航展上的F-35A,细品它的隐身设计和电子装备,你能发现什么?


航展上的F-35A,细品它的隐身设计和电子装备,你能发现什么?

静展的是荷兰空军的首架F-35,订购八架,已交付两架,最终采购量将达到85架。这两架飞机去年曾经飞回荷兰本土向公众展示,不过现在还都留在卢克基地培训种子飞行员。

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从机头开始逆时针绕着F-35转了一圈,来看看诸多平时难得一见的细节。




[ 机头 ]

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由机头开始延伸到进气口的尖锐棱线,既减少了雷达反射面积,也作为一个涡流发生器起到增升作用,还可以对气流进行预压,提高进气效率。

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向前翻起的座舱盖,这也是除歼-20外目前世界上最先进的座舱盖,采用整体式变厚度设计。它外表面是连续光滑的,内加强框前部的玻璃厚,后面的厚度薄,配合微爆索进行穿盖弹射,比无框设计的F-22座舱盖要轻便很多。

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和歼-20蛇形排列的微爆索不同,F-35的微爆索是T字型的,在飞行员上方只有一条直线。这个差别要么是因为F-35的装药量大一些,要么就预示着它的座舱盖厚度较小,相应的速度和机动性带来的座舱盖空气压力载荷比歼-20低。

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八一阅兵首次披露的歼-20座舱视角,飞行员头顶上弯曲的就是微爆索,覆盖面积更大,而且看上去也更粗。

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这次航展上拍摄的英国“鹰”式教练机座舱盖上的微爆索,“鹰”式为亚音速,对座舱盖的要求更低,微爆索也细很多。

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座舱盖前方凸起的平台上,右侧的梯形黑洞是AAQ-37光电分布式孔径系统(EODAS)探测窗口之一,负责前上方的视野。全机一共有六个EODAS窗口,覆盖360度视野,配合头盔显示器向飞行员提供围绕机身的全景红外图像,因此可以“看穿”地板和背后。

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EODAS系统示意图

EODAS拥有对空/对地目标搜索、目标指示与导弹告警、杀伤效果评估、昼夜辅助导航和起飞着陆防撞等多种功能,实现了全方位战场态势感知。它采用的锑化铟红外焦平面阵列非常灵敏,甚至成功试验过追踪1300公里外发射的猎鹰9火箭,持续时间长达9分钟。

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F-35EODAS系统的全景红外图像截屏

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机头雷达罩内安装的是功能强大的AN/APG-81有源相控阵雷达,由洛·马的老对手诺斯洛普·格鲁曼公司设计制造,它拥有同时进行合成孔径雷达地图测绘和地面移动目标指示的能力,并具有强大的电子战能力。

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内部的雷达长得是这个样子的(照片来自诺·格网站)

F-35最引人注目的设备莫过于机头下方半埋安装的光电跟踪系统(EOTS),七片菱形的镀膜蓝宝石玻璃提供360度下视视野,拥有对地红外搜索瞄准(FLIR)、地形跟踪导航(TF)、激光指示瞄准(LTD)和对空远距离红外搜索跟踪(IRST)等多种功能。而且它是单一孔径设计,就是多种光学设备共用光路,集成度很高。

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和“蓝盾(LANTIRN)”这类传统的前视瞄准/导航吊舱相比,EOTS的保型设计不占用挂架,减少雷达反射也降低了飞行阻力,功能更加全面强大。“蓝盾”系统的两个吊舱各重210公斤,EOTS全系统包括玻璃窗组件的重量仅为90公斤,作用距离高达120公里。

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BBC节目中显示一架F-35在90.9公里外用EOTS瞄准拉斯维加斯米高梅大酒店的视频截图,清晰度令人瞠目。

EODAS系统的主要作用是广域监视、预警、战场事态感知,EOTS系统则主要负责具体的攻击目标搜索、跟踪、照射。



[ 机身左侧 ]

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机身侧面,F-35的三个型号均自带登机梯,这也是美国战斗机的传统设计,登机时不需要依赖地面人员及设施,有利于战时紧急出动。

机腹中线上有个长条状的鼓包,前后两端分别是机腹部前、后向的EODAS探测窗口。

登机梯后面的鼓包就是F-35开创先河的DSI无附面层进气道,运用三维鼓包产生的空气压力将附面层推离进气口。当然如今这项技术已经在中国白菜化了,详见我之前的文章:话说歼-20 - 1、气动布局 (上)。

