专家谈F22“低级错误” 中国或遇同样问题

天山魔怪 收藏 58 42064
导读:[img]http://img10.itiexue.net/1295/12951538.jpg[/img] 徐勇凌,空军试飞专家,功勋试飞员,国内仅有的几位国际试飞员之一。为中国空军歼-10等成功装备的研制做出过杰出贡献。荣立数次战功,曾经参加过三代战机导弹靶试,机载雷达测试等工作。   关于F-22,近年来话题不断。它的首飞、它于2005年底开始装备、它持续不断的战术技术试飞、它在航展上的精彩亮相、当然还有它在亚太的频频露脸。F-22已经成为一张战略纸牌,被美国人反复使用。然而,作为一款曾吸引

专家谈F22“低级错误” 中国或遇同样问题

徐勇凌,空军试飞专家,功勋试飞员,国内仅有的几位国际试飞员之一。为中国空军歼-10等成功装备的研制做出过杰出贡献。荣立数次战功,曾经参加过三代战机导弹靶试,机载雷达测试等工作。



关于F-22,近年来话题不断。它的首飞、它于2005年底开始装备、它持续不断的战术技术试飞、它在航展上的精彩亮相、当然还有它在亚太的频频露脸。F-22已经成为一张战略纸牌,被美国人反复使用。然而,作为一款曾吸引无数眼球、超重量级的四代战机,美国的F-22还没有参加任何一场战争,这是令人感到蹊跷的一件事。正当人们为其没有参加新一轮的利比亚空袭感到困惑的时候,又传来一个更加令人匪夷所思的消息,集当今世界最高军事技术于一身的F-22,居然因为氧气系统问题停飞了,而且还是无限期的。



其实,早在2008年我就对F-22这款战机发表了自己的看法。我认为,高成本的F-22“忽悠”了美国空军。究其原因,F-22的出笼是当时国际战略格局决定的,而当1991年苏联解体后,F-22其实已经失去了存在价值。当时历史条件下对该机一味求高求精的功能定位,已经不能适应时局变化。但在当时,美国人已经为此型号投入了巨额资金,下马已经不可能,加之F-15/16等三代战机日益老旧,军机换代的迫切压力,使得F-22项目得以延续。此时飞机战技指标已经确立,重新更改顶层设计等于推翻初始方案,其成本更加难以承受,可以说F-22项目的继续是美国的无奈之举。美国人唯一能做的就是减少飞机采购数量,不足的份额由简化版四代机F-35替代。



技术含量过高导致系统整合优化难度加大



F-22隐形战机研发中所遇到的问题,并非美国的个案,其实在世界军用航空装备领域,一种新型号的顶层设计始终是最大的难题。作战需求导向是没有错的,问题是对于战争的解读总是落后于战争发展的走向。



即使是技术预测没有错误,为了实现这种技术需求,在设计上也是颇费周折。技战术指标的预期是一回事,技术实现的结果是另一回事。再加上各种技术、经费和使用要求的限制,对于团队而言,要设计出满足各种需求的新型战机,其困难不仅仅是技术上的。



从一开始,美国军方对F-22就提出了很高的要求:该机要采用全隐身与气动综合布局、持续的超音速巡航能力、过失速机动、短距起降、先进的机载设备和火控系统与综合航空电子系统。



然而。1991年,随着苏联的解体,如此成本高昂的F-22飞机失去竞争对手,它的存在价值也遭到质疑。飞机的设计方案一改再该,随之而来的是飞机的订单被一再缩减,从800多架减少到600多架,后来到了276架,最终只有区区的179架。导致F-22订单一减再减的原因是多方面的。



首先,F-22的高性能远非制造商吹嘘的那样诱人。尽管美国人在飞机的设计和研制中几乎做到了精益求精,为了实现隐身效果与高机动性能的完美统一,在气动外形和局部构造设计上绞尽脑汁,在表面涂层的用料上几乎达到了不计成本的地步。为了达到高机动性能的目的,在发动机性能、矢量喷口设计、复合材料运用、翼身融合设计等方面下足了功夫,使飞机既能满足超音速巡航的要求,同时具备优良的大迎角机动性能。



然而要真正做到同时满足隐身和高机动两方面的要求谈何容易。比如为了达到隐身性能,F-22同时设计了全埋式隐身挂架和外置武器接口,这必然会增加飞机的结构重量,从而牺牲飞机的超音速和高机动性能。



