“閃電”的理念

曉　航

我們知道，F(xiàn)-35源自“聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機”計劃，而該計劃的基本思路是：用一種技術(shù)先進、價格合理、外形基本相同，但結(jié)構(gòu)和性能存在差異的輕型戰(zhàn)斗/攻擊機及派生型飛機。來滿足各軍兵種不同的要求。它分為A、B、C三種不同的型別，其中A型為空軍型、B型為海軍陸戰(zhàn)隊型、c型為海軍艦載型。也就是說，F(xiàn)-35是一種“三軍通用”的作戰(zhàn)飛機。其技術(shù)關(guān)鍵點是：采用模塊化(又稱積木式)設計，即將飛機的結(jié)構(gòu)分為幾個可以拼合的模塊，而這些模塊又分為通用型和專用型兩類。由此，便可在一條生產(chǎn)線上，根據(jù)調(diào)度計劃，用各種標準的和特殊的組件，為三軍拼裝出滿足不同要求的飛機。據(jù)稱，采取此一措施后，可節(jié)省設計、試驗和制造經(jīng)費數(shù)十億美元。這就是美國研制F-35的基本設計理念。

核心價值觀

當然，一機多型的設計思想并不新鮮，在現(xiàn)代戰(zhàn)斗機的發(fā)展史上早就有過類似的作法，如F-4、F/A—18、“陣風”、蘇-27(蘇-33)和“鷂”式等。它們大多是兩軍通用的。其做法是先為某一軍種(空軍或海軍)研制一個型號，然而再根據(jù)另一個軍種的要求對其實施改進改型，如“陣風”、蘇-27是先空軍，后海軍(蘇，33)；F-4、F/A-18是先海軍，后空軍(包括外國空軍)。

“鷂”式攻擊機比較特殊，它是先英國空軍、后英國海軍(“海鷂”)，再后來是美國海軍陸戰(zhàn)隊(AV-8B)。但由于該機是垂直起降的，在任何平臺上均可升空和著陸，實現(xiàn)三軍通用比較容易?！苞_”式、“海鷂”和AV-8B可以說是一種飛機的三種改型。

而F-35的A、B、C三型飛機，實際上是三種不同功能的飛機。一個是常規(guī)起降型(CTOL)、一個是艦載型(CV)、一個是短距起飛/垂直降落型(STOVL)。它們的技術(shù)特點和使用要求完全不一樣，把三種機型放在一個模子里同時進行設計，其研制難度要大得多。

這三型飛機的性能差別很大。與海軍艦載型和海軍陸戰(zhàn)隊型相比，結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、承載能力強、載油系數(shù)高的F-35A在空中的綜合表現(xiàn)應該是最好的。據(jù)設計者稱，其機動性與敏捷性優(yōu)于F-16C和F/A-18C，或與之相當，而隱身能力、信息戰(zhàn)水平和自動化程度則遠遠勝過它們。

不過，由于機體超重，F(xiàn)-35A的機動性可能沒有生產(chǎn)廠商說的那么好。但即使如此，也基本上達到美軍的要求了。該機的巡航速度在740千米/小時左右，最大飛行馬赫數(shù)約為1.7。在允許外掛武器的情況下，它的最大載彈量超過6000千克，最大起飛重量可達27000千克。

其中空軍型即常規(guī)起降型(CTOL)，采用的是普通的起降方式，主要突出空中優(yōu)勢性能。它的空機重量最輕、性能最好，造價最低。在起飛重量相同的情況下，該型機的作戰(zhàn)半徑比其它兩型都大，可達850～1330千米。

海軍艦載型(CV)由于要在航空母艦上起降和停放，機翼面積必須增加并可折疊，關(guān)鍵部位需要加強。因此，其結(jié)構(gòu)較復雜、重量也較大(約比空軍型重1～2噸)，該機在三種機型中是最貴的。一般來說，它的飛行性能要較空軍型略為遜色(例如，空軍型的機動過載可達9g，而海軍型只有7.8g)。在掛兩枚中距彈和兩枚900千克“聯(lián)合遠距武器”時的作戰(zhàn)半徑，海軍的CV型也明顯比不上空軍的CTOL型。

