[原创]【研究】F22超音速巡航能力的真相

F22看来是铁血的热门话题,在讨论完F22的隐身性能后,再来看看F22的超音速性能,也就是超音速巡航能力吧。当然了,超巡的概念和“超音速飞行”的概念是完全不一样的,这是首先要声明的。我在这里会把超巡的发展情况以及给F22带来的优势做个说明。


超音速巡航能力实际上是指飞机无需开加力而以较高的超音速巡航飞行的能力。在这一概念中,有两点必须明确:1)无加力;2)较高超音速。针对第一点首先要澄清的就是米格-25/31 的“超音速巡航能力”,实际上这两种飞机不过是在机内载油量极大的基础上开加力实现较长时间的超音速飞行罢了,他们超巡带来的是作战半径的大幅下降。对于第二点,往往被人忽略,认为只要不加力,飞行M数超过1,就可以称作超音速巡航了,但实际上并不是这样。英国的“闪电”截击机在特定高度不加力时M数达到过 1.01。随着发动机技术的进步,一些第三代战斗机已经可以在无外挂条件下及特定高度下,不开加力在跨/低超音速区飞行(M0.9~M1.1,一般只能略超过1)。但客观的说,这些飞机都还不具有超音速巡航能力。


这些标准只是个量化衡量的标准,而更加让人震撼的是超巡的实质:通过先进的气动设计,大幅降低超音速零升阻力系数,提高超音速升阻比,结合大推力低油耗发动机,飞机超音速性能实现阶段性的飞跃,这种优越性能的冰山一角就是超音速巡航,这就是它的意义所在,也是它能够成为分代标准之一的原因。假如 F15装上F119发动机,那么不加力M数或许可以达到M1.2或更高,但它的超音速性能却绝对比不上F22,因为它的气动设计仍然是第三代战斗机的水平。


再回过头来看F22.

1971年,美国战术空军司令部投资进行了代号为TAC-85的项目研究,其报告中提出一个概念原型,就是先进战术战斗机(ATF)。这只是一个相当粗略的概念,但它的确是迈向第四代超音速战斗机的第一步。随后很多年,战术空军司令部、国防高级研究计划局DARPA、飞行动力实验室等部门都进行了一系列的新技术研究,为ATF做技术储备。

到了1976年,随着发动机推力的增大,美国空军开始考虑在ATF上实现不加力超音速巡航,而随着苏联空军现役和未来的超音速战略轰炸机威胁不断增大推动了超巡的实际需求。

1981 年 6 月,美国空军发布第一份关于先进战术战斗机的信息需求(RFI ),并邀请 9 家公司参与讨论:波音、费尔柴尔德、格鲁门、洛克希德、麦•道、诺斯罗普、洛克韦尔、沃尔特。7 月,空军发布针对 ATF 推进系统的 RFI,邀请 7 家厂商参与。1981 年 10 月,空军发布 ATF 任务要素综述,从而正式启动了ATF项目。

在设计中,结合各方面意见,美国空军认为超音速巡航是ATF重要的性能指标,在当时冷战的思维下,这个要求在很大程度上是出于全面欧战条件下夺取中欧制空权的需要。在设想的东西方战争中,北约一线战机几乎不可能在华约第一轮打击中幸存下来。夺取中欧制空权的北约战机很可能必须从比利时、荷兰、卢森堡甚至英国等二线机场起飞,并穿越战区。因此超音速巡航能力将大大缩短ATF在对方防空系统内暴露的时间,提高其生存能力,这就是提出超音速巡航要求的初衷。而超音速巡航带来的其他好处,是在后面随着空战理论不断完善后才被发掘出来的。

到了1984年底,ATF针对超音速巡航的需求进一步明确:超音速巡航速度不小于 M1.5;超音速机动性能为在速度为 M1 时可以完成 5g 盘旋;高度 30,000 英尺(9,144m),M1.5 时盘旋过载 6g;高度 10,000 英尺(3,048m),M0.9 时瞬时盘旋过载 9g;高度 50,000 英尺(15,240m),M1.5 时稳定盘旋过载 2g;

1991年,YF22A战胜YF23A获得了最终的胜利,但是这里要说明的是YF22A胜出的原因是来自于其优异的机动性和敏捷性,其隐身及超音速性能相比YF23A均有不足。YF22A 最大超音速巡航速度为 M1.58,而 YF23A 据通用电气估计可以达到 M1.8。就对空作战能力而言,如果是 YF22A 和 YF23A 相对比,那么 YF23A 在超视距作战中有一定优势,而 YF22A 在视距内空战中有一定优势,且当空战进入包线左端时,YF22A 将具有压倒性优势。而把YF22A和三代机相比,则在整个包线内YF22A都将获得压倒性胜利。


