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航空军事:F-16E/F——战隼重生(组图)

http://jczs.sina.com.cn 2004年04月12日 13:58 《环球飞行》杂志

F-16E战机

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F-16C战机


F-16C战机驾驶舱

  洛克希德·马丁公司正在为阿拉伯联合酋长国空军紧锣密鼓地打制最新型的F-16E/F战斗机。和早期军火市场热销的F-16系列战斗机相比,这种战斗机的技术升级是空前的。从结构到电子设备,F-16E/F要比美军现役的第50批次型F-16C/D先进得多。

  2000年,阿联酋空军与洛克希德·马丁公司签署了一项价值达64亿美元的研制和生产80架60批F-16(现已正式定名为F-16E/F)的商业合同。2003年12月,首架F-16E/F已在得克萨斯的沃思堡工厂进行了试飞,并在迪拜航展上首次亮相,引起了广泛的国际关注。

  研制与飞行测试

  根据双方签署的商业合同,洛克希德·马丁公司必须按照阿联酋空军的要求研制60批次F-16战斗机,并达到所要求的各项具体性能指标。自2000年项目启动以来,阿联酋空军就派出专家组进驻洛克希德·马丁公司,监督研制进展情况,共同解决出现的问题,并确保研制过程的透明度,以便使飞机满足任务、性能和技术等方面的要求。

  2003年12月,首架60批次F-16生产型在洛克希德·马丁公司得克萨斯沃思堡工厂亮相。该机涂有两种不同层次的崭新灰色涂层,但是,与美国空军标准的50批F-16C/D型相比,该机至少有70%的结构已经改变;航空电子系统的核心是全新的,包括主动式电子扫瞄阵列雷达、合成前视红外瞄准系统和电子战系统;座舱和电传控制系统得到了明显改进。与F-16A/B原型机相比,其最大起飞重量增加了50%,达到22700千克力(50000磅),发动机推力增大了35%,达到14742千克力(32500磅)。

  洛克希德·马丁公司F-16项目副总裁约翰·比恩说:“整个飞机的研制和生产都是商业性的。涉及加密编码的飞机5大系统,由美国政府提供。其他所有事宜均按商业方式进行,包括训练和保障。”美国政府将提供飞行员训练和武器系统,洛克希德·马丁公司将提供外挂架和油箱以及维修训练。

  飞行测试也是以商业方式进行。一半飞行将在沃思堡以外进行;其余包括超音速飞行和武器测试将在美国空军的爱德华兹、埃格林、霍洛曼空军基地靶场进行,另有一部分在阿联酋进行。比恩说,他们依据时间、设施和成本三项内容在美国空军测试靶场之间进行了竞选,霍洛曼基地赢得最多份额。美国空军还将为测试飞行提供空中加油保障。

  根据商业合同,所有飞行测试将采用生产标准型飞机进行,这使地面测试工作量大大增加。保形油箱和改进的通用电气公司F110-132发动机已在50批F-16上试飞合格,但新的航空电子设备和飞行控制系统将首次在60批飞机上进行试飞。

  RF01号飞机是第一架“试验”飞机。2003年12月6日在沃思堡进行了首次试飞。洛克希德·马丁公司的首席试飞员斯蒂夫·巴特尔在双座机上飞行了约50分钟,最大速度达到约610公里/小时,最大高度15000英尺,并进行了最大过载为3G的机动飞行。此次试飞测试了多种飞行剖面,对飞机的航空电子设备和操纵特性等重要测试项目进行了评估。第二架飞机定于2004年1月首飞,第三架定于2月首飞。公司将于2007年向阿联酋空军交付55架单座F-16E和25架双座F-16F飞机。

  头3架60批F-16(全部为双座机)将安装全套航空仪表设备,在完成试飞之后将不拆除试飞仪表设备直接交付阿联酋空军。替换试飞仪表的武器系统将另行装箱发送,一旦需要可立即将飞机装配成战术布局。第四架飞机为备用机,将安装有限的航空电子测试设备。

  60批飞机的性能是按“模块”或“标准”进行开发和交付的。标准0为初级型号,阿联酋可用该型机在美国进行训练,而标准3是具备商业合同确定的完全作战能力的飞机,预计到2008年才能交付。为了最大限度地确保飞行测试的有效性,飞行测试将从标准0型开始。公司计划于2004年3月完成标准0飞机所有功能指标的验证,以确保4月份开始飞机交付。标准0是第一批推出产品,但标准1型是全硬件布局,预计到2004年底完成。标准1型的性能相当于F-16批次50型,标准2和3型只是软件升级。达到标准2型飞机性能才有明显突破。

