不知道在中国神话里玉皇大帝发起威来用的是什么兵器,在希腊神话里,主神宙斯发起威来,就抓起一把闪电丢下去,哪个倒霉蛋要是挨上一下,后果很严 重。洛克希德飞机公司一定很喜欢这个口彩,把第二次世界大战中美国唯一从战前一直生产到战争结束的战斗机P-38命名为“闪电”。这架双发动机的重型战斗 机不负众望,其累累战功中最出名的是在太平洋上的布干维尔岛上空把山本五十六的座机打了下来。进入喷气时代后,洛克希德的运气欠佳,在50年代并不太成功 的F-104之后,一直要到90年代才连中两彩,接连获得F-22和F-35的订单,其中F-35被命名为“闪电II”。但是这一次,耀眼的闪电受到一直 很牛气的美国海军陆战队的拖累,似乎蔫成了夹生饭了。


F-35这锅夹生饭:空战能力存短板

不过如今洛克希德最大的头痛还是F-35“闪电II”,这会是一锅闪电式的夹生饭吗?


美 国海军陆战队是一支独特的武装力量,这是世界上唯一一支并列于陆海空三军的海军陆战队。美国海军陆战队的作战使命不仅包括抢占滩头,还包括作为一个独立的 战役方向向纵深发展,所以美国海军陆战队不仅拥有适用于抢滩作战的轻步兵,还有坦克、炮兵甚至航空兵,包括旋翼和固定翼的航空兵。从某种意义上说,美国海 军陆战队是现在世界上唯一拥有有机配属的固定翼航空兵的陆战力量。在海上,美国海军陆战队的固定翼航空兵伴随海军航空兵行动,担任舰队防空和对岸攻击;上 陆后,则伴随地面部队滚动前进,同步提供空中火力支援。由于这样的独特要求,美国海军陆战队装备了AV-8“鹞”式战斗机。这是60年代英国为了应付核大 战条件下机场跑道受损后继续出动的要求而设计的垂直/短距起落战斗机,后来被皇家海军采用,成为“无敌”级小型航母的舰载战斗机,并被西班牙、意大利、泰 国、印度等国海军采用。美国海军陆战队采用“鹞”式之后,可以在上陆后就地构筑的简易钢板起降平台上出动,为上陆部队提供持续的空中掩护,而不受航母部署 的限制。但是“鹞”式只有高亚声速,而且十分老旧了。2010年12月15日,英国最后一个“鹞”式中队在华丽亮相后退役了,美国的AV-8也同样渐入黄 昏。


90 年代中,在美国海军陆战队寻求“鹞”式替代的同时,美国空军也在寻求F-16的替代,美国海军则在寻求F-18的替代。由于基本战术要求相近,美国国会责 令三军合作,研制一种具有隐身能力的三军通用的战斗机平台,三军可以根据独特要求发展亚型。美国空军的F-35A相对简单。由于这是大头,在发动机上和 F-22达成某种通用性是最合理的,F-15和F-16共用发动机是美国战斗机发展史上的一个里程碑,但这也决定了F-35将是单发的。美国海军在传统上 偏好双发战斗机,但为迁就海军而迫使空军改用双发不现实,现代发动机的可靠性已经足够高,90年代美国空军的研究表明,美国单发战斗机因为发动机故障而失 事的机率不比双发战斗机高,所以美国海军的这种迁就是可以接受的。美国海军陆战队的F-35B则要求具有短距起飞、垂直降落的能力。正是这个要求使F- 35的研发过程充满的曲折。


