F-16 “Have Glass”:降低雷达可探测性

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咱们继续聊这架包围我们的老朋友,在F-16全面推广之前。包围我们的老朋友是F-4“鬼怪”,由于“鬼怪”年老体衰,正在亚洲各国空军中逐步退役。F-16接替了它的位置。可惜,F-16也是老大不小的岁数。未来同样是被替代的型号,不过因为数量庞大,加上价格便宜,想取代F-16位置仍然需要一段时间。

“Have Glass I”阶段 —— 采用类似于太阳镜涂层的技术,在座舱盖上涂抹氧化铟锡涂层。1986 年秋,第一架接受此类座舱盖改装的飞机是荷兰空军的 F-16A Block 15(机号 J-358;序列号 84-1358)。

约有 1700 架 F-16 战斗机根据“Have Glass II”两阶段计划进行了改装。在第一阶段,FMS-3049 吸波涂层(一种嵌入铁磁碎屑的聚氨酯材料)被涂抹在机身的特定部位,包括发动机进气道。随后,在第二阶段,使用 FMS-3049 材料处理的机身表面积增加到了 60%。涂层厚度为 10-12 毫米,覆盖全机 60% 表面后的涂层总重量达到了 100 公斤。“Have Glass II”计划还曾设想为飞机涂抹能够降低红外辐射的 FMS-2026 聚氨酯涂料,但由于该涂料成本高昂且寿命较短,仅有极少数飞机接受了此项处理。

自 2012 年起,美国空军的部分 F-16 Block 50 战斗机开始统一喷涂一种灰色的吸波涂料(含有铁磁微粒),其色调接近 F-22AF-35A 战斗机。事实证明,这种涂料比 FMS-3049 涂层更加耐用。采用全灰色涂装的飞机出现在以下单位:第 64“侵略者”中队(内利斯空军基地)、第 480 战斗机中队(“野鼬鼠”部队,德国施潘达勒姆空军基地)、第 31 战斗机联队(意大利阿维亚诺空军基地)、第 85 测试中队(埃格林空军基地),以及南达科他州和得克萨斯州空军国民警卫队的第 175 战斗机中队。

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2016 年,来自廷克空军基地第 125 中队的 F-16C。

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美国空军作战中心(Nellis)的 F-16C,内利斯空军基地。

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2017 年,第 85 测试评估中队的 F-16D,埃格林空军基地。

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2017 年,第 85 测试评估中队的 F-16D,埃格林空军基地。

“Have Glass V”计划通常与 F-35A 战斗机联系在一起,但自 2019 年 12 月起,美国空军的所有 F-16 战机开始逐步换装“Have Glass V”涂装。首批接受该涂装的是德克萨斯州空军国民警卫队第 149 联队的 F-16C Block 30 以及“野鼬鼠”(Wild Weasel)中队的飞机。2020 年 10 月,丹麦空军的第一架 F-16A MLU Block 15(机号 E-005,序列号 87-0005)完成了“Have Glass V”方案的重新喷涂。“Have Glass V”涂装能将 F-16 战斗机的雷达散射截面积(RCS)从 5m²降低至1.2m²

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2020 年,丹麦皇家空军的 F-16A MLU。

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2021 年,来自第 311 战斗机中队的 F-16C。

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2022 年,来自意大利阿维亚诺空军基地第 480 中队的 F-16C。

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2022 年,德克萨斯州空军国民警卫队第 149 联队的 F-16C Block 30。

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2022 年,美国空军预备役司令部第 457 中队的 F-16C。

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2023 年,美国空军预备役司令部第 93 中队的 F-16C。

F-16C/D Block 30/32:一型飞机,两款引擎

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2022 年,来自第 64“侵略者”中队的 F-16C Block 30。

