猛禽的进化——从ATF到F-22(二)

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/03/29 09:21:50


http://www.afwing.com/aircraft/the-birth-of-f22-raptor-2.html

发布时间:2014-05-13 作者:Armstrong

短距起降/短距起飞垂直降落/垂直起降

  在七八十年代的早期ATF研究中,能从被损坏的跑道上起降成为ATF的另一个经过评估的特性。此类设计可被分成三大类:短距起降、短距起飞垂直降落、垂直起降(英文缩写分别是STOL、STOVL、VTOL),但短场起降能力带来的好处不如隐身、速度和机动性那样明显。

  短场起降能力会大大提高飞机的成本,并且确定短场起降的具体需求也很复杂。莫兰说:“到底需要何种程度的短场起降能力取决于敌方进攻性防空(把敌机摧毁于地面)和反跑道武器的实施规模和效果,也取决于破坏多少条跑道才能显著影响我机的起飞迎战,还有我方的跑道快速修复及恢复作战的能力。当然还有一个最重要的前提,那就是我方防空力量在第一时间能打掉多少敌机。”

  敌机要炸跑道还是炸飞机使问题进一步复杂化。炸飞机时,要考虑掩体坚固度和飞机位置情报准确性的因素。莫兰继续说:“美国及北约盟国正忙于开发各种能破坏大块混凝土的空地武器,我们有理由相信华约也在这么做。”

  通用动力的“一饮而尽”和“蟋蟀杰米尼”是两种更直接解决短距起降问题的设计。“一饮而尽”通过把喷管布置在机翼上方使其对跑道的要求缩短为区区一二百米,这个设计通过复杂的管道和歧管把发动机排气从翼展方向分布的喷管中排出,在很低的速度下能产生很大的升力。不过这套管道系统非常沉重,最终被证明无法使用在高性能超音速战斗机上。

 “蟋蟀杰米尼”则用多发动机实现短距起降,飞机的一台主升力-巡航发动机提供正常飞行和短距起降所需推力,垂直安装的辅助发动机仅在起降时产生垂直升力。根据发动机大小的不同,飞机可具备短距或垂直起降能力。

从另一方面看,针对超音速飞行和高机动性优化的战斗机先天就是高推重比和低翼载的,具备一定的短场起降能力。并且该能力还能通过加强起落架(适应修复后的跑道),加强刹车和增加反推装置得到加强。不过这些改进要付出重量代价,会降低空战中的可用推重比。

  ATF项目在最初的确有短距起降要求,这需要各公司使用上面提及的一些技术,其中最引人注意的就是反推和推力矢量装置。不过到了ATF项目的演示/验证阶段,美国空军放宽了对起降距离的要求,所以各公司就去掉了反推装置来降低重量和成本。由于推力矢量能在多个方面提高飞机性能,所以洛克希德团队保留了YF-22的推力矢量尾喷管。与传统尾翼相比,尾喷结合推力矢量能使飞机在更低的滑跑速度下抬头,有助于缩短起飞距离。在巡航时,推力矢量又能进行配平操作,降低了用尾翼配平增加的阻力。所以使用推力矢量技术后,飞机能用面积更小的平尾,或在巡航中把平尾设定在阻力更小角度。推力矢量还能增强飞机进行大迎角机动和进攻机动时的操控力。










http://www.afwing.com/aircraft/the-birth-of-f22-raptor-2.html

发布时间:2014-05-13 作者:Armstrong

短距起降/短距起飞垂直降落/垂直起降

  在七八十年代的早期ATF研究中,能从被损坏的跑道上起降成为ATF的另一个经过评估的特性。此类设计可被分成三大类:短距起降、短距起飞垂直降落、垂直起降(英文缩写分别是STOL、STOVL、VTOL),但短场起降能力带来的好处不如隐身、速度和机动性那样明显。

  短场起降能力会大大提高飞机的成本,并且确定短场起降的具体需求也很复杂。莫兰说:“到底需要何种程度的短场起降能力取决于敌方进攻性防空(把敌机摧毁于地面)和反跑道武器的实施规模和效果,也取决于破坏多少条跑道才能显著影响我机的起飞迎战,还有我方的跑道快速修复及恢复作战的能力。当然还有一个最重要的前提,那就是我方防空力量在第一时间能打掉多少敌机。”

