继续聊这架“史上最成功的战斗机”F-16“战隼”,这样说一定有夸大的嫌疑,不过也不重要。因为这一类型的飞机值得去研究,因为咱们也有相似的同级别飞机。
为什么喜欢此类型的飞机。本人喜欢将F-16这一类型的飞机划归到一起,因为重量相当,执行的任务也是“大差不差”。如果将这一类型扩大一些,甚至可以包括米格-29。以咱们的小10为例,不仅是价格便宜,执行任务多,同时兼顾一个可以大量制造的机队。
比起F-22与F-35这种昂贵的机型,F-16这一类的飞机,简直是白菜价。如果是二十年前同级别的型号比较多,毕竟很多型号没有退役,现在则不同。当然,未来会更好。因为好多老家伙全退役了。其实MiG-29进入分类是因为它是潜在的对手,未来可能在空中与之遭遇。要是以这个思路分类,还会加入如“EF-2000、达索阵风、JAS 39鹰狮、F-15与FA-18”。你们会提醒还有“幻象2000”,对对还有它。还有什么F-2与FA-50。最后还有加入一个印“光辉”。
想一想压力还是蛮大,未来小10的路任重道远。我也希望,小10能像F-16那样,一直开发到“Block 72”这种延续型号。毕竟未来的路还很长。
F-16“战隼”战斗机及其侧杆控制器(Side-stick Controller)
侧杆控制器的历史演变:并非全然的“新技术”**侧杆(Side-stick)**或侧手柄从纯粹的技术定义上来说,绝非什么全新的“独门秘技”(Know-how)。恰恰相反,它的起源非常早。
早期探索: 在莱特兄弟(Brothers Wright)的飞机上,俯仰角(Pitch)的控制就是通过侧边的杠杆前后移动来实现的。根据美国历史学家的说法,传统的、位于两腿之间的**中心操纵杆(Center-stick)**直到 1912 年才出现在法国人阿曼·德佩杜辛(Armand Deperdussin)的竞赛单翼机上。在美国,格伦·柯蒂斯(Glenn Curtiss)接手并发展了德佩杜辛的这一理念。
40 年代的回归: 直到 20 世纪 40 年代末,美国人才重新开始尝试使用侧手柄来同时控制飞机的横滚(Roll)和俯仰。这类手柄被安装在一系列实验机型上,特别是**马丁 XB-48(Martin XB-48)**轰炸机。
定位的局限性: 然而,当时的侧手柄还算不上是“完整的控制机构”。它们的设计初衷仅仅是为了在开启自动驾驶仪飞行时,用于精确维持编队位置——本质上这只是一种自动驾驶仪的修正装置,仅此而已。
侧杆控制器的技术演进:从轰炸机到实验平台
马丁 XB-48 轰炸机原型机(1947年) 如前所述,1947 年问世的 XB-48 是早期探索侧向控制机构的代表机型之一。
50 年代后半叶的深入研究: 进入 20 世纪 50 年代后期,美国人开始严肃地探讨**侧向操纵手柄(Side-stick)**的技术课题。
1957 年,根据 NACA(国家航空咨询委员会,即 NASA 美国国家航空航天局的前身)的订单,一架生产序列号为 51-4120 的 T-33A 教练机被改装成了“飞行实验室”。这架飞机最初是美国空军在 1952 年订购生产的。
NT-33A 飞行实验室:侧杆控制器的深度探索
NT-33A 飞行实验室(1982年拍摄)。该机在 1957 年至 1997 年间执行了多项研究计划,服役时间整整 40 年。
NT-33A 飞行实验室旨在研究飞行器在不同飞行模式下的稳定性,并评估这种“既新又旧”的控制机构——侧向操纵手柄(Side-stick)。与标准的 T-33A 相比,该实验室最明显的特征是采用了取自 F-94 战斗机的机鼻部分。F-94 宽大的机鼻空间足以容纳各种测试设备。
控制逻辑的演变: 在 NT-33A 的前座舱内,除了中心的操纵杆(РУС)外,还加装了一个侧向手柄。该手柄独立于中心杆,但具备完整的横滚(Roll)和俯仰(Pitch)控制能力:
