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美国多功能隐身战斗机之一:F-35 2017-03-18 17:37:05

F-35 雷电II战斗机

 


F-35A.jpg

 



 

美国空军的F-35 雷电II第5代联合攻击战斗机JSF是最新隐身技术加上最先航电系统结合的产物,它具有的综合打击能力会让它在世界战斗机领域保持许多年绝对优势。

 

JSF的最初设计理念是:与传统战斗机F-15和F-16比空战效率提高4倍;对地攻击效率提高8倍;在侦查和压制敌方防空火力方面效率提高3倍;同时其作战半径更大,维护时间更短。

 

F-35在许多功能和任务执行方面与F-22A一样优异,但由于强调多功能使得在空战和近距离格斗方面不如F-22A。

 

X-35验证机于2000年试飞,然后开始与波音公司的X-32进行竞争试飞,洛克马丁公司于2001年10月赢得合同。第一架F-35A于2006年2月19日出厂,而十分复杂的F-35B则于2008年6月11日出厂。

 

主承包商是洛克马丁公司,参与公司还有英国的BAE公司,美国洛斯格鲁曼公司等,在财务上参与贡献的国家有:澳大利亚,加拿大,丹麦,意大利,荷兰,挪威和土耳其,以色列和新加坡则以“安全合作参与者”的身份加入该计划。

 

以美国为主导的JSF计划诞生与90年代,主要目的是发展新一代战斗机来取代日益老化的一些在一作战飞机,F-35有三种衍生型号,在满足不同军中对任务的需要的前提下,仍然保持80%以上的零件相同率,来降低采购和维护成本。

 


F-35A空军型号

 

F-35A-2.jpg




F-35A是常规起降型,主要用户是美国空军和盟国空军等,其内部油箱可装9吨燃料,在没有外挂副油箱的情况下可以飞行至少1200英里,F-35A装备一门内置25毫米机炮,内置武器仓可以携带2枚AIM-120空空导弹,2枚2000磅GBU-31JDAM 制导炸弹。如果不需要隐身,可以加挂外部武器挂架,提供额外18000磅的挂载能力。

 


F-35B


F-35B_Joint_Strike_Fighter_(thrust_vectoring_nozzle_and_lift_fan).png



 

F-35B型则是大规模修改设计后,能短距离起飞垂直降落(STOVL),主要用户是美国海军陆战队和英国海军,是历史上第一架隐身短距离起飞垂直降落(STOVL)战斗机,并具有超音速飞行能力,可以部署在临近战场的前线机场,极大的缩短基地与战场的距离,提高出勤率,降低后勤保证需要。其内部油箱可装7吨燃料,在不携带副油箱的飞行距离可达900英里。F-35B可以携带2 枚AIM-120空空导弹,2枚1000磅GBU-32JDAM炸弹,其外挂能力可达15000磅。

 

 


F-35C

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最后F-35C是航母起降型,用户这是美国海军。F-35C首飞于2010年。为了方便在航母上起降,增大了F-35C的机翼和控制舵面,增加了翼尖副翼,使着陆控制更容易精准。加固了起落架和增强了内部结构,以抵抗着陆的冲撞负荷。其内部油箱可装10吨燃油,不携带副油箱的飞行距离可达1200英里,设计外挂能力达18000磅。

 



 

F-35武器和航电系统

 

F-35的大脑是其综合集成中心处理器(ICP),是一部高速数字电脑,它将F-35机载武器和所有传感器结合在一起,进行高速数据信息处理后将清晰的战场数据呈现在飞行员面前。


 

cockpit-2.JPG

F-35全玻璃化座舱

 

雷神公司的APG-81雷达是在F-22A上使用的APG-77雷达基础上开发的新一代雷达系统,其名称改为MIRFS(多功能结成无线电频率系统:Multi-function Intergraded Radio Frequency System)。这个多功能雷达可以对敌方雷达实施主动干扰,被动探测敌方雷达的辐射信号,还可以充当空中指挥通讯中心。其先进的SAR 对地图像测绘模式可以让F-35在全天候的情况下仍然轻松地发现地面目标,是对地攻击的有力助手。由于APG-81雷达的天线尺寸比APG-77的小,所以其探测距离只有F-22A的三分之二,大约90英里左右。