  敌机要炸跑道还是炸飞机使问题进一步复杂化。炸飞机时,要考虑掩体坚固度和飞机位置情报准确性的因素。莫兰继续说:“美国及北约盟国正忙于开发各种能破坏大块混凝土的空地武器,我们有理由相信华约也在这么做。”

  通用动力的“一饮而尽”和“蟋蟀杰米尼”是两种更直接解决短距起降问题的设计。“一饮而尽”通过把喷管布置在机翼上方使其对跑道的要求缩短为区区一二百米,这个设计通过复杂的管道和歧管把发动机排气从翼展方向分布的喷管中排出,在很低的速度下能产生很大的升力。不过这套管道系统非常沉重,最终被证明无法使用在高性能超音速战斗机上。

 “蟋蟀杰米尼”则用多发动机实现短距起降,飞机的一台主升力-巡航发动机提供正常飞行和短距起降所需推力,垂直安装的辅助发动机仅在起降时产生垂直升力。根据发动机大小的不同,飞机可具备短距或垂直起降能力。

从另一方面看,针对超音速飞行和高机动性优化的战斗机先天就是高推重比和低翼载的,具备一定的短场起降能力。并且该能力还能通过加强起落架(适应修复后的跑道),加强刹车和增加反推装置得到加强。不过这些改进要付出重量代价,会降低空战中的可用推重比。

  ATF项目在最初的确有短距起降要求,这需要各公司使用上面提及的一些技术,其中最引人注意的就是反推和推力矢量装置。不过到了ATF项目的演示/验证阶段,美国空军放宽了对起降距离的要求,所以各公司就去掉了反推装置来降低重量和成本。由于推力矢量能在多个方面提高飞机性能,所以洛克希德团队保留了YF-22的推力矢量尾喷管。与传统尾翼相比,尾喷结合推力矢量能使飞机在更低的滑跑速度下抬头,有助于缩短起飞距离。在巡航时,推力矢量又能进行配平操作,降低了用尾翼配平增加的阻力。所以使用推力矢量技术后,飞机能用面积更小的平尾,或在巡航中把平尾设定在阻力更小角度。推力矢量还能增强飞机进行大迎角机动和进攻机动时的操控力。










挑战

  ATF项目的根本挑战在于要综合隐身、速度和机动性,之前从没人尝试做如此复杂的设计。F-117已经表明隐身会大大影响飞机各方面的设计。隐身飞机必须采用内置弹舱,这会大大增加飞机的横截面积(看看F-35),而这又会增加超音速阻力,不利于超音速巡航。哈迪解释道:“隐身飞机需要一个大弹舱,这会挤占了原本用于安排起落架和进气道的空间。如果你设计出一架圆滚滚的飞机的话是不能超音速巡航的(再看看F-35),除非你把飞机拉长并装上巨大的发动机,但这种做法是不可取的,因为飞机会非常昂贵。”

  机动性往往会要求飞机加大机翼和尾翼的尺寸,并采用比超音速巡航所需的体积更大的发动机(推力也更大),这些都使隐身更难以实现。为了隐身,F-117在速度、机动性、载弹量等方面都做了妥协,而ATF的飞行员们是绝对不会同意这样做的。

  ASD在1981年重回游戏并发布了ATF的信息需求书,9家飞机制造商和3家发动机制造商回应了这次挑战。在该项目的早期阶段,美国空军还没有决定新飞机是偏重空空还是空地任务,于是邀请工业界来提供想法。

这些公司提交的答案五花八门。洛克希德公司提出一种YF-12A(大多数人认为该机是SR-71单座型)的衍生型,该机专为空地任务设计,中央弹舱可挂载多枚激光制导的动能侵彻弹,在高空以超音速投射。这一概念在1982年春完成设计,利用了60年代后期YF-12A空空导弹试射收集的数据,当时YF-12A在24380米高空以大于3马赫的速度发射了7枚休斯AIM-47导弹对50公里之外的空靶进行攻击,结果非常成功。顺便说一下,洛克希德在参加F-X项目竞争时也提交了高空高速方案,但败于F-15。