其二,为了满足高机动性和飞行品质的要求,F-22的飞控系统设计过于复杂。飞发一体化(飞控和发动机交联)控制技术要求很高,这给飞控系统设计带来了极大的困难,尤其是飞控软件设计极其复杂,如此复杂的系统发生故障的概率也大大增加。1992年4月25日,YF-22试验机在低空通场复飞时,发生了人机耦合振荡,飞机坠毁在跑道上,原因就是飞控软件的设计缺陷。



在生产型F-22的试飞中又出现两起由于飞控系统故障导致的飞行事故,尤其是2004年12月20日的事故更是令人匪夷所思,在起飞过程中,飞机出现了飞行员预料之外的俯仰振荡现象,并迅速触地坠毁,事后技术人员依然把事故的原因归结为软件设计缺陷。



其三,F-22飞机的性价比不高。一架为战术打击而设计的飞机,每架飞机的研制和使用成本超过了2个亿,如此高昂的价格是否值得令人怀疑。可以说F-22如果大面积装备部队,最大的赢家不是美国空军,而是洛·马公司。



至此,美国空军陷入了两难境地,一方面F-22设计方案一改再改,因性能不尽如人意而饱受争议;另一方面,采购计划一再缩减,为了说服五角大楼和国会,美国空军费尽口舌。最终,美国空军和制造商都没有看到他们想要的结果。



2005年,F-22终于得以装备空军,但由于现代战机随着技术复杂程度的增加,其技术缺陷在试飞阶段并不能完全暴露,因此,在装备后进行技术更改与优化已成常态。直到2010年,F-22的系统试飞依然没有结束,去年11月份的事故就是在武器试验中发生的。

资料图:美国空军列装的F-22隐形战斗机


不低级的“低级错误”



在工程领域有一个有趣的概念,叫“低级错误”,所谓低级错误是指在较为成熟、技术含量不高的系统出现功能性、适应性方面的问题,但低级错误不低级,它往往发生在高技术含量的飞机上。这种低级错误发生的原因在于,由于对飞机作战性能提出了新的要求,会对传统的低端系统如机械、仪电、电气等系统提出更高的要求。



F-22为了实现超音速巡航,对飞机的高空性能有特殊要求,对氧气系统的相应更改与完善是必须的,这种看似不会引起重大失误的局部更改,由于不可能投入过多精力,非常有可能出现低级技术错误。



工程上的技术问题大致分为两类,一类是硬性故障或缺陷,这种问题一般在试飞阶段就会充分暴露,而技术上的措施总要经过反复试验确认无误后,才会最后装机。这类故障在研发阶段发生较多,对技术团队是一种严峻的考验,但处置起来一般比较干脆,行就是行,不行就是不行。



另一类是软性故障或缺陷,这类故障的特点是发生的概率较低,有些甚至达到千次级(一千次发生一次)甚至更低,这种缺陷大都是由于系统逻辑复杂,由于某些系统的隐形偶发故障,导致整个系统的失效和降级,也有可能是由于子系统间配合发生偶然的不协调。



由于此类故障的发生需要各种条件的契合,发生概率非常低,而且故障后的重现非常困难,这就给工程技术人员找清故障原因,并加以处理带来了很大的麻烦。这类故障是技术团队最讨厌的一类故障。而有意思的是这类故障总是发生在技术要求较高,系统逻辑较为复杂的系统上。因此,看似像是悖论的“高技术系统发生低级错误”的事情经常发生。



F-22氧气系统故障分析



首先我们要知道F-22发生了什么问题。一个氧气系统方面的缺陷导致F-22的全面无限期停飞,显然不是小问题。那么,一架技术如此先进的军机怎么会被一个小小的“缺氧”问题击倒的呢?还是让我们先来了解一下军用飞行中的用氧问题。



作为在高空高速条件下飞行的现代军机,飞行员生命保障系统就像太空飞船的生命系统一样,是较为复杂的系统,飞机要为飞行员提供温度、压力、辐射程度、氧环境都较为舒适的环境,氧气系统是飞行员生命保障系统的一个分系统。氧气系统由传感器、控制器及蓄氧供氧等系统组成,看似简单,其实极为复杂。由于对系统工作指标和稳定度有很高的要求,氧气系统的可靠性必须很高。在中空,氧气系统提供飞行员适当含量和压力的氧气,而高空,则要给飞行员供应纯氧,目的是保证飞行员有足够的氧气吸入量,还要保证飞行员在高空不发生减压症。



飞机的氧气系统是如此的重要,如果一旦发生故障后果不堪设想。缺氧所导致的生理现象比人们想象的严重得多,它可能直接导致飞行员能力降低,甚至失去行为能力。



曾经有过缺氧体验的飞行员这样形容当时的感觉:难过得连死的念头都有,恨不得立刻弹射离开座舱。由于缺氧导致的意识模糊甚至晕厥,会直接导致坠机事故的发生,而高空减压症则是“非一过性生理问题”,会对飞行员的生理产生长期的影响,有些甚至造成终身生理缺陷。



