航展上的F-35A,細品它的隱身設計和電子裝備,你能發現什麼?


航展上的F-35A,細品它的隱身設計和電子裝備,你能發現什麼?

靜展的是荷蘭空軍的首架F-35,訂購八架,已交付兩架,最終採購量將達到85架。這兩架飛機去年曾經飛回荷蘭本土向公眾展示,不過現在還都留在盧克基地培訓種子飛行員。

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從機頭開始逆時針繞著F-35轉了一圈,來看看諸多平時難得一見的細節。




[ 機頭 ]

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由機頭開始延伸到進氣口的尖銳稜線,既減少了雷達反射面積,也作為一個渦流發生器起到增升作用,還可以對氣流進行預壓,提高進氣效率。

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向前翻起的座艙蓋,這也是除殲-20外目前世界上最先進的座艙蓋,採用整體式變厚度設計。它外表面是連續光滑的,內加強框前部的玻璃厚,後面的厚度薄,配合微爆索進行穿蓋彈射,比無框設計的F-22座艙蓋要輕便很多。

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和殲-20蛇形排列的微爆索不同,F-35的微爆索是T字型的,在飛行員上方只有一條直線。這個差別要麼是因為F-35的裝藥量大一些,要麼就預示著它的座艙蓋厚度較小,相應的速度和機動性帶來的座艙蓋空氣壓力載荷比殲-20低。

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八一閱兵首次披露的殲-20座艙視角,飛行員頭頂上彎曲的就是微爆索,覆蓋面積更大,而且看上去也更粗。

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這次航展上拍攝的英國“鷹”式教練機座艙蓋上的微爆索,“鷹”式為亞音速,對座艙蓋的要求更低,微爆索也細很多。

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座艙蓋前方凸起的平臺上,右側的梯形黑洞是AAQ-37光電分佈式孔徑系統(EODAS)探測窗口之一,負責前上方的視野。全機一共有六個EODAS窗口,覆蓋360度視野,配合頭盔顯示器向飛行員提供圍繞機身的全景紅外圖像,因此可以“看穿”地板和背後。

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EODAS系統示意圖

EODAS擁有對空/對地目標搜索、目標指示與導彈告警、殺傷效果評估、晝夜輔助導航和起飛著陸防撞等多種功能,實現了全方位戰場態勢感知。它採用的銻化銦紅外焦平面陣列非常靈敏,甚至成功試驗過追蹤1300公里外發射的獵鷹9火箭,持續時間長達9分鐘。

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F-35EODAS系統的全景紅外圖像截屏

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機頭雷達罩內安裝的是功能強大的AN/APG-81有源相控陣雷達,由洛·馬的老對手諾斯洛普·格魯曼公司設計製造,它擁有同時進行合成孔徑雷達地圖測繪和地面移動目標指示的能力,並具有強大的電子戰能力。

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內部的雷達長得是這個樣子的(照片來自諾·格網站)

F-35最引人注目的設備莫過於機頭下方半埋安裝的光電跟蹤系統(EOTS),七片菱形的鍍膜藍寶石玻璃提供360度下視視野,擁有對地紅外搜索瞄準(FLIR)、地形跟蹤導航(TF)、激光指示瞄準(LTD)和對空遠距離紅外搜索跟蹤(IRST)等多種功能。而且它是單一孔徑設計,就是多種光學設備共用光路,集成度很高。

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和“藍盾(LANTIRN)”這類傳統的前視瞄準/導航吊艙相比,EOTS的保型設計不佔用掛架,減少雷達反射也降低了飛行阻力,功能更加全面強大。“藍盾”系統的兩個吊艙各重210公斤,EOTS全系統包括玻璃窗組件的重量僅為90公斤,作用距離高達120公里。

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BBC節目中顯示一架F-35在90.9公里外用EOTS瞄準拉斯維加斯米高梅大酒店的視頻截圖,清晰度令人瞠目。

EODAS系統的主要作用是廣域監視、預警、戰場事態感知,EOTS系統則主要負責具體的攻擊目標搜索、跟蹤、照射。



[ 機身左側 ]

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機身側面,F-35的三個型號均自帶登機梯,這也是美國戰鬥機的傳統設計,登機時不需要依賴地面人員及設施,有利於戰時緊急出動。

機腹中線上有個長條狀的鼓包,前後兩端分別是機腹部前、後向的EODAS探測窗口。

登機梯後面的鼓包就是F-35開創先河的DSI無附面層進氣道,運用三維鼓包產生的空氣壓力將附面層推離進氣口。當然如今這項技術已經在中國白菜化了,詳見我之前的文章:話說殲-20 - 1、氣動佈局 (上)。

