F35飞行性能探析.doc

F-35A 飞行性能探析y zwz这可能是众多读者盼望已久的话题了 F-35 作为第一种海军、 空军和海军陆战队通用的联合战机，集成了众多的先进技术，又有极高的性能指标，各种需求之间的矛盾不易协调，从 F-35 诞生之日起便争议不断 尤其是 2004 年超重问题曝光之后， F-35 一夜之间跃于各参与国军界和舆论界的风口浪尖之上 众所周知， 超重直接影响飞行性能， 而优异的飞行性能是一型优秀战机的重要特征此外，超重还会间接影响航程 /载荷性能，以及 JSF 方案参与国重视的空战性能 〔对于某些想买 F-22 而不得的国家， F-35 无疑会成为其倚仗的空优主力〕 就在 F-35 减重方案紧锣密鼓实施之际，与其相关的负面消息却接踵而至08 年底围绕着 F-35 流传着两件事：一是据传在美国国际战略研究机构 RAND 〔兰德〕公司进行的兵棋推演中， F-35 输给了苏霍伊战机另一是美国军事评论家 Winslow Wheeler和有F-16概念之父之称的 Pierre Sprey对F-35大加抨击，认为其“是一只狗〞 ：“F-35有49500磅〔 22460 千克〕的空战起飞重量，但只有 42000 磅〔 19056 千克〕的推力〔 F-135 台架推力值到达 43000 磅， 42000 磅可能是安装推力。

而官方只给出了 40000lbs class 的模糊说法〕 ，使得它的推重比在新式战机面前明显处于下风此外，对于空军型〔 F-35A〕和海军陆战队型 〔F-35B〕 而言，由于只有 460平方英寸〔 43 平方米〕的翼面积，其起飞翼载将高达 108 磅 /平方英寸〔 522 千克 /平方米〕 〞据此， Spery 和 Wheeler 得出结论： “ F-35 实际上比越战时的 F-105 机动性更差〞 但与此同时，美国空军准将 Charles Davis 给出了官方辟谣声明，称 F-35 在空战模拟中不仅击败了包括苏霍伊战机在内的各种空中威胁， 而且优势非常明显 针对 Spery 和 Wheeler对 F-35 的恶评， Davis 回敬道： F-35 不是狗，而是一匹赛马此外，就是这种貌似超重且动力缺乏的飞机，在飞行测试中却表现的让人大跌眼镜：第一架 F-35A〔 AA-1 〕首飞时，虽然没有收起起落架，且禁止翻开加力，伴飞的 F-16C 却难以跟上，甚至需要间歇性的翻开加力才能完成追踪观测的任务须知 F-16C 是第三代战斗机中加速性最为优异的型号， 在 30000 英尺高度， 从 0.9 马赫加速至 1.6马赫仅需 59 秒 〔据1993 年国际航空精华本数据。

同样以推重比著称的 MIG-29A 需 86秒〕 针对几中截然不同的声音，笔者希望根据官方的 F-35 数据、飞行员访谈、 F-35 实际试飞表现等斗胆推测一下 F-35 系列，主要是 F-35A 的飞行性能众所周知，飞机的飞行性能，由气动、动力、飞控三大因素决定任何具有良好飞行性能的飞机， 必须有强劲的动力提供足够的单位重量剩余功率 〔 sep〕 ， 气动设计追求高升低阻，而飞控系统那么根据飞行状态、 实时调整各操纵面保证最正确的控制效果 在下文中， 笔者也会主要围绕这几个方面进行分析一 .F-35A 重量之谜这可能是 F-35A 最为神秘的数据之一了 从 1996 年 jsf 工程提出以来， F-35 的空重指标不断变化，但根本上是越变越重从 2002 年的 26500 磅 〔12023 千克 〕到 2006 年的 29036 磅〔 13150 千克〕 ，增幅达 9.6%相比之下，历史上研发过程中重量控制不佳的典型型号，如F/A-18,增幅也不过8%那么这个13150kg的数字可信度到底如何呢？下一步变化趋势又如何呢？结合 F-35 研发团队的年度报告，笔者作了如下分析：在洛.马的官网上，F-35A的空重确实是刚刚提到的数字。

但在JSF工程团队的年度进展报告却另有说法，见图一和图二：Configuration 240-4OI^IMJBLJIlUNI^IATtmbNI K. Approwtrf fur public rals»^«- dlfiUibiUinlDn 泳 liiiHmmtLS!图1 三种F-35的空重都被打上了星号AA-1 Actual Weights vs Calculated| CTOL AA 1 Compcmrnt CslejoiyTala] Calculated (lb)Total ArhialPercent cfTotalVurhnceVarJiiiirt ?31 JAir Fra me926IL99333.672.7必阳知Systems4282.44162.669喻-119.S-2,8ft%Gi^and Total13543.213496,161%-0.35%Mo PropulsionSR1 241II3WAA 1 Actual Weight Measurements Demonstrate High Confidence in Weight CalculationsUI^THlHUnDH SITAIEMENT A. Apprtvod lor (lUhllcial urn; deiirfih uilan Ie 皿 m find.图2 F-35 AA-1的实测数据图1是F-35三种型号的估计数据。