这是一个哲学问题:先有鸡还是先有蛋?将这个问题转化为航空语言则是:先有发动机还是先有飞机?在 F-16 的案例中,完全不存在什么哲学层面的争论:答案是 F100 发动机。这是通用动力公司在争夺美国空军轻型战斗机(LWF)合同时打出的一张“王牌”。YF-16 在动力系统上与 F-15 战斗机实现通用化,成为了决定 LWF 竞标胜负的关键因素。

然而,F100 加力涡扇发动机在实际表现中并未完全满足美国空军的要求,无论它的载机是 F-15 还是 F-16。大量的发动机被提早报废或送往大修,因为其预定的工作循环寿命(Resource of cycles)被证明过于乐观了。

飞行事故统计数据似乎证实了 F100 发动机存在的问题:在 1979 年至 1981 年间,损毁的 24 架 F-16 中有 11 架是因为动力系统的故障、起火或其他故障而坠毁的——比例几乎占到了一半;如果从统计中扣除因飞行员失误导致的事故,动力系统引发的坠机比例将远超一半。

当然,“似乎”这个词在这里很有必要。发动机过去是、现在是、将来也依然是单发飞机的“阿喀琉斯之踵”。控制系统是冗余的,电力和液压系统大体上也都有备份,但发动机没有“替补”。尽管如此,在 F-16 飞机的总事故率统计中,与 F100 发动机相关的飞行事故、二等事故和一等事故所占的比例,确实超出了当初的计算预期。

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飞行员开启加力的频率比美国空军司令部在发布技术任务书(TZ)阶段所预期的高出六倍。面对这种“粗暴对待”,发动机自然以提前报废作为回应。F-16 搭载的 F100 发动机开始每飞行 50 小时就要进行一次光纤内窥镜检查,而 F-15 战斗机的同类检查周期则是每 100 小时。此类检查始于 1979 年 3 月;截至 1979 年 11 月,共检查了 557 台发动机,其中 174 台被送去维修。1980 年秋,空军司令部预测 F-15 和 F-16 缺用的 F100 发动机缺口将达到 90 至 100 台。

F100 加力涡扇发动机可靠性低,并非促使美国空军寻找替代“火热心脏”的唯一原因。空军司令部将 F-16 视为攻击机而非单纯的战斗机,且希望其未来具备昼夜全天候作战能力,能携带各种空对地武器。在这些要求下,飞行重量的增加不可避免,而要保持接近 F-16 FSD 阶段的飞行技术性能(LTH),唯一的办法是安装比 F100-PW-200 推力更大的发动机。还有一个原因:钱——即要求降低动力系统的运行成本。

早在 1979 年,美国空军就根据 EMDP 计划(发动机型号衍生计划)向普惠(Pratt & Whitney)和通用电气(General Electric)两家公司提出,研究提高现役战斗机发动机可靠性并降低成本的途径。与此同时,通用动力公司开始研究如何在不改动飞机结构的情况下,在 F-16 机身内安置不同型号的发动机。这种做法在当时非常新颖:这种“按客户意愿选择发动机”的选项后来才普及,且主要用于民航客机。

1981 年,EMDP 计划平稳过渡到 AFE 计划(替代战斗机发动机),即在竞争基础上全面设计 F110-GE-100 和 F100-PW-220 两种发动机。这些发动机预定用于 F-15E 和 F-16C/D。普惠与通用电气之间为赢得 AFE 竞标而展开的斗争被称为“伟大的发动机战争”(The Great Engine War)。

1981 年,美国空军回到了 F-X 计划的起点——当年普惠和通用电气也曾为了 F-15 的动力系统合同拼个你死我活。十年前的 1970 年,普惠凭借 F100 发动机胜出,成为了美国空军战斗机发动机的垄断供应商,并开始向空军漫天要价。由于发动机整机的价格已在合同中写死,难以大幅提价,但合同并未规定发动机零部件的价格。在 1980 年到 1982 年的两年间,普惠将 F100 发动机 34 项核心零部件的价格翻了四倍。仅 1982 年一年,空军在采购 F100 备件上的预算超支就达到了 6 亿美元。国会听证会和审计并未达到军方预期的结果——普惠公司那些“高效的经理人”完全是在现行法律框架内运作的。有趣的是,普惠 80% 的零件是从分包商那里采购的,而分包商并没有把价格提高四倍。但根据合同,美国政府(空军)无法直接从分包商处采购零件。