- 横滚控制: 通过手柄绕垂直轴向左或向右旋转来实现。
- 俯仰控制: 通过手柄在垂直平面内向上或向下移动来实现。
试飞员的反馈: 驾驶 NT-33A 的飞行员发现,与传统的中心操纵杆相比,侧杆控制更加舒适。虽然旋转手柄控制横滚的方式没有引起任何抱怨,但在高过载(G力)情况下,向上推手柄来改变俯仰角显得相当费力。
进一步的研究与 X-15 计划: 1957 年版的 NT-33A 初步验证了侧杆控制的概念。随后的研究在 1960 年至 1961 年间转向了经过改装的 JF-101A(序列号 53-2426)。值得一提的是,该机曾在 1957 年创下绝对飞行速度世界纪录。
JF-101A 的控制原则保持不变:旋转控制横滚,垂直平移控制俯仰。在 JF-101A 上经过磨合的手柄后来被安装到了 X-15 实验性火箭飞机上,但即便在那时,它依然仅作为中心操纵杆的辅助补充。
F-101A,1957年
X-15 火箭飞机
X-15 座舱:右下方可见附加的侧向飞行控制杆(РУС)。
早期的应用经验表明,侧向操纵杆与传统的机械控制系统兼容性较差,但却能完美适配电传操纵系统(FBW/ЭДСУ)。
美国第一架装备电传操纵系统的飞机——JB-47E-111-BW 飞行实验室(序列号 53-2280)便安装了侧杆。1969 年,根据电传操纵测试计划,美国空军位于爱德华兹空军基地的试飞员学校使用了两架 F-104D SSCS(侧杆控制系统)双座机进行飞行,这两架飞机同样配备了侧向操纵手柄。
技术地位的转变: 在 JB-47E 和 F-104D 上,由于电传操纵还不是主要的控制系统,侧杆依然只是中心操纵杆的补充。直到 YF-16 的出现,它才成为世界上第一架将侧向操纵杆作为唯一(无可替代)控制机构的飞机。
第二架YF-16原型机,爱德华兹空军基地,20世纪70年代。
F-16A战斗机的座舱。
在决定为 F-16 安装侧向操纵杆时,无论是从概念上还是技术上,该方案其实都尚未完全成熟。在概念层面,当时的争论焦点在于:究竟什么才应该被视为“控制信号”?是手作用在操纵杆上的压力梯度(力度大小),还是操纵杆偏离中立位置的位移量?
在第一种方案中,操纵杆被设想为完全静止的;而在第二种方案中,则是有限位移的。最终,测力计式静止操纵杆(Tensometric Stick)的拥护者占了上风。操纵杆被设计成完全固定不动,而这一决定差点导致第一架 YF-16 原型机在首飞中坠毁。
一个有趣的问题是:为什么支持“静止杆”的一派会获胜?早在 1961 年关于 JF-101 的试验报告中就有如下记录:
“来自 NASA、空军、海军、波音和麦道公司的 12 名飞行员对连接 MX-90 控制系统的电子侧杆进行了评估。……飞行员们在地面上的 JF-101A 座舱内分别操作了 4 到 8 小时。……在地面模拟训练期间,所有飞行员都倾向于静止不动的操纵杆。……然而在完成实际飞行任务后,所有飞行员都改变了看法,认为有位移的操纵杆更合适,尤其是在机动飞行时。”
为 F-16 选择静止杆的理由是:它对控制输入的响应更灵敏。理论上,这预示着能提升战斗机的机动潜力。然而,实践证明事实恰恰相反。也许通用动力公司(General Dynamics)的工程师们当时根本不知道 15 年前 JF-101A 的试验结论。
我是在查阅一篇关于侧杆控制器问题的著作时(Black Thomas G., Moorhouse David J. 《侧杆控制器的飞行品质设计要求》,空军飞行力学实验室,赖特-帕特森空军基地,1979 年 10 月)完全偶然——或者说近乎偶然地发现了这些背景:因为在某个时刻,我对 F-16 操纵杆的渊源产生了浓厚的兴趣。
F-16:是“战斗机”还是“强击机”?