 

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APG-81雷达天线

 

APG-81雷达还可以与光电瞄准系统(EOT)以及AAS-37光电导弹预警系统协同工作,来发现,确认和锁定目标。 EOT包括FLIR图像采集,数字TV摄像头,激光瞄准器和激光光标跟踪器。EOT安装在机头后部,在飞行过程中始终处于工作状态。

 

F-35_EOTS.jpeg

EOT系统

 

F-35配备有红外搜寻跟踪系统(IRST)用于自卫和空战,一个用于精确对地攻击的瞄准系统。IRST系统也称为集成孔径红外系统(DAIRS),他由安装在飞机四周6个红外感应器组成,能全方位红外探测,可以准确识别和定为来袭的导弹和其它空中目标。

 

数据链16:F-35装备了目前最先进的数据链系统让可以在空中实时与其它F-35或其它兼容平台进行数据交换和通讯。比如F-35可以将其先进传感器获得的图像经数据链传给装有同样数据链的4代飞机,让4代机的飞行员也可以了解战场情况,获得作战的优势。

 

F-35先进的航电系统和高效的隐身性能使它完全可以像无人机一样在战区上空长时间停留胜任空中侦查和监视的任务。

 

一旦F-35发现敌方目标后,就可以用各种武器来实施攻击,包括GAU-22/A机炮。F-35有两个内置武器吊舱,可以携带2枚空空导弹和2枚空对地武器:AIM-120AMRAAM,AIM-132先进近距离空空导弹(ASRAAM),JDAM,JSOW,SDB,Brimstone 反装甲导弹,WCMD和HARM。如果不用隐身,4个机翼下的武器挂架还可以携带更多导弹,炸弹和副油箱。

 

F-35_weapons_bay.jpeg

F-35 内置武器吊舱



 

F-35的座舱十分先进,与传统座舱相比有质的飞越,它主要是一个20X8 寸的触摸屏,显示飞行员所需的各种信息,几乎没有传统的开关和按钮,只有电池,发动机启动开关,IPP(集合动力系统)启动开关等几个开关。F-35除保留HOTAS(手不离杆)外,还使用直接音频出入系统,让飞行员可以用语音直接向机载电脑发出指令。大型显示屏的左右两个画面由两个电脑分别控制,以增加系统的冗余度,即使一台电脑失灵,另外一台电脑还可以继续控制。为了更安全,还装一个“回家”按钮,一旦出现紧急情况,可以只显示安全返场的应急信息,使飞行员可以安全驾驶飞机着陆。

 


F-35_Helmet_Mounted_Display_System.jpg

F-35飞行员佩的戴头盔

 

F-35取消了传统的HUD显示,完全使用头盔综合显示HMS,飞行员可以在头盔显示上看到所有信息,就像玩电子游戏一样的感觉,这样大大减轻飞行员的工作负担,而专注在执行任务上。当然F-35飞行员头盔的价格也不菲,一个要价40万美元。

  

 

 

 

发动机

 

 

F-35B_Joint_Strike_Fighter_(thrust_vectoring_nozzle_and_lift_fan).png

F-35B 用的F135 发动机和升力风扇系统

 

F-35B的发动机系统最有特点,采用的是普惠 F135 (或GE F36)发动机加上洛克马丁的升力风扇系统,它包括升力风扇,驱动轴,离合器和3个轴承选择模块式(3BSM)矢量推力喷嘴构成。F-35B从传统飞行模式可以自动转换成STOVL模式,这个过程大约只需要6秒中就完成了,与老式的AVB-8垂直起降飞机相比,极大地降低了飞行员的工作强度并增强了飞机的可靠性。

 

STOVL.jpg



只要飞行员打开STOVL开关,飞机按程序打开一些升力风扇有关的门和主引擎的辅助进气道,机翼下的滚动控制风门也随之打开,与此同时主发动机经一个特殊离合器开始驱动座舱后面的升力风扇,经过7秒钟后升力风扇就可以提供大约18000磅的升力,此时主发动机经矢量选择尾喷嘴提供17000磅向下推力,主发动机引气经机翼两侧下面的滚动控制风门喷出可以提供4000磅的推力,这样就可以让F-35B可以安全迅速进行STOVL飞行。所有这些过程总共化15秒钟就可以完成。

