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回复:超级战斗机——F-22“猛禽”(一、初试锋芒)

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F-22的主要传感器和系统
诺斯罗普·格鲁门/雷声公司的AN/APG-77(V)1有源电子扫描阵列(AESA)雷达
  F-22 Block 30/35安装了改进型多模AESA雷达,在得到增量3.1升级前,这种雷达就能通过交错使用空空搜索、多目标跟踪、气象测绘、空地模式以及侧视阵列来提供态势感知了,其高度定向的雷达波束降低了被截获的概率。据报道,这种雷达能在大约109海里(200公里)的距离外探测到雷达截面为1平方米的目标,可在125-150海里(231-277公里)外发现战斗机大小的目标,探测距离是F-15C原APG-63雷达的两倍以上。

APG-77的天线阵列


本楼含有高级字体41楼2015-12-01 14:42
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    TRW AN/ASQ-220
      TRW公司的AN/ASQ-220集成通信/导航/识别(CNI)系统使F-22能在保持隐身的同时在飞机间分享信息,而且在作战时无需飞行员干预。CNI系统包含了内置飞行数据链、一套兼容Link 16的联合战术信息数据系统(JTIDS)(只能作为接收终端,增量3.1升级后开始启用)、一个MK12敌我识别器(增量3.2B升级后具有Mode 5识别能力)以及UHF/VHF无线电(升级到能加密通信)。


    42楼2015-12-01 14:43
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      休斯通用集成处理器(CIP)
        F-22的航电架构用一套中央处理系统来连接传感器和航电设备,任务计算机的双CIP提供了冗余能力。增量3.1升级CIP软件后,能用可调整的任务规划数据进行传感器发射管理和多传感器融合,能对选定威胁辐射进行精确地理定位,为F-22的机载武器提供瞄准数据。

      F-22的CIP模块
      BAE系统公司的AN/ALR-94综合电子战系统
        所有Block 30和35的F-22在制造时就安装了综合电子战系统(IEWS),该系统提供了雷达告警、实施反制措施、导弹发射探测功能。其中的AN/ALE-52布撒器能发射箔条、红外干扰弹、诱饵弹和消耗性主动干扰载荷。
        IEWS的主要设计目标是:F-22在对抗多个目标时,能通过目标探测、分类、跟踪和攻击,在保持隐身的状态下实现先敌发现和先敌猎杀。该系统代表着战斗机首次装备宽带电子战数字接收机,使用来自被动传感器的数据,通过F-22机身和机翼的光电孔径实现了360度全覆盖。IEWS的最近升级对F-22达到目前的高精度地理定位能力做出了贡献。

      F-22机身侧面的光电孔径
      自动地面防撞系统
        洛克希德·马丁的臭鼬工厂、空军研究实验室和NASA已经为F-22研制出了自动地面防撞系统(Auto GCAS),他们在研发中使用了为F-16 GCAS系统开发的技术。Auto GCAS能在飞机撞地前警告飞行员,如果飞行方向没有变化,系统就操纵飞机进行自动改出。F-22会快速横滚至机翼水平姿态,然后做5g拉起直到能安全规避地形。该系统会不断更新飞行路径前方的障碍物,与机载数字地形标高数据库进行对比后检查飞机是否处于即将发生的危险中。Auto GCAS可以被越控,如飞行员启动的改出系统(PARS)功能时(PARS是飞行员在迷失方向或缺氧时可启动的自动改出操作)。


      43楼2015-12-01 14:43
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        原载《Air International》2015年7月号
          F-22“猛禽”战斗机使用的普惠F119低涵道比涡扇发动机于1981年开始研制,当时美国空军发布了先进战术战斗机(ATF)的信息需求书,寻求能取代麦道F-15的下一代空优战斗机。
          普惠F119发动机项目总经理迈克尔·昂达斯说当时在五角大楼内部,“在80年代初出现了对苏联发展出能对抗F-15、F-16先进战机的许多担忧。”
          到1983年5月,国防承包商们已经向五角大楼提供了足够多的隐身、超音速巡航和超机动性设计方案,五角大楼也为这种新一代战斗机颁布了联合先进战斗机发动机(JAFE)方案需求书。当年9月,普惠和通用电气分别获得了研制合同,开发JAFE原型机。