打破高价的唯一办法是引入竞争,即让通用电气参与到向通用动力公司战斗机供应发动机的过程中。

这场美国引擎制造商之战的详情,网上有大量关于此主题的原始资料和历史研究。但是这里只是原作者的理解。进行招标是法律要求的,但招标最初只是个幌子。

空军早已为 F-15E 选定了通用电气的引擎,但 F-15E 预计采购量不超过 400 架(实际造了近两倍),且出口前景不明。为了增加采购量从而降低单价,空军决定让部分 F-16 也配备这种引擎——这样既能利用规模效应,又能防止一个新的垄断者取代旧的垄断者。这也解释了通用动力公司为何做出“统一 F-16 发动机舱”的奇特决定。强调一下,这只是一个推测。并不代表事实就是这样。在现有文献中,从未见过对配备 F100 的 F-16C/D 与配备 F110 的 F-16C/D 并行存在的深刻解释。于是出现了 Block 30/32、40/42、50/52 这种成对的批次,为什么?考虑到空军司令部明白 F-16/F110 相对 F-16/F100 的优势,这个问题很合逻辑。

通用电气自 1976 年起就对 F-16 垂涎三尺,现在终于如愿以偿(尽管不是 100% 占据市场)。1984 年,美军决定为 F-16C/D 装备这两款引擎。

通用动力公司设计了通用发动机舱,理论上可以容纳三种引擎:F100-PW-200、F100-PW-220 和 F110-GE-100。理论上,在机场条件下即可完成任何一种引擎的互换。

F100 和 F110 的几何尺寸接近,但 F110 的空气流量更大,且重量更沉。针对 F110 的改装涉及机体结构的调整:加固发动机挂架,并增大进气道截面积(F110 每秒吞食 125.5 公斤空气,而 F100 仅为 115 公斤)。发动机舱结构加固仅使机体重量增加了 18 公斤。为配合 F110 发动机,设计了更大截面积的进气道 —— MCID(模块化通用进气道),在空军中被称为“大嘴”(Big-Mouth)。而配备 F100 发动机的 F-16 则继续使用 NSI(正激波进气道),被称为“小嘴”(Small-Mouth)。

然而,“一机多发”的概念在实践中从未真正实现。虽然通用舱确实能塞进任何一款引擎,但在切换型号时,燃油管线、传动装置等仍需适配。通用动力公司甚至制造了一些改装套件。也许在某些时间、地点,确实有过将 F100 更换为 F110(或反之)的例子,但这种做法并未普及,也不可能普及。由于搭载 F110 的“大嘴”(MCID)与搭载 F100 的“小嘴”(NSI)不可互换,MCID 名称中的“M”(模块化)显得名不副实。在一个中队里,要么全是 F-16/F110,要么全是 F-16/F100。动力更强的 F110 型 F-16 主要分配给驻扎在海外的美国空军中队,而 F100 型则主要留在美国本土。

F110 的原型机 F101 曾被安装在第一架 F-16 FSD(机号 75-0745)上。1980 年 12 月,F-16/101 完成了首飞,试验计划共飞行 55 架次。这次试验的目的是验证机体与引擎的兼容性。结果被认为是积极的,因此 1982 年迈出了下一步:将 F101 发动机安装在 F-16XL(F-16XL-2)上。在 F-16XL-2 的案例中,美军从战斗轰炸机作战应用的角度对整个航空综合体(飞机-发动机-航电-武器)进行了评估。