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五边形黑洞是左侧的EODAS探测窗口,底下红套子罩住的是固态大气数据传感器

F-35对隐身性能的细节处理非常精致。在雷达罩和机身的接缝处,以及其它一些不需要经常打开维护的盖板缝隙上,覆盖了像胶带一样的柔性导电材料,这层材料的边缘部分略微凸起。它的可维护性比F-22提高了很多,不再需要在装配完蒙皮之后用腻子填补螺丝孔。

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F-35的可维护性很高,侧机身布满了各种维护口盖,起落架舱门和弹舱门本身也作为维护口盖用。这些需要频繁开闭的舱门盖板可以快速拆装,边缘略微突出于机身表面,并带有锯齿,以将入射的雷达波汇聚在有限的角度内。

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上图像光盘一样的标志就是低可视度的荷兰皇家空军机徽。上方两根浅绿色的横条是采用电致发光原理的低亮度编队灯。旁边大的不规则六边形盖板内是地面维护用的各种电、气、信息接口。

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夜间点亮编队灯后的效果

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前起落架,舱门上印有该机飞行员的姓名、绰号及军衔:Albert De Smit、"Vidal"、Colonel,荷兰空军操作测试与评估分队指挥官,是位上校!

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机腹的内置主弹舱舱门,后面的两个突起是龙勃透镜,它是一组复杂的透镜组,可以增强雷达回波信号并使信号沿入射方向返回,以便空中管制机构能够看到隐身性能强大的F-35。

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机翼底部特写,六角形凸起的浅色盖板封住的是挂架接口。只有空中、地面威胁不大、允许采用低隐身性的外挂模式时才会装上挂架,外挂武器出击。

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F-35加装外置挂架的状态

前缘襟翼内嵌有三段分布式孔径天线阵列,和主翼尖后端、平尾后端的共型天线共同组成360度的全向雷达告警系统,该系统和红外光学体制的EODAS一起向F-35的飞行员提供高度融合的战场态势感知能力。

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分布式孔径天线阵列位置示意图

回望机头和座舱,可以看到F-35没有传统的HUD抬头显示器,只有一整片巨大的20x8英寸液晶触摸屏,实现了彻底的全玻璃化座舱,连一个机械备份仪表都没有。更多的信息被直接投射到了头盔显示器上。F-35也是采用侧杆操纵。

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触摸屏的通病,就是触摸得多的位置会留下很多手指印,看来造价高达1.1亿美金的F-35同样免不了这个问题。

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F-35的梦幻座舱,这次航展没有开放参观座舱,图片来自网络

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左侧进气口上方的隆起部位就是机炮舱。F-35的三个型号中只有空军的A型配备有内置的固定机炮,型号为通用动力公司生产的轻量化设计GAU-12/A 四管25毫米加特林航炮,备弹仅有182发,以每分钟3300发的射速只够射击3.3秒。同系列的GAU-12/U则是五管,装备于AV-8B和AC-130U炮艇机上,它们的原型就是A-10那门大名鼎鼎的GAU-8“复仇者”30毫米炮。

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F-35A地面机炮射击测试动画,开炮前先将机炮口盖打开。

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航炮排烟口,用于排出射击产生的火药废气,表面用细密的金属网覆盖,以保持机体表面的隐身完整性,上面写着不得踩踏。后面机身的盖板上可以看到锯齿形的接缝,背脊上的蒙皮则采用了柔性材料覆盖接缝。

不过陆战队垂直起落的F-35B型和海军舰载的C型都没有安装固定机炮,需要时挂载下图所示的机腹航炮吊舱,备弹220发。

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[ 机尾 ]

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F-35的垂尾,前部浅绿色的斜条也是低亮度编队灯。可动的方向舵与垂尾之间的接缝用柔性导电材料覆盖。OT代表"操作测试与评估分队(OT&E Team)",1号机。

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发动机尾喷口特写,钛合金收敛调节片前后都带有锯齿

F-35的普惠F135发动机是史上推力最大的军用发动机,最大推力达到18吨,推重比超过10。它的核心机和F-22的F119发动机相同,但是高速性不及F119。发动机尾喷口采用了非常尖锐的锯齿设计,可以把雷达波汇聚在狭小的范围内,同时还可以将更多冷空气混合到高温喷流中,降低红外信号特征。

但是这台发动机的噪音非常大,数据显示不论起飞还是降落阶段,它的最大噪音量都要达到F-16最大噪音量的四倍!在现场我们也听到,F-35启动发动机开始暖车后,全场就充满了它巨大而尖锐的呼啸声,比F-15、F-18这些双发战斗机起飞开加力后的声音还要响得多。原来F-35隐形战斗机的软肋之一是声音不隐形啊!