美国空军与 A-10 “雷电 II” 的长期博弈
美国空军司令部从来都不喜欢(现在也依然不喜欢)A-10 强击机。早在该机型开始交付作战部队时,要求将其退役的行动就已经开始了。军方的理由是:在防空系统密集的欧洲战区,这种低速飞机根本无法生存。
A-10A,1982年
美国空军司令部对 A-10 强击机 的排斥,源于其与陆军对“CAS”(近距离空中支援)这一术语的不同理解。世界上任何国家的步兵都希望看到飞机直接出现在战场上空,因此他们对“CAS”的理解是字面意义上的。在这方面,A-10 强击机最能满足步兵的需求。
然而,空军司令部更倾向于用“BAI”(战场空中阻绝/隔离)来替代“CAS”的概念。在这种情况下,航空兵主要在敌方近后方活动,而不是直接在战场上空。这两种解释都有其合理性:
历史参考: 二战期间,苏联的 伊尔-2 (Il-2) 强击机成功执行了对地面部队的近距离支援任务;而盟军的战斗轰炸机则在“隔离战场”方面表现得非常高效。
直升机的挑战: 美国空军支持 BAI 的另一个论点是:陆军航空兵已经装备了专门优化的 AH-64“阿帕奇” 武装直升机来执行 CAS 任务。既然已经有了属于陆军自己的“直升机强击机”,为什么还需要空军的固定翼强击机呢?
1982 年初,美国空军参谋长卢·艾伦(Lew Allen)将军在国会听证会上表示:
“A-10 是一个出色的武器系统,但我们需要另一种专门的机型来执行 CAS 任务。”
在此前一年(1981年),空军已经成功“埋葬”了双座版强击机——A-10B。与此同时,F-16 在 1981 年两次展示了其作为轰炸机的惊人潜力:
- 巴比伦行动: 以色列空军的 F-16 远程奔袭并摧毁了伊拉克的核反应堆。
- 竞技优势: 在英美联合举行的“打击指挥部战术轰炸竞赛”中,来自美国空军第 388 中队、驾驶 F-16A Block 10 的“业余”战斗机飞行员们,以巨大的优势战胜了驾驶“掠夺者”(Buccaneer)攻击机的英国皇家空军专业轰炸机飞行员。
1981年夏天,英国,参加“打击指挥部战术轰炸竞赛”的美国空军第388战术战斗机中队的 F-16A Block 10 战机。飞机的方向舵上涂有临时的机身编号。
1981年,参加“打击指挥部轰炸竞赛”的英国皇家空军“掠夺者” S.2B 攻击机。
早期量产型 F-16 的武器挂载种类看起来相当“寒酸”——仅有机炮、“响尾蛇”导弹、几种型号的炸弹以及航空火箭发射巢(且火箭巢并非一开始就配备)。尽管该机在名义上被称为“战斗机”,欧洲的合作伙伴们也异口同声地高喊着“给我们配上‘麻雀’导弹(中程空对空导弹)”,但美国空军却正满怀热情地试验各种型号的多联装炸弹架,并不断扩充常规自由落体炸弹的型号目录。
在美国空军眼中,F-16 被视为一种轰炸机,其核心任务之一就是执行“战场空中阻绝”(BAI)任务。而美国空军当时更倾向于将这种任务描述为广义上的“近距离空中支援”(CAS)。
F-16 转型攻击机的“内定”角逐:A-16 计划
1982 年 11 月,一架挂载着 CBU-58 集束炸弹(通过多联装炸弹架挂载)的 F-16A。
A-10 强击机于 1976 年开始交付美国空军作战部队,但早在 1983 年,空军司令部就宣布该机不符合“空地一体战”(Air-Land Battle)的概念要求,因此需要更换。空军并不反对从零开始研发一种全新的 CAS(近距离空中支援)飞机(预计五年内耗资 4 亿美元),但现实终究无法满足欲望——国会拒绝为研制一种全新的飞机提供资金。
“那好吧,”空军军官们说,“我们有 F-16。” 而法务人员则提醒道:“有 F-16 是好事,但法律就是法律,必须公开招标。”
于是,招标程序于 1985 年启动并发送了需求建议书,尽管获胜者早已是板上钉钉。
