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F-35“闪电Ⅱ”战斗机到底有多可怕?
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2022.12.14 江苏

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美国军方军方公布了被称为block4x的F35增量升级计划,将在雷达,光电,发动机等方面进行全面升级。这款打诞生起便饱受争议的战机在一片舆论的悲观中一路走来,并且羽翼渐丰。时至今日,F35已经逐步发展成为全球最强大的战机之一,并在未来美军的作战体系中发挥出超乎想象的作用。打F35进行block3升级后,不少朋友对F35进行分析后逐渐发现其性能大大超过了普通军迷对他的预期,遗憾的是,这些人似乎只是国内军迷群体里的一小部分,诸如'F35只是低端的,主打对地,给F22打下手的一种中型战斗机”的看法在今天的网络上仍然很常见。本文将根据公开资料分析现阶段以及可预见未来里F35的大体作战性能及其新兴技术给未来战争带来的改变。可能有朋友对F35不感兴趣,但up要说的是:我们有多了解F35,就能多了解信息化时代下的现代/未来空战会是什么样;F35在信息化方向上的一切亮点,一切给未来战争带来的战法革命,都是我们在探索歼20未来使用思路的重要参考方向,F35有多可怕,歼20就有多可怕。

在正文开始前,需要强调一件事,JSF计划全称为joint strike fighter,正确的翻译应该是“联合攻击战斗机”或者“联合打击战斗机”;部分翻译软件将其翻译为联合攻击机,这成为很多人认为F35只是一款低端草履虫的论据之一,实际上在美军序列中的攻击机的代号应该是attack fighter ,所以JSF计划诞生的很明显不是一种攻击机,希望各位朋友注意~

不俗的隐身

隐身作为一款五代机首要的战术指标,其重要性无需赘言。美国佬作为稳坐隐身技术头把交椅的老大哥,F35同样在低可探测方面亮点颇多;享受航空设计水平发展的JSF计划在X-35验证阶段就采用了dsi进气道,由于取消了附面层隔道,F35的正脸不会像F22那样形成两处强烈的反射峰,从而达到更好的隐身效果。从国内学术机构对F35的气动及RCS模拟上看,零俯仰角时F35的±30°上的平均雷达散射水平与F22大致处在同一水平,反射峰则更少,也就是说,起码在这个角度内,F35的隐身水平不逊于F22。

值得一提的是,在早期JSF计划中,军方对其隐身指标为-30db,其隐身水平低于F22的-40db,但到了2014年,美国空军却传出了不一样的说法,空战司令部司令Mike Hostage在接受采访的时候明确提到F35的隐身性比F22更好(原话是The F-35 doesn’t have the altitude, doesn’t have the speed , but it can beat the F-22 in stealth.)这一说法在随后被Bogdan所肯定,此人是JSF联合计划办公室的领头人;在随后的几年内,F35隐身优于F22的说法不停地在不同人士的口中得到肯定,在这里不一一列举了。

令人惊讶的是JSF计划在早期便考虑到假想敌可能拥有的反隐身能力并专门对此进行优化,由于相关资料较少,目前唯一能够推测的就是F35会在气动设计和RAM材料上对米波/分米波段进行优化。

1992年的《航空周刊AW&ST》报道宣称JSF的VHF隐身能力比以往的隐身机都要更好。

F35在隐身方面最大的争议便在于其机腹的鼓包,很多人因见其不平坦的机腹便认为其机腹隐身性能低下。事实如何呢?我们要先了解一个概念:曲面隐身。曲面隐身其实并不是什么新兴的隐身技术,实际上在上世纪70年代末,美国传出其在发展低可探测技术的时候,大部分人都认为隐身技术的重点是利用圆滑的曲面以消除雷达的直线反射,但在1988年F117首次公开后便已直线构型和多面体外形震惊了世人,从此之后,很多人提到隐身的气动设计的特点首先想到的就是直线,平坦,平行线,曲面隐身几乎被人遗忘。

从国内的建模模拟上看,F35的机腹鼓包对隐身并没有高到不可接受的水平,离所谓不隐身更是相去遥远。

20世纪80年代中期,麦道公司就已经在研发新一代的代码里融入曲面分析技术,而在诺斯罗普设计B-2的时候,便大量融入了曲面隐身的设计,至今为止,B-2仍然是隐身性能最好的机型之一;由此可见,隐身与曲面并不冲突,经过精密计算的曲面同样能达到优良的低可探测性,随意得出所谓曲面机腹不隐身之结论者,与持鸭翼不隐身论者一样,都是肉眼微波暗室的伪军迷。

