美国f22战斗机详细资料

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导读:F- 22战斗机是美国洛克希德·马丁公司与波音公司为美国空军研制的21世纪初主力制空战斗机,主要用于替换美国空军现役的F-15战斗机,在美国空军武器装备发展中占有最优先的地位。2002年9月,美空军正式将F-22改名为F/A-22,确立了F/A-22将兼顾制空与对地攻击双重任务。2005年12 月,美国空军兰利空军基地的第27战斗机中队装备的F-22A率先达到初始作战能力(IOC),随后国防部表示F-22A已经达到战备状态。同时美国空军又恢复了F-22这一名称。在2007年进行的一系列演习中,F-22A创造

F- 22战斗机是美国洛克希德·马丁公司与波音公司为美国空军研制的21世纪初主力制空战斗机,主要用于替换美国空军现役的F-15战斗机,在美国空军武器装备发展中占有最优先的地位。2002年9月,美空军正式将F-22改名为F/A-22,确立了F/A-22将兼顾制空与对地攻击双重任务。2005年12 月,美国空军兰利空军基地的第27战斗机中队装备的F-22A率先达到初始作战能力(IOC),随后国防部表示F-22A已经达到战备状态。同时美国空军又恢复了F-22这一名称。在2007年进行的一系列演习中,F-22A创造了模拟空战击落144架“敌机”而自身无一伤亡的“神话”。尽管这一数字不可全信,但仍足以佐证F-22A性能的超前程度。

2007年初F-22已经完成交付一个完整的大队,并已开始部署到阿拉斯加和日本冲绳岛。尽管稍后F-22即退回美国基地,但该机已经成为美国干涉东亚事务的重要筹码。2007年8月,美国空军签订了总额50亿美元的多年采购合同,3年内共采购60架F-22战斗机。

美国空军航空系统部建立了先进战术战斗机系统计划办公室(SPO)。SPO于1983年具体提出了ATF的概念,随后分别向七家主要的航空制造企业发出了各价值100万美元的设计方案合同,包括波音、通用动力、格鲁曼、洛克西德、麦道、诺斯罗普和洛克韦尔下属的北美飞机公司。在要求中,ATF应该能在未来空空、空地战场威胁环境中夺取空中优势,确保美军在全面或高技术的局部战争中夺取绝对的制空权。具体包括五个方面的要求:低可探测性、高机动性和敏捷性、超音速巡航、较大的有效载荷、具有飞越所有战区的足够航程。同年,通用电气和普·惠公司被选入ATF计划,为ATF研制新型发动机。美国空军希望凭借少量的先进的F/A-22抗击大量技术相对落后的敌机,取得制空权。美国方面称其为制空(Air Dominance)战机。

为了在技术水平上彻底超越F-15和苏联战斗机,SPO不断为ATF增加细节的明确要求。包括甚高速集成电路、主动变弯机翼、高压液压系统、不易燃液压技术、液压传动武器挂架、隐身能力、声控指挥控制、保形传感器、共享天线、一体化飞行控制与推进控制、短距起落、矢量推力、人工智能、先进复合材料、先进数据融合和座舱显示、集成电子战系统(主要包括AN/ALR-94电子战系统和AN/ALE-52箔条投放器等)、通信/导航/识别一体化、变速常频发电机、氧气发生系统以及光纤总线等等。1985年9月,美国空军开始发布招标。到1986年7月,七个竞争方案全部提交。经过空军评审,1986年10 月31日宣布洛克希德/波音公司的YF/A-22和诺斯罗普/麦道公司的YF-23方案为优胜。1990年6和9月,YF-23和YF/A-22先后开始试飞。

经过半年多的对比试飞,1991年4月23日,美空军宣布洛克希德-马丁公司的YF/A-22获胜。这就是F/A-22最早的原型机。91年8月, F/A-22战斗机进人工程制造和发展阶段。首架F/A-22原型机于1997年4月9日出厂,5月29日首飞,生产型计划于2004年开始装备部队。美空军原计划采购438架,现减为339架。

