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逆袭的虫族——麦道F/A-18“大黄蜂”舰载战斗机

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来源:空军之翼(原标题:动物凶猛——波音F/A-18“大黄蜂”舰载战斗机)
作者:Armstrong


IP属地:广东1楼2020-03-11 19:04回复
    F/A-18“大黄蜂”战斗机一直以来是比较让人忽视的一种战斗机,自服役伊始就被 F-14“雄猫”的光芒所遮蔽,同时又饱受航程不足等缺陷的指责,被戏称为“塑料虫”。但不可否认的是,“大黄蜂”是比较成熟的设计,遭遇的服役初期故障远低于同时代的三代机,其多用途作战能力大大增加了舰载航空联队的作战灵活性。随着时间的推移,“大黄蜂”逐渐成为美国海军舰载航空兵的军马,最终“大黄蜂”和“超级大黄蜂”一统美军航母甲板,证明的自身的价值。


    IP属地:广东2楼2020-03-11 19:05
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      起源
      1975 年 1 月 13 日美国空军部长约翰·麦克卢卡斯宣布通用动力 YF-16 成为 ACF(空战战斗机)项目的获胜者,理由是 YF-16 的速度比 YF-17 略快,且其安装的 F100 发动机已被 F-15 采用,可降低维护费用。F-16 后来的成功超出当时所有人的想象,其产量超过 4,500 架,至今仍未停产。

      具有先进气动外形的 YF-16,战机史上杰出的设计
      至于诺斯罗普的 YF-17,如果没有下文的话那么今天我们只能在航空历史杂志中瞻仰这种飞机了。失去了美国空军 ACF 合同之后,诺斯罗普公司原本打算就此结束,但美国海军对新战机的需求又使 YF-17 获得了一线生机。在整个 70 年代初,一小撮美国海军军官对格鲁曼 F-14“雄猫”高昂的价格颇有微词,念念不忘寻求一种低成本的替代战斗机,正好此时“雄猫”项目遭遇研发困难,成本不断超支,于是美国海军启动了 VFAX(舰载战斗攻击机)项目。

      可以说美国海军给了 YF-17 第二次生命


      IP属地:广东3楼2020-03-11 19:06
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        VFAX 被设想成一种能取代 F-4“鬼怪”、A-4“天鹰”、A-7“海盗 II”的多用途战斗机,格鲁曼也提交了“雄猫”的简化型(F-14X)参与竞标,但被国防部副部长断然拒绝。1974 年 5 月 10 日众议院军事委员会宣布不会采购任何“雄猫”的简化型,VFAX 必须要是一种全新的飞机。但军事委员会显然忘记了 F-111 的惨痛经验,要求美国空军和海军采购同一种战斗机,而不顾美国海军希望 VFAX 同时具备空战和攻击能力的需求。1974 年 8 月美国国会考虑到当时的预算无法再担负另一个重大战机研发项目,通知美国海军 VFAX 项目将被取消。

        格鲁曼想通过 F-14 简化版来一统航母甲板,被军事委员会断然否决
        美国国会将原本用于 VFAX 的资金转移到一个新项目——NACF(海军空战战斗机)上,并指示海军密切关注美国空军 LWF(轻型战斗机)/ACF 项目的竞争结果,并将参加竞标的两种飞机为 NACF 候选机型。如果一切顺利的话,NACF 将会是 F-16 的舰载型,但当时多数的美国海军军官仍固执的认为 F-14 能满足所有需求,既不需要 VFAX 也不需要 NACF。在众多“雄猫”党的阻力之下,美国海军仍持续推进 NACF 项目,并在 1974 年 9 月颁布了需求书。
        在正式需求书发布的同时,美国海军也宣布将选择单一承包商来研制 NACF。诺斯罗普认为 YF-17 会是 NACF 的有力竞争者,因为美国海军在传统上倾向双发构型以增加安全性,并且 YF-17 有更大的潜力发展成为装备雷达的多用途战斗机。但是诺斯罗普没有研制舰载机的经验,所以他们接受了麦道公司的提议,合作为 NACF 项目研发 YF-17 的舰载型。两家公司签订了协议,条款规定麦道公司承接美国海军的合同的话,诺斯罗普将是最大的分包商,并且诺斯罗普拥有该机陆基型的全部出口权利。