随着计算机能力的不断增长,现在的五代机完全可以在一定程度上做到复杂曲面与隐身并存。

航空史上气动设计的巅峰之一

2011年巴黎航展期间,雷声公司展示出的视频里包含的两段视频显示出F35有高达300度每秒的横滚角速度,接近人体所能承受的极限;但这种滚转率其实在单发战机上很常见,歼10和F16这种典型四代机上就可以达到。对于无矢量的F35来说,多系涡流耦合的运用得当和高水平的飞控使得F35拥有超过50度的可控迎角;在前几次的各大航展中,F35都在表演中表现出过人的机动水平,即使是在7G限制的条件下,也有超越绝大部分四代机机动性;此前已经有人做过对比,这里就不再学舌了。

图为2013年F35A开弹仓进行大迎角机动测试

j-turn,又称赫伯斯特壁蹬,一种迅速完成180度回转的大角速度偏航转弯机动。由于同时需要满足高攻角和高侧滑角下机体的偏航机动性与横轴稳定性,这种机动直到1991年才被X31做出来。由于此机动对低速/过失速条件下的气动效能提出相当高的要求,一般只有具备矢量推力的机型才能做出这种机动(X31,苏35/37,歼10TVC等)。但在之后的航展和公开资料里我们可以看到,F/A-18F和F-35在没有矢量的情况下依旧做出了J-turn机动。

上面说过,J-turn需要飞机在低速状态下还能具备有效的操纵能力,具备矢量推力的战机可以任意地在各种速度下控制飞机姿态;而无矢量的战机则要在气动上下足功夫。无矢量战机想要做出J-turn,就需要飞机在大迎角状态下出现侧滑角,侧滑角会导致前机身涡流出现涡流差,从而出现偏航力矩,而偏航力矩又会导致侧滑角更大,如此循环反馈便能做出J-turn机动。但这就带来一个问题:想要达到低速条件下的操作要求,并在机体出现侧滑角的时候带来足够的偏转力矩,就需要飞机有很强的前机身涡流。F/A-18E/F通过其标志性的大边条达到强涡流的要求,而F35则是通过机头/进气道/主翼的多系涡流耦合带来了足够强大的前机涡(五代机涡流运用可以去前几次投稿查看,这里不再赘述)即使以五代机的标准看,F35在气动设计上也依旧是相当优秀的。

F-35的气动设计很大程度上受到F-22的影响

一般认为过失速机动在空战中会损失很高能量所以实用价值不大,但j-turn是个例外,j-turn可以做到迅速转向而不损失太多能量。

不断走低的价格

截至本文写作的时间,F35A的单机飞离价已经降至7900万美元,如果你对这个数字没什么概念的话我们就来做个对比; 2017年F/A-18E/F的裸机价格为7900万刀,F16block70为6000万美元,F15se为1.1亿美元。庞大的订单量和逐渐成熟的生产线技术使得F35的单价一降再降,当年因为F35的高价而不断喊着“像砍掉科曼奇那样砍掉F35吧”的政客们也都停止了嘴炮。F35的低价带来的效应是显著的,对于小国来说,花上不算高昂的费用买上十多架便能改变甚至颠覆局部区域的空中力量对比;而对于财大气粗的美国来说,大量的F35机群可以更好的发挥出体系作战的优势,甚至给未来的空战模式带来一场革命……

这种3D虚拟模式和投影技术给F35生产提供很大便利,人工的熟练程度对生产线的影响大为降低,进一步减少了F35的组装时长和生产成本,值得一提的是这种技术最近国内也已出现。

讲讲战斗机的生产

影响战斗机的产能的因素非常多,无论是哪种子系统的产能跟不上,还是工业水平的限制,都会对战斗机的生产速度产生重大影响;尤其是当一个国家的航空工业跨代接触到某型飞机时尤为如此,比如引进苏27系列对我国航空工业的冲击与促进等等。因此,F35的大规模生产与歼20目前相对更少产量的差距不是单体现发动机产能或者其他某个子系统的差距,而是两国航工工业的整体差距。

即使强如美帝,在F22和F35的生产与后期使用上也遇到过这样那样的问题,在歼20这件事上,我们急不得。

首屈一指的航电

重点来了,如果说F35身上有什么最大的亮点的话,那便是先进的航电与超强的态势感知。但这种航电上与传统战机(包括F22)的差距在哪?很多人没有一个具体的概念,所以up见过很多很多朋友在讨论对比F35与F22时都知道F35航电水平高,但是高在哪,有多高?不知道,仅仅因为F22的隐身(看上去)和超巡等方面的优秀而觉得娘娘更强,甚至再把肥电批判一番……