波音公司和洛克希德一样,提交的概念也以超音速为卖点,这些设计偏重于空地任务。哈迪回忆道:“在研究了很多布局,包括飞翼、鸭翼、四尾翼、V尾、两侧进气、机头进气之后,波音很快就完成了设计。我们认为飞机需要很高的速度,所以这些设计都有很高的细长比。”

  哈迪继续说:“很明显,我们需要的是一架机动性良好的飞机。当后来飞机的主要任务转到空空上时,我们很快就去掉了那些对操控性不利的东西。”波音的设计还具有巧妙的内部布置和半埋式弹舱。



挑战

  ATF项目的根本挑战在于要综合隐身、速度和机动性,之前从没人尝试做如此复杂的设计。F-117已经表明隐身会大大影响飞机各方面的设计。隐身飞机必须采用内置弹舱,这会大大增加飞机的横截面积(看看F-35),而这又会增加超音速阻力,不利于超音速巡航。哈迪解释道:“隐身飞机需要一个大弹舱,这会挤占了原本用于安排起落架和进气道的空间。如果你设计出一架圆滚滚的飞机的话是不能超音速巡航的(再看看F-35),除非你把飞机拉长并装上巨大的发动机,但这种做法是不可取的,因为飞机会非常昂贵。”

  机动性往往会要求飞机加大机翼和尾翼的尺寸,并采用比超音速巡航所需的体积更大的发动机(推力也更大),这些都使隐身更难以实现。为了隐身,F-117在速度、机动性、载弹量等方面都做了妥协,而ATF的飞行员们是绝对不会同意这样做的。

  ASD在1981年重回游戏并发布了ATF的信息需求书,9家飞机制造商和3家发动机制造商回应了这次挑战。在该项目的早期阶段,美国空军还没有决定新飞机是偏重空空还是空地任务,于是邀请工业界来提供想法。

这些公司提交的答案五花八门。洛克希德公司提出一种YF-12A(大多数人认为该机是SR-71单座型)的衍生型,该机专为空地任务设计,中央弹舱可挂载多枚激光制导的动能侵彻弹,在高空以超音速投射。这一概念在1982年春完成设计,利用了60年代后期YF-12A空空导弹试射收集的数据,当时YF-12A在24380米高空以大于3马赫的速度发射了7枚休斯AIM-47导弹对50公里之外的空靶进行攻击,结果非常成功。顺便说一下,洛克希德在参加F-X项目竞争时也提交了高空高速方案,但败于F-15。

波音公司和洛克希德一样,提交的概念也以超音速为卖点,这些设计偏重于空地任务。哈迪回忆道:“在研究了很多布局,包括飞翼、鸭翼、四尾翼、V尾、两侧进气、机头进气之后,波音很快就完成了设计。我们认为飞机需要很高的速度,所以这些设计都有很高的细长比。”

  哈迪继续说:“很明显,我们需要的是一架机动性良好的飞机。当后来飞机的主要任务转到空空上时,我们很快就去掉了那些对操控性不利的东西。”波音的设计还具有巧妙的内部布置和半埋式弹舱。

 通用动力公司提出的两个方案演变自该公司在1976-78年间为飞行动力实验室完成的4个设计。第一种叫Model 21的设计衍生自“平凡女孩”,并将成为通用动力在ATF项目下一阶段中传统布局探索的先驱。Model 21是一种中规中矩的现代战斗机,但也并非完全传统,该机具有能减少雷达反射面积的正面外形和结构,梯形后掠翼,安装了雷达与红外搜索/跟踪系统的可旋转机鼻。复合材料约占Model 21结构的40%,其空地弹药包括一种方形截面的滑翔炸弹。
 另一种方案发展自“劣酒”。由于“劣酒”的保密级别很高,所以通用动力被禁止向美国空军官员展示方案的真实图纸,只能提交了一份被空军官员称为“棉花糖”假图纸,而真正的设计将成为公司在项目的下一阶段中飞翼研究的起点。
ASD给工业界一年时间进行研究和撰写报告,然后把各公司方案分成四大类进行任务分析。这四类飞机分别被打上N、SDM、SLO和HI的标签,“N”代表数量,也就是能大规模采购的小型廉价飞机;“SDM”代表超音速冲刺与机动,这类设计强调速度和机动性;”SLO”代表亚音速低可观测,都是些飞翼设计;“HI”代表大马赫和高空,都是大型的导弹发射平台。最后SLO飞翼设计得分最高,较传统的SDM战斗机位列第二,导弹平台和廉价战斗机获得了较差的评价。
推动力和资金

