一代机皇F-16的逆天进化史
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自从1914年第一次世界大战中8000架战斗机作为作战单元崭露头角以来,战斗机就一直是世界各国军备竞赛的主要方向。
现代战争中,利用先进战斗机与信息优势夺取制空权已经几乎成为开启战争的唯一正确方式,战斗机在各国国防体系中的地位也越来越重要。
在各国不断加大战斗机研发投入的背景下,一批又一批优秀战斗机出现在历史舞台上。
如果要评选出历史上的战斗机“名人堂”,洛克希德·马丁与他的F-16一定是角逐“GOAT”(Greatest Of All Time)的最大热门。单看其简历,绰号“战隼”(Fighting Falcon)的F-16就俨然是星光熠熠:
世界上生产交付数量最多的第三代战斗机:累计生产交付超过4602架(订单数量超过4700架);世界上现役数量最多的第三代战斗机:现役超过3000架;世界上用户国家最多的第三代战斗机:29个用户国家;世界上总飞行小时数最多的第三代战斗机:总计超过1900万飞行小时;世界上作战出动起落次数最多的第三代战斗机:总计超过40万个起落;世界上飞行小时数超过4000小时的飞行员最多战斗机:总计有54名飞行员飞行F-16小时数超过4000小时;世界上服役时间最长第三代战斗机,1978至今已服役42年,通过不断改进改型保持性能优势,时至今日仍是美国、北约、中东等地区国家的主要空中力量。作为世界上最成功的一款第三代战斗机,在这靓丽的成绩单背后,F-16有哪些傲视群雄的优异性能?它的诞生和逆天进化的背后又有哪些不为人知的故事?让我们回到上世纪70年代,一起来看看一代机皇F-16的逆天进化史。
争论中的诞生与我们所设想不同的是,在近代空战中风光无限的F-16,在当时并不是美国空军的“天选之子”,相反,它的诞生充满着质疑和争论。
二十世纪中叶,两颗分别落在日本广岛和长崎的原子弹结束了旷日持久的世界战争,给战败国日本人民留下恐惧与绝望的同时,在美国人自己心里也埋下了忌惮的种子。
在接下来的冷战时期,利用二战胜利企图重新建立世界秩序的美国全神贯注地与老对手苏联斡旋缠斗。正是由于对核战争的这种忌惮,美苏两国不约而同地将整个国防的重心奠基于核战略中,空军的建军思想重心在于全力达到两个目标:用核武器轰炸对方,以及阻止对方的核武器轰炸。
在核战略的发展思路下,超音速突防的战略轰炸机F-105、兼具空中截击功能的远程轰炸机F-4、正在研发中的第三代高机动多用途战斗机F-15——全部是20吨以上具备拦截和地面攻击能力的重型战斗机——所组成的机队是美国空军的“天选之子”。
1964年,派出F-100、F-4、F-105出征越南的美国空海联军势在必得。而让人大跌眼镜的是,挂满炸弹的F-105却屡屡被毫无速度优势的俄制MiG-17利用低速机动性连续击落。
1966年,刚刚服役并火速进入战场的MiG-21更是利用轻巧灵活的机动能力在近距格斗中大败F-4,兵败越南的美国空军飞行员甚至沮丧地说“全世界最爽的飞行员就是河内的MiG-21飞行员”。
回顾整个越南空战,虽然美军掌握了越南战场上的制空权,但却为此付出了沉重的代价。从1965年至1968年,仅在北越的空战中,美军就有918架飞机被击落,并有818名机组人员罹难。
越南空战中的美军F-4战斗机
战前模拟评估中占据绝对优势的F-4在实际战斗中和MiG-21的交换比竟然一度只有1:2,这让美国空军高层陷入了来自空军各级军官的质疑和深度的自我怀疑中,不得不重新思考下一代战斗机的发展思路。
