铁翼沧桑(现代)——固定翼军用作战飞机发展历程

第一篇：铁翼沧桑(现代)——固定翼军用作战飞机发展历程

飞向未来——60 年代末以来作战飞机的发展

印支半岛那片热带丛林上空，用血与火换来的教训表明：典型的第二代超音速战斗机并不能完全适应现代空战模式，以重大代价突出设计的高空高速性能在实战中很少有发挥的余地。设想中的超视距空战主宰一切的时代尚未到来，近距空战仍然是现代空战不可或缺的一环。在这样的思想背景下，第三代战斗机自 60 年代末以来相继问世。由于有越南空战的前车之鉴，其设计目标非常明确，就是要克服越南空战中遇到的问题。其典型特征是：最大速度 M2.0～M2.5，开始采用翼身融合体技术，以及涡升力技术；低翼载，高推重比；大部分采用放宽静稳定度设计；装备第三代中距、近距空空导弹，内置式固定航炮；全向、全高度、全天候火控系统；多功能 PD 雷达。

美国先后研制出 F-

14、F-

15、F-

16、F/A-18 四种第三代超音速战斗机。四兄弟在近年来的几场局部战争中都有上佳表现，以航电设备完善、机动性良好著称。但敌我识别系统仍是美军隐痛，多次发生误伤事故。

F-

14、F-

15、F-

16、F/A-18

苏联直到 80 年代中，第三代战斗机米格-29 和苏-27 才相继服役。这是苏联三代机的代表作，也是苏联战斗机的绝唱。就气动设计而言，苏联三代机并不亚于美国同期产品。但航电水平始终是苏制战机永远的痛。80 年代服役的两种三代机，其航电只相当于美国 70 年代初的水平，严重限制其作战能力的发挥。

俄罗斯飞行表演队的米格-29 和苏-27

西欧各国（英、德、意）在 70 年代研制出“狂风”战斗机，但这实际上是一种多用途战斗轰炸机，性能上和第三代机有较大差距。80 年代为了替换主力制空战斗机，西欧国家再次联合发展，这就是欧洲战斗机（EFA）计划。90 年代后，由于苏联解体，EFA 进度急剧放慢，并降级成为 EF2000。由于研制时期较晚，该机得以采用许多新概念和新技术，作战能力超过典型的第三代战斗机，成为所谓的“三代半”战斗机。

“台风”的最新型号：带保形油箱和矢量喷管的“台风”2020

1978 年法国的三代机幻影 2000 问世，采用达索典型的无尾三角翼布局，但应用了放宽静稳定设计、电传操纵、复合材料等新技术，使得性能大幅提高。但该机 M53 发动机性能比同代的美国 F100 发动机差一个档次，严重制约幻影 2000 的性能，这是法国飞机的致命伤。80 年代初法国也曾参与西欧 EFA 计划，但因作战要求和研制主导权问题退出，自行发展 ACX 战斗机——该机后来演变成“阵风”。这也是一种三代半战斗机，放弃了达索传统的无尾三角翼布局，改用近距耦合鸭式布局，以期进一步提高机动性能。不过“阵风”的经历和 EF2000 差不多，进度严重拖延。

2011 年 轰炸利比亚行动中的法国空军“阵风”和“幻影”2000D

瑞典则研制了 Saab-37 的后继机 JAS-39，该机同样采用欧洲流行的近耦鸭式布局。其突出特点是廉价，多用途（只需更换软件和在必要时加挂吊舱，即可执行不同任务）以及良好的可维护性。因此尽管该机各项性能在三代机中都不出众，但仍然以其高效费比赢得不少用户。

JAS-39 的最新型号：“鹰狮”NG

1991 年，美国空军 ATF 选型竞争落下帷幕，设计较为传统的 YF-22（选装 YF119 发动机）中选——这标志着第四代超音速战斗机的诞生。这种飞机按照所谓的“S4”概念设计，即超音速巡航、隐身、超机动性、可维护性。这一概念后来也成为第四代超音速战斗机的判断标准。从性能上说，F-22 的确足以傲视群雄，但其高昂的价格也令美国空军倍感吃力。在这种背景下，JSF 计划出台。该机最大特点是在设计过程中严格考虑价格因素，开创了军机设计的先河。尽管 JSF 的性能和 F-22 这样的标准第四代战斗机相比有一定差距，但它在设计中引入并完善的一些概念（如可操作性、可维护性、低成本等），却足以改变未来飞机的设计方向——这也是 JSF 的真正先进之处。