作 为重于空气的飞行器,飞机产生升力的奥秘在于机翼,但机翼依靠速度才能产生升力,跑道就是供飞机加速、产生足够升力以升空的途径。要摆脱跑道,实现垂直起 飞,只能用发动机的蛮力产生直接升力。发动机推力垂直向下以产生直接升力好比垂直爬天梯,在前进中通过机翼产生气动升力好比走斜坡,虽然最终都可以上升到 同样的高度,但走斜坡明显比爬天梯省力。换句话说,滑跑起飞比垂直起飞省力省油,可以达到更大的载弹量和航程。“鹞”式的使用经验表明,垂直起飞在实际上 使用很少,不光损失航程和载弹量,炽热的喷流还容易烧灼跑道或者甲板的表面。垂直起飞的另一个问题就是喷流回吸的问题,喷出的贫氧高温燃气在地面反弹,再 次作为新鲜进气被吸入发动机,严重降低发动机效率,也增加机械损耗。苏军在阿富汗曾部署过雅克-38,用于近距支援地面部队,也出于这些原因,很快撤下 了。另外,垂直起飞对飞行员的操作水平要求很高,稍有不慎,就有造成失衡的危险。滑跑起飞(包括弹射起飞)就相对容易。但垂直降落依然是必要的,美国海军 陆战队的平甲板两栖攻击舰没有航母上的斜角下降跑道,为了不阻碍舰上飞机的连续出动,只有在起飞甲板后的甲板空间垂直降落。垂直降落时,飞机已经轻载,也 没有航程、载弹量的问题,不必太顾忌耗油问题,这些都有利于降低技术难度。AV-8B的替代因此没有追求垂直起落,而是短距起飞、垂直降落,简称 STOVL(全称Short Take Off Vertical Landing)。实际上,STOVL和垂直起落只隔一层纸,STOVL飞机不是不可以垂直起飞,只是载油量、载弹量大大降低。F-35B也是一样。


美 国先进国防研究计划局(简称DARPA)在80年代就和美国航空工业界联手开始新一代STOVL技术的研究,其中波音的技术以“鹞”式的罗尔斯罗伊斯“飞 马”发动机为起点,采用机体重心四周的四个转向喷管实现一体化的升力-推力系统。洛克希德则参考了俄罗斯雅克福列夫的分立式升力加升力-推力技术,但用升 力风扇取代专门的升力发动机,和发动机转向喷口相结合,实现垂直升力。波音方案的整体气动布局受发动机喷口和机体重心的相对位置的限制很大,最后导致了波 音X-32那不雅的尊容。波音方案依然有喷流回吸的问题,所以从压气机引出高压常温空气,从喷口和进气口之间的槽形喷嘴向下喷出,形成气帘,阻止喷流回 吸。洛克希德方案采用一前一后两个直接升力来源,像用抬杠抬重物一样,控制力臂较大,有利于姿态控制的稳定性。由于升力风扇的排气是常温空气,在地面反弹 回吸也不至于造成问题,在本质上解决了这个老大难。但洛克希德方案的难点在于如何把发动机的功率传送到升力风扇。


洛 克希德和DARPA的合作围绕着叶尖涡轮概念,也就是像溪流推动水车一样,用高压喷流吹拂风扇的叶尖,驱动风扇。这个概念很有吸引力,不需要机械传动的轴 系和齿轮。由于需要的气流量很大,从压气机引出所需的高压气流将严重影响发动机的工作,或者需要一个巨无霸的风扇,影响发动机的整体优化;如果从喷气流引 出所需的高压气流,很难解决高温的喷气流在机体内转弯180度的问题,管道占用的空间、耐热都不好解决。在努力多年之后,洛克希德放弃了这个方案,改用机 械传动,从驱动风扇的转轴引出延伸,经过齿轮减速,驱动升力风扇。这个结构不仅沉重,还需要传送相当于驱逐舰推进功率的大功率,技术难度非常高,但洛克希 德和普拉特惠特尼最终解决了这个难题,这才有了今天的F-35B。


空军型F-35A不需要STOVL能力,升力风扇和传动系统的空间转用于额外的油箱,用以增加航程。海军型F-35C也照此办理,并大大加强了起落架,机体作了防腐处理,最大的差别则在于大大增加了翼面积和襟翼,以提高低空低速操控,适合航母起飞着陆的需要。


但问题出在垂直起落的F-35B上


F- 35是按隐身战斗机设计的,所以采用机内武器舱,使得机体很是臃肿。为STOVL预留的空间进一步增大了F-35的机体,使得总重急剧攀升。在第四代(过 去称为第三代,现在美俄统一将高机动战斗机这一代称为第四代)重型战斗机中,F-15C的空重为12700千克,正常起飞重量为20200千克;苏-27 的空重为16380千克,正常起飞重量为23430千克。但F-35A的空重也达到13300千克,正常起飞重量则达到22470千克。也就是说,“轻 型”的F-35A实际上和重型的F-15C、苏-27的重量相当。F-35B和F-35C更重,F-35B的空重达到14500千克,因为机内燃油量从 F-35A的8390千克下降到6030千克,所以正常起飞重量下降到21310千克,不过机内燃油作战半径也从F-35A的1090千米下降到833千 米;F-35C的机翼增大,空重达到15800千克,较高的空重和更大的机内燃油量(增加到8890千克,机内燃油作战半径1185千米)使正常起飞重量 上升到25470千克;但F-35B和F-35C的最大起飞重量都和F-35A一样,限制在31800千克,这是由统一平台的结构载荷限制决定的。