那么F-22的氧气系统到底发生了什么呢?尽管没有确切的问题报告,但从专业的角度,我可以做一个判断和分析。


首先,F-22的氧问题缺陷一定是一种软性故障,否则,此类故障一定会在研制试飞阶段得到解决。这一故障曾经发生过,很可能作为偶发故障处理了,所谓偶发故障是非机理性故障,可能是系统的偶然破损或失效,此类故障在工程上一般不作设计缺陷处理,只需更换系统即可。



但显然飞机技术团队对这一问题的判断发生了偏离,由于故障发生概率极低,甚至没有再次发生,迷惑了他们。而最近,类似的故障一定再次发生了,而且从再次发生的故障中,技术团队发现了隐性的设计缺陷,而这种缺陷甚至难以定位,但后果非常严重。



由于这种隐性故障一时很难定位,作为工程上的偏离处理,短时间内可以采用避免进入某种飞行状态来处理,如限制F-22的飞行高度。但这毕竟不是长久之计,由于工程上的故障发生规律,氧气系统故障发生的几率越来越频繁,已经到了不可回避的地步,此时唯一可以采取的措施就是无限期停飞。



从已经发生的情况看,氧气系统发生的问题不是局部子系统的问题,而是系统间协调工作的问题。如果是子系统问题,尽管难度较大,但定位容易,处置起来周期不会超过一个月。美国军方此次痛下决心长期停飞,一定是遇到了难以确认、排除的故障。那么是氧气系统的哪些功能出现了问题呢,我认为很可能是氧气系统的高空部分出现了问题,有可能是氧气压力不足,也有可能是间歇性供氧,也有可能是供氧不稳定。之所以要采取停飞的措施,是因为高空飞行一旦发生氧气系统工作的不协调,飞行员可能短时间难以察觉,而一旦察觉已经无可挽回了。



F-22的缺氧症何时治愈?



对于氧气系统这样的纯专业技术系统发生的问题,用概念思维进行判断猜测是不行的。有些专家认为,F-22的问题只是氧气问题,不是什么大不了的,很快就会恢复飞行,我认为问题没有如此简单,当然这要看飞机到底发生了什么问题。



美国人此次遇到了不小的麻烦。如果氧气系统问题只是由某个子系统的设计缺陷导致的,这样的问题不会遗留到今天。如果真是这样,即使是重新设计子系统,解决的周期也不会超过一个月。但F-22此次发生的显然不是简单的子系统问题,而很可能是系统协调配合上出现了问题。这样的问题处理起来就要对整个系统进行重新设计整合,这个技术处理过程不是短时间能够完成的,如果是设计上的顶层逻辑问题就更加复杂的。



首先,问题的定位确认颇费周折。一个直到现在才暴露的问题肯定不是一个简单逻辑问题,从工程上讲问题的定位是最困难的事情,因为发生概率很低,可供分析的故障信息较少,故障的判断需要靠经验和猜测。



其二、如果是设计缺陷或系统协调工作的问题,即使找到了问题所在,处理起来也很复杂,如需更改设计或者进行软件优化完善,技术处理的过程周期就不断,而技术处理完后技术验证的过程更加复杂,航空产品的技术考核、环境适应性考核、可靠性考核是极为严格的,其周期是不可控的,必须按照工程的要求全过程走完,系统验证考核后还要再次装机考核无误,才能恢复飞行。



从以上分析来看,F-22何时才能恢复飞行现在还难以预料。



F-22是美国人在三代机领域保持优势的基础上,继续保持空中大国地位的重要筹码,其状态对国际战略格局的影响不可小觑。从F-22所发生的技术问题,也给广大军迷上了一课:在技术高度发展的今天,军事准备尽管已经进入了太空、无人、隐身时代,但工程技术问题的规律依然存在,再先进的武器,遇到小沟小槛依然要摔跤,航空武器作为反复使用的高技术装备,其对技术、环境适应能力、战场适应能力以及可靠性都提出了很高的要求,从某种意义上讲,航空科技的技术难度丝毫不亚于太空技术,这就是俄罗斯人尽管可以再造一个太空站,却在苏-27系列飞机的技术升级上举步维艰的原因。