在三種型別的F-35戰(zhàn)斗機中，美國海軍陸戰(zhàn)隊和英國皇家海軍所需要的STOVL型是最為獨特、研制難度最大的一種。該機雖然也在艦上使用，但與一般的CV型艦載機不同。它主要依靠動力升力技術(shù)(或推力矢量技術(shù))來實現(xiàn)短距起飛和垂直著陸。STOVL型除了系統(tǒng)較復雜外，大部分的機體結(jié)構(gòu)無需加強，因此，可按照空軍的CTOL型的重量標準設計。不過，由于要占用部分機內(nèi)空間安裝質(zhì)量較大的升力風扇，其載油系數(shù)要較空軍型小，而空重則比空軍型大15％～20％左右。這樣，該機的作戰(zhàn)半徑便大受影響，在起飛重量相同的條件下，它的作戰(zhàn)半徑幾乎比CTOL型小一半。

采用模塊化設計的好處是有助于節(jié)約研制費和生產(chǎn)費，缺點是很難完全滿足各軍兵種的所有要求，需要作一些局部的修改和性能上的犧牲。這種設計思想有可能成為今后航空裝備的一個發(fā)展方向，起碼在無人機的研發(fā)上是這樣。

為了實現(xiàn)對低成本的目標，美國軍方先通過調(diào)研，模擬與計算，對這種新飛機進行了作戰(zhàn)性能與全壽命費用研究，找到其性能/成本的平衡點，在項目研制初期就確定該機研制經(jīng)費的上限，以便將全壽命費用壓縮到可承受的范圍內(nèi)。為了降低制造成本，美國軍方特別強調(diào)了以下幾點：JSF所選擇的技術(shù)必須是先進的、經(jīng)過驗證的成熟技術(shù)，其機載設備盡量選擇貨架產(chǎn)品；嚴格控制尺寸與噸位，其外形尺寸不能大于F/A-18戰(zhàn)斗機；采用現(xiàn)成的發(fā)動機，它所配裝的動力系統(tǒng)只能選擇F-22戰(zhàn)斗機已使用的F119發(fā)動機，并在此基礎上改進；具有較高的部件通用性，由JSF計劃派生出的三種型號之間的通用性要達到90％左右、單機生產(chǎn)費用中有80％是公用的；劃出單價底線，該系列戰(zhàn)斗機的單價應控制在2800萬～3800萬美元(90年代中期的幣值)。大批量制造，使總產(chǎn)量超過贏虧平衡點，以降低造價和全壽命費用。

從美國軍方對JSF計劃提出的諸多要求來看，他們確定的“聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機”的戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)、經(jīng)濟指標的先后順序是：“買得起”為第一位的，成本要控制在一定的范圍，不允許飛機的造價超過規(guī)定值；可靠性是第二位的，采用的技術(shù)必須成熟、可靠、經(jīng)過驗證，風險要小；其次才是性能，戰(zhàn)技指標應能分別滿足三軍的不同要求。這也許就是JSF計劃的核心價值觀之所在。

世界戰(zhàn)斗機

現(xiàn)在看來，F(xiàn)-35既是一種美國“三軍通用”的飛機，也是一種“世界戰(zhàn)斗機”。這是因為該機已經(jīng)創(chuàng)造了一個新的紀錄；在飛機的研制階段就有十多個國家參與其中。回顧世界航空史，還從來沒有出現(xiàn)過類似的情況。據(jù)統(tǒng)計，先后有9個國家(美國、英國、意大利、加拿大、荷蘭、澳大利亞、丹麥、挪威和土耳其)出資，兩個國家(以色列和新加坡)參與了JSF計劃。有意向購買F-35戰(zhàn)斗機的國家更多。根據(jù)與軍方的協(xié)議，承包商將為美國和英國的軍隊生產(chǎn)2458架“聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機”，再加上預期的國外訂貨，F(xiàn)-35及其改進型的總產(chǎn)值可望超過3000億美元，從而成為美軍歷史上耗資最高的武器項目。

2006年12月15日，F(xiàn)-35“閃電”||的第一架原型機——F-35A從美國得克薩斯州的沃斯堡海軍航空兵基地起飛，用38分鐘的時間完成了該機的第一次試飛。

2007年12月，洛克希德-馬丁公司在沃斯堡工廠舉行了F-35B戰(zhàn)斗機下線的慶祝活動。美國海軍陸戰(zhàn)隊司令詹姆斯·康

韋上將在慶典儀式上說：“科技的一大飛躍，使我們能夠從艦船甲板、現(xiàn)有跑道或條件惡劣的基地中未經(jīng)修繕的地面上起降大批戰(zhàn)斗機或攻擊機。此項性能在作戰(zhàn)中極具價值?！?/p>