 

F135 发动机是在F-22A上使用的F119 发动机基础上开发的新型发动机,开加力时的推力可以达到40000磅,是目前推力最大的单台发动机,F-35三种衍生机型都有这款发动机。

 


F-35A发动机

 

F-35A/B/C技术指标

 

性能:

最大速度:1.6马赫(三种型号)

作战半径:1200海里(A);900海里(B);1200海里(C)

发动机推力:24960磅(干)

发动机加力推力:40027磅

垂直推力(F-35B):39712磅

 

重量:

空重: 26500磅(A);29983磅(B);29983磅(C)

 

F-35服役情况

 

海军陆战队的F-35B和空军的F-35A已相继宣布达到战备状态,F-35C仍然在测试和开发之中,要等到2018年底才能达到战备状态。2017年F-35的软件版本将升级到3i版可以提高飞机的作战能力,升到3F版后可以极大地提升打击敌方防空火力的能力,携带SDB炸弹,500磅JDM炸弹和AIM-9X先进近距离空空导弹。另外空军也正在为F-35建立一个目前所有潜在威胁目标的电脑数据库,方便以后对各种目标的识别,包括友军飞机,民航机和俄罗斯以及中国飞机的资料数据。

 

2017年1月在拉斯维加斯空军基地进行的“红旗”演习时,F-35A对“敌机”的作战胜率达到20:1。如此高的胜率主要归功于F-35A的隐身能力,让F-35A远远早于对手发现敌机,在超视距外就可以发起攻击。

 

 

 

 

 

 

 

 





























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美国多功能隐身战斗机之一:F-22A 2017-03-17 15:00:05

F-22 “扑食者”隐形战斗机


F-22A.jpg

F-22A是目前美国第一种第5 代多功能隐形战斗机,代表了当时美国能获得的最新设计和制造技术,比对手有明显的优势,能同时打击空战和地面目标。这款飞机用了20年的时间研发和生产,2005年12月美国空军在弗吉利亚州的Langley宣布F-22A达到战备状态。

F-22A 的设计理念是强调在极其恶劣的环境下生存及空战优势能力,那就是当敌方拥有IADS集合防空系统(大量SAM防空导弹网,防空火炮和早期预警雷达),同时还有大量苏霍伊先进战斗机时,F-22A在具有强大的生存能力的同时还能取的空战优势,同时F-22A还必须在空战时具有隐身能力和超级飞行性能。

冷战后,来自俄罗斯先进战斗机的威胁减少了,但俄罗斯出口了大量集合防空系统IADS给很多与美国不友好的国家,对美国空军的威胁越来越严重。因此F-22A的出现是美国能实施全球打击战略关键武器,可以保护轰炸机不受来自空中和地面的威胁。对目前其它国家的战斗机F-22A有绝对优势,对来自地面的威胁,F-22A可以用GPS制导的JDAM或SDB(小尺寸炸弹)攻击敌方IADS网络上的关键节点和SAM导弹发射装置后,打开敌方防空大门,让后续攻击力量进入战区彻底消灭敌方防空系统。

从YF-22验证机首飞到F-22A 达到战备备状态花了15年时间,中间由于政治因素和预算缩减,使F-22A的最初采购数量从750架减少成187架。

“我们现在看到的是一架在现有的各个系统方面都取得了巨大进步的飞机,包括完全一体化的防御和攻击性航空电子设备、大大降低的可探测性、有效的超音速巡航、燃油利用效率显著增加、更大的航程……以及通过系统集成、新的空气动力学设计和矢量推力提供的高机动性”,美国空军系统司令部司令罗伯特•T•马什将军(Gen. Robert T. Marsh)这样说道。

ATF-Advanced Tactical Fighter

先进战术战斗机的理念是1971年提出来的,当时F-15刚服役不久,还不会太受重视,在70年代后期,美国部门发现了苏联在航空技术方面的重大进展,才加快ATF项目的进行。