为配合研制计划的进行,许多空中测试平台也应运而生。其中最为特别的是波音757FTB“空中测试平台”。

F/A-22的材料分布图如下。在机身制造上,F/A-22有着许多独创的新技术特点。例如前机身的舭状边缘,世界上最大的钛合金锻件—— 中机身隔框,传统航空材料(铝合金与合金钢)仅占全重的20%,钛合金比例高达36%,复合材料也达到24%。该机的整体式座舱盖尺寸达到了史无前例的3 米x1米x0.76米的规模,重达163千克,可承受以相对速度1018千米/小时正面的一只1.8千克重飞鸟的撞击。该座舱盖采用聚碳酸脂透明件,厚度达20毫米,强度达到117~196MPa。该座舱因为强度很大,弹射座椅已经无法使用穿盖方式,改为使用火箭抛射方式。

F/A -22战斗机采用翼身融合体、双发双垂尾布局,综合优化曲面外形,截尖菱形上单翼,V形倾斜双垂尾,全动平尾,S形进气道,使飞机的隐身性能和机动性能得到了很好的折衷(见题图)。据介绍,F/A-22的雷达反射截面积约为0.1平方米,生存能力比目前的常规飞机提高18倍,作战效能是F-15战斗机的3 倍。

F/A-22装两台普拉特·惠特尼公司F119-PW-100加力式涡扇发动机,单台加力推力155.7千牛,发动机推重比达到10,飞机推重比达到1.1。发动机不开加力时,飞机能以M1.58作超音速巡航30分钟。这一特性对于高速突防、快速通过敌防空区极为有效,并可大大提高空中发射导弹的初始速度,使空射武器没有空带限制,这在双方迎头相遇的超视距空战中尤为重要。同时,超音速巡航能力还有利于快速追击,利用速度优势提高截击能力、扩大导弹的攻击范围和增加攻击机会。发动机装二元俯仰轴推力矢量喷口,可在俯仰方向变化正负20度,使飞机具有高的超音速机动性能和好的低速大迎角性能,最大迎角可达60度。飞机能在空中迅速变换自己的位置,使机头快速指向目标,并能在空中任一位置向敌机发起攻击。F/A-22的爬升率、盘旋角速度、滚转角速度、加速特性、盘旋半径、爬升特性、盘旋角加速度和滚转角加速度等性能都优于F-15战斗机。这些性能指标上的优势使F/A-22具有更强的空中格斗能力,能变被动为主动,变劣势为优势,进行各种超常规机动作战。F/A-22 的短距起降能力极佳,能在500米长的跑道上起降。

F119 -PW-100在2002年9月获得美国空军颁发的初始使用批准(ISR),标志着该发动机即将投入现役使用。在4000多小时的飞行试验中,F119- PW-100发动机没有发生过一起空中停车或发动机失速的故障,这一极高可靠性的表现是航空发动机历史上前所未有。普·惠公司成功进行了F119的全面的部件和整机试验,其中包括相当于美国空军6年的服役期的耐久试验。严格的试验项目证实了该发动机热端部件的全寿命期能力和其他所有部件的基地维修间隔寿命。所有的试验结果都证实了该发动机满足维修性、性能、操作性和结构完整性的要求。

美空军表示:F119发动在整个飞行试验评估中工作良好,满足或超过所有要求,期望F119在实际使用环境条件下仍保持优良的性能。目前,F119正在进行加速成熟计划AMP的试验,这一计划是F119部件改进计划的一部分。AMP将模拟F/A-22武器系统6到8年的运行时间以及其他恶劣的工作条件。例如,提高了最高涡轮前温度的工作时间,增加加力燃烧室点火器的数目和喷管矢量循环数以及加大发动机的不平衡量使之超出正常预计值。即使在如此恶劣的条件下,F119发动机仍具备较好的性能、可操作性、可靠性和耐久性。迄今为止,普·惠公司已交付36台生产型F119发动机。

