(转载)侧卫VS鹰

其实是2篇针锋相对的文章,一起分享了。

A.侧卫比鹰略胜一筹——美国空军教官如是说

“侧卫比鹰略胜一筹。”

—— 美国空军Terrence Fornof上校,2008年时担任美国空军战术中心需求及测试部主任(Director of Requirements and Testing , US Air Force Warfare Center)。

苏-27、30、33、35侧卫系列和F-15鹰系列的战斗机孰优孰劣一直是航空迷及各大航空杂志上经久不衰的话题。其实,本来侧卫和鹰两者就是各有所长、伯仲之间。两者都是非常好的作战平台,可供改型、升级的空间也都很大。两者的改型也都众多,各取两个系列中的某一个改型比较单项性能意义并不大,通常看到这种比较也就是一笑置之。但是,由Zhang Weize执笔的“鹰与侧卫——龙虎相争30年”一文(以下简称为“鹰文”),其中有颇多错漏。令笔者观后如块垒在胸,不得不撰此文以正视听。

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图一,研讨会中的弗洛夫上校

首先,对于上面的视频截图,看过鹰文的读者应该还有印象。图中正在讲话的这位飞行员就是本文开头引用的、说过“侧卫比鹰略胜一筹”的Terrence Fornof上校(以下简称为“弗洛夫上校”),2008年时担任美国空军战术中心需求及测试部主任,现任内华达州空中国民警卫队司令官,在F-15系列上有超过20年的飞行经验,也曾经担任F-15的教官。图中这次半官方的总结研讨会是在2008年印度空军苏-30MKI参加过红旗之后进行的,在座的是一群美国空军现役及退役的飞行员,其中有很多是将校级的军官。与鹰文中描述的不一样,这不是一场记者招待会,现场没有媒体记者、国会议员、代表或者外国飞行员,讲员无需讨好外人。更为重要的是:鹰文或有意或无意的漏掉了视频中弗洛夫上校两次强调的一个事实:苏-30MKI比美军的F-15和F-16强!

为求公正,笔者将弗洛夫上校这段讲话的视频(以下简称“视频”,共上下两部分)上传到了笔者的土豆账号,供有兴趣的读者自行查证。链接如下:

(抱歉,不会上传视频,还请高手指教,尽快补上)

这两段视频最有趣的地方是官泄了F-22、苏-30MKI以及F-15在两万英尺(6096米)高度的持续盘旋率,三者分别是每秒28度、22~23度以及15~16度。而因为更良好的气动设计及矢量控制技术,在这个高度,苏-30MKI的瞬间盘旋率可以达到30度,而F-15则只有21度。也就是说,模拟对抗的结果显示在中空盘旋能力方面,苏-30MKI对F-15C有绝对优势。

而对比苏-27S和F-15C两型飞机飞行手册上数值,也是如此。在中空和低空的绝大多数速度段,苏-27系列的持续盘旋性能都有绝对优势。直到三万英尺(9144米),两者的持续盘旋率才基本持平。

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图二,美国网友根据厂商的F-15C以及苏-27S飞行手册做的,在海平面、无外挂、50%机内燃油情况下的两者盘旋率对比(横轴为表速,纵轴为盘旋率)

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图三,美国网友根据厂商的F-15C以及苏-27S飞行手册做的在三万英尺高度、无外挂、50%机内燃油的两者盘旋率对比
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图四,麦道公司F-15飞行手册上的过载及持续盘旋率曲线。装F100-PW-220引擎的机型,无外挂、总重三万七千磅(以两万八千磅空重计算的话,机内燃油为九千磅。横轴为马赫数,纵轴为盘旋率)

弗洛夫上校在总结研讨会讲话中,有两次直接对比侧卫系列与美军现役的F-15和F-16。第一次从视频(上)的3分10秒开始,原话如下:"When you compare it (苏-30MKI) to US airplanes, where does it stand against the F-16 and the F-15? It's a tad bit better than we are. And that's pretty impressive. It has a better radar, it has more thrust, and it's got vector thrust, it's got longer range weapons." (“当你比较苏-30MKI和美军飞机的时候,它跟F-16和F-15相比如何呢?它比我们略胜一筹。这让人印象挺深刻。它有更好的雷达,它有更多的推力,它有矢量推力,它还有射程更远的武器。”)