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F-35的尾部全景

因为F-35的机身比较粗短,为了加长力臂,它的两个水平尾翼由机身后端伸出。尾翼翼根处同样内嵌有雷达告警系统的分布式天线列阵。

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尾喷口的红色挡板上印着“荷兰皇家空军F-35操作测试与评估分队(OT&E Team)”的字样

机腹后端的鼓包内收纳的是紧急着陆钩。美国空军大部分作战飞机都装有尾钩,以便刹车失效等紧急状态下停住飞机。和海军F-35C型粗壮的着陆钩不同,空军A型的着陆钩是一次性使用的,细巧得像个钓鱼钩。而垂直起落的陆战队B型因为尾喷管可以向下偏折占据了空间,没有空间也没有太大的必要布置着陆钩。

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2016年5月在爱德华兹空军基地测试F-35A着陆钩的画面,图片来自美国空军官方

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稍微侧一点的角度看水平尾翼的结构,机身连接处平尾动作筒外那圈用浅红色标注的蒙皮采用的是柔性材料,封闭了缝隙,使水平尾翼无论偏转到什么角度都能够保持机体表面的连续性。

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尾喷管左侧的开口是综合动力包(IPP)的排气口,它右前方的六边形口盖则是进气口。由霍尼韦尔公司制造的IPP是F-35特有的设备,综合了传统飞机上相互独立的发动机起动机、辅助动力单元(APU)、环境控制单元和备用电源等系统的功能。它的实质就是一台小型的涡喷发动机,A型和B型的排气口都在机腹,C型为了航母甲板操作人员的安全,排气口开在了机背上部。

但是一旦IPP 故障将导致主要航电过热故障、失去备用发电机、失去机载制氧能力和座舱加压,将严重危急飞行安全。

【 花絮 】

2016年9月,位于落基山区的爱达荷州芒廷霍姆空军基地发生了一起著名的F-35A起火事故。最终调查结果揭示,这起事故就是IPP进、排气口与发动机尾喷口之间距离过近造成的。

当时该机正在启动发动机,从尾部吹来的一股30节以上的强风将发动机或者是IPP排出的灼热废气吹入到IPP进气口中,导致IPP自动关闭,进而在发动机转速即将达到自主运转速度之前切断了发动机启动能源。之后的一系列连锁反应最终导致火势失控,火焰从IPP排气口喷出,顺风沿着机体外部向前快速蔓延。飞行员从机内逃生,但头部、颈部和面部被烧伤。这起事故造成了1700万美元的损失。

这次事故没有图片流出,上图为2014年在佛罗里达埃格林空军基地因发动机起火烧毁的另一架F-35。事后美国空军宣布没有停飞F-35A的计划,意味着空军认为事故是天气或人为因素导致的,并非设计缺陷,也没有计划对飞机进行任何修改,但类似的潜在危险是显而易见的。

右侧相对应的位置,分别是拖曳式雷达诱饵舱和红外干扰弹舱的口盖。

F-35可携带4枚BAE公司生产的AN/ALE-70拖曳式雷达诱饵,每枚价值5万美元。使用时通过光纤拖曳在母机后方一百米左右的距离外,发射主动干扰信号干扰来袭的雷达制导导弹,使导弹偏离母机。

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拖曳式雷达诱饵长这个样子,右边的长条盒子是它的释放装置。上图是F-18E/F/G超级大黄蜂上使用的AN/ALE-55,ALE-70是它的改进型。F-16、B-1和台风战斗机上都配备有类似的系统。

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F-18E在战区拖曳AN/ALE-55雷达诱饵的想象图

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一张比较少见的F-35吊装照片,黄色箭头处即为处于口盖开启状态的拖曳式雷达诱饵舱,有横列的四条槽用于安装诱饵释放装置。

为了对抗红外制导导弹,F-35配备了三种型号的红外干扰弹(flare):MJU-64/68/69,两个干扰弹弹舱就在拖曳式雷达诱饵舱前方。

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F-35在爱德华兹空军基地上空进行红外干扰弹释放试验的场景,需先打开干扰弹舱门,而普通飞机的干扰弹舱都是开敞式的。