在80年代经过洛克希德公司和波音公司的竞争,洛克希德公司中标获得合同,1990年9月29日YF-22验证机首飞7年后,第一架F-22A才首飞。2005年12月15日第27飞行中队全部达到战备状态,这就意味着这个中队可以在任何时候将12架F-22A战斗机部署到世界上任何敌方,并随时可以执行对空和对地的战斗任务。

F-22A从此取代F-15成为美国空军最先进战斗机,由于F-22A的优异性能和作战能力,F-22A不再像F-15被称为空中优势战斗机,而是被称为空中全能优势战斗机。这一小小差别,说明F-22A不仅有空战优势而且还有对地面所有防空系统打击的优势,在2006年的军演时F-22A取得了对其它战斗机144:0 的绝对胜利。2007年美国政府为了显示军力第一次将12架F-22A部署到日本嘉手纳空军基地,在当地部署了120天后返回美国。

F-22A的设计寿命是8000小时,美国空军预计每年每一架飞行335小时,以此可以使用24年,目前洛克希德公司在研究是否可以将寿命延长到10000小时。


2016年11月F-22A在拉斯维加斯Nellis AFB

隐身技术

F-117、B-2和F-22的设计师们的目的是“推翻”现有的防空战术,让飞机很难被雷达发现,他们是通过以下几个方面来实现这一点的:

一、把雷达回波集中到固定的几个方向,使得攻击飞机在已知空域中具有最小的雷达回波反射,而不是360度全向辐射──这样,隐身飞机就会使得具有威胁性的雷达“指离”,或者说回波太短暂、不稳定而无法被探测和跟踪。

二、开发相关的机载系统用于定位威胁,并把飞机反射面积最小的一面正对着雷达。

三、对B-2轰炸机而言,优化在高低空的飞行路线。

四、对F-22战斗机而言,将隐身与1马赫以上的长距离飞行结合起来─后者也称为“超音速巡航”。

F-22A的隐身涂料是其短板,每次飞行1小时后都需要花大约30小时维护,其中大量时间维护涂料涂层,使得F-22A的备战率只能达到62%。

2008年9月3日位于阿拉斯加的第90飞行中队全部装备的F-22A达到战备状态,这个中队属于美国空军太平洋司令部,主要目的是保卫美国领空不受俄罗斯的威胁。

Block 30 生产系列

装备在阿拉斯加的F-22A是Black30 系列生产的飞机,是最先进的F-22A,配备的是最先进的航电和其它装备,Black10系列F-22A是最初达到战备状态的F-22A,主要具备多功能纵深打击能力,类似于F-117A但生存能力强很多。

Black20 系列则是主要具备全球打击能力的型号,装备有更高处理速度和能力的雷达和高速机载电脑,CPU达到105亿次每秒,加上升级软件可以加强其高解析度合成孔径雷达的电子对抗能力,提升双边语音及数据链能力。目前有34架Black20系列的F-22A在服役中。

有63架F-22A在早期Black20 系列上升级成Black30,具备侧视能力的无源相阵雷达,可以获得更多的信息,具备监控和侦查能力;装备的卫星通讯系统可以让飞机在执行纵深打击任务时保持连续的网络链接能力,可以把收集的数据和信息实时传递给地面控制中心。

在演习中证明F-22A能在F-15发现F-22A之前同时击落8架F-15,充分证明F-22A强大的隐身能力和空战能力。由于F-22A有效的隐身能力,高超的飞行性能加上它强大传感器信息聚合能力(sensor fusion),可以让F-22A在敌机没有发现它很早以前开始发起攻击。