第二次从(下)的0:25开始,原话如下: "We used to be way ahead of them. Now they've caught up to us, and they are just a little bit... and I say they are a little bit ahead of us because when their pilots learn how to fly the airplane (苏-30MKI), they will be able to beat the F-15 and the F-16 on a regular basis."(“我们以前抛开他们很远。现在他们赶上来了,而且超前了一点... 我说他们超前一点儿是因为当他们的飞行员学会怎样飞苏-30MKI这型飞机之后,他们将能够经常性的打败F-15和F-16。”)

那么,在08年的这次交锋中,印度的飞行员败在哪里呢?弗洛夫上校在视频中也讲得很清楚。在纯机炮的1对1模拟空战中,没有合理利用能量,过分依赖大迎角的过失速机动和矢量控制。在初次交会的盘旋中消耗了能量之后,当美军飞行员开始垂直面机动时,仍然强行用机首指向美机,结果被对方利用介于 Boom & Zoom 和 Hi Yo-Yo 之间的垂直面机动击败。这里要注意的有两点:

第一,在现代空战中,执行空优任务的战斗机,空空导弹带弹量都很大,发生纯机炮空战的机会极低。以本文分析的鹰和侧卫这两个系列来看,F-15系列是六长两短;苏-27和苏-30带翼尖干扰舱的话也是六长两短;苏-35带翼尖干扰舱是至少八长两短。在仍然有中距导弹、特别是主动中距弹的情况下,任何一个理智的飞行员都不会主动进入视距内空战。即使进入了视距内,能够迎头发射、大离轴角发射的现代红外格斗弹仍然是比机炮更好的选择。敌我双方的飞机都同时耗尽所有空空导弹、而双方都不愿意脱离的情况不能说完全没有发生的可能,但绝对是凤毛麟角的极低概率事件。

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图五,生产厂商宣传资料中的苏-35空优挂载(注意如果采用中线复合挂架,能让此机带翼尖干扰舱后仍能带十长两短,共12枚空空弹。当然,苏-35的中线复合挂架到目前为止还是没有实物。)

第二,即使进入了纯机炮空战中,像侧卫这样水平机动性能以及中低空性能更佳、但较重的飞机,在高空对上如鹰那样垂直机动性能更好的飞机,还是有很多选择。纯炮战中,如何应对 Hi Yo Yo 和 BnZ 的教程已经很多,本文就不累述。更何况,即使在高空的垂直面机动上,侧卫对鹰的劣势也不大。只要不浪费能量,不做无谓的大迎角和大过载机动,不见得会输。

在鹰文中,除了对2008年红旗演习研讨会上总结的描述不尽不实之外,其引用的前苏联时期的中央空气流体力学研究院(TsAGI)的资料也有问题。那是俄国人在没有F-15详细资料的情况下,用公开的创记录的条纹鹰的数据做的推算,对F-15的爬升能力有相当程度的高估。以1G过载、在3000米到7000米空域、速度为0.95马赫的数值为例。俄国研究人员当时认为F-15在3000米能有每秒212米的爬升率,到了7000米,仍有每秒168米。

而根据F-15的飞行手册,在维持马赫0.95的速度时,总重为三万磅的F-15(也就是说只有2000磅的机内燃油),从3000米爬升到7000米,需要28.2秒,平均爬升率为每秒141.8米;而总重为三万五千磅时(无外挂及大约50%机内燃油),需要34.8秒,平均爬升率为每秒114.9米。远远低于俄国人当初的推算值。这里还要说一句的是F100-PW-220相对于-100,改善的只是可靠性、寿命和可维护性,最大加力推力没有增加反而略有减少,所以下面用的是-100的爬升数据。

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图六,F-15飞行手册封面

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图七,TsAGI的资料,红线为笔者所加。纵轴上的两条红线为俄国人推算的在3000米及7000米以0.95马赫爬升的F-15的爬升率;曲线上的红色斜线为0.95马赫在不同高度的时速

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图八,F-15飞行手册中使用最大加力推力时的爬升时间及阻力系数数据,红蓝线为笔者所加。粗蓝线是只带2000磅机内燃油在海平面以350节的空速加速到0.95马赫、爬升到三万英尺(9144米)需要的时间,这个数字是58秒。两条红线分别为只带2000磅机内燃油以及无外挂、50%机内燃油时从3000米爬升到7000米所需时间