        YF-17 三面图


        IP属地:广东4楼2020-03-11 19:07
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          通用动力同样想凭借 F-16 的舰载型参与竞争,通用动力也没有舰载机的研制经验,于是与 LTV(凌-特科姆-沃特,总部同样在达拉斯沃斯堡)组成团队,共同研制 YF-16 的舰载型参加 NACF 的竞争。YF-16 海军型具有美国空军不做要求的超视距雷达。两家公司达成协议:如果美国空军和海军都选择了 YF-16,通用动力将成为空军的主承包商,LTV 则是海军的主承包商,但这只是一厢情愿,在同一个州的两个承包商同时获得合同的可能性最小。

          LTV 提出的 YF-16 舰载型 MODEL 1600
          1975 年 5 月 2 日美国海军宣布诺斯罗普/麦道团队获胜,美国海军认为双发布局更适宜海上飞行,另外 YF-17 的多用途发展潜力更大。
          根据最初的计划,诺斯罗普/麦道将研发三种相近的型号——单座的 F-18 接替 F-4“鬼怪”的空战任务,单座的 A-18 接替 A-7“海盗 II”的攻击任务,另外还有双座 TF-18 同型教练机。F-18 和 A-18 使用相同的机身和发动机,但航电和挂架不同,双座 TF-18A 保留了 F-18A 的全部作战能力和武器,但减少了内部载油量。

          P530 YF-17 F/A-18 的演进


          IP属地:广东5楼2020-03-11 19:09
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            最终经过论证 F-18 和 A-18 最终统一成一种型号,在当时国防部的新闻稿中被称为 F/A-18A,令人尴尬的是直到 1984 年这个奇怪的编号才成为正式编号。两种型号的统一主要要归功于进气道下方边沿增加的两个挂架(4 号和 6 号武器站),在执行对空任务时,这两个挂架可挂载 AIM-7“麻雀”空空导弹,在执行对地任务时,左侧挂架可挂载前视红外吊舱,右侧可挂载激光指示吊舱。双座教练型的编号随之改为 TF/A-18A,后来又变成 F/A-18B。
            尽管没有任何订单,诺斯罗普仍继续研发 F-18L 陆基型,由于不需要上舰,该机比舰载型轻得多,性能更好。

            F-18L 陆基型概念图,与 F/A-18 相比,该机更接近于 YF-17
            1975 年 11 月美国海军与通用电气签订了 F404 涡扇发动机的研制合同,1976 年 1 月 22 日向麦道订购了 9 架单座和 2 架双座全尺寸研发(FSD)飞机,1978 年 7 月 FSD 原型机首飞。作为麦道和诺斯罗普协议的一部分,F-18 的机身分工份额为 60/40,如果诺斯罗普获得 F-18L 订单的话,这个份额将会逆转。诺斯罗普负责制造机身中段和后机身,以及垂尾,麦道负责制造机翼、平尾、前机身和座舱,所有组件将运至麦道圣路易斯工厂进行总装。
            为了对 F-18 有个直观的印象,美国海军借用了第二架 YF-17 在加州木古角的太平洋导弹测试中心、马里兰州帕图森河海军试飞中心、加州中国湖海军武器中心进行试飞。

            涂成迷彩色的为第 2 架 YF-17,此时正做为“F-18 的原型机”进行试飞


            IP属地:广东6楼2020-03-11 19:10
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              F/A-18“大黄蜂”的结构  在麦道最初的合同中,F-18 被称为 Model 267。Model 267 保留了诺斯罗普 YF-17 原型机的总体布局,具有双发动机、双外倾垂尾和翼根边条(LERX)。但是为了上舰,该机的结构与 YF-17 相比变化较大,机身和起落架都经过了加强以适应舰载操作,机翼可折叠,同时增加了尾钩,机内载油量加大以满足海军规定的任务半径。

              F-18 没有原型机,只有所谓的 FSD 飞机
              与 YF-17 相比,“大黄蜂”的翼面积增加了 4.64 平方米(从 32.52 平方米增加到 37.16 平方米),翼展和弦长都有所增加以改善低速性能。机翼为变弯度梯形翼,前缘后掠后缘平直。前缘有全翼展襟翼,后缘内侧有液压动作的单缝襟翼。这些翼面都在计算机的控制下收放,自动改变机翼弯度,以便在整个性能包线内达到最佳升阻比。后缘外侧的副翼可作为襟副翼使用进一步增强低速操控性,襟翼和副翼也可差动用于滚转控制。外翼段可向上折叠,铰链就在副翼和襟翼的交界处。每侧内翼段安装有 1 个 363 升油箱,大多数燃油装在机身油箱内。