即便如此,除了通用动力公司(General Dynamics)外,波音、LTV、诺斯罗普、麦道等公司也纷纷响应,共提交了 28 个方案。大家其实都不打算“重新发明轮子”:波音公司掸掉了当年 YF-16 竞争对手——908 方案上的灰尘重新上阵;LTV 公司提出了 A-7F“海盗” 攻击机的改装版;诺斯罗普推出了 F-20(F-5 的进化版);而麦道公司则提议使用陆战队现役 AV-8B 垂直起降攻击机的陆基型号。
1987 年初,入围决赛的方案被定为 A-16(显而易见是哪家公司的产品)和 A-7F。这一结果遭到了抗议,因为军方甚至没有对所有方案进行详尽的分析。战术空军司令部司令罗伯特·拉丝(Robert D. Russ)将军对此有一句精准的吐槽:
“28 个 CAS 候选机型。要对这 28 个提案进行像样的全方位分析,需要成百上千个小时和 2700 万美元。”
空军最终还是软硬兼施地保住了他们的选择:A-16 和 A-7F。与 LTV 公司签订的两架原型机合同看起来更像是个“安慰奖”,因为在空军司令部的走廊里,“A-16”这个代号已经成了“CAS”的代名词。而且,空军所定义的 CAS 飞机,是指一种既能执行近距离支援(CAS),又能执行战场阻绝(BAI)任务的多功能平台。
按照当时的计划,空军预计在 1993 年接收首批生产型 A-16。
背景中是一架普通的 A-7D。
关于 A-10 与 A-16(F-16 攻击版)孰优孰劣的辩论仍在继续。有趣的是,双方都利用苏联的机型作为自己的理论依据:
A-10 的支持者祭出了一个强有力的杀手锏:“苏联人拥有苏-25 (Su-25)!”(意指专业的重装甲强击机在现代战场仍不可或缺)。
A-16 的辩护者则反击道:“苏联人也列装了米格-27 (MiG-27)!”(意指高速超音速战斗轰炸机才是未来的趋势)。
苏-25攻击机
米格-27攻击机
A-16 计划的波折与 F-16 强击机型的试验
值得一提的是,当时美国空军内部的意见也并不统一。直到 1989 年 5 月,A-16 的正式技术指标(ТЗ)才出炉,而且这还是在国防部以“缺乏技术任务书”为由多次拒绝拨款后的结果。至于 1985 年的那份需求建议书?不了了之,随手写了点东西而已。
在 1989 年版的指标中,规定飞机必须具备在昼间复杂气象条件(СМУ)及夜间,以高速度、自动模式执行低空攻击的能力——这正是 F-16 AFTI 计划在第 3 和第 4 阶段重点攻克的课题。
陆空权力的博弈: 1988 年美国陆军司令部的一项声明让局势更加扑朔迷离:陆军希望取消 1948 年与空军达成的协议。根据该协议,空军不得运行武装直升机,而陆军航空兵不得运行固定翼武装飞机(这一协议一直严格遵守至今)。但在 80 年代末,步兵们差点将其推翻。逻辑很简单:既然 CAS(近距离空中支援)任务是为陆军服务的,那么陆军理应同时拥有武装直升机和强击机。
起初,国防部高层表示赞同,并在 1990 年决定从 1991 年起将所有 A-10 强击机从空军移交给陆军航空兵。然而好景不长,半年后的 1990 年 8 月,这一决定被推翻,采取了折中方案:陆军拿不到强击机,而空军的 A-10 联队削减至两个。削减造成的战力缺口将通过改装来弥补:计划从 1993 年起,将多达 400 架 F-16A/B Block 30/32 升级为攻击型 F/A-16,加装前视红外系统(FLIR)和座舱装甲。而 A-16 的命运早在 1989 年军费大裁员时就已注定——新版预算中根本没有它的位置。
技术验证与实测: 80 年代末,F-16 执行 BAI(战场阻绝)和 CAS 任务的可行性在以下单位进行了验证:
- 纽约州国民警卫队第 174 联队第 138 战术战斗机中队(汉考克基地)。
- 美国空军第 57 联队第 422 飞行试验中队(内利斯基地)。
作为 A-16 概念的演示机,共有 7 架 F-16C 和 1 架 F-16B(均为 Block 25)于 1987 年交付给第 422 中队。这些飞机的进气道右侧安装了挂架,用于挂载 Pave Penny 激光追踪吊舱。在那架 F-16B 的座舱盖左前方还额外安装了 Falcon Eye(隼眼)目标瞄准系统。