为 了补偿不断攀升的飞机重量,F-35的发动机最终成为世界上单发推力最大的战斗机发动机 ,非加力的军用推力就达111千牛,加力推力更是高达178千牛(一说军用推力125千牛,加力推力191千牛)。但F-35B的推重比只有0.85,依 然远远低于F-15C的1.12和苏-27的1.07。F-35B的翼载高达499千克/平方米,远远高于F-15的357千克/平方米和苏-27的 377千克/平方米。有意思的是,空军的F-35A由于机内燃油量和正常起飞重量的提高,推重比实际上下降到0.81,甚至低于以笨重著称的F-4“鬼 怪”式;翼载高达526千克/平方米,甚至高于以“人操火箭”著称的F-104的514千克/平方米。海军的F-35C加大了机翼,所以翼载下降到410 千克/平方米,但推重比进一步下降到0.71,仅略微高于专业对地攻击的F-105的0.69。F-35的最大速度也只有1.6(一说1.8)倍音速,甚 至低于F-16和F-18,超巡更是免提。F-35A的机体按照9g过载设计,F-35C限制到到7.5g,F-35B进一步限制到7g。这是为了降低对 机体结构强度的要求、避免进一步增重的原因。


作为对地攻击飞机,F-35家族无疑是称职的。但翼载太高,推重比不足,严重影响了F-35家 族的机动性。战斗机机动性与升力和推力的关系并不直观。简言之,对于战斗机来说,升力不光用于克服重力,使战斗机得以飞行于空中,还是机动性的关键。换句 话说,拉大弯需要首先横滚到几乎侧立,用机翼的升力产生转弯所需要的侧向力。所谓拉9g的圈子,实际上就是斜向的升力高达飞机重量的9倍。此时用于克服重 力的垂直升力分量依然为1g,通过力的分解不难算出,此时侧向力为8.94g。对于一架典型重量为10000到20000千克的战斗机来说,这相当于 882-1764千牛的侧向力,这是在可预见的将来任何发动机的推力转向都不可能达到的。翼载是单位机翼面积所承受的飞机重量,翼载越低,产生升力的“余 量”越大。另一方面,拉大弯的时候需要拉大迎角以产生最大升力,阻力急剧增加,需要用特别大的发动机推力来补偿。所以,低翼载和高推重比是高机动性的基本 手段。F-35的隐身、电子系统和先进导弹确实大大增强了F-35的空战能力,但如果说隐身、电子系统和导弹的进步使战斗机的飞行性能不再重要,那就看看 美国空军是不是舍得放弃F-22而用F-35挑大梁吧。作为参照,F-22的推重比至少为1.09,即使在非加力状态,推重比也达0.72,翼载为375 千克/平方米。


对于美国空军来说,F-35是作为和F-22搭配的低档战斗机设计的,主要用作对地攻击,并在F-22数量不足时填补次要方向上的空战任务。对于美 国海军还说,在可预见的将来潜在对手不具有隐身战斗机的能力(中国新歼试飞后,不知道美国海军是否会修正这一评估),所以F-18E将继续担任舰队防空的 主力,其0.94的推重比和459千克/平方米的翼载比F-35C更加适合空战,F-35C则利用隐身担任对地对海攻击。对于美国海军陆战队来说,F- 35B将取代现有的F-18C/D和AV-8,统包海军陆战队分担的舰队防空和对地对海攻击任务。对于美国的盟国来说,F-35家族则是顶天立地的主力, 包干空战和对地攻击。然而,F-35逊于F-22一级的具有隐身、高机动和超巡的战斗机自不待言,但在与苏-27这一代高机动战斗机空战中,F-35也具 有难以名状的缺门。