              YF-17 和 F-18 的对比,照片为 YF-17,轮廓线条为 F-18
              F-18 的自动变弯度机翼在降落时前缘可下偏 30 度,后缘可下偏 45 度


              IP属地:广东7楼2020-03-11 19:12
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                为了增加内部载油量,与 YF-17 相比“大黄蜂”的后机身加宽了 10.16 厘米(4英寸),发动机向两侧外移一点,机背明显增宽增高。巨大的机背中容纳了主油箱,容量分别为 1,613、943、757 和 2,006 升,这些油箱在座舱和发动机前端之间的机背内部纵列布置,所有油箱和输油管线都是自封闭的,油箱内壁还敷设有泡沫材料,机鼻上方右侧增加了可收放空中受油管。

                F-18 的总体布局
                YF-17 简单的主起落架轮距为 2.10 米,为了增加在航母甲板滑行时的稳定性,F-18 的主轮距增加到 3.11 米,粗壮的跪式起落架可以承受着舰时 7.32米/秒的下降率。主起落架向后并旋转 90 度收入进气道下方的机腹中,双轮前起落架向前收入前机身。

                F-18 结构独特的跪式主起落架

                粗壮的双轮前起落架


                IP属地:广东8楼2020-03-11 19:13
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                  全动平尾是铝合金蜂窝结构,石墨/环氧树脂复蒙皮,可用于俯仰控制和滚转控制,作为“尾副翼”增强滚转性能。
                  为了有效利用边条拉出的涡流,F-18 的双垂尾是必需的。双垂尾前移以填补机翼后缘到平尾之间的间隙,大大减小了跨音速阻力。垂尾前移还减少了尾喷管的干涉气流,同时由于不需要在后机身布置垂尾的支撑结构而减轻总重。


                  计算流体力学仿真计算的结果,可以清楚地看到边条涡流产生的情况和流向
                  进气口布置在边条下方根部,在大迎角下边条将进气理顺了再“喂给”进气道,对 F-18 出类拔萃的大攻角性能功不可没。由于不要求“大黄蜂”能飞 2 马赫,所以就不需要复杂的可调斜板进气道,采用了简单的“D”形进气口,并配有附面层隔离板,两个进气道唯一可动的部件就是边条顶部的放气门。固定式附面层隔板可将呆滞附面层气流沿着坡道流向机腹和边条放气门释放掉。垂尾间的后机背安装有双铰链液压控制的减速板,这样在减速板展开式对飞机的俯仰操纵影响最小。

                  F-18 的进气口和附面层隔板
                  F-18 的尾部减速板


                  IP属地:广东9楼2020-03-11 19:15
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                    “大黄蜂”共有 9 个武器硬点——翼尖两个、翼下四个,进气道侧壁两个,机腹中线一个。该机保留了 YF-17 的翼尖“响尾蛇”空空导弹挂架和机头 20 毫米 M61 机炮。

                    F-18 安装了 4 余度数字式线传飞控系统,是首个安装这种系统的生产型飞机。飞控计算机根据操纵杆和脚蹬输入的数据来控制各个操纵面的偏转量,不允许飞行员飞出超出限制的动作。线传系统采用投票制运行,如果其中一个通道与其他三个通道输出不同,那么该通道就会被判定为失效,并被自动关闭。4 余度线传系统在即使两个通道都失效时,只要剩余两个通道输出一致,仍可以继续控制飞机,即使所有通道都失效,仍可通过电动备份系统操纵各翼面。该机的平尾甚至还保留了一路机械操纵备份,在最为极端的情况下,飞行员可继续进行俯仰操纵。
                    借鉴了越南战场经验后,该机安装有两套独立的液压系统,分别由单台发动机驱动,其目的是在一台发动机被击中后也能保证飞机的控制。
                    由于 F-18 的主要型号是单座,所以非常注重航电的自动化以减轻飞行员的工作负荷。F-18 引入了“玻璃”座舱概念,淘汰了许多表盘式仪表,并将原先表盘式仪表的信息显示在阴极射线显示器上。同时安装了抬头显示器(HUD),仪表面板上安装了两个多功能阴极射线显示器和一个水平阴极射线显示器。座舱内安装了手不离杆(HOTAS)油门杆和操纵杆,作战中需要使用到了控制开关都集成在了油门杆和操纵杆上。飞行员在战斗机无需将实现从目标上移开寻找座舱中的开关。座舱内安装了马丁·贝克 US10S(SJU-5/6)零-零火箭助推弹射座椅。