Light Cheap Air-superiority1971年,美国空军及美国航空产业中一直支持以能量机动理论为思考核心设计战斗机的“战斗机黑手党”觉察到了空军高层的疑虑,趁此机会提出轻型战斗机计划,正在为空战失败挠破头皮的时任国防部长梅尔文·莱尔德如获至宝,在他的大力推动下,国会通过了轻型战斗机计划“Light Weight Fighter Program”(LWF),致力于研发一款高推重比、高机动性、总重低于9,072kg(20,000磅)、成本低廉、可以大规模装备的轻型战斗机。
1972年3月,经过美国空军参谋部两次评选,决定向通用动力(General Dynamic)和诺斯罗普(Northrop Grumman)公司订购两架原型机,编号分别是YF-16和YF-17,两个公司都为赢得立项开展了大量研发工作。
竞争中的YF-16和YF-17在编队试飞
在YF-16的研发过程中,通用动力公司对几十种气动布局进行了吹风试验,最终确定了“Model 401”的气动布局;为了降低成本,在设计上并不追求尖端的技术,在关键部位采用成熟的系统和组件。
YF-16气动布局的进化过程
经过2年的设计生产和1年多的试飞,1975年1月13日,时任空军部长约翰·麦克卢卡斯宣布YF-16在与YF-17的竞争中胜出,进入全面研制阶段。
在描述YF-16胜出原因时约翰·麦克卢卡斯指出,更大的航程,更低的运行成本、以及更好的瞬时机动性是空军选择YF-16的主要原因,而发动机与F-15通用(普惠公司的F100-PW涡扇发动机)可以降低空军使用成本、以及政府希望给予F111停产后陷入危机的通用动力一臂之力,也是原因之一。
YF-16正式赢得LWF计划,登上历史舞台。让我们记住这些鲜明的特性,他们将是F-16纵横世界四十余载的基石:
更大的航程(Light);
更低的运行成本(Cheap);
更好的瞬时机动性(Air superiority)。
登陆欧罗巴,“战隼”起航就在美国空军对YF-16立项的4个月后,1975年5月,YF-16 1号机飞越大西洋,登陆欧罗巴,首次亮相巴黎航展。
01568号YF-16原型机参加1975年巴黎航展
6月7日,在美国空军承诺装备F-16的前提下,比利时、荷兰、丹麦和挪威宣布采购348架F-16,成为仍处于原型机阶段F-16的首发用户。比利时、荷兰和丹麦同时加入到F-16的联合生产中。
1977年,4国联合生产的首批6架单座型F-16A和2架双座型F-16B投入试飞;第二年8月,第一架批量生产F-16A交付美国空军,意味着F-16A/B正式进入批产交付阶段。
随后几年,美国的亲密盟友以色列、第四次中东战争中再次败北并在美国撮合下与以色列签订戴维营协议的埃及、以及政治上附庸美国的巴基斯坦、委内瑞拉、新加坡、印度尼西亚、泰国、中国台湾先后成为F-16A的第二批用户国家,进入批生产仅4年的F-16已经以超过500架的订单一跃成为全球销量最高的第三代战斗机。
“蝰蛇”出动,一战成名1980年,时任美国国防部副部长克莱门茨在犹他州希尔空军基地的F-16入列仪式上正式为一架F-16A Block10绘上了“战隼”的徽章。而由于拉起爬升的姿态像眼镜蛇,希尔空军基地的飞行员们给F-16取了另一个更著名的绰号,“蝰蛇”(Viper)。
F-16A Block 10 (代号79-0290)上的“战隼”徽章
自1980年起,F-16A/B形成初始作战能力。与此同时,通用动力公司与用户国空军密切配合,发起Multinational Staged Improvement Program (MSIP),以极高的效率对飞机进行快速升级迭代。
从1978年首批Block1到1979年可靠性优化的Block5、再到1980年312架Block10下线、1981年MSIP阶段I引入Block15生产线,试飞、试制、批生产同时进行的F-16A/B飞机利用饱满的生产与飞行任务和高效的顶层设计,以超乎想象的速度由雏鹰向战隼蜕变。谁也没有想到,这种蜕变将会以雷霆之势震惊世界。
