2015年6月30日,美国最为火爆的“战争无趣”网站发布了一篇飞行员的微博文章。博主根据一份F-35的试飞报告,揭露了F-35与F-16战机在2015年初一次对抗演习中暴露出的问题,尤其在近距离格斗所涉及的机动性能、机炮防御以及后向视野方面尤为突出。这篇文章在美国国内引起了很大震动。在人们的传统印象中,新一代战机的各方面性能都是上一代战机无法比拟的,而这篇文章表达的观点让人们对于目前战机“代”的概念,以及F-35是否具备五代机的水平产生了质疑。本文就这两代战机的代表——F-35与F-16的各方面性能进行分析,通过比较来了解问题的关键出在哪。
气动结构布局
F-16 首先让我们了解一下F-16“战隼”的设计特点。上世纪70年代初,美国空军提出“轻型战斗机”研制计划,以便与昂贵的F-15重型战斗机搭配使用,弥补后者由于复杂昂贵而造成的购置数量不足的问题,也就是后来人们称的“高低配置”。1975年1月,通用动力公司YF-16在与诺斯罗普公司YF-17历时一年的激烈试飞竞争中胜出,F-16战斗机也就由此诞生。在有着“战斗机黑手党”之称的约翰·帕伊德的“能量机动”理论影响下,F-16采用了不少在当时世界航空领域非常创新甚至是前卫的高新技术,如边条翼、空战襟翼、翼身融合、放宽静稳定度技术等,加上先进的电子设备和航电火控系统,特别是高过载整体气泡式座舱,令驾驶员视野相当开阔,视距内战场态势感知能力相当优异。可以说,时至现代F-16都是一款相当优秀的机型。

F-16A机长15.1米,翼展约10米(带翼尖导弹情况下),机翼面积近30平方米,空重7070千克。该机采用全金属半硬壳式结构,悬臂式中单翼,下悬式小口进气道,中等后掠角、中等展弦比、中弧面、可变弯度的机翼前/后缘机动襟翼布局,全动平尾,以及单发单垂尾气动布局。整个机身可分为前机身段、中央翼身段和后机身三部分。与以往战斗机机头普遍采用正圆形雷达天线整流罩不同,F-16机头采用椭圆形电介质非金属雷达天线整流罩,这样设计除了可减小机头在大迎角下产生不对称涡引起的偏航力矩外,扁平的机头还对空气具有预压缩作用,能减弱对机腹部固定的皮托管式进气道的正激波。

F-16机首部位采用边条翼设计布局,其近75°的后掠角边条由雷达天线整流罩后端一直延伸到中央翼身段与主翼相联接。边条翼后掠角大、面积小,对整个机翼升力贡献不大,但边条翼的主要作用是作为旋涡发生器,可以形成强大、稳定的旋涡。由于两翼面相交的剪切层的作用,剪切层拉出的内翼涡向外翼涡输入涡量,使外翼涡保持稳定,可以保证在大攻角下维持涡结构不破裂。这个边条涡向下游延伸到外翼(也称主翼或基本翼)上,可以发挥很大的作用,首先可以阻挡在外翼上沿展向流动的二次流,其次可以给附面层增加能量。由于边条涡是能量高度集中的旋涡,对周围的流场有很大的诱导作用。通过边条翼拉出的脱体涡对主翼面的有利干扰,可以显著提高飞机的最大升力系数和抖动升力系数,增加机动性;在超音速飞行阶段还能提高临界马赫数、减小激波阻力、增加航程。

F-16采用腹部进气式皮托管进气道,结构简单,其重量比可调式复杂进气道减轻近200千克。进气道的进口还有一个类似前掠翼刀的支架,它除了作为进气激波锤外,还增加了进气道外唇口刚性和强度,减小了上下唇口的振动阻尼。此外,其前掠支架可使迎面的来流沿展向分布,使气流方向尽可能地向S型进气道的上口流动,有利于增加进气道的总压恢复系数。在M数0.6~1.2时,总压恢复系数高达0.98,性能相当优异;在M数为1.6时,其总压恢复系数也在0.9以上;但当M=2.0时,其总压恢复系数却骤然跌至0.74,损失较大。由于采用机腹进气,而发动机位于飞机尾部中线附近,因此进气道由半圆平滑过渡到圆形,整个通道成S形。这样,正面入射的雷达波不容易直接照射到内部发动机的压缩机和风扇叶片上,降低了发动机旋转时叶片对雷达波的衍射,削弱了飞机在正前方向上的强雷达波反射源,有利于隐身。另外,由于机身对腹部进气道的遮蔽作用,降低大迎角下进气道对迎角和侧滑角的敏感性,使飞机仍然能保持气流顺畅,改善了机动飞行中进气道空气动态畸变给发动机带来的不利影响。虽然采用腹部进气优点很多,但是缺点也很明显。由于进气道距离地面很近,飞机起降或滑行时很容易将跑道上的一些杂物吸入进气道,尤其是将前起落架位于进气口前部,轮胎滚动带起的沙石很容易被吸进进气道以致打坏发动机压气机叶片。为此,F-16将前起落架舱布置在进气道口的后下方,在减小吸入杂物的同时,又降低了起落架的高度。
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