14“雄猫”以实现高低搭配。

美国海军提出的这一新项目被称为“vfax”,竞标获胜的喷气机将取代美国海军和海军陆战队装备的f-4“鬼怪Ⅱ”战斗机、f-8“十字军战士”战斗机和a-7“海盗Ⅱ”攻击机。虽然有多家承包商正在拟定适合海军航空母舰需要的竞标项目,但美国国会却令人颇感意外地选择了降低采购成本和冗余,并取消了vfax项目。因为在国会议员们看来,yf-16/yf-17参与的lwf/acf竞标将足以产生一款合适的飞机。

格鲁曼想通过f-14简化版来一统航母甲板,被军事委员会断然否决

诺斯罗普公司与麦克唐纳•道格拉斯公司进行了商讨──作为一家承包商,麦克唐纳•道格拉斯公司在研制航母舰载机方面具有丰富的经验。根据这两家公司达成的协议,yf-17将演变成nacf(navy air combat fighter的首字母缩写),一款联合开发的海军空战战斗机。麦克唐纳•道格拉斯公司将成为主承包商,其将为满足nacf项目的要求而提供一款飞机设计方案。相反,诺斯罗普公司将作为麦克唐纳•道格拉斯公司nacf项目的合作伙伴,并领导研发供北约国家和其他盟国使用的陆基yf-17的改进型飞机。

ltv提出的yf-16舰载型model 1600

与此同时,通用动力公司与沃特公司(ltv)组成了团队以研发yf-16的“海军型”。yf-16采用的单发设计是一个大问题,此外还有一些其他的问题,如需要降低着陆进场速度和加强机身及起落架,所有上舰所必需的修改和重量的增加等。

通用动力公司和诺斯罗普公司都向美国海军提出了nacf的竞标书。在通用动力公司的竞标书中,其提供了三款不同的、海军型的f-16设计方案。

美国海军和yf-17的新生

1975年5月2日,美国海军正式宣布:其选中了f-17作为它新式的轻型舰载战斗机。不久之后,f-17就发展成为f/a-18a,“f/a”这一联合叫法是麦克唐纳•道格拉斯公司和诺斯罗普公司的研发团队共同提出的,意在表明这是一款多用途的战斗/攻击机。尽管f/a-18a从远处看很像yf-17,但这是款崭新的喷气机,它更坚固,具有更大的发动机、更大的机鼻、更大的边条翼和机翼前缘锯齿,不同几何形状的进气道,更重的起落架,以及──或者说理所当然的,加装了尾钩系统。

yf-17和f-18的对比,照片为yf-17,轮廓线条为f-18

尽管计划中的陆基型“f-18l”一架也没卖出去而且从未投产,但f/a-18a却被出售给外国空军并当做陆基战斗机使用。

此时,通用动力公司的f-16已经从原型机过渡到了全尺寸验证(fsd)生产型飞机的阶段。位于沃思堡(fort worth)的生产线进行了改动,以生产前8架用作全尺寸验证机的 f-16a。在操作测试期间人们发现,早期用作全尺寸验证机的f-16a的黑色雷达天线罩在空战格斗的过程中在很远的距离上就会被“入侵者”中队的飞行员所迅速地发现。随后,所有f-16的雷达罩都涂上了特别配制的灰色漆,以便与应用于整个机队的双色灰色伪装相一致。

第一架生产型f-16a(78-0001),黑色雷达罩格外醒目

首架f-16a战机block 1型(序列号为78-0001)于1978年8月飞离在沃思堡的工厂,并在当月交付美国空军。1980年10月1日,美国空军宣布f-16具备了“初始作战能力”(ioc)。作为一个快速推进的项目,f-16被正式命名为“战隼”(fighting falcon)。不过,飞行员们还是更喜欢“蝰蛇”(viper)这个名字。这个名字借用自当时流行的一部名叫“太空堡垒卡拉狄加”(battlestar galactica)的电视节目中的一款战斗机航天器,而且美国飞行员一直都这样非正式地称呼f-16。

1978年上映的美国科幻电视剧《太空堡垒卡拉狄加》中绰号“殖民地蝰蛇”的战斗机航天器

与此同时,美国海军和海军陆战队也在采购f/a-18。1977年3月,美国海军部长小威廉•格雷厄姆•克莱特(william graham claytor jr.)正式授予了这款飞机“大黄蜂”(hornet)的名称。1978年11月18日,麦克唐纳•道格拉斯公司的试飞员杰克•e•柯林斯(jack e. krings)跨进了驾驶舱,驾驶着第1架f/a-18a全尺寸验证机进行了正式的首飞。f/a-18a后来升级了新的航空电子设备并进行了其他改动,这使得生产型的“大黄蜂”被重新命名为f/a-18c/d(c型为单座型,d型为双座型)。f-16的初始设计更是被证明是标志性的、多样化的,它衍生了更多的改进型。