F/A -22配备综合航空电子系统。配备综合航空电子系统是第四代战斗机的主要特点之一。该系统的特点包括:通过数据总线进行信息传送,采用模块化结构实现结构的简化和资源共享,通过传感器数据融合获取更丰富、准确、质量更高的目标信息,所有作战信息通过平显和多功能显示器显示,为飞行员提供关键的飞行及作战信息,显著降低了飞行员的工作负担,通过机内自检和系统重构,使系统具有容错能力,提高了系统的可靠性和可维修性。高性能的综合航空电子系统使F/A-22 具有良好的识别、选择、瞄准、快攻和帮助飞行员决策的能力。

F/A-22配装APG-77多功能有源相控阵火控雷达(AESA),对 3平方米目标的最大探测距离为200公里,可同时跟踪攻击30个空中目标,能探测跟踪16个地面目标,并能拦截巡航导弹。另外,它还有很强的侦察能力,所用的电子侦家设备可以比F-4G“野鼬鼠”飞机更精确、快速地测定敌方雷达的坐标位置。美空军还将为F/A-22的APG-77增加合成孔径技术 (SAR),以改善其对地武器投放精度。SAR将在F/A-22形成初步作战能力后,作为首个重大改进项目。当SAR成功结合在APG-77上以后, F/A-22采用JDAM攻击时,将使误差减少约50%。由于用SAR部件替代AESA中老式的零部件,要比较便宜,所以从长远观点来看SAR能节省 APG-77的费用。下图显示了相控阵雷达的优点,在极短的瞬间内可以进行多项工作。

AN/APG-77雷达可通过F-22飞机上的通用信息处理机(CIP)与其它的传感器和航空电子设备相联。该处理机可对天线的收/发波束方向图进行控制并对所接收到的雷达数据进行处理。这种有源电扫阵列由2000个低功率X波段收/发组件构成。每一辐射单元的发射机和接收机是分置的,这种类型的天线可为支持F-22飞机的空中优势提供必需的灵活性、低雷达截面和宽带宽。较低的寿命周期成本可对增加的复杂性、重量和采购成本进行补偿。APG-77采用了砷化镓(GaAs)技术,一个70mm×3mm的收/发组件可产生10W的射频功率。APG-77本身没有数据处理机。F-22上的两台CIP把雷达同F-22飞机上的其它传感器和电子战系统综合在一起。雷达同飞机武器系统的有效接口就是直接通过这两个CIP来实现的。

APG-77具有先进的抗电子干扰能力,预计装机后,F-22将在强杂波和多目标威胁的环境下具有全天候、全向、全高度空/空和空/地作战能力。据 2000年期刊透露,APG-77除去具有聚束式合成孔径方式获得高分辨率外,还采用逆合成孔径技术获得超高分辨率(UHR)。由于其分辨率为约0.3 米,一个30米长的目标就会有100个像素来确定目标的大小和形状。这种目标的形状识别能力加上回波频谱特征的计算机比对,使该雷达具有一定的“非合作目标识别(NCTR)”能力。

美国空军F-22“猛禽”第四代战斗机工作方式 空/空:空/空搜索与跟踪,空战机动(ACM,近程空战格斗),边测距边搜索(RWS),搜索高度显示,边速度搜索边测距(VSR),边跟踪边扫描,单目标跟踪(STT),袭击群目标分辨,改善上视搜索(远距搜索),战情提示,通过凹口跟踪技术。

空/地:增强实波束地形测绘,扩展地形测绘,多普勒波束锐化(选用地图“冻结”),信标,地

面动目标跟踪,地面动目标显示(GMTI)。

空/海:海面目标检测(选用地图“冻结”,中/低海情),固定目标跟踪,地面动目标显示

(GMTI),地面动目标跟踪(GMTT)。

作用距离 160n mile(用VSR方式对上视/下视迎头目标)

160n mile(用RWS方式对迎头或尾追目标)

80n mile(用增强实波束地图测绘方式对导航地形图和地面目标探测)

40n mile(使用GMTI方式对陆地和海面目标)

10n mile(用ACM方式自动锁定被探测到的第1个目标)

31n mile(用STT方式自动锁定第1个目标)

扫描范围 格斗状态:30°×20°(正常),10°×60°(垂直扫描)