1981年6月7日,为了摧毁伊拉克计划7月1日启动运转的核反应堆,以色列空军派出8架F-16飞机挂载16枚炸弹,6架F-15飞机空中掩护,经过超低空飞行突袭进入预定地点后,8架F-16分两波在2分钟内投下16枚炸弹,命中伊拉克核反应堆主建筑,干净利落的战术执行开创了“外科手术”式打击的先河,F-16首战告捷。
编队飞行的以色列空军F-16与F-15
1982年6月9日,黎巴嫩贝卡谷地峡谷。为消灭巴勒斯坦解放组织武装力量而发动黎巴嫩战争的以色列蓄势待发,由“侦查员”、“猛犬”无人机、E-2C空中预警机、F-15、F-16、F-4、“幼狮”和A-4等92架飞机组成的机队出击贝卡谷地,无人机诱敌、预警机指引、战斗机掩护、攻击机对地精确打击,各型飞机精妙配合,以色列空军仅用6分钟时间就彻底摧毁了叙利亚投入20多亿美元建立的19个萨姆-6型防空导弹阵地,。刚反应过来的叙利亚立即出动62架MiG-21和MiG-23,面对美国空军越南空战的苦主MiG-21,F-4的替代者F-16用击落30架,自己毫发无伤的战绩证明了美国空军的正确决策。
6月10日天一亮,不甘失败的52架叙利亚飞机再次对以色列机队发起攻击,这一次52架叙利亚战斗机竟无一幸免,被F-16和F-15组成的战斗机队全部歼灭。6月11日,无法承受更多损失的叙利亚宣布停战。
与F-15共同击落82架战斗机而毫发无伤的F-16在神话般的贝卡谷地战役中一战成名。两次战役三次出击,F-16出色完成对地攻击、空中拦截、短距格斗三类战斗任务,证明了其全面的对地、对空攻击能力。
解密F-16A/B贝卡谷地空战被称为第一次现代空战,初出茅庐的F-16A/B表现出色,俨然已是冉冉升起的最佳新秀。是什么秘密让F-16A/B一战成名呢?
在所有初代F-16A/B中,Block15是生产交付最多的构型。现在让我们以F-16A/B Block15为例,更深入地了解初代F-16的特点和性能,看看它到底有何与众不同:
1、出色的机动性能
1)先进的气动外形:
得益于通用动力对几十种气动布局的研究和选型,F-16A/B的气动外形被认为是翼身融合做的最好的战斗机,有效降低飞行过程中产生的阻力,降低能量损失;创新的进气道与前机身11°斜坡相结合,提供了亚音速下大攻角直到M1.6甚至M1.8的良好总压恢复和气流品质;从Block15起开始采用面积增加30%的大平尾,提高稳定性和极限状态控制能力。
2)动力强大的发动机装置:
F-16A/B Block15使用普惠F100-PW-220涡扇发动机,替代原有的F100-PW-200,军用推力为64.9kN,最大推力106kN,在飞机油箱全部装满情况下,推重比达到1:1。
3)先进的飞控系统:
F-16是第一种投入批量生产的电传操纵飞机,也是依靠电传飞控系统的有效控制,F-16得以用前无古人的负稳定气动设计实现更高的机动性能。
2、均衡的任务执行能力
1)先进的火控系统:
F-16A/B Block15虽然没有“玻璃座舱”,显示系统仍然是仅是一个平视显示器+一个多功能显示器+机械仪表,但已经具备F-16C/D的综合航电系统雏形,配装了AN/APG-66(V)2脉冲多普勒雷达、AN/APX-113(V)敌我识别系统、AN/ ALR-56M雷达预警接收器,搭配AN/ALE-47反制洒布器,已经具备了基本的电磁波辨识、警告及自卫机能,这在1980年代的世界军贸市场是无出其右的。
2)逐步提升的挂载能力
F-16A/B共有11个外挂点,翼尖各1个,机翼下左右各3个,机身腹部1个,还在进气道两侧增加了2个可以挂载LANTIRN光电吊舱系统的挂点。
F-16挂载能力示意图