  随着信息需求书评判结果的揭晓,ATF项目也获得了推动力和资金。1981年末ASD发布了一份任务需求书,即描述特定任务的一份需求文档。随后战术空军司令部(TAC,后来成为美国空军作战司令部的一部分)也撰写了另一份相应的ATF需求书,内容包括威胁处理、战区,及完成任务所需的性能。迈克•罗上校编写了TAC需求书的大部分内容,他当时是TAC总部需求分部的副指挥官(他后来担任作战司令部司令,上将军衔)。1982年夏这份五十页的文件被分发给工业界征求意见,美国空军在该文件中正式把ATF作为F-15空中优势战斗机的后继机。1983年ATF系统项目办公室在赖特-帕特森空军基地成立,首任主任是阿尔伯特•皮奇里洛上校。

  1983年5月军方发布了ATF发动机的方案需求书(RFP),通用电气和普惠公司获得了制造和测试竞争原型发动机的合同。通用电气发动机的编号为F120,普惠发动机编号为F119。与此同时,美国空军也为ATF发布了一份概念定义研究方案需求书。

  波音、通用动力、格鲁曼、洛克希德、麦道、诺斯罗普和罗克韦尔做出回应,在1983年6月中旬前准备好了各自的方案。但就在截止日期前,ASD宣布把截止时间后推一个星期,并通知各公司等待进一步指示。6月底,各公司被要求到在方案文档中增加一篇关于本公司在隐身方面的技能和经验的内容,但为了保密,其中任何关于隐身技术的详细说明都要回避开ATF项目。原方案文档的篇幅被限制为仅三十页,隐身章节需作为单独的高度机密文件提交,篇幅被限制在5页。

  时任ATF系统项目办公室主任的是阿尔伯特•皮奇里洛解释道:“ATF项目在一开始并没有隐身要求。”他后来成为华盛顿特区政府咨询公司ANSER技术部门的经理。皮奇里洛继续说:“参与项目的人都知道F-117和B-2是怎么回事,而我们却打算非常愚蠢地研制一种不能隐身的先进战斗机。如果不能隐身的话,我都不知道空军怎样来为ATF进行辩护。”

  在80年代初,隐身技术在美国还是绝密的,ATF项目纳入隐身要求后就产生了前所未有的保密问题。由于原始的方案需求书密级不高,所以不能写入关于方案的任何隐身细节。各公司可以说在设计中将考虑低可探测性技术,但不能引用任何具体的现有隐身经验和技术。在当时,隐身技术被认为是“黑”色的,隐身飞机对于局外人来说是不存在的。所以军方在最后时刻让公司们把方案文档分成两部分提交就使他们能横跨“黑”“白”两道了。

  大多数概念定义方案显示这些公司是如何提炼之前工作的成果的,其中的努力将决定谁能胜出进入演示/验证阶段,而在这一阶段获胜者必须完善自己的设计,证明自己的技术。洛克希德的概念定义方案彻底放弃了高空高速性能,更像是F-117的一种衍生型。

 奥斯本解释道:“显然ATF会是超级隐身的,而不应该是YF-12或SR-71的表亲。于是我们停止了YF-12衍生型的工作,开始设计一种F-117版ATF。”结果洛克希德方案看起来就像一架加大并拉长的变异F-117,机翼从下单翼改为上单翼,尾翼从两片改为四片,进气口移到机翼前缘后下方。这架多面体外形的飞机约重36吨,和F-117一样与空气动力学背道而驰。