F-22停飞的启示



F-22战机从研发到装备坎坷不断,这从某种角度预示了四代战机未来发展的不确定性。技术的发展带来的不仅是装备作战效能的提升,由于装备价格的不断攀升,未来战争的成本将成倍增长,对未来战争的格局将会产生不可估量的影响。如果将高技术作为一种战略威慑,这种高成本的消耗隐而不发或许可以起到意想不到的效果,而真的要在战场上应用,带来的一系列问题很可能难以解决。



事物总是有其两重性,由上个世纪初肇始的空战时代,在可以预见的未来将会向太空发展。但高技术本身就是一种悖论,无论是其巨大的杀伤力所产生的人道主义后果,还是高成本对于战争投入方的压力,未来战争即使有在高尚的道德理由,给人类带来的终究是灾难。



西方军事强国在空军装备领域已经领先了几十年,但技术的压倒优势,并不意味着战场上的决定制胜权。而由高技术的导向作用,所引发的军事科技领域的竞争,对未来世界的安全不是良性推动,而是潜在的巨大威胁。



随着T-50和歼-20的首飞,四代机竞争的大幕已经彻底掀开,技术较量的结果,是在新的技术平台上形成一种不稳定的平衡,还是引发新一轮的敌对,还无可预期。无论如何,F-22所遇到的问题绝不是孤立的,它对想在航空装备领域有所追求的所有国家都是一种启示。



由F-22所发生的问题,联想到中国的空军装备、中国的航空工业和空中国防力量在未来的装备发展中,必然会遇到同样的问题,空中国防和空中力量的发展,同样需要国人的支持,尤其是在我们遇到困难和坎坷的时候。歼-20的首飞和近期的进一步调整试飞,得到国人的广泛关注,体现了国民对于航空和空军的支持,对于中国空军未来的发展和腾飞,这种支持是最大的力量源泉。



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一个供氧系统故障,居然需要F22机队无限期停飞来等待解决方案,这绝对不是因为硬件原因导致的,战斗机供氧的硬件系统并不复杂,而且也是什么高新技术,而是早已被克服的成熟技术,在二代和三代机上都没有出现过这种问题,因而基本可以判断为,该故障属于软件故障,而且很可能是属于综合传感器融合处理方面的故障,也只有这种类型的故障,才可能会这么难以处理。

简单的说,F22由于采用了新的航电结构,全机各传感器测得的数据全部输入中心处理器进行处理,而供氧系统可能需要从数个传感器取得数据来判断自身工作状态并作出响应。对于飞控火控这种复杂系统来说,这种处理方法可以处理更加全面的外部数据,并借助复杂的控制软件来得到强大的功能,这是必须的,而对于比较简单的系统来说,这种处理方法则增加了系统复杂程度,尤其是当它们和复杂系统共享数据的时候更是如此。

为什么偏偏是供氧系统会出问题,因为它的工作状态和飞机的飞行状态有很大关系,如高度、速度、过载等,而这些数据都是飞控火控等系统的必须参数,都是需要高度融合计算的参数,而制氧系统出问题,极可能就因为这个地方的软件编写有BUG,导致某些状态下出现处理错误。而这个部分的软件代码又不能随意处理,因其和核心的飞火控代码融合度很高,牵一发而动全身,所谓投鼠忌器就是如此。

解决办法,要么彻底排查该部分软件代码,F22的控制软件极其庞大,这个工作量可是不小,另一个办法是把制氧系统功能自软件中屏蔽掉,采用传统控制手段代替,但这又需要安装新的传感器和控制线路,同样不是个简单的事。

如果说这件事会带给我们什么教训的话,应该说,大一统的传感器综合处理和中央任务计算机尽管是个趋势,但为求系统简化,不妨在次要系统上采用传统控制手段,可有效减少控制软件复杂程度和工程风险。

哈哈 还好有个F22在前

有的时候冲在第一也不是一件好事

就好像跑在前面的人不小心踩了一块石头差点摔死 后面的人就会注意跨过

 以下是引用jiankang123 在第24楼的发言:
你脑袋就是水,人家说是氧气问题就是氧气问题?以前人家还说隐形直升机搁置了呢?现在不是出来了?而且已经服役很久了。清醒点吧。人家说什么是什么可能吗?我倒认为他在升级F22的某些重要功能。也许有更新的技术出现要用到F22上。人家总不能说更新最新科技吧?脑残,鉴定完毕

你用什么论据来证明你非脑残的观点呢?你有楼主十分之一的知识我喊你爷爷。既然美国人随便找个理由本身不可信,那么这个国家仗着高技术把自己的飞机吹成无所不能的神机同样也值得怀疑。可惜你只看到了美国人的障眼法,却看不到美国人也有虚夸的优良传统。

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