跟踪能力 同时跟踪10个目标

波束锐化 8:1(DBS1),64:1(DBS2)

ISAR 像素的目标尺寸为0.3m,30m长目标有100个像素

线型式 有源相控阵列

天线直径 约1m

T/R组件 2000个

组件功率 10W/组件

MTBF 整机 400h

天线 2000h

冷却方式 液冷

根据军方对F-22飞机的探测距离远的要求,雷达设计师对有源和无源阵列及其体积、重量和电源作了论证比较后选择了有源电扫阵列。虽然有源电扫阵列在技术和费用方面的风险较高,但能获得较宽的射频带宽并实现远距离探测。6位相移T/R组件设计本身代表了一种复杂的折衷,即对发射功率、效率和增益等参数作相互折衷选择后以得到一个可承受的T/R组件性能结果和可承受的最终成本,对GaAs芯片的多次研制评估后达到这种平衡。接收机使用低温共烧陶瓷 (LTCC)作为中频接收机的基板,这种LTCC具有导热性佳和重量轻的优点。在激励器、采样数据交换器、通道形成器和阵列环流器基板/汇流环中也均使用了LTCC。在激励器中采用的大量振动隔离措施对频综器的离散频谱产生有效的控制。电源使用高密度电源并采用分布式设计,这样做大大提高了雷达的可靠性和可维修性。

2001年5月,诺斯罗普·格鲁曼公司提出将洛克希德·马丁公司为JSF联合攻击战斗机设计的有源电子扫瞄阵列雷达用于F/A-22战斗机的可行性。据诺·罗公司介绍,由于F/A-22的设计方案在该项目进入工程制造与发展阶段(91年8月)时即已定型。因此经过这么多年的发展,JSF联合攻击战斗机的雷达远比F/A-22先进得多。正是由于这种技术上的先进性,使得JSF的雷达系统售价仅相当于F/A-22雷达的一半,重量更轻,作战能力相当,其中空对地目标定位能力比F/A-22雷达还要强。成本问题也部分导致了两种机型在生产数量上的巨大差异。然而,到目前为止,JSF上的系统还没有被批准用于F/A-22上。这是因为系统集成和测试的成本也很高,阻碍了系统被用于其它设计。

武器方面,F/A-22配备一门口径M61A2 20毫米机炮;可挂4枚发射后不管AIM-120C中距空空导弹和2枚AIM-9X近距导弹,还可挂HARM“哈姆”高速反辐射导弹,AGM-154联合火力圈外导弹,GBU-32联合直接攻击炸弹,JASSM三军火力圈外隐身巡航攻击导弹,WCMD风修正子母弹,GBU-22“宝石路”III型制导炸弹等。炮口和弹舱门均装有能够快速开启的舱门,轻巧敏捷的弹舱挂架还具有快速伸出并弹射弹药的功能。使得这些开口都得到了保护,提高了隐身性能。

2002年4月美空军为使F/A-22具有悬挂标准重量250磅(113千克)的小型炸弹(SDB)的能力,计划将原本设计在武器舱内的环控系统导管去掉。SDB目前正在由波音公司和洛克希德·马丁公司进行竞争。如计划实现,F/A-22战斗机可内挂多达8颗SDB,显著增强对地攻击能力。目前武器舱仅为内挂AIM-120C和JDAM设计,设计时环控系统导管穿过武器舱,不便于挂载其他武器,因此必须移走。环控系统导管的作用在于将发动机吸入的空气引到环控系统,为飞机的航空电子设备和飞行员提供冷却用气体。这项从武器舱内移走环控系统导管的工作,可能在2003财年开始进行。

F/A-22战斗机的空重为13.6吨,最大起飞重量27吨,最大飞行速度M2.1,作战半径1500公里。F/A-22战斗机的研制和生产总费用达到了700亿美元,出厂价格预计每架为7200万美元,是目前世界上最贵的战斗机。