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五邊形黑洞是左側的EODAS探測窗口,底下紅套子罩住的是固態大氣數據傳感器

F-35對隱身性能的細節處理非常精緻。在雷達罩和機身的接縫處,以及其它一些不需要經常打開維護的蓋板縫隙上,覆蓋了像膠帶一樣的柔性導電材料,這層材料的邊緣部分略微凸起。它的可維護性比F-22提高了很多,不再需要在裝配完蒙皮之後用膩子填補螺絲孔。

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F-35的可維護性很高,側機身佈滿了各種維護口蓋,起落架艙門和彈艙門本身也作為維護口蓋用。這些需要頻繁開閉的艙門蓋板可以快速拆裝,邊緣略微突出於機身表面,並帶有鋸齒,以將入射的雷達波匯聚在有限的角度內。

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上圖像光盤一樣的標誌就是低可視度的荷蘭皇家空軍機徽。上方兩根淺綠色的橫條是採用電致發光原理的低亮度編隊燈。旁邊大的不規則六邊形蓋板內是地面維護用的各種電、氣、信息接口。

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夜間點亮編隊燈後的效果

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前起落架,艙門上印有該機飛行員的姓名、綽號及軍銜:Albert De Smit、"Vidal"、Colonel,荷蘭空軍操作測試與評估分隊指揮官,是位上校!

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機腹的內置主彈艙艙門,後面的兩個突起是龍勃透鏡,它是一組複雜的透鏡組,可以增強雷達回波信號並使信號沿入射方向返回,以便空中管制機構能夠看到隱身性能強大的F-35。

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機翼底部特寫,六角形凸起的淺色蓋板封住的是掛架接口。只有空中、地面威脅不大、允許採用低隱身性的外掛模式時才會裝上掛架,外掛武器出擊。

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F-35加裝外置掛架的狀態

前緣襟翼內嵌有三段分佈式孔徑天線陣列,和主翼尖後端、平尾後端的共型天線共同組成360度的全向雷達告警系統,該系統和紅外光學體制的EODAS一起向F-35的飛行員提供高度融合的戰場態勢感知能力。

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分佈式孔徑天線陣列位置示意圖

回望機頭和座艙,可以看到F-35沒有傳統的HUD抬頭顯示器,只有一整片巨大的20x8英寸液晶觸摸屏,實現了徹底的全玻璃化座艙,連一個機械備份儀表都沒有。更多的信息被直接投射到了頭盔顯示器上。F-35也是採用側杆操縱。

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觸摸屏的通病,就是觸摸得多的位置會留下很多手指印,看來造價高達1.1億美金的F-35同樣免不了這個問題。

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F-35的夢幻座艙,這次航展沒有開放參觀座艙,圖片來自網絡

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左側進氣口上方的隆起部位就是機炮艙。F-35的三個型號中只有空軍的A型配備有內置的固定機炮,型號為通用動力公司生產的輕量化設計GAU-12/A 四管25毫米加特林航炮,備彈僅有182發,以每分鐘3300發的射速只夠射擊3.3秒。同系列的GAU-12/U則是五管,裝備於AV-8B和AC-130U炮艇機上,它們的原型就是A-10那門大名鼎鼎的GAU-8“復仇者”30毫米炮。

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F-35A地面機炮射擊測試動畫,開炮前先將機炮口蓋打開。

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航炮排煙口,用於排出射擊產生的火藥廢氣,表面用細密的金屬網覆蓋,以保持機體表面的隱身完整性,上面寫著不得踩踏。後面機身的蓋板上可以看到鋸齒形的接縫,背脊上的蒙皮則採用了柔性材料覆蓋接縫。

不過陸戰隊垂直起落的F-35B型和海軍艦載的C型都沒有安裝固定機炮,需要時掛載下圖所示的機腹航炮吊艙,備彈220發。

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[ 機尾 ]

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F-35的垂尾,前部淺綠色的斜條也是低亮度編隊燈。可動的方向舵與垂尾之間的接縫用柔性導電材料覆蓋。OT代表"操作測試與評估分隊(OT&E Team)",1號機。

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發動機尾噴口特寫,鈦合金收斂調節片前後都帶有鋸齒

F-35的普惠F135發動機是史上推力最大的軍用發動機,最大推力達到18噸,推重比超過10。它的核心機和F-22的F119發動機相同,但是高速性不及F119。發動機尾噴口採用了非常尖銳的鋸齒設計,可以把雷達波匯聚在狹小的範圍內,同時還可以將更多冷空氣混合到高溫噴流中,降低紅外信號特徵。

但是這臺發動機的噪音非常大,數據顯示不論起飛還是降落階段,它的最大噪音量都要達到F-16最大噪音量的四倍!在現場我們也聽到,F-35啟動發動機開始暖車後,全場就充滿了它巨大而尖銳的呼嘯聲,比F-15、F-18這些雙發戰鬥機起飛開加力後的聲音還要響得多。原來F-35隱形戰鬥機的軟肋之一是聲音不隱形啊!