而F-35似乎没有配备通常的箔条干扰弹(chaff),大概是对自己的雷达隐身能力很自信。如果雷达制导导弹能够锁定隐身设计的F-35,那普通的箔条干扰弹应该也没什么作用了。

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垂尾前方的突起是另一个龙勃透镜,在左侧还有一个,全机在非战斗飞行时通常装有四个龙勃透镜,向航空管制部门显示自己的位置。

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从后方看主翼,相对厚度相当大,里面装有容量巨大的机翼油箱。机体表面的加工工艺非常精湛。

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主翼尖上的防撞灯

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机身后部的六边形数据链天线




[ 机身右侧 ]

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座舱盖后面背脊凸起处是机背的EODAS窗口,负责后上半球的探测。

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F-35因为装备了大量大功率电子设备,发热量巨大,对冷却系统的要求非常高。它采用了高效的液冷方式,以油箱中抽出的较冷燃油作为热交换介质,通过换热器带走电子系统产生的热量,然后将预热过的燃油泵入发动机燃烧做功。右机身上表面和机炮相对应的位置就是冷却系统的主进气口,在两侧主翼下表面的翼根处还分别有一个三角形辅助进气口。

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进气道侧面的棱线形成了一个小边条。机徽后面的六边型口盖里面集成了各种加油、充电、充气、信息接口。

【 花絮 】

F-35的地面加油也出过大问题。因为F-35需要依靠燃油作为冷却系统的热交换介质,当燃油超过一定温度阀值,战机特别是电子系统将无法正常运转。

美国空军提交的报告显示,发现该问题时机库温度常达到43度,这对于长期暴露在烈日下的室外机场混凝土跑道而言,并不算高温。因为这是整个冷却系统的设计问题,目前无解。作为临时应对措施,F-35的地勤加油车北涂刷成白色以反射阳光照射的热量,还要重新规划停车场,保证燃料车能停放在阴凉的地方,以避免高温暴晒使得燃油温度在加入飞机时就过高。

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从前方看主翼,外侧带有明显的扭转,以延迟机翼失速。翼根红色的舱口盖盖住的就是辅助冷却进气口。A/B干。扰弹

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右侧前起落架舱门上印着该机另一位飞行员的身份:Pascal Smaal少校,绰号"Smiley"。因为荷兰空军首批有四位种子飞行员,飞机只有两架,所以得“共享”。

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前机身右侧的EODAS探测窗口

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另一个角度看EOTS




[ 飞行表演 ]

F-35起飞及收起起落架的连续镜头,起飞滑跑距离相当短。

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这次航展F-35并没有作单独的飞行表演,在四机Heritage Flight之后F-35单机做了个低空通场拐了个弯就降落了,飞得四平八稳,没有展示任何机动性能。

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和前年来参展的F-22比,F-35的身形真的是非常的壮硕

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参观完F-35A,不禁要感叹这款当今最先进战斗机的复杂性。但实际上它还是F-35三个型号里相对最简单的,陆战队短距起飞/垂直降落的B型拥有极为复杂的升力风扇、喷气姿态控制系统和可收放式旋转喷管;海军舰载的C型不但机翼尺寸更大,还有机翼折叠系统,更粗壮的起落架和着陆钩;B/C型的空中加油系统都采用软管方式。

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F-35是史上最昂贵的武器研制采购计划,总投资超过4千亿美元,全球采购数量达到4千架。尽管从计划开始就充满争议,各种问题频出,项目严重拖延超支,唱衰之声不绝于耳,但是F-35的先进性是不容置疑的。

它没有F-22那样的速度和超音速机动性,但它有更大的作战半径,更高的弹舱容量,最重要的是它极其强大的信息获取、融合、处理和分发能力。在被戏称为“肥电”的臃肿身形之下,是遍布全身的“千里眼”和“顺风耳”,具有压倒性的战场态势感知能力优势。这几乎等于一架小型的预警机,同时还拥有相当不错的隐身性、F-18E那样的攻击能力以及EA-18G的电子战能力,再加上数千架的数量,将未来空中作战带来革命性的全新模式。

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F-35不但可以自己发起隐身攻击,也可以为战场上的各类友军提供强大的信息支持,它还具有“A射B导”的能力,能够引导海军舰艇发射的标准-6舰对空导弹攻击远达400公里外的超远程目标,极大地拓展了交战范围。


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