作为第四代战斗机,F/A-22战斗力倍增,而可维修性大大提高。F/A-22将比它所替代的第三代战斗机可靠得多。与F-15相比,F/A-22 飞机保障所需的资源明显减少,作战能力却明显提高。这样F/A-22是真正意义上的战斗力倍增器。从F/A-22设计伊始,就注重保障性设计,目的是降低 F/A-22的使用与保障费用,由此将使F/A-22飞机20年服役费用只有F-15同样使用年限的一半。过去保障性设计只是在飞机设计全过程的最后阶段才给予考虑;但在F/A-22的飞机部件或系统图纸设计阶段,维修人员就与设计工程师及制造工程师一起,参与飞机部件或系统的设计、制造及维修工作。设计、生产、维修三方在保障性设计方面需要通力合作。生产一线使用的工具,如果对维修保障有用,也推广应用到维修一线。例如,工厂生产线上使用的座舱盖安装吊车,已经应用在部队。F/A-22与F-15相比,可连续出动架次是F-15的两倍,可靠性指标也是F-15的两倍,每飞行小时只需要0.5个直接维修工时,再次出动检修时间是F-15的2/3。此外,部署一个F/A-22中队(24架飞机)值班30天仅需8架C-141运输机,而部署一个F-15C中队则需16架C-141运输机;部署F/A-22中队所需的车间设备(如机轮和轮胎、弹射座椅、飞行员装备等)和飞机备件也都比F-15明显减少。

F/A-22机身底部离地面只有0.9m,这样,几乎所有的部件或系统都在肩膀高的高度范围之内。模块化结构的航空电子系统,采用了目前民用计算机相当流行的即插即用(P&P)技术,排除故障既方便又迅速。机内自检技术可以将故障诊断系统到外场可更换模块(LRM)即可插拔电路板卡,实际上是一个可确定故障等级的专用电子卡。故障过滤技术系统可以确定故障危险等级以确定是否在座舱向飞行员发出提示甚至告警信息。重要故障数据记录使得维修人员知道什么时间什么部件发生什么故障。F/A-22飞机上拥有能为飞行员供氧的机载制氧系统(OBOGS),因此不需要地面液氧设备。为保证飞行安全,在油箱油量下降时,需给油箱充惰性气体。因此,F/A-22拥有机载惰性气体制造系统(OBIGGS),用其输出的氮气给油箱充气。F/A-22还拥有1个辅助动力装置(APU),因此不需要地面电瓶车。F/A-22的操作尽可能简单,例如,只需要4个简单的步骤,就可以使发动机启动。总体上看,F/A-22 再次出动准备包括给飞机补充油料、弹药,以便飞机能再次升空作战。F/A-22允许航炮装弹和导弹挂装同时进行,而在其他战斗机上,则必须严格按先后次序进行。F/A-22采用单个加油点、单个耗材状态检查点。F/A-22采用气动液压伸缩式导弹发射架,以防飞机再次出动准备期间发生走火。

F/A -22系统具有可靠性高、保障备件少、空运保障量小等特点。它的航空电子系统采用容错技术,当某一电路板发生故障时,系统能自动进行重构。该电子系统应用液冷技术,利于延长系统寿命。此外,在研制期间,航空电子系统就经历了综合分析、研制测试和全规模测试,这些测试比传统的军用标准测试更加严格、时间更长。例如,电子设备测试的热循环次数是军标的10倍,高速震动的振动时间也是军标的10倍。

近期F/A-22武器系统有新进展。美EDO公司从洛克西德·马丁航空公司获得了一份940万美元关于其先进中程空空导弹发射器的合同,合同还包括140万美元的先进材料采购经费,经洛克西德公司批准,该先进材料将由EDO公司的船舶与飞机系统工厂生产。EDO的首席执行官称,这一合同巩固了EDO公司作为一个用于飞机上的气动发射机构的供应商的地位,这种气动发射机构将在21世纪装备部队。EDO公司的武器弹射产品是公司成长战略的一个核心产品,这种专用产品广泛用在国内和国际的飞机上,包括未来的联合攻击机。这种导弹弹射发射装置称为LAU-142/A AVEL,可使挂装在飞机内部的武器安全与飞机分离。AVEL使用了一种高可靠性、非化学能系统。当在飞行中接到发射导弹的指令时,AVEL系统充气,然后将导弹安全地推射出去,导弹非常迅速地穿过临界空气流动层。

