[原创]简析中国SU-27与台湾F-16的空战能力

嫪毐 收藏 95 22157
导读:SU-27SK和F-16,毫无疑问分别是中国大陆和台湾各自的主力战机,一旦“台海有事”,它们的对决不一定是对战争的结果构成决定性的因素,但却是台海上空制空权争夺的关键。 如果从战机本身的性能上讲,SU-27无疑对F-16拥有绝对的平台优势,这是先天问题。F-16一开始是作为F-15的低成本补充而投入现役的,而SU-27则是为抗衡F-15的研制的重型战斗机,按照这一标准,SU-27是高档战斗机,无论载荷,航程,推重比都远远超过F-16------机动性上,苏-27和F-16一样,是放宽静稳定性设计,翼身融合

SU-27SK和F-16,毫无疑问分别是中国大陆和台湾各自的主力战机,一旦“台海有事”,它们的对决不一定是对战争的结果构成决定性的因素,但却是台海上空制空权争夺的关键。

如果从战机本身的性能上讲,SU-27无疑对F-16拥有绝对的平台优势,这是先天问题。F-16一开始是作为F-15的低成本补充而投入现役的,而SU-27则是为抗衡F-15的研制的重型战斗机,按照这一标准,SU-27是高档战斗机,无论载荷,航程,推重比都远远超过F-16------机动性上,苏-27和F-16一样,是放宽静稳定性设计,翼身融合,四余度电传动,所以SU-27的机动性高于采用静稳定,上单翼等传统设计的F-15是很正常的。

一般对比两型战斗机的性能,都是从机动性,航电和武器系统等具体性能上去对比,这方面,至少前苏联和西方差距并不大,但为何无论中东战争还是从伊拉克到南联盟的局部战争中,俄式战机都输那么惨,就是另一个问题了,这次就从另一角度:自动化与人机功效方面,分析SU-27与F-16的空战性能,乃至西方与俄罗斯整个战机设计思想的对比。

全挂载的解放军SU-27战斗机:

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先不罗列那些烦人的数据和专业名词,就来一次SU-27和F-16的纸上模拟空战吧,更直观些:


假想你是一个中国人民解放军的空军飞行员,正驾驶SU-27战斗机在地面雷达的引导下,截击台湾的的F-16轻型战斗机。平显显示雷达找到的目标光点,请注意平显的目标光点不表示目标真的在那里,因为平显是将雷达搜索范围缩小到平显的范围,你要在脑中将光点的刻度换算出实际的相对位置,你才知道敌机真实的方位。和西方战机的平显不同,西方战机的平显的追踪框显示的是战机的适时位置,标示出目标的视线方位,表示战机就在那里;而俄式平显只是将雷达扫描显示屏的内容照搬到平显上,是“俯视”图,表示敌机位置的光点并不代表敌机的真实方位,而只是雷达显示屏上的坐标


长期的训练使你迅速判断出敌机的方位在11点.于是抬头可以看到敌机从11点钟方位出现,你转头使头盔瞄具对准了目标,但你还不能立刻射击,你要得低头切换仪表板上的几个按钮,导弹才能开火:不幸的是,敌机已经发现自己被琐定,迅速侧转,等你准备好要再次抬头锁定时,F-16已经脱离导弹的攻击范围-------这方面,SU-27还相对其他俄式战机倒还好一点,SU-27有IRST,可以不要距离数据强行把红外导弹发射出去,而MIG-29就还得低头看是否进入射程再慢慢按那11个按钮....

你当然不会放弃,迅速滚转后,向敌机方向追去,然而,距离拉远了,所以你得改用R-27半主动雷达中距空空导弹。你再低头切换好几个钮,才转到雷达火控,此时苏联的的自动化水平得到了体现,“侧卫”的火控系统自动完成雷达锁定、敌友识别、完成射击解算后,会自动把致命的 R-27 导弹射出去。

然而,俄式战斗机的火控系统不会告诉你:你可不可以转弯,转多大可能会导致敌机位置超过雷达扫描范围无法被照射,也不知道你何时可以转弯离开。工程师却留下一个机械钟给你,有本事就自己去算时间,然后设定“闹钟”。所以你必须直直冲向目标,以确保雷达能一直锁定目标并制导导弹,并且发射后也不能轻易转向,否则可能会转到雷达无法照射的位置。