                    F/A-18 的座舱


                    IP属地:广东11楼2020-03-12 12:18
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                      “大黄蜂”毒刺
                        “大黄蜂”可挂载多种空空和空地武器,并可迅速在空空和空地模式中切换。
                        主要的空战武器是 AIM-7“麻雀”和 AIM-9“响尾蛇”导弹。“大黄蜂”最多可挂载 6 枚“响尾蛇”(翼尖 2 枚,翼下挂架 4 枚),最多可挂载 4 枚“麻雀”(机身挂架两枚,机翼外侧挂架两枚)。“大黄蜂”在对地攻击任务中可在机翼下 4 个挂架和机腹挂架上挂载多种对地武器。

                      F-18 演示极限挂载 AIM-120,尽管实战意义不大
                      “麻雀”
                      在空空任务中,“大黄蜂”通常在进气道两侧下方挂载两枚 AIM-7“麻雀”半主动雷达制导空空导弹,该弹具有超视距空战能力,现在已被 AIM-120 AMRAAM 取代。

                      麻雀导弹外形与组成部分


                      IP属地:广东12楼2020-03-12 14:15
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                        “麻雀”为半主动雷达制导体制,兼容于等幅波或脉冲-多普勒照射雷达。AIM-7 标称的有效射程是 40.2 公里,但真正的有效射程依据不同的交战情况变化很大。AIM-7M 的长度为 3.66 米,发射重量为 227 千克。导弹有两组三角形弹翼,尾部是一组固定弹翼,中部是一组用于操控的可动弹翼。40 千克的战斗部安装在一个不锈钢圆筒内,爆炸碎片超过 2,600 片,大大增加了杀伤概率。“麻雀”可由碰撞或近炸引信引爆。

                        西班牙大黄蜂装备的 AIM-7P
                        “麻雀”的后期型号是 AIM-7M 和 AIM-7P。该弹的早期大规模服役型号是 AIM-7E、AIM-7E2 和 AIM-7F,但在越战中战绩糟糕。AIM-7F 采用了固态电子元件取代早期型号的微型电子真空管,电子设备的小型化使战斗部前移至弹翼部位,整个弹体后部全被火箭发动机占据,使得双推力助推/自持火箭发动机的采用成为可能,在迎头接敌情况下“麻雀”的有效射程增加了两倍(增至 40~48 公里)。
                        AIM-7L 的电子设备集成度更高,1982 年投产的 AIM-7M 换装新的自动驾驶仪,新引信以及在恶劣天气下更有效的逆处理数字脉冲引导头,更难被探测和干扰,下视下射能力增强。AIM-7P 改进了引导电子设备,采用了超大规模集成电路计算机。增强了攻击小目标的能力,例如巡航导弹和掠海反舰导弹。

                        F-16ADF 挂载的 AIM-7M 导弹
                        现在“麻雀”已被新一代的 AIM-120 AMRAAM 取代。尽管后期的“麻雀”已不是越战时期的**,但需要机载雷达持续照射目标,以保持导弹的引导。这意味着“大黄蜂”只能一次攻击一个目标,在空战如遭遇其他敌机将非常危险。


                        IP属地:广东13楼2020-03-12 14:17
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                          AMRAAM
                          F-18 最终的超视距空战武器是休斯公司的 AIM-120 AMRAAM(先进中程空空导弹)。AMRAAM 在具备“麻雀”超视距能力的同时弹体却不比 AIM-9“响尾蛇”大多少。

                          AIM-120A 结构图
                          1987 年 12 月 8 日,F-18 在木古角首次试射 AMRAAM,评估导弹跟踪和导向两个不同目标的能力。两天后另一架 F-18 对一个低空目标进行了下视下射攻击。但由于 AMRAAM 遭遇许多技术问题导致其比计划推迟了 5 年才服役。“沙漠风暴”后 AMRAAM 作为“大黄蜂”最主要的超视距空战武器取代了“麻雀”的地位。