        44楼2015-12-03 14:06
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          竞争试飞
            1986年10月,美国空军从不同承包商提交的五种设计中选择了洛克希德·马丁公司的YF-22和诺斯罗普·格鲁门公司的YF-23进入验证机竞争试飞阶段。普惠和通用电气也各自获得了制造6台发动机原型机的合同,其中4台要安装在一架YF-22和一架YF-23上进行竞争试飞,剩下两台则安装在F-15上进行测试。1990年8月下旬,YF-23抢先首飞,YF-22在一个月后首飞。

          YF-22与YF-23
            GE的YF120采用了革命性的新设计,首次采用变循环风扇技术,不过这增加了发动机的复杂性。虽然YF120发动机在YF-22和YF-23上都表现良好,但在1991年4月23日,美国空军宣布YF-22/YF119组合胜出。据报道,YF-23在试飞中比YF-22更快,隐身性能更好,而YF-22更敏捷。

          YF120设计先进但结构复杂,图中可看到发动机在亚音速模式和超音速模式中的不同工作状态

          F119在结构上要简单很多

          F119发动机解剖图
            对于普惠西棕榈滩工厂的F119研发团队来说,这无疑是天大的好消息,员工们聚集在佛罗里达大沼泽地旁的帐篷下为普惠总裁宣布的消息而欢呼。
            “这次获胜对公司意义重大,我们知道这是一次制造出非常独特发动机的极佳时机……而这种发动机在未来20年里都将保持先进”,昂达斯回忆道。F119的地面试验始于1992年12月,F-22于1997年9月首飞,在2007年12月实现了全面作战能力。


          本楼含有高级字体45楼2015-12-03 14:06
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            更少的零件
              普惠看似简单的F119设计具有一大优点,那就是尽管F119的推力比以往任何美国战斗机发动机都强大,零件数却比F-15和F-16使用的第4代F100发动机少了40%。F119首次在战斗机发动机上采用了整体叶片转子(IBRS)技术,用 该技术制造了所有的三级风扇和6级压缩机中的一部分。
              昂达斯说:“在上世纪80年代末90年代初,计算流体力学(CFD)的应用实现了跨越式增长。”由于计算机处理能力呈指数级增长,“设计工具进步巨大,采用IBRS对发动机气动和效率都有很大好处。”
              与F100和F110采用的两级高压涡轮(HPT)和两级低压涡轮(LPT)相比,F119仅用一级HPT和一级LPT,涡轮零件数减少了一半。
              但昂达斯说:“这种简化所涉及的每个零件都需要用更先进的技术进行设计制造,我们也是这样做的。”虽然F119发动机在设计上应用了普惠以前的一些军用发动机研究成果,“但F119实际上是从零开始设计的,实现了高于F100的涡轮温度”。


            46楼2015-12-03 14:07
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              F119使用的技术
                F119的技术进步从发动机前端就能开始看到,普惠决定在这里采用宽弦空心钛合金风扇叶片,取消了叶冠(在较老的发动机中,相邻叶片的叶冠抵紧后形成一个金属环,使叶片在风扇外圆周以一定间隔排列,起到加强风扇的作用)。宽弦叶片提高了F119的效率,此外普惠在每个压缩级也使用了宽弦高压缩 比叶片技术,使压缩机叶片更宽,空气流动更立体,也使叶片更耐用。
                F119另一方面的效率提升来自的双转子对转设计,这种设计能在气动上调节从风扇(由低压涡轮驱动)进入发动机压缩机气流,提高压缩机内的气流效率,也改善了从高压涡轮进入反向旋转 的低压涡轮中的气流效率。
                普惠公司用自己的专利材料“合金C”制造了F119的压缩级定子,这是一种耐热阻燃钛合金,官方说成分是Ti-35V-15Cr-0.05C,这种材料使发动机能以更高温度运行。普惠公司还用合金C制造了加力燃烧室和尾喷管零件,以增加耐用性。
                普惠公司在环形燃烧室内衬上采用了“浮壁”式火焰筒技术。虽然该公司拒绝对该技术发表意见,但有报告说燃烧室内衬由单块耐热板组成,每块板都用抗氧化的高钴含量材料制造,并 由从压缩机引入空气进行冷却。普惠用单晶高温合金材料制造了F119的高压涡轮叶片,叶片内部有冷却空气通路,表面还喷涂了先进隔热涂层。