  飞机的测试飞行将在所有硬件以及诺思罗普-格鲁曼公司的AN/APG-80主动电子扫瞄阵列雷达和合成前视红外瞄准系统安装完毕后开始。随着雷达、自动飞行模式、地形跟踪、数据链功能的增加,飞机的性能将逐步达到标准2型水平。60批次飞机还将安装与阿联酋空军现有“幻影2000”相同的、由泰尔斯公司生产的特高频/甚高频(UHF/VHF)数据链无线电设备,以达到互操作性。

  外形和座舱布局变化

  F-16E/F多用途战斗机是自1984年F-16C/D投入使用以来对机身设计作出的首次重大改进。此前,洛克希德·马丁公司逐步对机体进行了改进,如在美国空军的50批次飞机基础上改进了35%,成为希腊空军的50批次+型,然后又在此基础上改进了30%,成为以色列空军的F-16I型。60批次的布局变化一是为了增强作战性能,一是为了系统安装。这些变化包括增加隔板厚度、增强铝-锂合金蒙皮以及采用翼身融合结构等。

  从外部看,洛克希德·马丁公司的F-16E/F的突出特点是两个置于肩部的可拆卸保形油箱。这两个油箱可增加约1300千克内部燃料,飞机空重增加450千克,但对飞行质量不产生负面影响。位于机头机舱前部的前视红外瞄准舱及内置的微型瞄准舱,也是60批次所特有的。除此之外,飞机外形与50/52批次F-16非常相似。

  F-16E/F的座舱布局与F-16的其他后期型号相似,尤其是双手操纵油门和驾驶杆的操纵方式。座舱的突出特点是有3个125×180mm(5×7英寸)俯视彩色液晶多功能显示器和1个25°×25°视界的平视显示器。该平视显示器是一个主要的飞行参数,可在仪表飞行条件下完全按飞行参数自主飞行。另外,在中央多功能显示器下方安装有1台备用飞行仪表,在平显和3个多功能显示器万一都发生故障时使用。

  每台多功能显示器周边有26个宝石斜面形按钮,可随时转换到非双手操纵油门和驾驶杆模式。多功能显示器可选择以下三种形式的任意一种:1个125×180mm视窗,1个在55mm高视窗上方的125mm正方形视窗,或者1个在两个55mm并排视窗上方的125mm正方形视窗。每个多功能显示器都可进行各种视窗间的选择和转换。

  整个座舱可在夜视镜条件下操作,飞行员不必携带以前必须的保护带。座舱的另外一个显著的改变是在右操纵台上增加了一个机载制氧系统(OBOGS)控制面板。

  全新的航空电子设备

  F-16E/F与早期的F-16最大的改变可能是核心航空电子设备和飞行控制系统,以前采用的军事专用处理器被替换成商业计算机。新的软件系统有130万条线路。现有F-16任务计算机和飞行控制软件的ADA语言和Jovial语言被改编为C++商业语言,以便达到60批的性能要求。F-16E/F所采用的诺思罗普-格鲁曼公司APG-80捷变波束雷达(ABR)、集成前视红外瞄准系统(IFTS)和Falcon Edge电子战系统都是全新的。这些航电设备使座舱环境得到了很大改进,增强了战术态势感知能力,提高了操纵安全性能。

  F-16E/F的内部电子战系统安装在飞机战斗传感器周围。该系统主要由三部分组成:无源接收器、有源发射机和电子对抗设备。无源接收器搜集到的威胁信息显示在专用显示器上或者综合战术态势显示上。如果威胁不可避免,可利用有源发射机降低或消灭许多可能的威胁系统。如果这一措施不灵,可在最后阶段施放大量箔条和曳光弹等假目标,诱惑来袭的导弹。

  目前,所有达到标准3水平的人-机界面设计工作已经完成,并在模拟器上展示了完全作战性能。它们包括安全性能提升装置,如从严重失速改出和自动撞地规避系统。

  所有航空电子设备已经在沃思堡的系统集成实验室进行了数月的测试。洛克希德·马丁公司已在标准0型飞机上完成了地面测试,所有指标均顺利通过测试。尽管有的软件不如预期的那么稳定,但在产品正式推出之前还将进一步改进。