注意到三种型号的“空重〞均被标上了星号，而其 它数据那么没有星号显然，洛 .马在其官网直接使用了打上星号的数据而星号说明其尚处于变化中，不确定度比其余数据更大 果然，F-35 AA-1各局部重量分布实测数据 〔见表2〕,与前面“星号数据〞似乎出现了矛盾在GRAND TOTAL 一项中，13496.1磅〔实测值，不计发动机〕占据了全部重量的 61%, 可知AA-1实机在不算发动机的情况下，重 22124磅〔 10038千克〕剩下的工作就是估算 F135发动机和其附件的重量F-119推重比在10以上，为以F135推力43000磅〔19.5吨〕的台驾值计算，因 F135为了降低本钱，在 F-119根底上增加了廉价材料用量，不可防止的会导致推重比下降由于 使结果更有说服力，从严估计，姑且认为 F-135推重比为9 〔与F414相当〕可得F135重 量估计值2167千克加上原先不算发动机的重量 10038千克，估测的空机重量为 12205千 克和“星号数据〞 13150千克有945千克的落差如何解释这 945千克呢？未被计入的重量可能读者已经注意到了，前面已经指明了估算目标“发动机及其附件〞的重量。

而计算 中没有考虑发动机附件 这不失为低估重量的一个可能因素 但笔者认为这种可能性是很小的首先，美/法/中国等国的发动机重量计算标准是算上附件的，只有俄式标准不算附件 其次，虽然“附件〞这个概念比拟宽泛，不一定隶属于发动机，但其重量的量级一般为几千04年开始，F-35的弹仓设计中比原先多了36千克克至几十千克比方为了方便地勤人员装弹，从 一个机械装弹机构，这算是很重的附件了，但也只有笔者认为，最有可能造成这945千克差异的，是因为不同国家空重〔empty weight或grossweight) 的计算标准与想象的有所出入 “机体 +发动机〞并不符合某些国家空重的定义美军习惯上用 operation weight 来定义 empty weight， 因为这是可用于战斗的状态 ( combatready) 例如 F-16C Block25 ，根据其飞行员手册， 空重 17400 磅包括了飞行员、翼尖的两枚 AIM-9 导弹( tip missiles) 、死油和全部的机炮炮弹等而 AA-1 的实测数据不大可能包括这些“杂七杂八〞的东西下面估算 F-35 的相关数据F-16 各型别的死油共 200~300 千克左右， 占其机内总燃油的 6.3%~9.5%。

如果按照相同比例，以 F-35A 略超过 8000 千克的机内燃油量，其死油将到达 500~760 千克飞行员 +随身装备通常按 100 千克计算其所用的毛瑟 27 毫米机炮虽然备弹量只有 380 发，少于 M61的 515 发，但直径也明显高于后者的 20 毫米，参考 M61 的全部备弹重 120 千克，毛瑟 27不会有明显差异 F-35 目前未能集成 AIM-9X 转而使用 AIM-132 两枚 AIM-132 重 174 千克 但考虑到 F-35 没有翼尖挂架， 其空重计算中是否会包括类似于 F-16 的 tip missiles 还不得而知但无论如何，死油 +飞行员 +炮弹是一定要算上的附加重量在 700~960 千克之间让我们看一下最后的结果， 12205千克加上 700~960千克， 按美军标准， 其 operation weight为 12805~13165 千克，已相当接近前面的“星号数据〞 13150 千克在这附加的 700~960 千克中，死油占了大头据此，笔者推测，实测数据与“星号数据〞并未矛盾，其精确度值得信赖但是在实际计算中，比方估测其全机推重比、翼载荷等，那么需考虑到“星号数据〞已经包括的重量，不可重复计算。

F-35A 最近的重量变化JSF工程超重问题的一大根源在于过高的航程 /载荷指标单发机体空间本已十分有限，如果硬要塞下内置弹仓和与其体重不相称的 8 吨燃料， 机体必然会变得肥胖 而在 JSF 减重方案中，降低航程 /载荷指标也是重要措施之一这样可以节省机内空间、减轻结构重量，甚至减小机身横截面积，降低气动阻力同时“死油〞等也会少些2006 年底试飞的 F-35A (AA-1) 并未采取任何减重措施第一架采用减重措施的 F-35BSTOVL 比原先减少了 900 千克空重 在去年 12 月 19 日， 第一架采用减重措施的 F-35A(AF-1)下线见图 3图3第一架采用重量优化措施的 F-35A (AF-1)下线和AA-1相比AF-1主起落架比原先更细，起落架舱内缩且更为平整可与图 4的AA-1比照：图4 F-35A 〔AA-1〕,注意其起落架与 AF-1的差异减重措施在STOL型取得了 900千克的收益而CTOL由于结构上的差异，不能完全照 搬这个数字不过有一点可以肯定，就是 F-35A已经得到明显的减轻， AA-1的实测数据不再适用就此判定现在的 F-35A 〔AF-1 〕空重〔operation weight〕理想值为12吨，而上限为12.5吨应不为过。

为方便讨论，下文中的“空重〞使用传统概念，不计及飞行员、死油、 炮弹等重量请读者注意区别二.评价推力/重量比的传统误区推重比是衡量飞行性能的重要参考数据之一目前军事爱好者中流传的推重比估算方法，通常是假定飞机携带其油箱容量一定比例的燃料〔 50%或60%最大容量〕，并在空重基础上，加上飞行员、两枚搏斗导弹的重量，并以发动机台架最大推力除之， 即可得到一个有一定参考价值的空战推重比实际推力是速度和高度的函数这里有一个很重要的问题常被忽略发动机安装到飞机之后，其实际推力是飞行速度、 高度的函数，甚至与台架推力有较高的偏差如果全然不顾这些变化，其计算结果的参考价 值自然大打折扣以下就美、俄的两种典型战斗机用涡扇发动机 。