机 动性不足使F-35在视距内空战格斗中难以取胜,速度不足使F-35在进入和退出战斗中缺乏主动权,更揪心的是,全用机内武器的话,F-35的空战挂载严 重不足。F-35的机内武器舱可以挂载2枚空空导弹(AIM-9X近程弹或AIM-120中程弹)和2枚炸弹(JDAM级),空空导弹挂在舱门挂架上,发 射时舱门打开,导弹暴露于空气中,便于发射前锁定目标。AIM-9X是从发射架上直接发射出去的,不可能从武器舱里投放后再点火。AIM-120是投放后 点火,所以也可以从炸弹挂架上投放,这样F-35可以有4枚空空导弹。相比之下,F-22可以挂载8枚空空导弹,F-15、苏-27也同样如此。


舱 门挂架上的导弹是可以在激烈机动飞行中发射的,但炸弹挂架上的导弹只有在平稳飞行中才能安全投放,而且只能先发射后锁定,所以只适用于远距离的目标。在理 想情况下,F-35可以气定神闲地首先发射中程弹,然后用近程弹打扫战场。但在预警不力或者对手具有有效电子干扰的情况下,中程弹的命中率大大下降,F- 35将被迫用仅剩的2枚近程弹搏命。F-35A依然保留机内航炮,但F-35B和C为了限制空重的增加,被迫放弃机内航炮,只能在需要的时候用外挂航炮吊 舱。隐身出击而不带航炮吊舱的话,用完4枚导弹,F-35B和C就被解除武装,这时连逃脱都吃力,因为最大速度不足,而且F-35的后向隐身是最糟的,不 像F-22那样具有良好的全向隐身。2008年8月,兰德公司在名为《空战的过去,现在与未来》报告中用历史数据指出,从海湾战争到科索沃战争,AIM- 120在视距外的命中率实际上是46%,这还是在对手没有电子对抗或者没有任何规避机动的情况下取得的,AIM-120的实战命中率预期在10-50%之 间更加合理,而不是厂商宣称的75% 以上。近程弹也有类似的问题,机动性、制导精度和对方的电子、红外对抗性能同步增长。F-35是F-4“鬼怪”式之后世界上第一架没有机内航炮的战斗机, 可能也是最后一架,其空战中的表现将为世人瞩目。


F-35B和C外挂航炮吊舱是经过隐身处理的,但要是隐身处理就可以使外挂不损害隐 身,F-35就不需要费那么多心思搞机内武器舱了。F-35具有很大的翼下外挂能力,但使用翼下外挂的话,F-35的隐身就荡然无存,速度将由于外挂阻力 而进一步下降,机动性不足的缺点也愈加突出。


美国国内对F-35的空战能力早就多有批评。兰德公司的《空战的过去,现在与未来》就指责F- 35“转不动,爬不高,跑不了”(can’t turn,can’t climb,can’t run)。2008年兰德公司的一个作战模拟中,苏-35击败了F-35,引起正在考虑采购F-35而取消F-18E的澳大利亚的忧虑,澳大利亚国防部长 菲茨吉本下令军方专门报告,结果F-18E的采购继续,而F-35的采购至今没有落实。美国现计划以3230亿美元(不包括600亿美元的研发投资)的总 投资,购买2443架各型F-35,但同样的投资可以买至少5872架F-18E,数量上增加150%,在航电、武器和飞行性能方面至少不低于F-35家 族,只有在使用全机内武器挂载的时候隐身不如F-35。洛克希德和F-35计划办公室声称,F-35的作战效能高于第四代战斗机至少400%,但对于如何 得出这样的结论讳莫如深。


但对于“鹞”式的用户来说,F-35B毕竟是第一架超声速STOVL战斗机,具有和空海军F-35同等的战斗力, 而“鹞”式从来就比同时代空海军战斗机“低人一等”的。在理论上,美国海军的平甲板两栖舰艇、英国、西班牙、意大利、泰国、印度等国的小型航母都可以换装 F-35B,在战斗力上一举翻身,达到近似大甲板航母的水平,至少在单机能力上近似。但F-35B具有独特的STOVL能力,也有独特的问题。