  采用商业光纤传输技术的光纤高速数据网络将新的航空电子系统联为一体。光纤传输是该机的最大突破,它使各种设备之间实现相互通信,其效果与F/A-22的集成航空电子系统一样。这一技术也同样用于联合攻击机(JSF)。两个光纤传输网络,每个带宽是1553B数据总线的1000倍,将传感器、任务计算机和显示器联接起来。

  新的数字式飞行控制系统也同样将Jovial语言改编为C++语言,并改用商业处理器。软件的基本结构发生了改变,增加了高级自动驾驶和安全性能提升模式。新的飞行控制系统已经在高逼真度地面模拟器得到验证,将在60批次上进行首次飞行。

  针对阿联酋所处的地理环境,洛克希德·马丁公司利用机上十分有限的空间,专门为F-16E/F设计和改进了环境控制系统,为座舱和航电设备提供冷气。双座机F-16F顶部的维形骨架被充分利用起来,安装了辅助环境控制系统,为主动阵列雷达、发动机起动调节器、数据链无线电、飞行数据记录仪、预警接收器、后部发射机和箔条/曳光弹撒布器等设备提供液体冷却。在单座机上,辅助环境控制系统则安装在增大的垂尾整流罩内。

  超强的传感器和显示系统

  F-16E/F机头部分安装有APG-80灵敏射束主动电子扫瞄阵列天线雷达。为了改善雷达的性能,拆除了以前所有F-16机头上都安装的全静压管。现在空气数据由安装在机身的3个多用途探测器提供。数字式雷达信息显示在专用雷达显示器或综合战术态势显示器(TSD)上。这部独立的显示器能够提供垂直态势显示,可用简单易读的形式显示空空目标高度的信息。

  合成前视红外瞄准系统由独立的导航和瞄准传感器组成。导航传感器安装在座舱盖前部、机身中心线左侧的球形体内,其剖面比以前F-16的夜间红外低空导航和瞄准吊舱(Lantirn)更具低阻特性。导航传感器的图像显示在前视显示器上,可在不用夜视镜的情况下具备夜视攻击能力。微型瞄准舱安装在承力点左侧,内置一个激光发生器,可为自身机载武器和其他武器平台提供目标制导。

  空战对高速喷气机飞行员提出了许多要求。为了减轻飞行员在战术环境下的工作负荷,洛克希德·马丁公司在F-16E/F上作出了巨大努力。战术态势显示器是F-16E/F座舱的中心显示器,可清楚地显示全方位战术环境,而本机位置显示在显示器的中央或下方五分之四的位置。另一台战术态势显示器则向飞行员提供各种重要的战术参数。例如,在空中加油时,第二台战术态势显示器可使飞行员同时监视自己的当前位置和目标区域。

  战术态势显示器上的信息是通过多种来源搜集的:飞行前的输入、机载传感器和数据链等。显示的数据来自单独的传感器,并非传感器合成系统综合的结果。尽管其技术性能不如F/A-22或F-35联合攻击机强大,但战术态势显示器是飞行员宝贵的资源。显示器为飞行员提供了战术图景,无需耗费大量精力想象出战场态势,使飞行员可以更多地将精力集中在战术上。

  两种地形跟踪模式

  与15批次以来的其他F-16战斗机一样,60批次也拥有可编程数据转换器(DTC)。虽然其外形多年来没有多大的改变,但储存能力得到了极大提高。例如,除通信和航线数据外,它还可储存数字式地形起伏数据库。在作战环境下,它与飞机高度表结合,成为提供地形升降和离地高度参数的强大工具。

  在低空飞行状态下,飞机有两种地形跟踪模式。一种是数据库地形跟踪模式,利用地形升降数据库来确保离地高度。另一种是雷达地形跟踪模式,利用APF-80雷达保持与地面的距离。飞行员可任意选择哪一种模式,高度可在30米-300米之间选择,采用人工驾驶或自动驾驶均可。

  这两种模式中,数据库地形跟踪模式比雷达地形跟踪模式具有多种优势。首先,不受雷达探测角度的限制。即使在低空做柔和的进攻性机动时,也可将飞行轨迹投影在雷达视界以外。这种模式可以“看到”飞机周围的所有地形,可在进入目标时采取更剧烈的进攻性机动飞行。

  采用数据库地形跟踪模式的另一个优势是可减弱无线电频率特征。由于雷达无需确保离地高度,飞机就不大可能因本身的雷达信号而暴露位置。但是上述优势并不意味着数据库地形跟踪模式就是飞行员的必然选择。其实,数据库地形跟踪模式是以虚拟现实为基础的,误差或地形数据不完整等因素可能会带来真正的问题。雷达地形跟踪模式具备的最大优点是现实对非现实的优势。雷达地形跟踪模式利用传感器探测的数据来计算实际离地高度。有些情况下,飞行员为了更加确保避免撞地,宁愿牺牲一点“隐形”性能。