很显然,无论是理论数据还是贴近实战的模拟对抗结果,鹰文使用的论据都很成问题。最后要说的,就是那张日本空中自卫队F-15J对中国海航苏-30MKK进行概略瞄准的HUD图。先请各位读者先看看另一张HUD图。

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图九,对抗格斗演习中被F/A-18瞄准的F-22猛禽

很简单的一个道理就是,不能凭上面的HUD图作出一个“F/A-18的格斗能力比F-22强”的结论。同样道理,F-15J对苏-30MK2一事上,单凭一张HUD图和双方到目前为止都不甚详尽的叙述,并不能判断当时的具体情况。事实上,如果日方飞行员真的如他自己所言,在双方迎头交会后马上开始垂直面机动,则在这张HUD图之前,苏-30MK2已经有了从F-15J后半球用红外格斗弹攻击的机会。当然,在没有更多资料之前,也只能猜测而无法断定当时交锋的过程。

如本文开篇所述,侧卫和鹰两个系列其实是在伯仲之间。用两个系列中侧重空优的型号比较机动性,很多时候侧卫会稍微占优。即使加上雷达这个因素,侧卫也不见得吃亏。因为,到目前为止,装了AN/APG-63(V)2有源相控阵雷达的F-15C也只有18架。也就是说,绝大部分现役的鹰系列,在雷达性能这方面对苏-30和苏-35并没有优势。

最后要说的是:妄自菲薄跟盲目自大一样,都不是好习惯。

B.为什么F-15强于苏-27

看到了《鹰与侧卫-龙虎相争30年》和Panzerkom的质疑,其中大量的数据非常值得分析。笔者的专业恰好是飞行动力学相关,与同事一起在课余时间翻看了TsAGI计算报告的中译本和F-15A/B/C型的操作手册,发现身为航空爱好者的网友虽然精神可嘉,但是对部分概念和航空术语的理解还有偏差,在此略提一二,也方便大家学习。

为了理清脉络,本人先说结论。有兴趣的读者可以看后面的详细分析:

1. F-15的手册解密时间较晚,手册实测数据(1985年10月实测值)普遍超过苏联时期TsAGI估算的F-15数据(1983)。

2. Panzerkom在阅读手册时误以为速度一直维持在0.95马赫,且未进行等效空速和实际空速的换算。

3. F-15手册上使用的是较重载油,16787千克的性能,与苏-27的18920轻载油性能不能直接比,需要换算。

4. 经过TsAGI小幅低估的F-15性能,相对苏-27依然有一定优势。


详细分析如下:

TsAGI计算的F-15和苏-27性能条件为:1964苏联标准大气,F-15作战重量15800千克,苏-27作战重量18920千克。

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而Panzerkom给出的F-15A/C手册的F-15C性能是在更多载油的37000磅,也就是16787千克给出的。我们先看看F-15C此时的持续机动包络线:(转载)侧卫VS鹰

注意,苏-27在18920千克作战重量下,载荷量只有空重的12%(按照现存最轻的苏-27单座基本型16800千克计算)。而F-15的37000磅(16787千克),载荷量高达空重的31%(F-15C MSIP改进后空重为28400磅)。如果统一标准,根据转弯过载与重量呈反比,转弯率数据会对苏-27不利。即使不统一标准,按照TsAIG的计算标准(15800千克),F-15的持续机动峰值依然略占优势。

其次,Panzerkom网友给出的瞬时盘旋比较数据,并不是F-15C手册值,有相当大的出入。令人感觉奇怪的是,Panzerkom网友给出的F-15C海平面瞬盘只有24度每秒,而且大部分区间的瞬盘值还不如苏-27的穏盘值。但手册上的F-15C在3000米高度的瞬盘值都有25度每秒(外挂8枚导弹,资料来源USAF Test Pilot School Flight Test Manual Vol.1 chapter 9, 1991.8)。显然,Panzerkom网友把“F-15手册实测值”和“苏联TsAGI估计值”搞混了。后者和前者有出入是可以理解的,毕竟苏联估算F-15性能时可用的数据很少,只能大量采用F-4的数据。而F-15手册解密时间较晚。但通过两者的比较,还是可以见到苏联在估算F-15性能时下了很大力气。