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F-16XL-2,机身下方挂载着一枚 B61 核弹的质量外形模拟弹。

三架早期建造的 F-16C Block 25(序列号 83-1118、83-1119 和 83-1120)率先换装了 F110 发动机大截面进气道。在 83-1118 号 F-16C 的机身侧面涂有“F-16C No. 1”字样,这与 Block 25 批次的 83-1121 号机完全相同。“118 号”机确实是第一架建造完成的 F-16C,而“121 号”机则是第一架进入作战中队服役的 F-16C。它们两者都算得上是“第一”。

在 21 世纪初,83-1119 号机曾用于评估一种隐身涂装方案。而 83-1120 号机随后被用于测试保形油箱(CFT)、无分流板超音速进气道(DSI)以及 F110-GE-129 发动机。

1984 年底至 1985 年初,这三架配备 F110 发动机的 F-16 全部移交给了位于爱德华兹空军基地的第 6516 试验中队。

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F-16C(序列号 83-1118),卢克空军基地,推测拍摄于 1989 年。

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F-16C(序列号 83-1120),尾部安装了反旋入降落伞仓。该机曾大量参与大迎角飞行测试项目。

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F-16C(序列号 83-1120),爱德华兹空军基地,20 世纪 80 年代末。

F100-PW-220 发动机的测试始于 1984 年。该型号是 F100-PW-200 的改进型,配备了数字电子发动机控制系统(DEEC,该系统曾于 1983 年在 78-0064 号 F-16A 上进行过测试)以及新型燃油泵。

第一架 F-16C Block 32(序列号 86-0210)于 1986 年 6 月在沃斯堡工厂组装完成。随后,该机进入驻扎在卢克空军基地的第 302 训练中队服役。在其服役生涯中,该机曾先后转战美国空军的多个中队,直到 2023 年春季,它最终加入了美国海军的 VFC-13“复仇者”侵略者中队

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1997 年,执行战斗任务的 F-16C Block 32(序列号 86-0210),伊拉克。

第一架双座型 F-16D Block 32(序列号 86-0039)于 1986 年 6 月首飞。该机最初移交给位于内利斯空军基地的第 422 测试评估中队,而在 2000 年至 2010 年间,该机曾服役于美国空军“雷鸟”飞行表演队。

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1989 年,内利斯空军基地的 F-16D Block 32(序列号 86-0039)。

在编号规则上,配备 F110 发动机的飞机预留了以“0”结尾的批次号;而配备 F100 发动机的 F-16C/D 批次号则以“2”结尾。需要注意的是,并非所有“0”结尾批次的飞机都配备了大截面进气道。1985 财年订购的 F-16C/D Block 30 以及 1986 财年首批订购的 35 架飞机,虽然安装了通用电气公司的发动机,但仍采用 NSI(小嘴)进气道方案建造。

第一架 F-16C Block 30(序列号 85-1398)于 1986 年 6 月组装完成,随后进入驻扎在联邦德国拉姆施泰因空军基地的第 512 训练中队服役。而第一架真正的“大嘴”(MCID 进气道)飞机则是 1987 年秋季制造的 F-16C(序列号 86-0262)。该机之所以闻名,还因为在 1993 年 1 月 17 日,第 23 战斗机中队的克雷格·史蒂文森中尉(Craig Stevenson)驾驶该机发射 AIM-120 导弹击落了一架伊拉克空军的米格-23。2019 年,当时服役于德克萨斯州空军国民警卫队第 182 中队的这架飞机被重新喷涂为暗灰色的 “Have Glass V” 隐身涂装。

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2019 年,采用“Have Glass V”涂装的 F-16C(序列号 86-0262)。

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1986 年,联邦德国拉姆施泰因空军基地的 F-16C Block 30。

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1989 年,英国费福德空军基地的 F-16 Block 30。

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1990 年,来自第 526 中队的 F-16C Block 30,英国阿康伯里。