而台湾“国军”飞行员也开始反击了,他转向面对你,F-16的火控计算机不会自动射击,可是会在平显显示幕上用追踪框框住你,并显示导弹寻标器的锁定状态,现在射击的命中机率,让他自己抉择,F-16开火,平显上以界限标注有雷达的锁定角度限制,所以“国军”飞行员只要小心不让战斗机超过界限可以自由转弯,以闪避你的导弹。平显上也会自动倒数记、计时,时间一到,导弹不是击落你了,就是被你闪掉了。然而因为你是不敢闪的,害怕一闪后机头偏大了雷达锁定不了目标,所以你只能勇往直前地前飞一直为R-27制导到击中目标为止,也缩短了美帝AIM-120导弹所需的飞行时间直接被人家迎头攻击,你不敢做任何机动躲避以防自己的导弹脱靶,直能祈祷发射中距弹后你的导弹会比对方的导弹先击中目标--------而F-16则可以转弯离开,消耗你的导弹燃料,直到导弹脱靶为止。


从海湾战争到科索沃的空战都可以看到这件事实:俄罗斯雷达功率大探测距离远,美军的F-15C常常被MiG-29先一步锁定,但美军总能先开火,先闪躲,而敌机往往是勇往直前对着你直飞直到成为“火球”为止----------因为美军战机只需要盯着平显手不离杆一个按钮就可以发射导弹,所以即使导弹射程近点也能先敌开火,而MIG-29需要低下头在仪表板上切换11个按钮才能发射导弹,而发射后美军战机平显上以界限标注有雷达的锁定角度限制,飞行员只要小心不让战斗机超过界限就可以自由转弯,而俄罗斯战机则没有这一功能,飞行员发射导弹后只能傻座着等待雷达制导的导弹击中目标或者自己变成火球为止。

而R-27的性能,也在AIM-7麻雀之上,但R-27的实战表现惨不忍睹,AIM-7麻雀却在第五次中东战争,海湾战争和科索沃战争中超视距击落大量敌机,也是因为上述原因。


顺便说一点,俄罗斯战机在表演时可以展示出非常好的机动性,但在历次中东战争或90年代后的局部战争中,格斗空战被西方战机尤其是F-16打的惨不忍睹,原因之一除了繁杂的操作以外,操作反应慢机动性难以发挥也是原因之一。比如MIG-29的滚转率比F-16不落后,但实战中反应要慢得多,这与飞机的空气动力性能无关,而是因为MiG-29的操纵杆靠移动来输入飞行员的指令,故飞行员手臂要摆动很远才开始以全速滚转。而F-16的操纵杆只量测力量,飞行员肌肉一动,力稍微加大一点,战斗机就知道该全速滚动了,跟电子游戏机的操纵杆一样。


总结:苏-27本身无疑是比F-16更优秀的作战平台,由于苏-27人机功效和空战模式的的先天不足,会导致其在与F-16的空战中面临相当被动的局面。





对比SU-27的座仓与F-16座仓:

SU-27

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F-16:

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座舱界面的“输出”资料决定飞行员的状态意识能力,而飞行员必须经由座舱界面“输入”资料,战斗机才会攻击对手。因此座舱界面的设计优劣,决定了飞行员能不能“人机合一”。这方面,俄罗斯的战机是非常差的,虽然它的导弹很出色,气动设计也很完善,但却是让飞行员去适应飞机,发射一枚导弹得盯着数十个仪表按十多个按扭,落后的操控往往导致惨痛的教训,两伊战争中,MIG-27与F-14甚至F-5的战斗中损失惨重,复杂的操控和落后的人机功效就是伊拉克飞行员总结出的“罪魁祸首”

举一例,平显,就可以看出俄式战机在人机功效上的不足:

平视显视器的发明意义在于:传统雷达荧幕的缺点是其是以“鸟瞰”的角度来显示,所以飞行员要在脑中换算成自己的坐标才能了解敌我的相对位置,然而肉眼的角度却不需要转换,所以能以反射动作就知道该如何控制战斗机以争取优势。因此飞行员利用平显上的雷达追踪框而非鸟瞰的显示幕更能做出正确的战术动作。但俄式平显却不一样的平显可以显示雷达资料,但却不象西方是把目标符号投影在目标视线上,而是把鸟瞰角度的雷达影像直接投影在平显上。



很多人说苏联电子技术落后,不如西方自动化水平高,是落后的座仓与人机功效的原因,其实大错特错,苏联战机的自动化水平,是至今西方没有任何战机可以达到的,像MIG-25这类国土防空战斗机,地面操作员甚至可以直接“遥控”;而苏联战机也像坦克一样,搞傻瓜战机,尽量使操作简单。

自动化水平不代表人机功效,易于操作不代表操作简便


当然,以苏联的科技实力和航空工业水平,要做到西方战机的人机功效是不难的,但为何苏联战机有着高度自动化的水平简单的操作技巧和极低的人机功效呢?这就要从苏联战机的设计思想说起了:


