为何在科技水平更先进的当代,制造一架F22反而变得更困难?
F22是美国研发的一型单座双发高隐身性第五代战斗机,由美国洛克希德马丁公司和波音公司联合研制,于21世纪初期陆续进入美国空军服役。
它具备了高隐身性、高灵敏性和高精确度,以及优秀的态势感知能力,是当今世界上综合性能最佳的战斗机。
它研发之初就是为了取代当时的主力战机F15,因为20世纪70年代末期,美国情报部门获取到苏联正在稳步推进研制中的米格-29“支点”战机和苏-27“侧卫”战机的测试工作,这让美军感受到了压力,所以就在1981年发布了对于“先进战术战斗机”的“研制招标书”,决定开始研究开发新型战斗机。
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美国空军对新型战机有三点要求,那就是隐身、超音速巡航和短距离起飞。2年后,美国的防务承包商提交了7个不同的气动方案来参加选型,直到1986年10月才选定洛克希德公司的YF22和诺斯罗普公司的YF23,进行50个月示范、验证。
后来,洛克希德、通用动力和波音公司就达成一项协议,不管谁的设计方案被选中,余下的公司都会加入该战术战斗机的研发,最终使用了惠普发动机的洛克希德YF22原型机胜出。
1997年9月7日,F22战斗机进行了首次试飞,2005年12月15日,生产版本的F22A战斗机达到了初步作战能力。
F22号称“全球最强战斗机”,它究竟有何厉害之处呢?
首先是它的机型结构,F22采用外倾双垂尾常规气动布局,两个带方向舵型的垂直尾翼间隔较大,并且朝外倾斜27度。其水平面为高梯形机翼搭配一体化尾翼的综合气动力外型。
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两侧的发动机进气口安装在翼前缘延伸面的下方,加装了抑制红外线辐射的隐形设计,和喷嘴一样,所使用的进气道是在F18E上已经成熟的嘉莱特进气道,它是不可调节的。
对比F15所采用的可调外压四波系超音速进气道,它的优势在于可以在战机进行超音速飞行时,通过产生激波而让进入进气道的气流变得均匀,提高进气效率。
该款进气道在为小涵道的F119发动机提供足够进气的同时,还能借助其斜切外形减小隐形战斗机的雷达反射面积,提升其隐身性能。
F22主翼和水平安定面均采用相同的后掠角和后缘前掠角,且水平安定面靠近机翼布置,两者都是小展弦比的梯形平面形。
它的座舱盖呈水泡型,凸出于前机身上部,全部武器都隐藏在4个内部弹舱之中。F22的弹舱不同于苏47的单个大弹舱,它分成了2个大弹舱和2个侧弹舱。
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大弹仓设有伸缩发射架,能搭载中距空空导弹和航空炸弹,而两个侧弹舱是专门为发射格斗导弹而准备的。
F22在结构上广泛使用了热加工塑胶和人造纤维的聚合复合材料,在量产型上这一比例达到了35%。
正式服役版的F22战机装备了两台F119低涵道比加力涡扇发动机,单台最大推力104千牛,推重比超过10。
在比上一代战机所使用的发动机零件数少40%的情况下,F119发动机还能多输出22%的推力,而且还采用了推力矢量技术。
该发动机具备二维向量喷嘴,喷口可以纵向偏转正负20度,有固定的侧壁和调节喷管横截面积,以及可俯仰正负20度角的可动上下调节板,用于偏转推力方向,从而让F22具备极佳的机动性和短距起降性能。
F22的武器装备有空对空挂载,包括6枚AIM120先进中程空对空导弹,以及2枚AIM9响尾蛇导弹。
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其中AIM120先进中程空对空导弹,是最早服役的具有“发射后不管”和多目标攻击能力的第四代中程空空导弹,也是美空军和海军研制的主动雷达制导空空导弹,同时也是美军标准的超视距拦截导弹。
AIM120导弹采用大长细比、小尾翼控制的常规气动布局,具有体积小、重量轻、性能先进等特点。弹长3.65米,弹径0.178米,翼展0.533米,发射重量157千克,采用高爆定向破片杀伤战斗部,引信为主动雷达抗杂波近炸引信及触发引信。
该导弹飞行速度达到4马赫,机动性能更强,过载达40G。再加上采用了性能更加先进的少烟、两级推力、高总冲的固体火箭发动机,攻击时不仅射程可达80千米,而且隐蔽性好。同时。
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相较于AIM7M导弹,AIM120的毁伤威力更大,战斗部重量却更轻。这要归功于它采用了高性能炸药预制破片战斗部,以及通过主动射频近炸引信与高精度制导系统相配合的方式。
该导弹是复合制导方式,在中段制导时可采用惯性制导、指令制导和跟踪雷达干扰源制导3种方式,在末段制导时可使用高脉冲重复频率、中脉冲重复频率、跟踪雷达干扰源制导3种方式,因而具有极强的抗干扰能力。
AIM120的工作方式是在发射前,由发射载机的火控系统,对制导单元中的导弹惯性自动驾驶仪进行编程,使其进入目标附近的制导范围中。
自动驾驶仪则通过数据链,接收来自飞机的中段飞行路线更新。一旦目标进入导弹的射程,它就会启动主动雷达制导头,进行自主终端定位。