              48楼2015-12-03 14:07
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                超巡、隐身和敏捷性
                  美国空军对F-22/F119组合的一个关键要求就是能超音速巡航,也就是说在不开加力的情况下进行超音速飞行。当然,F119的尾喷管前还是有加力燃烧室, 这样即使在超巡中F-22也能获得迅猛的加速能力。
                  普惠公司没有透露F-22/F119组合的性能详情,昂达斯只是说整个系统设计,包括“占了很大比重的发动机推力”在内,使F-22“能非常可靠地进行超音速巡航,这是对机身和发动机进行了特意设计选择 后的结果。”美国空军官方的F-22简介证实了F-22“能以大于1.5马赫”的速度进行超音速巡航。2012年4月,洛克希德·马丁公司旗下的网站f22-raptor.com说“当前估计”F-22的超音速巡航速度可达“1.72马赫”。
                  F-22也被要求具备隐身和敏捷性能,F119发动机用二元矢量喷管实现了这一点。在全权限数字发动机控制系统的控制下,这种收敛-扩散喷管可以向上或向下偏转达20度。尾喷管不仅提高了F-22的敏捷性,还降低了飞机喷气系统的雷达和红外特征。F119是无烟发动机,使F-22不易被目视察觉。

                F119发动机的二元矢量喷管


                本楼含有高级字体49楼2015-12-03 14:08
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                  兰利的问题
                    在接受本刊采访时,科利回忆起当时第1战斗机联队指挥官巴雷特上校承受着巨大压力,他要用“这么少的飞机和这么多的要求”锤炼出一支作战部队。
                    一个作战联队通常拥有3-4个飞行中队,巴雷特获得了两支现役中队和一支国民警卫队中队,都在等着装备F-22,还需要投入大量资源。詹姆斯·海勒中校指挥的第27战斗机中队“战鹰”在2005年接收了第一架作战型F-22(序列号03-4042),第94中队“宣战”在2006年3月3日接收了首架F-22(序列号04-4062)。
                    兰利基地原计划保留第三支F-22现役中队——当时装备F-15C的第71“铁人”中队,但由于弗吉尼亚州国警队的反对于2010年解散。原计划三支现役中队各装备24架“猛禽”,削减为两支中队后各获得了18架初级在编飞机(PAA)。
                    “我们知道将获得更少的飞机和中队,却有更多的嘴巴要喂。”科利对《Air International》说。至于新的F-22,“我们让它们忙得脚不着地。我们有一个名为“阿拉斯加就绪”的项目,就是帮下一个‘猛禽’基地训练飞行员和维护人员,这个基地当然是埃尔门多夫。”
                    不久,兰利基地的第1联队又扛起了协助组建新墨西哥州霍洛曼空军基地F-22联队的重任。这是一个昂贵的错误,霍洛曼在2006年接收了首批“猛禽”,然后在2014年4月8日的一场大洗牌中,霍洛曼的F-22资产被用于加强佛罗里达州廷德尔空军基地的“猛禽”部队 了。


                  本楼含有高级字体54楼2015-12-03 14:12
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                    防长盖茨
                      2006年12月18日,罗伯特·盖茨就任国防部长。
                      美国空军在海湾战争“沙漠风暴”行动(1991年)后已经持续萎缩了15年。在盖茨上任前,空军领导层希望自己不断萎缩的老旧战机资产能够获得注资。他们最需要什么?当然是“猛禽”和新型轰炸机。
                      出席盖茨宣誓就职仪式的有空军部长迈克尔·韦恩和空军参谋长迈克·莫斯利,韦恩告诉《Air International》他俩具有“真正的伙伴关系”。盖茨就职第一天就对空军和这两位感到不爽。