第1架f/a-18a全尺寸验证机

在爱德华兹空军基地的罗杰斯干湖(rogers dry lake)的着陆事故中受损后,第3架f-16全尺寸验证机被改装为双座驾驶舱,并重新安装了变弯曲的箭形三角翼。改装后的飞机被重新命名为f-16xl,此外,第5架f-16全尺寸验证机也被改装成了采用变弯曲箭形三角翼的单座型f-16xl。改装后的f-16xl与f-15e“攻击鹰”共同参与了美国空军在1981年开展的“增强战术战斗机”(enhanced tactical fighter,etf)项目竞标。最终,f-15e赢得了竞标。在换装了梯形机翼后,f-16xl后来又再度“复活”,这次是以“隼 21”(falcon 21)的面目出现的,这是一项f-16的升级计划,但最终没有实现。

f-16xl 75-0749,改装自第5架 fsd f-16a

“隼”21三面图

1978年,第6架f-16全尺寸验证机被改装成了“先进战斗机技术集成”(advanced fighter technology integration,afti)f-16试验平台。afti项目测试了几个新的想法,包括未来将用在f-35身上的电力传动装置技术等。

afti f-16

1984年,通用动力公司推出了一款叫做“敏捷隼”(agile falcon)的改进型。这款改进型的特点是翼面积增加了25%,大量采用了创新的技术。“灵巧隼”后来还被提议作为“先进战术战斗机”(atf)项目的一个低成本替代方案,不过在美国空军拒绝了这一想法后,“灵巧隼”的技术进行了改进,然后并入了日本三菱公司与洛克希德•马丁公司的f-2战斗机项目。

“敏捷隼”与标准型f-16的对比

在其a-12“先进技术飞机”(advanced technical aircraft)隐身攻击机项目于1991年下马之后,美国海军就需要一个快速的方法用一款可靠的打击平台来填充其航母飞行甲板。美国海军决定以最快的方式来完成这项工作,同时节省了大量原本要花在地面设备、备件和训练上的金钱──他们的做法是将“大黄蜂”发展成一款更大的飞机,带有更多的武器,具备更强的挂载能力、更远的航程以及更好的传感器。

一架f/a-18f“超级大黄蜂”在美国海军“德怀特•d•艾森豪威尔”号航空母舰的飞行甲板上滑行

合并和升级

最终,“超级大黄蜂”诞生了。该机于1995年11月首飞,f/a-18e是单座型,f/a-18f是双座型,后座是武器系统军官。“超级大黄蜂”对原作有了脱胎换骨般的升级改造:其机翼面积增加了25%,采用了“多功能信息分配系统”(mids)、先进的apg-73雷达和“先进前视红外目标探测传感系统”(atflir)。“超级大黄蜂”的飞行员配备了“联合头盔瞄准系统”(jhmcs),该系统可以让飞行员在不需调转机头指向的情况下将武器瞄准目标。此外,融合了雷达波吸收技术的大型梯形进气口与两台升级版的通用电气f414-ge-400发动机匹配良好,每台发动机可产生22000磅(9979.2千克)的推力。较之原先的型号,“超级大黄蜂”的航程和留空时间均增加了40%。首架“超级大黄蜂”于1998年12月交付,并于2001年9月获得了初始作战能力。

“超级大黄蜂”与经典“大黄蜂”尺寸对比

lwf项目最终演化为空军的acf和海军的nacf是一场真正的意外。在1990年为美国试飞员协会撰写的一篇文章中,诺斯罗普公司的试飞员保罗•梅茨(paul metz)写道:“在使用现有技术的同时,诺斯罗普公司和通用动力公司被要求研发一款不受传统设计标准约束的新式战斗机。”同样是在这篇文章中,保罗•梅茨继续写道:“lwf项目是成功的。”

一架隶属于阿拉伯联合酋长国的f-16e正在从位于德克萨斯州沃思堡的海军航空站联合预备役基地起飞

通过各种兼并和收购,原先的承包商的名字早已面目全非。通用动力公司在1993年将其位于沃思堡的军用飞机分部出售给了洛克希德公司,洛克希德公司后来又与马丁•玛丽埃塔公司合并,在1995年成立了洛克希德•马丁公司。麦克唐纳•道格拉斯公司于1996年与波音公司合并,这给波音公司带来了庞大的战斗机业务,包括f-15和f/a-18。

迄今为止(2016年底),全球已经生产了超过4570架f-16多用途战斗机,有大约30个国家装备了这款战机,批次(blocks)从10至60不等。另外还有超过1550架“大黄蜂”和“超级大黄蜂”已经走下生产线,以及超过100架ea-18g“咆哮者”电子战飞机。

试飞中的f/a-18e原型机

洛克希德•马丁公司还在继续为所有的客户升级f-16。最新型号的f-16v于2015年10月首飞,这个型号采用了第五代apg-83主动电子扫描阵列火控雷达和先进的任务架构,此外在驾驶舱方面也有众多的改进。

总的来看,yf-16和yf-17衍生出了今天装备数量最多的第四代战斗机型号,四十年前开展的这个轻型战斗机竞标项目诞生了两款最终获胜的飞机设计,每个设计都给后人留下了非凡的遗产。


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