F-22.jpg



技术,武器和传感器

F-22A 的外形设计和特殊涂料给它有效的隐身能力外,其先进的航电系统和武器系统让它具备变成目前最强打击能力的多功能超级空战优势战斗机。

主动航电系统

F-22A的航电系统设计理念是:在很难被敌人发现的情况下操作,可以将机载或己方的各种主动和被动传感器数据进行融合后以单一图像方式显示给飞行员。

在机头装备是APG-77AESA 有源电子扫描相阵雷达,可以被动地探测敌方电子辐射信号,但在有源探测模式下最有效果。为了充分做到降低被敌方探测到的可能性,APG-77雷达的频率可以变化1000次/分钟,使敌方很难发现F-22A的雷达信号,同时F-22A的雷达可以让它同时跟踪和锁定6个后发射AIM-120空对空导弹后立刻脱离战场,敌方仍然无法发现F-22A,完全做到超视距攻击和脱离的能力。即使AIM-120未能击中目标敌机,F-22A还可以在近距离用AIM-9近距空对空导弹和机炮攻击敌机。

如果隐形接近敌方的办法不奏效,F-22A飞行员可以用APG-77大功率雷达对敌方雷达和被动探测装置实施高强度聚焦照射,使它们超负荷工作而失灵,只好关机。

APG-77雷达可以对多个目标实施火控级别的连续跟踪瞄准;对远距离目标进行监视;对目标进行电子扫描形成目标的合成图像,并识别目标;利用细如铅笔的雷达电波,来区分紧密编队的各个目标;同时对地面实施绘图作业;由于上诉特点使得F-22A可以很好地与美国空军的其它飞机协同作战,比如在实战中F-15或F-16将对付危险性较低的目标,而F-22A则重点对付危险性最高的目标和敌方用IADS合成防空系统保护的目标。APG-77雷达设计的数据传输和接受速度达到548MPS和1GPS,比数据链LINK16设计指标高了500–1000倍,使得F-22A完全可以作为一个小型空中预警飞机使用,把战场数据发送给其它共同作战的飞机和平台。

被动系统

减少和控制无线电波的辐射量不仅可以减少雷达反射面积防止敌方发现,而且也是美国和潜在对手之间在战术教义上的分歧。简而言之,中国,俄罗斯等国家在演习时会大量应用电子攻击来对付美国空军,因此美国空军会增加使用被动系统(电子保护)来识别和跟踪敌方的电子特征。F-22A装备了ALR-94RWR 雷达警报接收器,AAR-56IR和UV导弹预警器。这两个系统与APG-77雷达配合可以有效探测,鉴别并向飞行员预警战场内有威胁的目标。RWR雷达警报接收器可以探测来自飞机后方的无线电波频率,并生成足够精确的地理位置坐标,让飞行员不需要APG-77雷达就可以使用先进中程空对空导弹AMRAAM(如果是地面雷达则用联合直接攻击弹药JDAM)攻击目标。因此RWR雷达警报接收器是F-22A非常关键的被动系统来探测和识别敌方目标。

在座舱内, 所有机载传感器的数据经过融合处理后显示在多功能显示屏上。机载电脑的运算速度已达到每秒7亿至15亿次,将所有系统连着一起的是1394B总线系统,这就是我们平时用的“火线”数据系统。

机载电脑主要用来处理来自RWR,MAWS和雷达的数据,还要用来处理通讯,导航,识别系统(统称CNI)的运算需求。在CNI系统中还包括内部与外部飞行数据链(IFDL)。IFDL可以与兼容的平台交换信息。CNI将于2015年完成3.2版本的升级,安装多功能先进数据链(MADL),使得F-22可以与新近服役的F-35和其它平台交换数据。

对地攻击

早期F-22只能根据起飞以前输入机载电脑的地面静止目标坐标实施对地攻击,2009年后软件版本升级到3.1后就可以让APG-77雷达实现用SAR模式产生高清地面图像,再配合500磅的GBU-39SDB炸弹就可以让F-22在空中对新发现的静止或移动目标实施攻击。

在中期版本升级到3.2时F-22会更加充分利用和发挥SDB的灵活瞄准的能力,增加地面自动防撞系统,并增加使用AIM-9X和AIM-120D AMRAAM的能力,同时还会增加自动目标跟踪和信息战的能力,进一步降低飞行员作为战斗机飞行员的工作负荷,而更像一位战场态势管理人员。2013年开始测试多功能先进数据链MADL,以便与F-35兼容。