                    空军部长迈克尔·韦恩(右)和空军参谋长迈克·莫斯利(左),两位F-22的铁杆支持者


                    57楼2015-12-08 11:51
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                        韦恩和莫斯利都有着更大的远见,莫斯利认为这个国家可以在不放弃与一个相近国家开战的前提下解决伊拉克和阿富汗问题。
                        在《Air International》的一篇专访中,前驻英美国空军司令托马斯·麦金纳尼中将回忆起他所认识的莫斯利,“他从上尉时”说起话来就像“炮轰”。
                        麦金纳尼告诉《Air International》,莫斯利“有着敏锐的头脑,能记住一个问题的每一个细节,并且具有简明扼要传递信息的能力”。
                        “莫斯利能对盖茨的错误展开炮轰并进行一个两分钟总结,”麦金纳尼说,“他能清晰表达观点并坚守底线,他的表达能力使盖茨沮丧。盖茨想把空军和海军作为摇钱树(把这两个军种的军费转到伊拉克地面战争上去),莫斯利于是成为了盖茨的绊脚石。”
                        弗吉尼亚州国警队员们在他们的指挥官(不是皮尔索尔)访问兰利后感到被捅了一刀,他被告知国警队要放弃一个基地的所有权,还有1/3的飞行员要放弃自己的飞机。一些国警队员要长期维护和飞行F-15而不是F-22。
                        “这不是我们得到的承诺”,这位国民警卫队军官说。
                        “你没有选择。”
                        “哦,是吗。看看你们的国会山支持率,再看看我们的。”
                        “你的一些飞行员将飞F-15。”
                        “这事不可能发生。”
                        结果这名国民警卫队军官是正确的,遭裁撤的是现役第71中队。兰利面临的压力是飞机太少,需求架次太多,训练人数太多,这种情况在一直持续着。


                      59楼2015-12-08 11:53
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                         2007的一次事故使韦恩和莫斯利等人认为空军现役飞机出现了解体危险。这次事故发生在2007年11月2日,当时西南航空公司的波音737飞行员斯蒂芬·史迪威少校正在履行他的空中国民警卫队职责,驾驶一架F-15C鹰(序列号80-0034)飞行在密苏里州的乡村地区。据华盛顿邮报的说法,史迪威被扔进了“突然出现的,地狱般的大漩涡”。在没有警告的情况下,史迪威的飞机解体了,机头从机身脱落,几秒钟内,正常飞行的飞机就一头载向地面,
                         史迪威赶忙弹射。
                          史迪威F-15C的座舱盖把他困在了半空中一会,他的座椅吸收了一些冲击,才使他没有遭受致命伤害。史迪威后来对F-15制造商发起诉讼,他的官司直击问题的心脏,空军调查员需要尽快搞清楚事故原因:是机龄和疲劳导致,还是飞机制造缺陷?
                          讽刺的是,如果是制造缺陷则是一件幸事,否则就表明——整个F-15机队由于过于老旧而有自行解体的危险。

                        坠毁现场


                        62楼2015-12-08 11:56
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                          无法挽回的局势
                            施瓦茨的功劳是他付出尊严、体面和努力去扭转一个无法挽回的局势。作为几十年来唯一一位非战斗机飞行员出身的空军司令,施瓦茨在获得足够数量的F-22上做了最后一次勇敢尝试。
                            空军参谋部研究和分析主任杰基·汉宁森主持过一项秘密研究,得出的结论是至少装备272架“猛禽”才能与战略需求相一致。
                            这将允许部署10支24机中队,每个空军远征部队都能分配到一支,同时还能保留少数备用和训练机。
                            “他们把这个数字报给施瓦茨,他说这有点多了,”德普图拉对《AIR International》说。“于是我们去掉备用和训练机,把数量定在了240架。在此之前,没有哪种美国战斗机生产这么少的数量。”


                          67楼2015-12-08 11:59
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                            施瓦茨为这个数字而战斗,盖茨却根本不接受,他只想尽快关闭玛丽埃塔生产线。

                            2011年12月13日,最后一架F-22在玛丽埃塔下线


                            68楼2015-12-08 12:00
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