2008年6月11日，經(jīng)過長時間調(diào)試的F-35B戰(zhàn)斗機，在英國試飛員湯姆森的駕駛下進行了首飛。該機是以常規(guī)方式起降的，而其短距起飛/垂直降落的試驗要退遲至2009年。

按照計劃，“閃電”||的第三種機型——F-35C航母艦載型也準備于2009年上天。

獨特的排氣裝置

從技術(shù)上看，F(xiàn)-35系列飛機與傳統(tǒng)的一機多型是不一樣，一開始就是把三種機型同時進行設計，技術(shù)難度很大。其中，尤以F-35B為甚，但亮點就是排氣裝置非常獨特，與眾不同。

與“鷂”式飛機相比，F(xiàn)-35B在技術(shù)上有很大的提升。“鷂”式裝有一臺帶推力換向式噴管的“飛馬”型渦扇發(fā)動機，發(fā)動機上設有前后兩對旋轉(zhuǎn)噴口，分別噴出風扇氣流和燃氣流。每對噴口都能向前下方偏轉(zhuǎn)98度，以提供飛機垂直起降、懸停、過渡飛行、正常飛行所需的推力及推力升力。

“鷂”式和AV-8B等屬于第一代垂直起降固定翼飛機，技術(shù)上有其優(yōu)點，但仍存在許多問題。例如，與同代的常規(guī)固定翼戰(zhàn)斗機相比，它們的最大平飛速度還有不小的差距，這主要是因為它的4個換向噴口位于機身兩側(cè)，飛行阻力較大，使其不易在平飛狀態(tài)下超過聲速；另外，它們在垂直起降和空中懸停時的效益很差，耗油率極高，嚴重影響了飛機的航程。“鷂”式攻擊機在載彈1360千克，垂直起降時的作戰(zhàn)半徑只有92千米，僅及普通戰(zhàn)斗機的幾分之一甚至十幾分之一。

F-35的STOVL型(F-35B)的垂直起降技術(shù)更勝一籌。其機體內(nèi)安裝的是一套前所未有的軸驅(qū)動式升力風扇系統(tǒng)，即從主發(fā)動機的中心伸出一根傳動軸，帶動位于前機身處的升力風扇工作；其尾部的三元矢量噴管的偏轉(zhuǎn)范圍很大，向下可從0度到95度，左右可偏轉(zhuǎn)10度；而升力風扇的排氣口也是可以轉(zhuǎn)動的(向后30度，向前15度)。

短距起飛和垂直降落時，F(xiàn)-35B的主發(fā)動機通過離合器、傳動軸驅(qū)使升力風扇高速運轉(zhuǎn)。與此同時，尾噴管也進行偏轉(zhuǎn)。與前排氣口協(xié)調(diào)地向下方或后下方排氣，推動飛機上升和前進。水平飛行時，將聯(lián)接軸斷開，升力風扇關(guān)閉，主發(fā)動機的尾噴管轉(zhuǎn)向后方。與其它的短距起飛/垂直降落方案一樣，該機在主翼中部等處也需設置姿態(tài)控制噴嘴。

有人提出疑問，F(xiàn)-22采用了二元推力矢量噴口、蘇，35配備了三元推力矢量噴口，F(xiàn)-35B則裝了可偏轉(zhuǎn)的三元噴口，那為什么它的機動性不如F-22和蘇-35?這是因為這三種推力矢量噴口的使用功能是不同的，它們實際上分為兩大類，二者各有各的用處，不可混為一談。F-22的二元矢量噴口和蘇-35的三元矢量噴口主要用于提供操縱力矩，以改善飛機的過失速機動能力。此類噴管一般只能上下偏轉(zhuǎn)二三十度。而F-35B尾部的推力矢量噴口可以下偏90度以上(但不能上偏)，它主要用于產(chǎn)生動力升力，以實現(xiàn)飛機的短距起飛和垂直降落。由于其結(jié)構(gòu)與F-22和蘇-35的矢量噴口不一樣，雖然可實施直接升力控制，但難以用于高機動飛行。因此，F(xiàn)-35B的機動性要遜于F-22和蘇，35。當然，F(xiàn)-22和蘇-35也做不到像F-35B那樣實現(xiàn)垂直/短距起降、懸停和以水平狀態(tài)升降。應該說，這兩類推力矢量噴口各有千秋。