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F-35的尾部全景

因為F-35的機身比較粗短,為了加長力臂,它的兩個水平尾翼由機身後端伸出。尾翼翼根處同樣內嵌有雷達告警系統的分佈式天線列陣。

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尾噴口的紅色擋板上印著“荷蘭皇家空軍F-35操作測試與評估分隊(OT&E Team)”的字樣

機腹後端的鼓包內收納的是緊急著陸鉤。美國空軍大部分作戰飛機都裝有尾鉤,以便剎車失效等緊急狀態下停住飛機。和海軍F-35C型粗壯的著陸鉤不同,空軍A型的著陸鉤是一次性使用的,細巧得像個釣魚鉤。而垂直起落的陸戰隊B型因為尾噴管可以向下偏折佔據了空間,沒有空間也沒有太大的必要佈置著陸鉤。

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2016年5月在愛德華茲空軍基地測試F-35A著陸鉤的畫面,圖片來自美國空軍官方

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稍微側一點的角度看水平尾翼的結構,機身連接處平尾動作筒外那圈用淺紅色標註的蒙皮採用的是柔性材料,封閉了縫隙,使水平尾翼無論偏轉到什麼角度都能夠保持機體表面的連續性。

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尾噴管左側的開口是綜合動力包(IPP)的排氣口,它右前方的六邊形口蓋則是進氣口。由霍尼韋爾公司製造的IPP是F-35特有的設備,綜合了傳統飛機上相互獨立的發動機起動機、輔助動力單元(APU)、環境控制單元和備用電源等系統的功能。它的實質就是一臺小型的渦噴發動機,A型和B型的排氣口都在機腹,C型為了航母甲板操作人員的安全,排氣口開在了機背上部。

但是一旦IPP 故障將導致主要航電過熱故障、失去備用發電機、失去機載製氧能力和座艙加壓,將嚴重危急飛行安全。

【 花絮 】

2016年9月,位於落基山區的愛達荷州芒廷霍姆空軍基地發生了一起著名的F-35A起火事故。最終調查結果揭示,這起事故就是IPP進、排氣口與發動機尾噴口之間距離過近造成的。

當時該機正在啟動發動機,從尾部吹來的一股30節以上的強風將發動機或者是IPP排出的灼熱廢氣吹入到IPP進氣口中,導致IPP自動關閉,進而在發動機轉速即將達到自主運轉速度之前切斷了發動機啟動能源。之後的一系列連鎖反應最終導致火勢失控,火焰從IPP排氣口噴出,順風沿著機體外部向前快速蔓延。飛行員從機內逃生,但頭部、頸部和麵部被燒傷。這起事故造成了1700萬美元的損失。

這次事故沒有圖片流出,上圖為2014年在佛羅里達埃格林空軍基地因發動機起火燒燬的另一架F-35。事後美國空軍宣佈沒有停飛F-35A的計劃,意味著空軍認為事故是天氣或人為因素導致的,並非設計缺陷,也沒有計劃對飛機進行任何修改,但類似的潛在危險是顯而易見的。

右側相對應的位置,分別是拖曳式雷達誘餌艙和紅外干擾彈艙的口蓋。

F-35可攜帶4枚BAE公司生產的AN/ALE-70拖曳式雷達誘餌,每枚價值5萬美元。使用時通過光纖拖曳在母機後方一百米左右的距離外,發射主動干擾信號干擾來襲的雷達制導導彈,使導彈偏離母機。

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拖曳式雷達誘餌長這個樣子,右邊的長條盒子是它的釋放裝置。上圖是F-18E/F/G超級大黃蜂上使用的AN/ALE-55,ALE-70是它的改進型。F-16、B-1和颱風戰鬥機上都配備有類似的系統。

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F-18E在戰區拖曳AN/ALE-55雷達誘餌的想象圖

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一張比較少見的F-35吊裝照片,黃色箭頭處即為處於口蓋開啟狀態的拖曳式雷達誘餌艙,有橫列的四條槽用於安裝誘餌釋放裝置。

為了對抗紅外製導導彈,F-35配備了三種型號的紅外干擾彈(flare):MJU-64/68/69,兩個干擾彈彈艙就在拖曳式雷達誘餌艙前方。

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F-35在愛德華茲空軍基地上空進行紅外干擾彈釋放試驗的場景,需先打開干擾彈艙門,而普通飛機的干擾彈艙都是開敞式的。