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1991 年,来自第 527“侵略者”中队的 F-16C Block 30,英国本特沃特斯。

第一架“大嘴”双座型 F-16D Block 30(序列号 86-0044)同样于 1987 年秋季组装完成,该机随后进入第 612 训练中队服役。

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F-16D Block 30(序列号 86-0044)。

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1989 年,卢克空军基地的 F-16C Block 32。

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1990 年,内利斯空军基地的 F-16C Block 32。

在 F-16C/D Block 30/32 的系列生产过程中,对其设计进行了一系列修改。其中最显著的改动是通过削减燃油箱容量,将干扰弹(诱饵弹)的携带量增加了一倍,这一改动首次应用于 1987 财年订购的飞机上。

作为“Have Glass II”计划的一部分,Block 30/32 的进气道边缘涂覆了吸波涂层,这对于 Block 30 机型尤为关键。因为从前半球照射时,发动机压缩机的第一级叶片会对飞机的雷达散射截面积(RCS)产生显著影响,而更大截面积的进气道(大嘴)会导致压缩机叶片的电磁波反射进一步增加。

此外,Block 30/32 的武器控制系统(SUV)经过改进,使其能够使用 AGM-45“百舌鸟”反辐射导弹(尽管这些飞机当时还不是完全意义上的“野鼬鼠”电子战飞机)以及 AIM-120 AMRAAM 先进中距空空导弹。不过,当时的武器控制系统仅能保证这些导弹的发射,而不负责全程引导。

AIM-120 导弹在 F-16 上的首次试射是在 1984 年,而 F-16C 的首次发射则是在 1988 年 12 月。在那次测试中,导弹击中了在 7000 米高度以 0.87 马赫 飞行的 QF-100 无人靶机(由 F-100“超佩刀”改装);发射瞬间,F-16 自身的飞行速度为 0.94 马赫。

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挂载 AIM-120 导弹的 F-16B 双座机。

在 20 世纪 80 年代末到 90 年代初,F-16C/D Block 30/32 已完全取代了美国空军作战中队的 F-16 Block 25。随着更先进的 Block 40/42 机型陆续入役,Block 30/32 被移交给空军预备役和国民警卫队中队。在这里,“一个中队一种发动机”的原则并不总是能得到严格遵守。飞行员们因此有机会直观地感受到 F-16/F110 与 F-16/F100 之间的差异。

新泽西州空军国民警卫队第 119 中队曾同时装备 Block 30 和 Block 32。该中队指挥官布拉德·埃弗曼中校(Brad Everman)回忆起他在 2010 年阿富汗战争中的经历时说道:

“当你试图在 29,000 英尺(8,840 米)高度满载炸弹进行空中加油时,[Block 30 和 Block 32 之间]的差别非常大。对于‘小嘴’(Small-Mouth,指配备 F100 发动机的 Block 32)来说,如果不长时间开启加力,根本无法完成这个动作。而更高的转速意味着更高的油耗,这意味着需要额外的加油。对于挂满炸弹和导弹的飞机来说,它的推力明显不足。”

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2015 年,哥伦比亚特区空军国民警卫队第 121 中队的 F-16C Block 30。

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2022 年,哥伦比亚特区空军国民警卫队第 121 中队的 F-16C Block 30。

在 1986 年至 1989 年间,共生产了 733 架 F-16C/D Block 30/32。其中 Block 30 出口到了希腊、以色列和土耳其;Block 32 则出口到了埃及和韩国。在希腊的 F-16C Block 30 上安装了与丹麦、挪威 F-16A 及 F-16 ADF 类似的识别灯;希腊飞机的独特之处在于,该灯安装在机身前部的右侧而非左侧。希腊的 F-16C 与挪威的 F-16A 还有一个共同点:垂直尾翼根部都装有减速伞舱。

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1994 年,希腊空军的 F-16C Block 30。机身头部右侧安装有识别灯。