F- 35B的升力加升力-推力动力系统解决了升力发动机的炽热喷流问题,但主发动机的炽热喷流问题依然存在。F-35B的F135发动机安装了一个可动喷口, 像蜜蜂尾巴一样可以弯下来,产生直接升力。但喷口离地面很近,喷流炽热,而且流量巨大,将造成对甲板的严重烧灼问题。F-35B在陆地上已经做过十次垂直 起落试验,但是至今没有上舰测试,严重落后于进度,原因之一就是喷流温度问题。美国海军的计算表明,F-35B的喷流热量不至于使甲板下的钢结构融化坍 塌,但还是会造成变形损坏。解决办法之一是全面加强所有计划采用F-35B的平甲板两栖舰艇的甲板,这个太兴师动众,成本太大;另一个办法就是重新设计 F-35B的喷口,改善喷流散布,改善喷流降温,控制烧灼问题,但这要影响推力,更要影响测试和部署的进度。美国国防部长盖茨在1月6日五角大楼记者会上 说,F-35B需要对发动机和机体重新设计,估计发动机部分就包括烧灼问题。在F-35B喷流烧灼不降低到“鹞”式的水平之前,其他国家用F-35B换装 “鹞”式实际上不可能。


F-35B的另一个问题是辅助进气门的损坏。在使用升力风扇时,升力风扇门打开,升力风扇工作,位置稍后的辅助进气 门也打开,帮助发动机进气。在垂直模式时,升力风扇门全开;速度在120节(月222千米/小时)以下的低速模式时,机翼开始产生升力,升力风扇出力降 低,升力风扇门打开至65度;速度更高时,打开至35度,直至不再需要升力风扇的助力,完全关闭。问题是,在低速模式时,辅助进气门受到的风压太大,造成 损坏。改进办法是在165节(约306千米/小时)以下保持升力风扇门全开,为辅助进气门挡一下。但这样阻力大增,升力风扇门本身也需要加强。更大的问题 在于发动机机框的疲劳损坏,可能来自于垂直状态喷管偏转的额外应力。在盖茨讲话中,机体的重新设计估计包括这个问题。F-35B的机体重新设计已经不是第 一次了。由于结构超重和升力风扇占用机体容积的缘故,F-35B的机内武器舱已经被迫缩小,只能挂载2枚1000(约454千克)磅炸弹,而不是F- 35A和C的2枚2000磅(约907千克)炸弹.


F-135是美国航空发动机工业变态实力的体现,但这对美国也是极限了,再要大幅度榨出更大的推力实在是勉为其难了


问 题在于F-35B的这些重新设计不可避免地要导致增重,而F-35B最怕的就是增重。美国的航空发动机工业是世界上最先进的,普拉特惠特尼在已经领先世界 的F119发动机基础上,进一步“榨”出了推力更大的F135,还研制成功了变态的升力风扇传动机构,但这对美国也是极限了,进一步增加出力已经不大可 能。另一方面,F-35B的着舰重量必须满足至少两枚1000磅炸弹和两枚空空导弹的重量,加上最低限度的机内燃油量。在设计之初,F-35B的空重为 13484千克,基本和F-35A的空重相当,加上升力加升力-推力的动力配置,具有很大的重量余量。但是在设计过程中,空重逐步增加,最后超过了 F135的直接升力能抬起的重量,只好继续修改,直到现在的14500千克,但这是在海军陆战队被迫降低最低机内燃油量的限度后才做到的。现在F-35B 再次面临增重,而F135发动机增推已经不行了,而且可能因为喷口重新设计而损失一些推力。英国皇家海军早就预计到F-35B可能会有着舰重量问题,已经 在着手用短滑跑着陆解决这个问题。英国正在建造的“伊丽莎白女王”级航母在设计的时候就为弹射起飞、拦阻索降落预留了空间,所以有斜角甲板,F-35B短 滑跑着陆问题不大。美国海军的平甲板两栖舰艇都是直通甲板,要是不影响连续出动的话,没有短滑跑的空间,这个问题最后怎么收场还不知道。