  F-16的一个标志性特点是无需担心机动飞行包线。总体上,F-16几乎没有明显的作战限制。万一出现操纵失误,飞机进入失速迎角,没有足够的下俯改出失速能力时,仍能够保持稳定。这种现象称为严重失速。

  为了有效地改出失速,过去飞行员通常启动人工俯仰控制,直接控制水平尾翼。在这种人工模式下,飞行员首先拉起机头,然后下俯以获得改出失速的俯仰角速度。通过这种俯仰摆动,就可突破失速迎角,恢复飞行控制。F-16E/F飞机的飞行控制系统中安装有自动严重失速改出模式。一旦进入严重失速状态,自动严重失速改出模式就会自动进行俯仰摆动,并恢复飞行控制。

  自动严重失速改出模式还提供了另一层安全保障,使飞行员的精力集中在战术态势上,而不是如何操纵飞行上。

  F-16E/F的自动驾驶和自动油门系统进一步减轻了飞行员在战术环境中的工作负荷,提高了安全性能。自动驾驶系统可在水平和垂直方向上按任务飞行剖面飞行,甚至在低空飞行时可自动选择地形跟踪模式,以最大限度地避免暴露在敌方雷达探测范围内。自动油门系统可自动保持所需的速度,按时到达预定地点。在任务最后阶段,自驾驶和自动油门系统还可启动仪表着陆系统,减轻飞行员的疲劳。

  防撞地系统

  与民用航空一样,可控飞行撞地也是当前高速喷气飞机飞行员面临的突出问题。F-16E/F拥有3种能够极大降低撞地危险的防撞地系统。第一种也是最简单的一种就是飞行员启动恢复系统(PARS)。它是在飞行员意识到迷失航向的情形下使用的。当飞行员感觉到迷失方向时,就按下位于右边遮光屏上方的PARS按钮。一旦按下后,PARS就会将机翼转为水平方向,以5°仰角爬升。此时,自动驾驶系统将启动,发出预定速度为650千米/小时的指令。对于迷失方向的飞行员来说,PARS应是最理想的选择按钮。

  其余两种防撞地系统是预测撞地规避系统和自动撞地规避系统,它们都要利用根据任务装载的数字式地形升降数据库。一次只能启动其中一种系统,但可同时关闭。飞行员可选定一个最低离地高度,作为飞机活动的低限。当前的飞机位置和飞行状态是计算接地速度的参数。在启动自动撞地规避系统时,如果飞机低于最低离地高度,多功能显示器和平视显示器上就会出现一排“×”的符号,同时语音告警系统会提示飞行员改出飞行,以免撞地。在启动预测撞地规避系统时,飞机不是由飞行员进行控制,而是由该系统自动将飞机爬升到安全高度。然后,飞机就以5°仰角、650千米/小时的速度爬升。

  市场前景

  F-16E/F是洛克希德·马丁公司最畅销的F-16技术改进的光辉典范。肩部保形油箱使作战半径大大增加,同时不降低亚音速飞行性能;以APG-80雷达为代表的传感器改进,战术态势显示器和大型多功能显示器,极大地提高了飞行员对战术态势的感知能力;数字式地形升降数据库使飞机在无雷达信号发射的情况下实现地形跟踪飞行,并大大降低了撞地危险。60批并没有使用突破性技术,但缩小了F-16型机与未来F-35联合攻击机的性能差距,将是近期满足多用途战斗机需求的最佳选择。

  在首次试飞准备紧锣密鼓进行的同时,洛克希德·马丁公司正在为F-16E/F寻求新的用户。新加坡已对该机表示兴趣,但尚未列入购买计划。进入试飞阶段后,它将吸引更多的目光。另外几家客户也表示了兴趣。F-16E/F的单价约5000-5500万美元,比50+批高出1000-1500万美元。

  F-16E/F的市场前景与F-35联合攻击机在国际市场的供货密切相关。目前的F-16用户要等到2015-2020年才能获得联合攻击机,F-16E/F可以作为其过渡战斗机。它与目前的F-16具有多种共同性,如飞行员共同性、发动机通用性和相同的维修理论等,而且采用了新的技术、更可靠的保障设备,并提供了用户可能需要的更多作战性能。(摘自:《环球飞行》杂志第四期/编译_管元璋)

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