2001年8月,F/A-22研制成功10年后,美国终于下定决心投入巨资批量生产F/A-22战斗机。国防部次长阿尔德里奇宣布,将正式投产 F/A-22“猛禽”战斗机,以替代目前正在服役的F-15机群。洛克希德·马丁公司将承接生产295架F/A-22的生产订单,如果价格成本令军方满意,五角大楼将会增加订数。

由于订购计划的确定,F/A-22的其他试验计划也开始加速进行。如近期F/A-22进行了被弹试验,即抗毁损能力的试验。试验中用高射炮弹向停放在实验室内的F/A-22射击,F/A-22的部分蒙皮损坏,但主要结构未受大的影响。这证明了F/A-22的机体结构可以顶住少量小型高炮炮弹的攻击。

目前美国空军已经为F/A-22战斗机的首支作战联队选定基地,即著名的弗吉尼亚州兰利空军基地。首批F/A-22计划于2004年9月进驻该基地, 2005年12月将具备初始作战能力。之前美空军根据F/A-22战斗机作战联队驻扎的最终环境影响的声明中有关的信息、分析以及公众的态度,做了详细的研究报告。可见环保力量的强大。最终认为驻扎兰利基地符合美国的国家环境政策法案NEPA以及政府关于NEPA中环境质量的规定。

具体工作包括:

·在基地建立三个战斗机中队,包括72架F/A-22战斗机和6架备用机。F-15“鹰”战斗机被替换。该工作将于2002年开始;

·在基地为训练和作战部署提供管理;

·为F/A-22联队提供基础工具设备和基础设施;

·完成人事变动,适应新的需要;

·在现有的空域和军事活动领域内管理F/A-22战斗机的训练活动,强调空对空作战和超音速飞行;

·对指定空域和警戒区域进行交通控制;

·在授权的空域进行金属箔条和干扰曳光弹的训练;

·在批准的军事训练靶场,如内华达州的内利斯综合靶场、犹他州的犹他试验和训练靶场或佛罗里达州的伊根空军基地的靶场内,完成相关训练设施的部署,以便F/A-22进行使用JDAM联合直接攻击弹药的对地攻击训练。

2002年1月美国L-3通信公司的子公司数据链模拟与训练公司获得了F/A-22项目中价值2600万美元的合同,为波音生产2套F/A -22的任务训练模拟器和4套武器战术模拟器,计划2003年2月交付。未来还可能再次向该公司订购8套F/A-22训练设备。最终目标是装备60套飞行员训练设备和15套维护人员训练设备。该系统通过一套虚拟仿真环境与支援小组的训练练习系统联网,包括任务模拟器、武器战术模拟器和跳伞过程模拟器等。地勤人员使用F/A-22的维护训练系统则可以察看、取出、检查和更换几个部分的部件。由于F/A-22强调维护的高效率和廉价性,数据链模拟与训练公司重任在肩。

2002年F/A-22的关键结构部件——钛合金铸件的生产合同由波音公司飞机和导弹分部转包给了霍梅特(HOWMET)铸造公司。霍梅特将生产F/A-22的机体侧面和副翼铸件、制动齿轮的全新设计的零件。随着F/A-22合同签发订购数量的大幅增加,为节约时间和成本,部分零件的设计被改为铸造。采用全新的现代化铸造工艺能节省大量成本,提高生产速度,这使得波音不惜推翻部分零件的原设计而改用铸件。

2002年初美国爱德华兹空军基地的F/A-22联合试验部队表示了F/A-22热加油的能力。所谓热加油是指飞机着陆后,发动机始终不停车,立即给飞机补充燃油,确保飞机能快速的再次出动。该部队负责人表示将于2003年4月开始研究和验证F/A-22的综合战斗返回性能,包括武器装备重新装填的能力,以确保F-22具有更强的战斗性能。

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