新穎的進氣系統(tǒng)

F-35的進氣道設計也與眾不同，非常新穎。它應用了洛馬公司發(fā)明的無附面層隔道的超聲速進氣道(簡稱DSI進氣道，又稱“蚌”式進氣道)。這種先進的進氣道取消了附面層隔板，不可調(diào)的上唇口向內(nèi)斜切(呈前掠狀)，而進口處的機身蒙皮則略向外鼓起，其形狀有點像激波調(diào)節(jié)錐，主要用于對進氣流進行預壓縮，并消除影響發(fā)動機工作效率的附面層。

在現(xiàn)役戰(zhàn)斗機進氣口內(nèi)側(cè)設計附面層隔道，是為了將高速進氣流與流速很低的附面層隔開，用以改善發(fā)動機的吸氣效果。但是，它對飛機的結(jié)構(gòu)重量、飛行阻力和雷達隱身性能等會產(chǎn)生不利影響。采用“蚌”式進氣道后，上述問題均可克服，同時還有很多好處，例如：

超聲速飛行時的進氣效率高于普通不可調(diào)的進氣道。設在“蚌”式進氣口前方的鼓包可對流入進氣道的空氣進行預壓縮，起到類似于其它超聲速進氣口的激波調(diào)節(jié)錐、壓縮斜板的作用，從而具有較高的總壓恢復系數(shù)，使發(fā)動機在高空以大速度飛行時的推力有所增大(或推力損失減少)。

雖然沒有附面層隔道，卻能夠消除不利于發(fā)動機正常工作的附面層。在前掠式唇口與機身鼓包的共同作用下，改變了進氣口附近的流場特性，導致進氣口中央的壓力高，而兩側(cè)的壓力低。當緊貼前機身的附面層來流經(jīng)過該鼓包時，受壓力分布的影響，其流向開始向兩側(cè)傾斜，越接近進氣口，附面層氣流向外偏轉(zhuǎn)的幅度越大，最終被高壓氣流擠出進氣口。

不必配備超聲速進氣道所需的復雜的激波調(diào)節(jié)裝置、附面層吸除裝置、輔助進氣口、放氣門等一系列的機械裝置，因而活動部件少、可靠性好，具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、容積大、維護費低等優(yōu)點。

取消了附面層隔道，有助于縮減全機的迎風面積，飛機在亞聲速段的零升阻力有所降低，跨聲速和超聲速飛行時的激波阻力明顯削弱。從而使全機升阻比相應提高。

再有就是“蚌”式進氣口簡潔，干凈，再加上特殊的唇口折線設計，可使其雷達波反射率大為降低。

實驗和試飛結(jié)果表明，“蚌”式進氣道在隱身和跨聲速飛行等方面都很理想，維修保障也相對簡單。但它對設計精度和生產(chǎn)工藝的要求很高，制造難度較大。另外，在大側(cè)滑角飛行時，其進氣效率會受到影響。

除了新穎的“蚌”式進氣道外，具備短距起飛、垂直降落能力的F-35B型飛機，還增設了幾個特殊的進氣口蓋：垂直/短距起降時，配置在駕駛艙之后的兩塊升力風扇艙門向左右打開，露出一個“天窗”，機身上方的外界空氣由此處被吸入，經(jīng)高速旋轉(zhuǎn)的風扇對其增壓，加速后，向下垂直排出，從而產(chǎn)生托舉飛機的動力升力。在升力風扇艙門開啟的同時，位于發(fā)動機艙前上方的兩塊輔助通風門也繞鉸鏈軸向中間豎起，形成一個輔助進氣口，用以幫助發(fā)動機就近“呼吸”新鮮空氣(避開機身下方尾噴口排出的廢氣)，改善其在靜止或小速度飛行狀態(tài)下的效率。

十八般武器

作為三軍通用的聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機，軍方要求F-35能夠承擔對空、對地、對海作戰(zhàn)以及航空偵察等多種使命。因此，它們必須各種武藝都會幾招，“十八般兵器”也都拿得起，放得下。

該機配有一門27毫米口徑的毛瑟BK-27航炮。其機腹下并置了兩個可掛裝GPS制導炸彈和空對空導彈的武器艙。彈艙內(nèi)設有垂直彈射導彈發(fā)射器，這種能夠