美国F-35装备超强发动机,为何机动性反而不如F-22强?

F-35“闪电Ⅱ”所采用的F135发动机是有史以来在战斗机上安装过的推力最大的喷气式发动机,即使根据普拉特·惠特尼公司在定型之初发布的数据,F-35A使用的F135-PW-100的最大推力就达到了19吨,2017年5月F135的推力已经超过20吨。

作为最直观的对比,F135推力比苏-27系列装备的AL-31发动机多出1.65倍推力,苏-35采用的AL-41F-1S的1.44倍,苏-57采用的AL-41F1的1.39倍。普惠公司在宣传时底气十足的号称在可靠性、可维护性和燃油经济方面,F135将继续保持无以伦比的竞争优势。

同时普-惠公司还将与美国空军合作对发动机持续改进,以减少燃油消耗、增加推力和改善耐用性。其中,最大推力将超过21吨,这将与燃油经济性的改善一同转化F-35的战斗力。

对于首飞已经10年的F-35,即使配备了如此强悍的发动机,且洛克希德马丁和空军都致⼒让它的性能和机动性⽇益卓越。可是由于F-35 粗短肥胖的机体,再加上不怀好意的“肥电”外号。似大众形成了一种它只是⼀架飞行能力拙劣的超级计算机,算不上什么合格的战斗机这样的刻板印象。即使在2017年巴黎航展上展现其优异的机动性,特别是一开始的垂直四角转弯,和后面的当时声称只有在F-22才能完成的方向舵转弯(又称落叶飘)这样具有近失速或过失速机动代表性的动作,但仍未能破除对于F-35的误解。那么我们从F-22与F-35两者的立项背景,设计思路,主要特点及在未来空战中的应用几点来进行一个全方位的比较。

上图为F-35在巴黎航展所展现出肥猪慢慢滚的实力,其中加力大角度垂直爬升(1~2),⾼攻角超低速飞行 (12),方向舵转弯(落叶飘21~23)等分别展现了强悍的发动机性能和优秀的机动性(Source:Aviation Week)。

一、立项背景

F-22 “猛禽”是美国在冷战后期,为应对苏联空战能力的发展而研制的,目前已经在美空军服役达10 多年了,在2014 年9 月的叙利亚“内在决心”的踹门以及后来的作战中发挥了关键作用;而F-35是1993年克林顿执政时期避免同时投资多个项目、通过限制军事开支平衡联邦财政预算的产物,目的是打造一种成为美国空军、海军和海军陆战队的通用战斗机,于2006 年7 月正式将其命名为F- 35 “闪电”Ⅱ联合攻击战斗机。

二、设计思路 其实从两个项目一开始的简称就可以明显的看出区别。

F-22项目最早被称为ATF,即先进战术战斗机 (英语:Advanced Tactical Fighter,简称ATF),是为美国空军开发的空优战斗机,取代F-15,以对付新出现的全球威胁,并在战斗机性能上制衡前苏联的苏-27战斗机。所以其一开始就是作为完全的空中优势战斗机设计的,主要任务是取得并确保战区的制空权,额外的任务才是对地攻击和电子战。

(比翼齐飞的ATF项目两个竞争对手,分别是洛克希德的YF-22与诺斯罗普的YF-23 )

而F-35则缘起于90年代的“联合打击战斗机计划”(英语:Joint Strike Fighter Program,简称JSF),其目的是为美国和其盟国取代大量的老化中的战斗机、战斗轰炸机和攻击机,包括F-16、A-10、F/A-18、AV-8B和海鹞式战机。当时是波音的X-32和洛克希德公司的X-35进行竞争之并最终选择了X-35的设计作基础。这就是F-35闪电II打击战斗机。

(当时和F-35竞争JSF项目的对手,波音公司的X-32,怎么看也不像一架战斗机 )

F-35赢得联合打击战斗机计划后的徽章 所以可见这两款飞机的任务是互补的。F-22主要是一款空优战斗机(也具备对地攻击能力),而F-35从一开始就是按照战斗轰炸机进行设计,同时也具备一定甚至不弱的空战格斗能力的战斗攻击机。对于美空军来说,基本战术要求是F-35在执行对地攻击任务时需要F-22护航,在F-22扫除敌方战斗机拦截后再跟进发动攻击,将敌方空军扼杀在地面上。美军战斗机高低搭配的战术以及F-35优良的隐身和电子系统性能,也足够弥补其稍显不足的机动性,至少在空地打击这一角色上,这并不是一个很了不起的问题。