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动力之源F119-PW-100



那么超巡及隐藏在其下面的超音速机动性能给F22带来了什么呢?我们来看一下:

战术优势一般体现在拦截和超视距空战中。

如果你正处于攻击态势,或者说,你正驾驶你的猛禽去拦截入侵者,那么超音速巡航能力将大大提高你的接敌平均速度,外推拦截线,在对手进入武器射程之前就对其实施攻击(御敌于国门之外!)。而高达 M1.5 以上的巡航速度,将赋予你“先敌开火,先敌击落”的优势。例如,当载机速度从M0.9提高到M1.5时(这里假定载机具有高度优势),AIM-120的动力射程也增大约50%。也就是说从一架以M1.5飞行的 F22上发射的AIM-120,其初速度要快得多,更多的燃料可以用在后续航程中,因此可以在比原来的距离远50% 的地方击中目标。超巡能力结合隐身、AN/APG-77雷达以及具有无源定位能力的AN/ALR-94电子对抗系统,可以说,F22 已经具有飞行员梦寐以求的在超视距空战中“先敌发现,先敌开火,先敌击落”的优势。


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2002年1月8日,“猛禽”4003 号在 Edwards 基地上空以超音速状态试射“响尾蛇”导弹


现在假定你的 AIM-120 已经进入自导段,或者你的猛禽很不走运地被对方锁定了,那么你需要做的就是脱离对方导弹的有效攻击范围。只要你不是迎着导弹上去,那么你的任何机动都会导致对方导弹攻击范围的缩小——事实上是导弹发射瞬间的总能量与猛禽的总能量之差决定了这个范围的大小。而超巡能力结合超音速机动能力,可以令你的猛禽在防御机动中保持较高的能量状态,从而大大压缩对手的开火距离和导弹的有效攻击范围。在这种情况下,你的生存几率比以亚音速机动的飞机要高得多。而如果是F15来做,为了尽快转向,转弯前的速度需要保持在其角点速度附近,完成转向之后再加速脱离,这必然限制其发射AIM-120时的速度,减小了有效射程;或者为了提高有效射程增速到超音速,发射后再次减速,但牺牲了时间。因为对三代机而言,其超音速时的机动能力并不比B2的机动性好到哪里去,在30000英尺高空的盘旋过载不会大过3g。有资料称,F22在M1.7时稳定盘旋过载可达6.5G,而F15在同等条件下盘旋能力远逊于此,而苏-27在 M0.9、中空才达到这个水平。为什么?因为三代机的气动设计归根结底不是为超音速机动准备的。


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典型的三代机-F15


在和 F15/F16的对比试飞中,如果F22不想和它们纠缠而加速脱离的话,那么鹰和战隼无论如何也追不上具有超巡能力的猛禽。采用 F100-110/129/229发动机的F16在初始加速突破音障阶段还不会落后猛禽太多。但当猛禽进入高马赫数超巡状态后,这场竞赛实际上就结束了。没有哪种飞机可以和猛禽比超音速续航力的。而如果F16和F15加挂典型战斗载荷后,那么无论是在加速段还是在持续巡航段都无法跟上猛禽。所以超巡用来逃跑也是稳稳妥妥的,哈哈。

除了空战外,如果需要 F22 穿越对手的防空体系,超巡能力同样可以提高其生存力。道理同前:穿越防空系统传感器探测范围的时间越短,留给防空系统的反应时间就越短。那么防空系统攻击范围就越小。无论是尾追还是前置拦截,高速度都显著缩短了有效射击时间,因为导弹必须追击一个高速目标,而相对角速度太大使得它不得不在急转弯中消耗能量,最终会因燃料消耗过大将无法完成拦截。


综上我们可以发现,F22的超音速巡航能力以及其真正隐藏的超音速机动性能,为F22在对空作战及对地突防是都带来了生存能力和战斗力本质的提升。在超视距空战中,结合F22其他的特点,将为飞行员带来真正的“先敌发现,先敌开火,先敌击落”的优势。

至于F22的第三个特点“超机动性”,换个时间再慢慢说吧,那是解决近距格斗的问题。


本文内容于 2008-4-15 0:19:39 被haomouse编辑

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