而F-35似乎沒有配備通常的箔條幹擾彈(chaff),大概是對自己的雷達隱身能力很自信。如果雷達制導導彈能夠鎖定隱身設計的F-35,那普通的箔條幹擾彈應該也沒什麼作用了。

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垂尾前方的突起是另一個龍勃透鏡,在左側還有一個,全機在非戰鬥飛行時通常裝有四個龍勃透鏡,向航空管制部門顯示自己的位置。

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從後方看主翼,相對厚度相當大,裡面裝有容量巨大的機翼油箱。機體表面的加工工藝非常精湛。

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主翼尖上的防撞燈

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機身後部的六邊形數據鏈天線




[ 機身右側 ]

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座艙蓋後面背脊凸起處是機背的EODAS窗口,負責後上半球的探測。

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F-35因為裝備了大量大功率電子設備,發熱量巨大,對冷卻系統的要求非常高。它採用了高效的液冷方式,以油箱中抽出的較冷燃油作為熱交換介質,通過換熱器帶走電子系統產生的熱量,然後將預熱過的燃油泵入發動機燃燒做功。右機身上表面和機炮相對應的位置就是冷卻系統的主進氣口,在兩側主翼下表面的翼根處還分別有一個三角形輔助進氣口。

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進氣道側面的稜線形成了一個小邊條。機徽後面的六邊型口蓋裡面集成了各種加油、充電、充氣、信息接口。

【 花絮 】

F-35的地面加油也出過大問題。因為F-35需要依靠燃油作為冷卻系統的熱交換介質,當燃油超過一定溫度閥值,戰機特別是電子系統將無法正常運轉。

美國空軍提交的報告顯示,發現該問題時機庫溫度常達到43度,這對於長期暴露在烈日下的室外機場混凝土跑道而言,並不算高溫。因為這是整個冷卻系統的設計問題,目前無解。作為臨時應對措施,F-35的地勤加油車北塗刷成白色以反射陽光照射的熱量,還要重新規劃停車場,保證燃料車能停放在陰涼的地方,以避免高溫暴曬使得燃油溫度在加入飛機時就過高。

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從前方看主翼,外側帶有明顯的扭轉,以延遲機翼失速。翼根紅色的艙口蓋蓋住的就是輔助冷卻進氣口。A/B幹。擾彈

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右側前起落架艙門上印著該機另一位飛行員的身份:Pascal Smaal少校,綽號"Smiley"。因為荷蘭空軍首批有四位種子飛行員,飛機只有兩架,所以得“共享”。

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前機身右側的EODAS探測窗口

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另一個角度看EOTS




[ 飛行表演 ]

F-35起飛及收起起落架的連續鏡頭,起飛滑跑距離相當短。

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這次航展F-35並沒有作單獨的飛行表演,在四機Heritage Flight之後F-35單機做了個低空通場拐了個彎就降落了,飛得四平八穩,沒有展示任何機動性能。

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和前年來參展的F-22比,F-35的身形真的是非常的壯碩

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參觀完F-35A,不禁要感嘆這款當今最先進戰鬥機的複雜性。但實際上它還是F-35三個型號裡相對最簡單的,陸戰隊短距起飛/垂直降落的B型擁有極為複雜的升力風扇、噴氣姿態控制系統和可收放式旋轉噴管;海軍艦載的C型不但機翼尺寸更大,還有機翼摺疊系統,更粗壯的起落架和著陸鉤;B/C型的空中加油系統都採用軟管方式。

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F-35是史上最昂貴的武器研製採購計劃,總投資超過4千億美元,全球採購數量達到4千架。儘管從計劃開始就充滿爭議,各種問題頻出,項目嚴重拖延超支,唱衰之聲不絕於耳,但是F-35的先進性是不容置疑的。

它沒有F-22那樣的速度和超音速機動性,但它有更大的作戰半徑,更高的彈艙容量,最重要的是它極其強大的信息獲取、融合、處理和分發能力。在被戲稱為“肥電”的臃腫身形之下,是遍佈全身的“千里眼”和“順風耳”,具有壓倒性的戰場態勢感知能力優勢。這幾乎等於一架小型的預警機,同時還擁有相當不錯的隱身性、F-18E那樣的攻擊能力以及EA-18G的電子戰能力,再加上數千架的數量,將未來空中作戰帶來革命性的全新模式。

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F-35不但可以自己發起隱身攻擊,也可以為戰場上的各類友軍提供強大的信息支持,它還具有“A射B導”的能力,能夠引導海軍艦艇發射的標準-6艦對空導彈攻擊遠達400公里外的超遠程目標,極大地拓展了交戰範圍。


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