首先,苏联为防御西方对其本土的空中打击搞出的国土防空体系,使形成了一套“自动防空截击体制”,防空战机对于他们来说,不过是移动的防空导弹发射阵地,由地面操作人员引导截击,地面操作人员甚至可以实现超越控制,遥控战机,飞行员就是个司机的作用而已。这种思想,在越战后得到了进一步的强化。

苏联越战中学到了与美国不一样的教训,美国更加强化了自由空战思想,强调制空作战,形成了“能量空战理论”,并以这个思想为基础搞出了不用一磅重在对地攻击上的F-15,和能量空战的代表F-16,而苏联却发现,第二代的自动化座舱成功让北越训练不足的飞行员击高素质的美军飞行员,因为越南空军在自己的领土作战,享受地面管制员的指挥。虽然越军缺乏苏联国土防空军那种完全自动化的数据链来协助飞行员飞行,但仍然利用语音通话构成严密的命令体系,拥有全域状态意识的管制员命令飞行员执行“战术动作”,使得训练不足的飞行员只要做好“飞行”本分就可以了。所以尽管越南大多数飞行员的空战技巧不高,却能在管制员的引导下抢占优势位置,对没有状态意识能力的美军机群进行突击。沉浸在成功的喜悦中,苏联把座舱更加自动化。

到了苏联第四代战斗机时候,座舱走了“傻瓜”界面这一条路,明显窘异于西方

由于苏联和美国战斗机的作战模式和作战思路的差异,就造成了两种不同类型的战斗机座舱界面,苏联的界面更倾向于自动化设计。“傻瓜”相机揭示机器设计的新想法,将大多数功能界面简化、自动化,好让使用者能不需训练,就拍出一定水准的照片。苏联的座舱设计方法也是相同,不去考虑复杂或特别的空战形态,只考虑最常见的空战方式,并针对这个方向构成最高程度的自动化。则大多数的飞行员,在大多数的任务中都能得到计算机的协助完成工作。所以人员的训练经费与时间降低,就可以利用庞大而易于补充的人力支援。


MIG-29M2的座仓:

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下面,笔者收集到的苏联国土防空军“自动防空截击体系”的资料,稍做整理,相信可以说明很多问题


在座舱自动化设计方面,苏-27和MIG-29都继承第二代单座座舱的数据链设计,其 Lauzer 双向数据链包含 E502-20/04 飞行导航系统、TESTER-UZ/LK 飞行资料处理器、ALMAZ-UP 信息处理器以及无线电、导航系统。这个系统让地面管制员可指引飞行员航线,甚至控制空战,也可以让战斗机把目前状态自动传回给地面管制员,但是不能进行战斗机与战斗机间的“横向传递”但苏联也发现让地面管制员“遥控”战斗机飞行是蛮愚蠢的主意,因为管制员少,而战斗机数量多,况且管制员还得训练到具备飞行员资格。故不像 MiG-25那样可以“遥控”飞行,苏联战机的数据链只能传递飞行指令给飞行员。其在平显与雷达显示幕上会显示管制员指示的飞行方向、速度、敌机资料等。然而,地面管制员还是可以控制战斗机的雷达操作模式、锁定目标、甚至打开加力等等。故地面管制员仍然控制苏联战机的战术动作,而让飞行员注意飞行动作就好了。苏联也怕缺乏训练的飞行员不小心进入失速螺旋或是空间迷向时,不会改出。仪表框上有一条“自动平飞”白线,压杆至白线就会回复平飞状态。

与普遍认为俄式战机不适合超视距空战适合格斗恰恰相反,苏联彻底信仰超视距空战的原始理想,如果能在视距外发射导弹,就不用进行复杂的缠斗动作,则空战问题就可以简化成空间中的两点(目标与导弹)在何时何地碰撞的问题。而这种碰撞问题交由计算机去解远比人脑来得快,故SU-27的射程系统有两种模式:人工模式、全自动模式。在全自动模式中,雷达会自动搜索目标、锁定、敌友识别、开火射击。再加上地面管制员可以引导战斗机接近目标,故拦截全程中,飞行员只要充当飞行控制器即可。

甚至飞行员连该发射几枚导弹都不用操心,武器发射的选择是:SALVO、SINGLE-0.5SALVO。前者模式中,导弹会以 1.6 秒的间隔自动连发两枚,如果飞行员选择机炮,则机炮会自动连发直到没有子弹。后者则会只发射一枚导弹,或是只连发 1.6 秒的机炮。值得注意的是苏联飞行员的训练是尽量运用前者,以在最远的距离尽快投射最大量火力。