  奥斯本回忆说:“我们知道这个设计存在严重的超音速问题,我们的设计可以超音速飞行,但一定蠢笨如猪。只要推力大,板砖也能飞上天。那时我们并不知道如何分析曲面外形的隐身特性,软件还不够成熟,电脑的计算能力也不足,只能靠双手去分析。洛克希德相信如果我们不能确定一种设计是隐身的,那么它就不可能隐身。直到1984年我们才在曲面分析上获得突破。”美国空军对于洛克希德方案评价不高,它在7个项目中的得分都是倒数第一。

  在概念定义阶段提交方案的七家公司,包括洛克希德在内都获得了一份100万美元的资金。概念定义阶段从1984年9月一直持续到1985年5月,美国空军收到了各公司的许多简报以及几千页的报告,而这将决定哪些公司能进入演示/验证阶段。演示/验证阶段的四家获胜公司每家会获得约1亿美元资金来演示自己的ATF技术。1985年9月空军发出了演示/验证阶段方案需求书,截止日期为当年12月。


洛克希德的设计

  在经历了概念定义阶段的不佳表现之后,洛克希德不得不在ATF项目的下一阶段前转变设计思想。该公司刚刚在先进技术轰炸机(ATB)的竞争中输给了诺斯罗普的飞翼设计(后来成为B-2),也被海军从先进战术飞机项目(ATA)中淘汰。这两个项目中获胜的方案都是飞翼,而洛克希德还拿着过时的多面体方案参加竞争。美国空军对洛克希德方案的评价迫使该公司重新考虑其多面体隐形设计。

 奥斯本回忆说:“即使我们的软件还无法分析曲面,我们还是开始设计曲面外形飞机。随着曲面外形设计的逐步完善,其超音速和机动性也逐渐变得可以接受。我们不依赖软件制造了模型后在雷达测试场进行测试,结果曲面外形的雷达测试表现相当不错。”

洛克希德的设计

  在经历了概念定义阶段的不佳表现之后,洛克希德不得不在ATF项目的下一阶段前转变设计思想。该公司刚刚在先进技术轰炸机(ATB)的竞争中输给了诺斯罗普的飞翼设计(后来成为B-2),也被海军从先进战术飞机项目(ATA)中淘汰。这两个项目中获胜的方案都是飞翼,而洛克希德还拿着过时的多面体方案参加竞争。美国空军对洛克希德方案的评价迫使该公司重新考虑其多面体隐形设计。

 奥斯本回忆说:“即使我们的软件还无法分析曲面,我们还是开始设计曲面外形飞机。随着曲面外形设计的逐步完善,其超音速和机动性也逐渐变得可以接受。我们不依赖软件制造了模型后在雷达测试场进行测试,结果曲面外形的雷达测试表现相当不错。”
 洛克希德的设计很快就从多面体变成了光滑的曲面外形,公司最初的演示/验证阶段方案是084构型,飞机除一个多面体机鼻外具有光滑流畅的外形。奥斯本回忆说:“我们只会设计一个隐身的多面体雷达罩,在1985年初之前我们不知道如何设计曲面隐身外形的雷达罩。1984年底我们设计084构型之后才知道如何对其进行隐身分析。”

洛克希德的最终方案被称为090P构型,该机具有流线形机鼻,前后缘都是正后掠角的梯形翼,4尾翼(两片平尾和两片垂尾)。090P的大型垂尾向外倾,飞机表面所有前缘和后缘的后掠角都相同。090P还有一个很宽的边条,从机鼻沿直线通过进气口外侧并一直延伸到机翼前缘。

ATF还需要安装尖端的传感器,方案需求书要求ATF机鼻每侧的雷达视场范围达120度,此外还要安装有前视红外搜索和跟踪系统。洛克希德通过在机鼻安装3块雷达天线整列来满足雷达的视场要求(一面天线朝前两面向着侧面),并在每侧翼根安装了一套红外搜索和跟踪系统,配有多面体视窗。