三、主要特点及在未来空战中的应用

对于美国而言,F-22是真正意义上的空优战机,F-35只会在F-22数量不足的时候填补二线地区制空的空缺。这是由F-35最初的设计定位所决定的,所以F-35机动性弱于F-22也是不可避免的。但是较传统战机而言,F-35最重要的技术优势就是其优越的机载设备处理能力。在这一点上,虽然F-22“猛禽”战斗机已经采用了数据融合,但在F-35 上得到了进一步完善, 成为不可或缺的重要特性之一。尤其是F-35 的航电是有史以来最先进的。

数据融合将这些先进机载传感器收集的信息和通过数据链传来的机外信息进行融合, 形成通用作战图像(COP), 不仅可以减轻飞行员的工作负荷, 而且编队内各成员通过COP 共享信息, 进一步增强了战术态势感知能力。可使飞行员同时实施以往由多个平台接续开展的多项操作,实现各项数据自动处理并融合进信息系统,使飞行员具备极高的态势感知能力,进而更加全面地做出决策,创造一个更加完备的作战环境和指挥控制体系,带来一场以“信息轴”(或称为Z轴)为代表的作战革命。

主要是两个原因,一个是F-35空战推重比相对较低,另一个是超音速升阻比相对较低,并不单纯只是推力矢量系统的原因。

现在很多人一提起F-35与F-22的机动性差距,总愿意归结于推力矢量系统的差距,但实际上远不至如此。

F-35是美国JSF“联合攻击战斗机”的产物,主要的目的是为美国及其盟友研发一款低成本的三军通用“联合攻击机”,所以它的主要设计指标都是围绕三军通用、多用途攻击机来设计的。

而F-22是源于美国的ATF“先进战术战斗机”项目,主要的研发目的是为了给美国空军研发一款替代能F-15,并在性能上全面压倒前苏联空军以夺取制空权的战斗机,所以F-22的主要设计指标都是围绕空战设计的。

所以两者的性能指标侧重是不同的,而F-35虽然采用了推力更大的F-135发动机、空重也更轻,但是由于是单发设计,其空战推重比只有1.0左右,而F-22虽然采用推力相对较少的F-119发动机,但由于是双发设计,其空战推重比高达1.4,所以推力上F35其实是不占优势的。

▲F-35A所采用的F-135发动机虽然推力相对更大,加力推力可以达到191.3千牛(未升级前),而F22所采用的F-119尽管推力只有173.4千牛,但是因为F-22是双发设计,所以其空战推重比反而要比F-35大。

再一个超音速升阻比的问题;

在F-22的4S能力中,超音速巡航与超级机动能力,其实都是依赖于F-22较高超音速升阻比的气动外形设计,而F-35作为一个“联合攻击机”并不强求超音速巡航能力和超级机动性,所以F-35在气动外形设计的时候,其超音速性能的优化很低,在超音速升阻比上与F-22有巨大的差距。

▲我们很多人都听过F-135超重问题,作为一个单发飞机其空重比F-15A都要重,就是因为美国空军要求F-35要具有1240公里的作战半径同时,还要能在机腹弹仓中携带两枚2000磅的JDAM,并且要将各种电子对抗设备、新型传感器内置,所以只能尽可能的多塞,塞着、塞着自然就超重了!

所以我们直观的看F-35就是一副短粗、矮胖的形状,而对飞行器来说,其优越的超音速气动设计,是要求高长细比和平滑的纵向面积率分布,而这两项F-35做得都不好,所以自然F-35在超音速能力上就不如F-22了。

而五代机的超机动性其实指的就是超音速机动能力,而F-35就连普通的超音速性能都不如F-22,那超音速机动能力就更别提了。

▲F-22与F-35的飞行包线图,可见其在纵向逼近2马赫范围,在全程都对F-35有优势,这可不是一个推力矢量系统就能做到的!

2021-12-13

2021-12-13