它在1991年的海湾战争中,被部署到波斯湾。美军将52枚AIM120导弹装备到F15战机中,但那次行动AIM120并没有真正发射。
它的首次实战是在1992年12月,美空军第363联队的F16C飞往伊拉克南部的禁飞区上空执行任务,仅用一枚导弹就击落了伊拉克的米格25战斗机。
此后该弹在美军发动的历次局部战争中,都立下了赫赫战功。
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经过海湾战争一役,“发射后不管”型空空导弹在国际社会中声名远扬,许多国家纷纷上门求购。到2002年,AIM120导弹的出口数量首次超过美军的订购数量,这让AIM120稳居世界空空导弹出口市场的龙头地位。
F22挂载的另一个空对空导弹AIM9响尾蛇导弹,它是美国在20世纪50年代研制的一型近距红外制导空对空导弹,也是世界上第一种投入实战并有击落飞机纪录的空对空导弹,有10多种改进型。它于1956年进入美国空军服役,参加过越南战争、1982年的马岛冲突和海湾战争。
响尾蛇导弹重84公斤,长度约3米,直径为12.7厘米左右,可携带一枚9.36公斤的环状爆炸破片弹头,射程可达16公里。其弹头由9.36公斤的传统环状爆炸破片组成,这样就算导弹没有击中目标,弹头也会爆炸,把碎片喷向空中,落到四面八方。
除了以上两种导弹,F22还能挂载3种空对地导弹,包括2枚GBU32联合直接攻击弹药、2枚风偏修正弹药洒布器、8枚GBU39小直径炸弹。
它机上还有1门20毫米的M61A2火神机炮,备弹480发,采用电机驱动,发射速度达到每分钟4000发,并配有训练弹、穿甲弹、高爆弹等不同弹种。
F22的航电系统包括中央数据综合处理系统、综合通信、导航和识别系统,以及拥有无线电电子对抗系统的全套电子战设备,还有高分辨率的APG77雷达、光电传感器系统EOSS,和安装了两个激光陀螺仪的超黄蜂LN100F惯性导航系统。
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其中F22所搭载的APG77雷达是带有电子扫描的有源相控阵系统,同时也是一个用于探测目标的主动相位阵列雷达,包含了近2000块模组,还使用了超高频率范围的单一积分系统技术。
它通过集中数据处理系统,以及协同其他传感器和航空电子设备,来控制天线发射和接收波束的图形,以及处理接收的雷达数据。
APG77雷达的技术支持来源于超可靠雷达计划和空军的有源相控阵雷达试验,这个计划最大的优势就是德州仪器公司提供的固态相控阵天线。
此外,该雷达的每个辐射元件都能独立发射和接收数据,提高其作战灵活性和减小雷达反射截面积。
2007年,美军生产的第20批F22战斗机使用的是APG77的改进型APG77V1。它使用了APG81和APG80的部分技术。
2011年,第30批次的F22配备的则是APG77另一个改进型APGV2,增加了侧视AESA体制,提高了雷达的态势感知和情报收集能力以及通信能力。
为了增强隐身战机的隐蔽性能,研发团队为雷达站设计了被动工作状态,在与ALQ94互相配合的情况下,它即使不启动主动雷达,也可以在400公里外预警敌机。
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APG77雷达的低截获率能力可以让装有雷达警报接收机和电子干扰设备的敌机,即使在被瞄准的情况下,也无法收到告警信号。
具备了多种先进技术的F22,造价自然不便宜,单台就需要1.5亿美元,而重启生产线最少需要150亿美元。而美军目前的需求是数十架,平均下来每台的价格比之前翻了好几番,所以并不划算。
而造成F22成本价大幅上涨的原因之一是零部件的价格飙升,因为战斗机是一种特性化很强的产品,基本上所有零部件都要单独制作,每个战斗机的零部件都大不相同,即使是同一个公司设计的战斗机,零部件很可能也无法通用。
也正是因为零部件特殊,所以很多生产商在完成订单后就会调整工厂的设备和原材料,来准备下一款零件订单的制造。
如果洛马公司仅仅为了这几十台F22就要重新订购零件,大部分生产商都不愿意接单,因为数量比之前少,利润也更低了。
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更关键的是F22的零件供应商遍布全球,能不能找齐原始工厂是一个问题,这些工厂还在不在又是另一个问题,如果不在的话,要重新走招标流程,到时候时间和成本又要增加。
这还仅仅是飞机结构件加工,另外还有雷达、航电、液压救生等专业厂家的工作,每一步都是不小的支出。经济是导致F22迟迟无法重新生产的最主要原因。
另一个是美国近年来航空工业日渐衰退,流失了大批经验丰富的工人,他们经过了长时间的配合和积累了大量的经验,战斗机零部件的生产亟需他们,才能获得比较稳定的工作效率和质量。
如果突然搞小批量的生产,工人们需要重新培训,重新学习以及磨合新的流程,否则就会遭遇熟练度不够,质量不过关的情况。
还有一个就是很难实现战机供应商的全面标准化,每一批战机开始生产前,都需要对所有零件工装以及装配工装,进行重新检测与校准,而且军机的整个供应链,数百家供应商都要进行同样的操作,才能实现整个链路的标准化,但这又是一个耗时耗力的大工程。
总而言之,重启F22的生产还不如重新研发一款新战机,难度更小。