F-22 已正式停产，最终数量 183 架

轰炸机方面，70 年代以后只剩下美苏两国在研制新一代的战略轰炸机。

美国在下马的 B-1A 基础上进行了全面改进，强化隐身性能，加强结构，主要以低空高速方式突防，发展出 B-1B。1978 年启动的先进技术轰炸机（ATB）计划，最终发展成新一代隐形轰炸机 B-2，开创了轰炸机的一个新时代。同期的苏联图-22M 轰炸机以作战威力强大和准洲际航程一度成为美苏限制战略武器第二阶段谈判的焦点。而其“多用途轰炸机”计划最终发展出图-160，该机隐身性能不佳，仍强调高空高速突防，与同期美系轰炸机风格迥异。

B-2 的理念和强调高速突防的图-160 截然不同

进入 90 年代后，俄罗斯已无实力继续研制新型战略轰炸机。美国也没有这方面的迫切需求，其空军甚至计划让现役轰炸机群服役至 2030 年。如无意外，很长一段时间内我们都将见不到轰炸机家族的新面孔了。

图-160

攻击机的发展呈现明显的螺旋上升趋势。1966 年美国空军启动 A-X 计划，研制专用攻击机，即后来的 A-10（参与竞争的 YA-9 被淘汰）。苏联则针对性地推出了苏-25。这两种飞机的共同特点是：装甲厚，火力强，强调低空性能而放弃了对高速性的要求（均为亚音速飞机），专用于近距空中支援。进入 80 年代，战斗轰炸机再度兴起，由于技术的发展，这一代的战斗轰炸机真正实现了双重用途——最典型的莫过于 F-15E，曾经强调“没有一磅重量用于对地攻击”的空优战机改型。不过，这时的战斗轰炸机重点是纵深遮断，而非近距支援。

F-15E 用于取代 F-111，作战性能大有提高

随着 F-117A 的出现，攻击机进入了隐身时代——尽管该机被称为“战斗轰炸机”，但由于气动性能不佳，这种飞机实际上就是一种专用的纵深攻击机。90 年代以来，防区外发射武器技术日渐成熟，从而大大强化了作战飞机的对地攻击能力，并提高了其战场生存力。相比之下，厚重装甲对生存力的影响却明显下降。以 A-10 为代表的一代攻击机逐渐过时，美国空军开始逐渐将其淘汰（当然，这类飞机仍在其它国家继续服役），JSF 计划已经明显体现出这种趋势。也许，在不久的将来，我们又将进入一个战斗轰炸机大发展的时代。

F-35 更应该被视为隐身攻击机

说到这里，终于也该告一段落了。这实在不是一个轻松的话题——那片冰冷的铁翼上，不仅凝聚了人类文明的精华，也凝聚了太多的血色和沧桑。和平主义者也许希望军用飞机永远停止发展，但没有永恒的和平一样，只要人类还在这地球上，军用航空就永远不会停止发展。30 年来的技术发展 涡升力技术

年代末以来，涡升力技术逐渐成熟，进入实用阶段。由此诞生了两种先进的气动设计——边条翼和近距耦合鸭式布局。其根本原理都是利用机翼上表面的稳定涡流诱导产生涡升力，并为上表面附面层补充能量，推迟机翼失速。涡升力技术的应用，大大提高了飞机的机动性能，并成为第三代超音速战斗机的典型特征之一。其中，鸭翼可以兼作操纵面，在欧洲 80 年代战斗机设计中颇为流行。不过，近耦鸭式布局有两个固有缺点：配平能力不足，鸭翼偏转时 RCS 增大。因此美国 ATF 在方案论证时最终放弃了鸭式布局。

歼-20 打破了鸭式布局不隐身的神话

随控布局

“随控布局”设计思想也是在这一时期发展起来的。这一思想实际是建立在业已成熟的自动增稳系统技术基础上的。但与之不同的是，飞控系统的设计不再是飞机外形确定之后的才考虑的事，而是在研制过程中与气动外形进行一体化设计。采用随控布局设计，不仅可以显著改善飞机的稳定性和操纵性，还可以优化飞机外形、降低成本等。在 70 年代美国空军 LWF 计划中，通用动力公司率先将随控布局设计用于实践，研制出一代名机 F-16。此后，所有高性能战斗机都采用了随控布局设计技术。