为了抵御来自下方的火力,飞行员座舱、电传操纵计算机及火控系统的下方都铺设了凯夫拉(Kevlar)装甲(隐藏在蒙皮之下)。武器载荷也得到了扩充,包括:
- GPU-5/A "Pave Claw" 机关炮吊舱:内装一门四管 30 毫米 GAU-13/A 机炮,备弹 353 发。
- AGM-65 "小牛" 空对地导弹。
所有这些测试机都涂上了类似 A-10A 的“欧洲三色迷彩”(由两种绿色和一种深灰色组成)。这种实验性涂装最早曾于 1979 年出现在一架 F-16A Block 1 和一架 F-16B Block 1 上,但到 1983 年它们又换回了标准的空军灰色涂装。
F-16B战斗机 Block 1,序列号 78-0096,隶属于第34战术战斗机中队,希尔空军基地,1979年。
A-16演示机,内利斯空军基地,1988年。
观瞄瞄准系统仅安装在 F-16B 上。
“Pave Penny系统”吊舱安装在 F-16C战斗机 进气道右侧壁上。
GPU-5/A “Pave Claw” 吊舱,内装四管30毫米 GAU-13/A机炮。
F-16 强击机演示机的测试与换装
在测试中,研究人员对演示机在各种作战场景下的表现进行了演练。F-16B 得益于加装的 ATHS(机载目标交接系统,这是在 F-16 AFTI 上测试的 AMAS 系统的简化版)数字信息交换系统,能够接收来自 OV-10“野马” 观测机和 OH-58“基奥瓦” 直升机的目标指示并进行打击。而 F-16C 的引导则是通过传统的语音通信频道完成的。第一阶段测试于 1988 年底结束。根据测试结果,军方决定进行一项实验:将一个原本装备 A-10A 强击机的中队改编并换装为 F-16 的对地攻击改型。纽约州国民警卫队的第 138 中队最终入选。
1988 年底至 1989 年初,第 138 中队接收了 20 架 F-16A 和 4 架 F-16B(均为 Block 10 批次;目前仅能找到其中 17 架 F-16A Block 10 的确认信息)。这些飞机经过改装,可以挂载 GPU-5/A 机炮吊舱。曾几何时,这一型号的 F-16 被正式命名为 F/A-16A/B Block 10。这些飞机并非新机,此前曾服役于第 57 联队的第 428 和第 429 中队。
F/A-16战斗机,序列号 79-0403,1989年。
F/A-16(序列号 79-0403)挂载 GPU-5/A 机炮吊舱
来自第 138 中队的飞行员们此前拥有操作 A-10 强击机 的经验,他们受命评估 F-16 在执行陆军定义的“近距离空中支援”(CAS)任务时的效能。评估结果总体上是积极的,尽管机炮射击时的剧烈震动以及火控系统(СУВ)计算机性能不足令人担忧。该计算机无法在对地机炮射击时,实时显示瞄准光环。
“沙漠风暴”行动为 A-16 和 F/A-16 的历史画上了句号。
1991 年 1 月,第 138 中队的 18 架 F/A-16A 飞抵沙特阿拉伯的阿尔哈吉(Al-Kharj)空军基地。但在战斗正式爆发前,该中队就遭遇了首架损失:1 月 13 日,序列号为 79-0400 的 F/A-16 在执行训练飞行时因发动机起火坠毁,飞行员被迫弹射。
1991年1月,锡拉丘兹。在飞往沙特阿拉伯之前。
F/A-16 的首次战斗出击是在 1月16日 作为第二波攻击梯队完成的,当时飞机携带的是普通的自由落体炸弹。而挂载机炮吊舱的战斗出击仅执行了几次(据某些数据显示,以此类挂载飞行的天数仅有整整一天)。飞行员认为机炮的射击精度很低,原因是射击时震动剧烈以及瞄准困难(即前文提到的火控系统计算机功率不足)。