另一个方向是界面简单化,没有必要的功能就把它取消、合并或简化,以免训练不足的使用者被界面弄得眼花缭乱。例如其雷达的控制,西方的设计是让飞行员可以选择左右 30 度、45 度、60 度的扫描,或者是由按钮转动雷达扫描范围的中心轴到任意方向。然而苏联不认为飞行员有必要自由选择扫描的轴向,所以其雷达轴向设定只有三种:左(左方 40 度)、中、右(右方 40 度)。扫描角度大小只有一种:+25 度。因此,这说明了俄罗斯战机的飞行员不能象西方飞行员那样自主选择可能有敌机的区域进行搜索,而必须依赖地面管制员的远程状态意识,预知 MiG-29 将在那个方向与敌机接触,而在三种扫描范围中选择其一。

苏-27首度采用头盔瞄准具,使飞行员只要转头就可以替大搜索角度的 R-73 导弹进行标定。然而,这项系统使得飞行员不用考虑空战中最困难的“学问”——如何咬住敌机的后方。让飞行员可以由简单的动作就得到开火机会,甚至在一开战的头对头攻击中就击落敌机。

由此我们可以得知苏联国土防空军的战术——由地面管制员引导到预计碰撞航线,由管制员控制战斗机雷达锁住目标,机上计算机算出射击解后自动射出最大火力,如果没中仍然直冲到敌机面前,以头盔瞄准器结束空战。如果还是没中,也不必在意,因为机上的武器也差不多射完了,直接回家,交由其他战斗机拦截。反正苏联有的是战斗机与飞行员,战斗机基本上成为“有人防空导弹”。

前面已经说到,俄罗斯战斗机的平显可以显示雷达资料,但却不象西方是把目标符号投影在目标视线上,而是把鸟瞰角度的雷达影像直接投影在平显上。于是,苏联的平显不象西方一样,能让肉眼与雷达互相弥补。有种看着地图与对手“击剑”的感觉,虽然这种错觉可以利用训练来克服,但总不如直观的“实景”投影来的方便,在电光石火的空战中,可能转瞬即逝的优势会丧失。俄罗斯战斗机的座舱输入界面设计考虑到设计时间的缩短也稍显不足,[color=red]以米格-29为例,在人工模式时发射一枚导弹需要切换11个按键(而F-16只要一个)。


下图:MIG-29战斗机

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不同的座舱界面甚至影响到飞行性能,苏联四代战斗机的气动设计极其出色,在表演中往往能做出复杂的过失速机动(自动平飞功能也是一个大原因,很多机动不是美式战机做不了而是不敢做害怕进入失速尾旋,而SU-27做过失速机动后电脑可以自动将战机改平),在实际空战格斗中,反应却比西方战机慢一大截----------因为俄罗斯战斗机的操纵杆靠移动来输入飞行员的指令,故飞行员手臂要摆动很远才开始以全速滚转。而西方战机的操纵杆只量测力量,飞行员肌肉一动,战斗机就知道该全速滚动了。

俄式战机的头盔瞄准具可以说是划时代的重要发明。利用头盔瞄准具可以非常方便的瞄准目标,但目标是否进入射程飞行员必须先看一下平显上的显示,甚至还必须在低头完成11个按键的准备发射动作才能抬头瞄准敌机,则头盔瞄准在迎头攻击中的巨大优势就被繁琐的操作程序所抵消。

对于苏联的空战模式和作战思路,“傻瓜”设计思想相当正确,其中头盔瞄准、自动平飞驾驶按钮等也被欧美的下一代设计所效仿。然而苏联的设计,除了自动化作业的部分外,人工作业的界面缺乏整体规划。所以一旦地面管制无法协调飞行员,飞行员面对的就是相当碍手,相当不“配合”的操作界面。


为了进一步简化空勤人员的训练。因此苏联希望不同战斗机之间,甚至是不同时代的战斗机之间(比如MiG-23与MiG-29的座舱有极高的相似性)的座舱界面尽量统一,不要有有太大的差异,以便让飞行员可以轻易地转换座机,甚至让老飞行员可以适应新战斗机。

由此可以看出,在苏联眼中的座舱界面其实有极重要的地位,尽管战斗机空气动力设计日新月异,但只要掌握住座舱界面不变,则战斗机在飞行员眼中就仍有极高的相似性。然而西方眼中的飞行员是无可替代的,所以要尽可能给飞行员争取最多的优势,只要有新的座舱科技可用,立刻运用在战斗机上。因此西方不同战斗机间的座舱绝对不同,F-16是一个明显的例子。虽然苏联飞机的座舱界面按照西方的标准存在着一些问题,但是,这完全是两种不同的作战体系,苏联人没有必要把自己的座舱搞的像“电子游戏室”-----------而目前的实战经验却表明,苏联战机的自动化,很多是不必要的,但落后的人机操作界面却极大的限制了苏式战机的飞行性能。


下图:苏式战斗机可以做惊人的机动表演,但实战中机动反应其实很慢

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本文内容于 2008-10-9 9:43:10 被随风而逝810601编辑

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