使用线传操纵随控布局的 F/A-18E/F

涡扇发动机和收扩喷管

发动机自 60 年代以来，开始进入涡扇时代。和以前的涡喷发动机相比，涡扇发动机主要区别是增加了一个前风扇（低压压气机），从而获得更高的增压比，提高推力，降低耗油率。不过，在这期间，涡扇发动机也走过一段弯路。在为 F-15 研制 F100 发动机时，曾出现过只重性能和先进性而忽略其它方面的情况，结果导致早期 F100 可靠性极差，F-15 大批趴窝。此后，重视发动机可靠性成为发动机研制过程中不可动摇的原则。在发动机发展的同时，作为其重要组成部分之一——喷管，也在 60 年代末有了突破性进展。传统的简单收敛喷管适应性不佳，在某些情况下造成的推力损失严重到令人难以接受。而先进的收敛-扩散可调喷管则可以控制喷管的有效面积比，实现增推的目的。1967 年，在 F-14 战斗机上，这种喷管首次得到实际应用。不过，F-14 采用的是独特的光圈式结构，其后的大多数战斗机都采用了铰接鱼鳞板结构。

F100 的铰接式收敛-扩散可调喷管

推力矢量技术

进入 90 年代，新一代推力矢量技术开始投入实用。早在 50 年代，霍克公司研制 P.1127（即“鹞”的前身）垂直期间战斗机时就开始应用推力矢量技术。但当时的推力矢量设计严重影响飞行性能，因此始终未在主流战斗机上得以应用。而新一代的推力矢量喷管，则可以完全与飞机后机身融合，并不影响飞机性能，虽然付出了一些重量代价，但在操纵性方面获得的好处却是难以衡量的——特别是在超大迎角范围内，气动舵面都已失效的情况下，推力矢量控制更显出其价值。如苏-37 的“弗罗洛夫法轮机动”，正是借助矢量推力的帮助完成的。

F-22 的推力矢量喷管结构

先进显示系统

战术信息的增多，使得平显早已不敷使用。于是，80 年代诞生了下视多功能显示器，取代了原来的仪表盘。多功能显示器可以集中并根据需要分别显示飞行速度矢量、飞行姿态角信息、机上功能系统、武器系统、导航数据等多种信息，而不是象传统仪表一样将所有信息全部显示在飞行员面前，由飞行员去选择并处理，从而增强了飞行员对信息的管理能力，提高了其作战效率。80 年代服役的苏-

27、米格-29 装备了头盔瞄准具，可以显示有限的武器和飞行信息，算是平显和多功能显示器的补充。美国也进行了相关研究，但未投入实用。到了 90 年代，头盔瞄准具的功能进一步扩展，可以显示多种战术、导航、飞控信息，从而取代了平显，成为“头盔显示器”——在 JSF 的获胜型 F-35上，“头显”已经成为正式装备。

F-35 飞行员的头盔瞄准具

隐身技术

隐身技术的出现和发展，是这一时代的又一个重要特征。实际上，现代隐身技术的真正源头是在苏联。1962年，一位苏联物理学家发表了一篇关于衍射的论文，正是在这篇论文的基础上，美国在 70 年代开始启动飞机隐身多面体的研制工作。受限于当时计算机的能力，洛克希德只能对一系列三角形表面组成的二维外形的雷达反射截面积（RCS）进行计算——其成果就是“海弗蓝”验证机，该机最终发展成第一代隐身攻击机 F-117。其特点是强调隐身，气动性能严重恶化。之后，计算机能力的增强使得设计人员可以计算曲率连续变化外形的 RCS，在此基础上诞生了第二代隐身飞机 B-2 战略轰炸机。该机仍突出隐身性能，但飞行性能明显改善。其最大问题是隐身性能维护不易，连续作战能力受影响。F-22 则是第三代隐身飞机，强调隐身性能与机动性能相结合，并大幅降低了隐身维护的成本和难度。F-35 则进一步改善可维护性，成为一种真正的“可用得起”的隐身飞机。时至今日，隐身已成为现代战斗机的重要特征之一。即使不能实现全隐身，至少也要降低 RCS。

第一代隐身攻击机 F-117