  该机的旋转导弹发射架可挂载6枚空空导弹,发射架可整体拆下方便装弹(洛克希德衍生设计了一个用于机场防空的独立发射架)。弹舱关闭时,发射器底部就成为了机腹蒙皮。

  洛克希德制造了一个090P的大尺寸模型并在公司的雷达测试场进行测试,测试数据被一并列入公司提交的方案书中。奥斯本说:“现在的真正问题是美国空军是否认为洛克希德能够设计出一种曲面外形的隐形飞机。我们向空军展示了测试模型以表示我们的能力。”洛克希德在演示/验证阶段竞争最大的优势是其工程能力和丰富的隐身设计经验,洛克希德之前的各种项目中也赢得了原型机制造快手的良好声誉,最近的例子就是“拥蓝”项目。
就坐,学习ing
强行插入。。。
呀,营养丰富呀,全部COPY做成电子文档慢慢学习

楼主辛苦了!!
这种探索,真是辛苦。。。
我觉得F22的超音速机动也许是个失败。因为追求超音速机动就要加大强度,带来重量的损失。
他比F15的空重可大不少。超音速机动也许在实战中用处不大。减速转弯还是比超音速转弯要快。
美军在和F18等飞机的模拟空战中应该有些心得。
另一个失败就是超巡了,小涵道比的发动机毕竟废油呀。

隐身,超机动,大内油,大载弹,便宜是方向。
也许将来,隐身机首先要对付的是大量廉价的无人侦查机节点。
而敌人的隐身机却躲在无人机后面。
我觉得F22的超音速机动也许是个失败。因为追求超音速机动就要加大强度,带来重量的损失。
他比F15的空重可 ...

F-22进入头对头/头对尾(nose to nose/nose to tail turn)转弯的时候,它的空速会更加接近M=1或更快.如果它不屈尊进入低空低速的转弯,F-16甚至无法取得射击机会.网络流传的Mig-21+中距弹威胁大概追之不及,更没有机会射击.红外制导头在迎头和偏离飞行方向发射有它自然的弱点.无法测距的弱点被高能量的目标放大.

3.5/4代对3代在视距内空战中最大的优势是后者没有足够的速度和能量把对方纳入射击范围.
额:一在哪呢,求链接
毕云涛 发表于 2014-5-13 22:44
我觉得F22的超音速机动也许是个失败。因为追求超音速机动就要加大强度,带来重量的损失。
他比F15的空重可 ...
廉价的无人侦查机是发现不了隐身机的
笑脸男人 发表于 2014-5-13 23:14
F-22进入头对头/头对尾(nose to nose/nose to tail turn)转弯的时候,它的空速会更加接近M=1或更快.如果 ...
F16在超音速时只有4G,亚音速能9G,减速到亚音速,转小弯,
如果加速够快(有高推重比),追不上吗?
F22在超音速做大G机动时,机体强度允许,但阻力会变的很大,
能不减速到亚音速?

打预警机和加油机,需要大航程,超机动,超音速机动的没用。
制空任务时,敌方有在低空的飞机,你还要就活低空低速。
护航的话,B2就是低空亚音速。

F22减重(向F15靠近),增推(加大涵道比,优化加力耗油)
一样能让F16追不上。
jiaofly999 发表于 2014-5-14 09:28
廉价的无人侦查机是发现不了隐身机的
电子技术发展很快的。人工智能感觉不靠谱。无人战斗机和轰炸机就算了。
所以侦察机还是值得期待的。可以指定巡航范围,一架被击落,其他的补位。
毕云涛 发表于 2014-5-14 10:29
F16在超音速时只有4G,亚音速能9G,减速到亚音速,转小弯,
如果加速够快(有高推重比),追不上吗?
F ...
超音速机动被用于闪避攻击,穿透敌方的拦截消灭预警机或者防空导弹阵地,不到两马赫的飞机飞直线的话不能确保生存能力

你需要用导弹去拦截目标,如果你不指望F-16用机炮的,一个能进行超音速机动的目标会会大大削弱你导弹的杀伤效能




毕云涛 发表于 2014-5-14 10:41
电子技术发展很快的。人工智能感觉不靠谱。无人战斗机和轰炸机就算了。
所以侦察机还是值得期待的。可以 ...
廉价的前提 就说明要发现隐身战斗机的可能性几乎没有
天空中不会只有隐身战斗机 象F22这样的战斗机不会无聊到来打击廉价的无人机
当然你的想法是好的 不过把对手想得有点蠢了