先进的座舱

F-22座舱是飞行员获得所有机载传感器信息的来源和有效操作飞机的场所,这是一位飞过F-15,F-16和F-18的飞行员对F-22座舱的感受:“座舱很宽松,很人性化,看得出设计时充分听取了飞行员的意见,座舱是昼夜兼容,全玻璃化设计,自动化程度很高。F-22启动过程很简单,通过机载电池就可以启动APU(备用动力系统-一个小型透平引擎),将油门推过停车位置,发动机的启动就是一个自动的过程了,然后就可以向机载电脑输入飞行任务数据,F-22就苏醒开始进入工作状态,随后检查飞机控制系统,再手动输入一些数据后,1–2分钟就可以准备起飞了。F-22的机载设备可以提供成千上万的信息给飞行员,但经过大量过滤和处理后,只将有用的信息显示给飞行员,大大降低飞行员的工作负荷。“

ATAGS

F-22飞行员穿戴的是更先进的CSU-23/P 先进抗负荷衣(ATAGS),防止老抗荷服会挤压飞行员前胸的问题,比F-15和F-16增强飞行员60%抗负荷的能力和350% 的赖久能力,可以在50000英尺上飞行而不用穿加压服。

信息共享

当F-22A在阿拉斯加与F-15和F-16共同演习时,一个星期曾取得了140:0 的空战胜利,用激光制导武器取得了26次直接命中地面目标的战绩。取得如此成绩的主要原因是F-22A先进的隐身性能和航电系统使飞行员比对手掌握太多的战场形态信息,在对手完全不知道F-22A存在时F-22A的飞行员已经知道空中对手的位置,僚机的位置,地面目标的位置,经机载电脑将所有数据综合分析“融合”后做出最佳选择如何消灭对手,当对手发现F-22A时已为是太晚。这就是所谓的“信息网络中心”战争,这就是为什么信息的共享是赢得未来战争的关键。利用数据链与E-3 空中预警机或其它侦查机进行实时信息交互,再加上F-22A 自己的各个传感器获得的战场信息经机载电脑高速处理后将战场态势以十分简明扼要的形式清晰地呈现给飞行员,使得F-22A飞行员能十分有效地进行战场态势管理。F-22A 装备了两台高速电脑,运算速度高达7亿次每秒。

数据链

F-22A 大型彩色显示屏用不同的符号和颜色来区分内容:红色代表敌方,绿色代表己方;绿色圆圈代表友军的飞机,红色三角形代表敌方飞机等。飞行员可以随时增加或减少符号或要显示的信息。同样飞行员也可以将僚机雷达图像叠加在自己雷达的图像上,这样它可以迅速向僚机下达命令向那一个目标发起进攻,如果有两架敌机出现,飞行员可以让一个光标锁定一个目标后,利用数据链让僚机攻击另外一个目标,由于数据链以毫秒的速度传递信息,所以僚机飞行员可以立刻在他的显示屏上看到其长机要他攻击那一个目标,他甚至可以立刻发送一个短信给长机确认。

IFDL还可以自动地让飞行员看到僚机锁定的目标,僚机机载武器的情况,以及僚机的油料等飞机飞行数据,避免以前必须由无线电通话才能交换的数据。任何一个在数据链上的平台都可以发送信息和接受信息,这就可以让F-22A获得来自地面和空战其它平台发现并提供的目标信息,避免了遗漏F-22A自身传感器未发现目标,这样F-22A飞行员可以非常全面地掌握战场信息和态势。

为了实现隐身,除了隐身机身设计和涂料外,F-22A采用了非常先进的降低无线电辐射程度的技术,F-22A雷达及其它传感器的无线电波频率一秒中变化几百次,而且采用低辐射强度技术,大大降低了被敌方雷达和探测器发现的可能性。

F-22A技术指标

动力系统:

2 台普惠F119-PW-100 可变矢量喷口涡扇发动机,单台加力推力35000磅

飞行性能:

最大平飞速度 2.25马赫;最长5分钟超音速巡航速度1.78马赫

重量:

空重:43340磅

负载重量:64595磅

最大起飞重量:83500磅

几何尺寸:

翼展:44尺6寸





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