震动和处理器性能不足确实存在,但最根本的原因在于其他方面——射击是在约 2000 至 3000 米的高度进行的。在这个高度使用机炮射击,其效果与投掷集束炸弹几乎无异。正因如此,集束炸弹成为了 F/A-16 在“沙漠风暴”行动中的主要战斗载荷。随后,所有参战飞机上的机炮吊舱均被拆除。
沙特阿拉伯,挂载了集束炸弹,机炮吊舱已被拆除。
第138中队的 F/A-16,正在执行“沙漠风暴”行动中的战斗出击。
第138中队还损失了另一架 F/A-16——序列号为 79-0391,这是一架运气不佳的飞机。该机曾于 1991 年 1 月 18 日在防空炮火中受轻伤:一枚炮弹击中了挂在机腹下的电子战吊舱,吊舱碎片损毁了机身。虽然飞机经过了修理,但在 1991 年 4 月 11 日起飞时,这架 F/A-16 的前轮和左主轮轮胎爆裂,副油箱因与混凝土跑道剧烈摩擦而破裂,燃油随即起火并吞噬了整架飞机,飞行员被迫弹射逃生。最终,这架 79-0391 号机未被修复。
锡拉库扎,1991年1月。
同一架飞机,沙特阿拉伯,1991年4月。 1991年5月,隶属于第138中队的16架 F/A-16 返回了位于锡拉丘兹的常驻地。
根据这款“炮装版” F-16 的实战经验,得出的结论是:由于挂架强度不足、射击时飞机的航向稳定性不足以及火控系统的适配性差,导致无法使用 30 毫米机炮进行精确射击。不过,这些结论在当时已经不重要了。
“沙漠风暴”行动中,A-10A 强击机出人意料且实至名归地成为了英雄。对此感兴趣的人可以轻易在互联网上查到该机摧毁目标的数量——数据非常惊人。在 A-10 与 F/A-16 的竞争背景下,更重要的一点是:事实证明 A-10 能够同样高效地执行 CAS(近距离空中支援)和 BAI(战场阻绝)任务,而 F/A-16 仅能胜任 BAI 任务。
1991年,伊拉克上空的 A-10A。
根据“沙漠风暴”行动中 A-10 和 F/A-16 战斗应用对比经验的结果,“战斗机黑手党”成员皮埃尔·斯普雷(Pierre Sprey)在权威的《华尔街日报》上撰写了一个专栏,其中只为一句话:
- 用 F-16 取代 A-10 是美国空军史上最厚颜无耻的骗局。
“沙漠风暴”行动后,A-16“演示机”从第422中队退役,F/A-16 也从第138中队退役。F-16C 继续服役了很久,但所有的 F/A-16 在1993年全部停飞,其中一些飞机获得了一项值得怀疑的荣誉:成为首批被送往戴维斯-蒙森空军基地封存的 F-16,而大多数飞机则在美空军各个基地作为地面教练机继续其生涯。
F-16 的后续发展走上了执行战场阻绝任务的道路,不再提及陆军理解层面的近距离航空支援。尽管如此,第422和第138中队使用 F-16“强击机”的经验并没有白费。这些“强击机”的继任者成为了装备 LANTIRN 吊舱的 F-16C/D Block 30/32。为 F-16C/D Block 30/32 配备 LANTIRN 吊舱的决定于1992年1月作出。第138中队于1993年接收了首批 F-16C/D Block 30。
在90年代,美国空军最终转向了混合打击机群模式,其中 A-10A 强击机与装备 LANTIRN 吊舱的 F-16 战斗轰炸机互为补充。事实证明:F-16 补充的不是 F-15 战斗机,而是 A-10 强击机。而美国空军完全放弃的,是安装在 F-16 机腹下的四管30毫米机炮。
A-16、F/A-16 和 A-10 似乎已是遥远的历史。但众所周知,历史是周而复始的。F-35 战斗机的创作逻辑与 F-16 相同:作为复杂昂贵的 F-22 的简单廉价补充。基于同样的逻辑,人们在 F-35 身上看到了 A-10 的“替代者”。这已是现状,也是极有可能出现的未来。此时不禁让人想起那句名言:“从来没发生过这种事,结果又发生了。”
(感谢收看同时祝大家周末愉快!)未完
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