那么,苏联到底高估还是低估了F-15的性能呢?我们从下面的爬升率数据中可以窥知一二。

下面是Panzerkom网友给出的另一质疑:爬升率。

Panzerkom网友表示:这图上是F-15的爬升时间,换算出的0.95马赫爬升率明显低于TsAGI估计的F-15爬升率。

这里有两个问题:

1. TsAGI给的并不是0.95马赫的爬升速度,而是更高马赫数的速度。因为横轴是等效空速而不是实际空速,这两者需要用大气数据换算。例如:在高空,1200公里每小时的等效空速对应的实际速度是2马赫以上。

2. 仔细看F-15手册原文会发现:爬升速度是从350节开始的,速度上限是0.95马赫。换句话说,Panzerkom网友将速度上限误当为爬升速度。350节加速到0.95马赫在爬升过程中是一个很缓慢的过程,他取的那个点并没有达到0.95马赫的速度。

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那么,TsAGI究竟高估了还是低估了F-15单座型的爬升速度呢(TsAGI估计值为310米/秒)?我们先看看手册上的双座型F-15B的空载爬升率(重量15100千克,与苏-27载荷系数相当):

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在低空,有一段区间达到1200英尺/秒,相当于365米/秒。换句话说,即使考虑到F-15C内油增大造成的爬升率衰减,而不考虑单座型的阻力下降,也会在340米每秒左右(这个结论与本人校友方叶檀同志的计算结果相当)。而TsAGI给出个估算值仅有310米/秒。换句话说,TsAGI可能低估了F-15的推力,或者高估了F-15的阻力,或者两者兼有之。如果仔细观察TsAGI估计的F-15爬升曲线,在峰值附近被消掉一截,尚不清楚这样做的目的是什么(通常飞机的爬升曲线并没有这个平台区,而是有一个尖峰值。当然也可能是本人见得太少,恳请前辈批评指正):

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经过低估的F-15的螺旋上升转弯包络线,仍然超过了苏-27一截,如下图所示:

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我们知道螺旋上升转弯是很耗能量的机动,而被TsAGI低估的F-15仍然表现出了一定的优势。其他还有一些低估的问题不一而足:TsAGI与1983年估计的F-15最大可用升力系数是1.08,而F-15的试飞结果是1.55,等等,以后可以逐一讨论。

最后是针对08年红旗军演新闻发布会上的访谈。

Panzerkom网友似乎没有亲自听原文,而是去搜索译文,这些译文可能有不完整的部分,本人反复听了几遍原文,对Panzerkom网友提出一些疑问,希望能获得解答:

1. 原文似乎没有提到苏-30MKI在20000英尺的瞬时盘旋能力达到30度每秒(也可能是本人听力不佳漏过,恳请指正)。

2. 原文指出F-15C演习中携带了4枚导弹和2个翼下副油箱,而30MKI几乎是空载。即然这样,这二者的性能就毫无直接可比性了。

3. 原文提到苏-30MKI的一个特点: It’s a huge airplane. When it turns, it creates tremendous drag. 换句话说苏-30MKI的转弯机动产生巨大的阻力,这应该属于一种缺点吧。

4. 然后是关于印度飞行员为什么一定要启用推力矢量:如果不乱用推力矢量,是否胜负依然难料?原访谈表示:You get to the merge, rolled in and turned in on him, he kicks into vector thrust and starts to fall. 这表示,F-15切入内弯导致30MKI别无选择,要么继续被咬,要么启用推力矢量放手一搏。当然这里还有一个疑问:为什么转弯率更高的苏-30MKI会被F-15咬尾?仍然注意原文:苏-30MKI的高转弯率是用推力矢量达到的(Panzerkom网友已经给出),而它被咬尾时尚未启用推力矢量。不能小看这一点差别吧:不用推力矢量则不会跌高度,但是转弯率低;开推力矢量转弯率高但是跌高度。这种推力矢量是不是用起来有点纠结呢?

5. 没错,被访谈者提到30MKI很先进,但这是因为它使用了很先进的技术:推力矢量,相控阵雷达,远程武器系统。但是先进技术的堆砌是否能达成良好的性能?这似乎是两个概念。


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