EOTS(Electro-Optical Targeting System)

F-35系列上使用的EOTS为AAQ-40,由光电系统研制经验丰富的洛马公司设计,其外层是由七块蓝宝石面玻璃板组成的多面体,达到隐身目的的同时避免了气流导致的震动问题,平面玻璃也能更好的达到并保持光学传感器所需的光学性能。而内部则是一整套内置式瞄准吊舱;受制于F-35机头空间的限制,AAQ-40不可能像“狙击手”吊舱那样直接让光照射到感光元件上,只能通过一套透镜与反射镜将光线导入至焦平面阵列。AAQ-40是世界上第一款集搜索,瞄准,跟踪于一身的光电传感器,可以为F35提供对空/对地监视搜索,激光瞄准与跟踪和gps制导武器的地理坐标生成。

吊舱最下端为一对成45度角的反射镜,负责将光线导入元件,中间为两组电子控制组件,最上方则是一个激光器。

在真正的隐身领域,隐身的概念早已不仅仅是雷达低可探测,红外隐身,射频隐身,可见光隐身都是隐身战机在设计时需要考量的。对于现有的任意LO机来说,都必须小心管理自身的任何辐射,EOTS在对空探测时虽然测距不如APG81,但在测量方位角方面却更加优良。对于非隐身机来说,F35可以先通过雷达率先发现目标后将数据传输给AAQ40,以IRST模式继续跟踪;而对于隐身目标,则可以通过EOTS提前发现,再由APG81针对目标区域重点搜索,完成打击。无论采用哪种方式,apg81都无需发射扇面波束进行大空域搜索,只需采用2°*2°的针状波束进行扫描,达到更高搜索效率的同时减小了被截获的几率,提高了F35的生存性。

从国产EOTS86的展板数据上看,理想条件下可以从100km外发现F22级别的目标,一般来说现有已知的任何机载雷达都不能做到这一点。

EODAS(Electro-Optical Distributed Aperture System)

电光分布孔径系统是F35身上出现的又一项创新,F35使用的AN/AQ-37系统为诺斯罗普格鲁门公司设计制造,由6个红外传感器组成,每个传感器都与F-35的综合核心处理器连接,由处理器软件生成1024*1024图像(未来将升级到2048*2048),分析并显示威胁信息。6个传感器分别安装于机头两侧,机鼻上方,机备受油口前方和机腹;每个传感器提供95°的视野,确保整个系统视野能实现完整覆盖机体周边空域。

AAQ37上的红外传感器

有人可能会说,这东西不就是把几个红外摄像机整合到一起吗?从某种程度上来说,是这样,但又不是这样。F35的核心处理器会将生成的数据生成图像并同时输出给两个终端:头盔显示器和座舱全景显示器。飞行员在座舱里只需转转脖子就能看到das图像,完全足够取代传统战机头盔夜视仪。不仅如此,eodas还完全取代了传统的导弹逼近警告器,增加预警距离的同时可以进一步降低虚警率,并能将来袭导弹的数据反馈给飞行员,降低飞行员由于信息不足造成误判误操作的可能性。

强大的处理器使得eodas可以同时跟踪上百个目标。图为AAQ-37跟踪1300km外的猎鹰9号火箭。

AN/APG-81

block4的一项升级项目是为APG-81雷达更换氮化镓(即GaN)MIIC,可以在相当大的程度上提高雷达工作功率和分辨率,为雷达提供更高的虚拟孔径。由于雷达阵面尺寸的先天不足,APG-81的T/R组件数量不及APN-77,这就导致了APG-81的探测距离大概为APG-77的2/3,这也是其被诟病的一大原因;但F-35的MIRFS(多功能综合射频系统)给与APG81相当强悍的多功能能力,他可以为雷达提供电子通信,有缘干扰和无缘接收;在对空模式下,APG-81可以为F-35提供远距搜索,提示搜索,多目标探测跟踪和气象探测等等;而在对地对海模式下的APG-81可以完成SAR状态下的高分辨率地图测绘和ISAR下海上舰船的识别分类。

APG-81SAR状态下的高分辨率成像

强大的综合核心处理器(ICP)