F- 35B本来是计划于2012年先于A型和C型首先交付使用的,现在被迫推到最后交付使用。F-35B需要至少40次成功的上舰测试,才算达到可以交付使用 的状态,现在连一次实际上舰都没有做过,最早要到今年10-11月才可能开始。盖茨已经判了F-35B两年缓刑,如果在两年内还是不能解决主要技术问 题,F-35B就可能面临下马的悲剧。F-35A和C的试飞也有问题,跨音速和中等迎角机动飞行出现问题,加力燃烧也有不稳定的问题。这还没有算入软件研 发中的巨大问题,头盔瞄准具是F-35武器系统的重要部分,但在软件整合上出现了大问题。在最理想的情况下,F-35家族也要到2016年才能完成系统研 发和示范阶段,2017年开始初始部署和验收。由于F-35计划的延迟,美国已经增购45架F-18E/F,对150架F-18C/D延寿,所有F-35 的初期制造被大大放慢,仅以不致关闭生产线为目的。原计划2016年前订购446架F-35B,现在决定最多124架。


美国海军陆战队对 F-35B寄予厚望。虽然现役的F-18C/D已经老化,还是顶着不肯采购F-18E/F。在美国海军强烈要求海军陆战队采购EF-18G专用电子战飞机 的时候,海军陆战队也依然坚持用并不适合电子战的F-35B承担。在美国海军建议海军陆战队将部分F-35B换成F-35C,以和航母上的海军F-35C 中队共型的时候,海军陆战队同样坚持清一色F-35B。美国海军陆战队很清楚,F-35B是一个F-35A和F-35C之间的夹缝型号,要是采购量降低, 单价将剧增,将严重威胁F-35B的生存。但F-35B的研发问题已经严重推高单价,单价问题威胁生存,F-35B已经陷入了一个死循环。据美国《航空周 刊与空间技术》2010年12月16日报道,F-35B的计划单价已经上涨到1.094亿,但首批单价实际上是1.617亿,这都是不包括单价3800万 美元的F135发动机和升力风扇(F-35A和C的常规F135单价为1900万美元)的洛克希德的价格。盖茨命令的设计改进只能进一步推高单价。除了美 国海军陆战队,英国皇家海军本来打算用F-35B装备“伊丽莎白女王”级航母,但2010年10月,卡梅伦政府宣布,订单将转为F-35C。英国将为此改 装“伊丽莎白女王”级,增装弹射系统。意大利海军本来打算跟随英国,用F-35B换装“加里波地”和“加富尔”级航母上的“鹞”式,现在也犹豫了。国外订 单的消失将进一步推高F-35B的单价,增加F-35B的生存压力。如果F-35B最后取消,美国海军陆战队将面临及其尴尬的地位,即使换装F-35C或 者F-18E,也将失去“鹞”式所代表的STOVL能力,“鹞”式的退役不能再推迟了。这将使海军陆战队的有机空中力量的概念陷入困境。联系到盖茨砍掉了 EFV两栖战车计划,美国海军陆战队的转型或许是更大的问题,但这是另一个话题了。


在F-35B深陷囹圄的现在谈论F-35B对中国周边安 全环境的影响似乎为时过早,但F-35B独特的STOVL能力对中国周边一些国家有不小的吸引力也是毋庸置疑的。日本的“日向”级“直升机驱逐舰”实质上 是大甲板的反潜航母,不能直接搭载F-35B,但经过适当改装就可以具有这个能力。韩国对直通甲板小型航母也跃跃欲试。毫无疑问,搭载F-35B对日韩海 军的作战能力是一个大跃进,但F-35B的长处在于对地攻击,而不是海上制空。日韩小型航母的这点F-35B在装备了大量歼-10、歼-11的中国空军面 前,毫无优势可言。在中近海,拥有大量大甲板航母和得到美国空军支持的美国海军都没有把握形成对中国的压倒优势,日韩要做到这一点更差得远。中国海军反航 母的假想目标是在威力、经验和体系上远为先进的美国海军大甲板航母,日韩想用小航母翻盘,门也没有。印度是另一个可能装备F-35B的海军,同样,中国海 军要么不进入印度洋,要进入印度洋,就是准备好不怕美国大甲板航母找麻烦的,印度小航母的这点F-35B成不了大气候。


F-35B是“鹞”式之后唯一的STOVL战斗机,不算夭折的雅克-141的话,也是世界上唯一的超声速STOVL战斗机。F-35B带来过希望、苦恼和教训。不管F-35B的故事最后怎么样,这锅闪电式的夹生饭将在世界航空史上留下浓重的一笔。