                          2008 年 8 月 5 日由一架 F-18F 试射的 AIM-120D
                          AMRAAM 是一种“发射后不管”的武器,可通过机载惯导系统自行引导至目标附近,如有必要还可以通过数据链与载机通信更新目标位置。由于采用了主动式雷达引导头,该弹无需载机在导弹飞行过程中持续照射目标。如果目标释放干扰,AMRAAM 的引导头可切换至中等脉冲重复频率干扰引导模式。尽管 AIM-120 是主动雷达制导体制,在飞向目标的初始阶段仍需要载机对目标的照射。

                          AIM-7M 与 AIM-120 对载机的依赖性对比
                          AMRAAM 弹长 3.65 米,翼展 52.58 厘米,直径 17.78 厘米,发射重量 159 千克,比“麻雀”轻得多。该弹安装有 22 千克重的定向破片战斗部,最大速度 4 马赫,最大射程 56~72 公里。


                          IP属地:广东14楼2020-03-13 15:35
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                            “响尾蛇”
                            “大黄蜂”通常在翼尖挂载两枚 AIM-9“响尾蛇”红外制导空空导弹,由于翼尖扭转的关系,导弹滑轨稍向下倾。

                            “大黄蜂”在发射翼尖“响尾蛇”导弹
                            AIM-9“响尾蛇”弹长 2.86 米,翼展 63.5 厘米,直径 12.7 厘米。弹尾有 4 片弹翼,每片弹翼尾部都有陀螺舵,陀螺舵在飞行中由于气流的冲击而高速旋转以提供滚转稳定性,引导头后方安装有 4 片鸭式弹翼以控制方向。“响尾蛇”导弹发射重量 81.6 千克,最大有效射程 16 公里。爆炸碎片战斗部重 10 千克,可由碰撞或者近炸引信引爆。

                            AIM-9L 的尾翼及陀螺舵
                            当导弹还在发射轨上时,其引导头就开始探测目标施放的红外辐射。当接收到的红外辐射到一定强度时,“大黄蜂”飞行员会在耳机中听到“兹兹”提示声。当“响尾蛇”提示锁定目标后,飞行员按下按钮,导弹就发射了。

                            AIM-9M-8/9 展示弹,注意激光引信窗口比旁边的 -L 要大一圈


                            IP属地:广东15楼2020-03-13 15:38
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                              “响尾蛇”红外制导空空导弹于 1956 年问世,此后就在不断地发展。早期 F/A-18A 挂载 AIM-9J,这是越战后“响尾蛇”第一个重大的升级型号,具有更大的不可逃逸区,允许在目标后半球的任何位置发射,而不是先前只能对准尾喷管发射。与越战时期的 AIM-9G 相比,J 型的发动机推力更大,并改进了战斗部。J 型还引入了“响尾蛇”扩展截获模式(SEAM),在“狗斗”模式中引导头可随动于载机雷达,引导头可朝向雷达锁定的特定目标,并在发射前对其保持跟踪。
                              AIM-9H 的改进较少,1979 年出现的 AIM-9L 是一种“全向”攻击导弹,这意味着载机无需再目标的后半球占位攻击。L 型的引导头更加灵敏,可捕捉飞机机头和机翼前缘空气摩擦产生的热量,并能区别红外诱饵弹和飞机产生的红外辐射,该型号还采用了低烟发动机,大大减少了发射时的目视特征。其电子管数量减少至 2 个。
                              AIM-9M 改进了 AIM-9L 导弹的格斗性能。导引头采用闭环式制冷技术,电子组件做了重新配置并提高了抗干扰能力,截获目标能力提高了 50%,AIM-9M 导弹还使用了 MK36Mod5 少烟发动机来减少尾迹,同时减少了导弹被对方探测的可能。

                              响尾蛇家族族谱
                              尽管问世已久,具有全向攻击能力的 AIM-9L 仍是非常致命的武器,在 AIM-9X 问世前,也许只有结合了特殊气动设计和矢量燃气舵的俄制 R-73 才能超过 L 型。
                              “大黄蜂”现已使用“响尾蛇”的最新型号 AIM-9X
                              鲜为人知的是“大黄蜂”翼尖“响尾蛇”导弹挂架还可以挂载 AGM-122A“手枪”反辐射导弹,该弹在 AIM-9C 的基础上研制,使用宽波段被动雷达寻的引导头替换了红外引导头。

                              AGM-122A 反辐射导弹的引导头

                              AGM-122A 打靶实验


                              IP属地:广东16楼2020-03-13 15:40
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