前文提到,EODAS在接受到目标信号之后会将数据交给ICP处理,由ICP 生成图像传输到两个终端。实际上F-35的ICP作为全球最强的机载处理机,所能做到的远不止如此。ICP的数据处理能力约为400亿次每秒操作次数,756亿每秒浮点操作次数,2256亿次乘法积累次数。其运算速度是F22共用综合处理器的十倍,并且其设备尺寸,重量,耗电量与其相比却大大降低。

如此强大的数据处理能力带来的是什么?ICP将传统的任务处理机,武器计算机和信号处理器彻底取代,能够将机载各种传感器结合起来进行处理,并整理过滤后将最有效的信息传输给飞行员,飞行员无需再从不同的地方读取不同的参数,极大的减轻了飞行员的工作量,辅助飞行员进行决策。不仅如此,ICP与各类传感器的交联使其电子系统的融合度达到了一个很高的水平,上文中,EOTS与雷达的交联索敌就是一个典型的五代机信息融合的例子。

从对我军飞行员的采访看,歼20很明显具备与F35相似或者相同的能力。

信息化时代的又一场革命

像F-35那样集隐身,机动,信息化于一身的新一代战机给战争模式带来什么改变?前段时间美帝公布的F-35block4.1的升级计划中,一个名为“基于软件实现的多点组网雷达系统”颇为引人注目;将几架不同方位F-35的传感器作为一个虚拟雷达的节点,通过数据链将雷达的后端数据进行一体化管理。这与传统意义上的数据链交流完全不同,一个组网里所有的F-35的收发单元都必须通过软件控制,将其工作时域严格控制在同一水平,达到分布式雷达的效果。从美军在内部的先行测试中看,4架F-35组成的分布式预警网的预警范围可以达到一架E-2D的水平。逐渐掌握隐身战机技术的中国和俄罗斯自然对美军预警机造成了巨大威胁(尤其是某位掌握超远射程AAM的东方大国),这种分布式预警系统可以在一定程度上抵消假想敌隐身技术和远距AAM的威胁。

外媒预想的PLXX对敌打击示意图

虽然美帝宣称这种系统可以彻底取代预警机,但个人看法是,基本不可能。这种预警网应该作为传统预警机在高危地区或者雷达盲区的视野补充;这种系统的技术难度较高,实现起来较为困难;即使美军完成了实用化,4人一组的F35也根本不可能完成传统预警机的战场调度和通讯指挥等工作。

2016年,美国海军陆战队一架未加装任何特殊设备的F-35B战机成功探测并跟踪了一枚导弹,通过美国海军的海军集成火控-防空网络,将导弹发射信息传输给“宙斯盾”导弹防御系统,后者随后成功拦截了这枚导弹。而在2018年4月美国导弹防御局局长萨缪尔·格里维斯在美国国会参议院作证时表示:“我认为,在未来六至七年,我们的作战方针中会包括F-35执行弹道导弹防御的内容。我们可能会基于F-35的传感器进行反导,也可能会为F-35装备一种新型快速反导导弹。我们将集成上述能力,开展相关测试工作,并将其运用到实战中。”

也就是说,F35在美军的反导体系中,不但能担任中继制导的任务,更有可能在未来获得直接拦截的能力。当然,不仅仅是反弹道导弹,面对大量装备各类超音速反舰导弹的中俄军队,F35同样也能拓宽体系拦截的视野,达到更远的拦截距离与拦截成功率,提高己方单位的生存率。

不得不提的是,我军同样也要面对这种AGM158这种防区外打击武器。相对红外特征明显的中俄超音速反舰导弹,JASSM隐身性能更好,更加难以发现与拦截,也更加考验歼20的光电子系统。

结语:

现阶段网上还依旧大量存在对F-35的负面评论,很多人依旧拿着几年前被爆出来的,早就被解决的问题继续抨击F-35;而更多人的问题还是观念尚未转变,对信息化,网络化的了解仅仅停留在这几个字怎么念的水平,依旧在机动,超巡等机械化时代性能上做无休止的纠缠,从而忽视了F-35,歼20这一类新生五代机身上最大的亮点,自然也就无法理解类似美国空军这种拒绝复产F-22转而购买上千架F-35A的“人间迷惑行为”了。

无论外界如何评价F-35,他都一直在不断完善自己,在一次次升级里变得逐渐强大。 说了这么多,想必各位对F-35应该多少有了改观;纵然,受制于极速等方面的影响,F-35在截击等任务方面的表现不及F-22,但在越来越强调体系优势的美军眼里,F-35将会依托新时代新锐的信息化优势在更多的领域发挥出更重要的作用。

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