初版的F-16A/B已经配有AIM-7麻雀导弹和AIM-9响尾蛇导弹,这两款武器在突袭伊拉克核反应堆的“巴比伦行动”和贝卡谷地空战中大放异彩;F-16A/B同时可装备GBU-10激光制导炸弹、“小牛”空地导弹和普通炸弹。
3)出色的航程
F-16A/B带副油箱航程可达到3889km,作战半径达到926km。出色的长途作战能力在服役之初就得到了实战验证:在1981年以色列空军突袭伊拉克核反应堆的任务中,F-16A在负载两枚炸弹的情况下低空长途奔袭超过800km完成轰炸任务。
3、合理的人机交互
1)出色的飞行员视野:
泡状座舱罩采用无框衍设计,不像一般有框衍座舱罩会影响飞行员视野。
2)体贴的人体工学设计
为了减轻飞行员过载负担,F-16的座椅是30°斜躺,而不是一般的13度,辅助飞行员实现最大±9G的过载;飞行控制杆是安装在右手边上,而非传统的在两腿之间,用来辅助在高过载时候转弯。
4、合理的价格
作为第一批也是最大的用户,美国空军采购F-16A/B的价格大概是1,430万美元,价格大大低于2,790万美元的F-15A/B,适合大批量装备执行多种任务。F-16的价格优势一直保持到现在:根据CSIS核算,2017年最新款F-16在美国军队战斗机中也是单机成本最小的。
CSIS发表的美国战斗机价格统计
如果说贝卡谷地战役是现代电子战致胜的经典之作,那么F-16在战役中的出色表现就预示着F-16在后续到来的电子战时代将扮演不可或缺的重要角色。
尽管与同时期其他战斗机相比,F-16A/B已经占尽优势,但要想在现代电子战争中扮演更重要的角色,还需要一个兼容性更好的母体,它就是F-16C/D。
1984年,首个单座F-16C和双座F-16D生产线就在沃斯堡建立,首个生产批次是Block25,实现了诸多改进优化:
最大的蜕变是将AN/APG-68(V)2雷达进一步升级,探测距离、空空及空地模式、反干扰能力、分辨率都有提升,通过高脉冲重复频率跟踪模式具备了超视距能力,可为AIM-7“麻雀”导弹、AIM-120导弹、AGM-65D导弹提供持续目标照射;正式实现了“玻璃座舱”,1个平视显示器+2个多功能显示器的座舱显示;发动机增加数字电调装置(DEEC),提供无失速运转;环境控制系统、火控计算机、外挂管理计算机、惯导系统升级,尤其是MIL STD-1760数据总线/武器接口正式搭建,为后续搭载各类武器和吊舱奠定了基础。用一句话总结就是,F-16C/D Block25的挂载能力、超视距空战能力、昼夜精确地面打击能力、电子对抗能力、系统可靠性实现了质的提升,无论平台结构还是航电/武器系统架构都留有足够的兼容能力,F-16C/D Block25不仅完成了巨大的蜕变,更是成为了F-16系列飞机向未来空战趋势不断进化的母体。
进化之旅F-16C/D Block30/32
1984年,在Block25正式交付的同时,为了提高发动机可靠性而发起的备选发动机项目也在进行中:Block30安装通用公司的GE F110发动机,推力增加至12700kg,因此进气道也改为进气量更大的模块式通用进气道;Block32安装普惠公司可靠性提高的PW F100-PW-220发动机。
Block30使用的模块式通用进气道(MCID)
Block30/32的改进不仅在于发动机,武器能力、吊舱挂载、自保护能力也在逐步提升:
增加了AGM-45“百舌鸟”和AGM-88 HARM反辐射导弹的发射能力,为满足希腊和土耳其挂载而增加AIM-7F/7M发射能力;ALE-47反制洒布器(或称综合投放器)数量从2个增加到4个,机翼前缘增加2个前向RWR天线,进一步提高主动/被动自保护能力;装备了数字式侦察吊舱,可挂载GE GPU-5/A机炮吊舱和战区机载侦察系统(TARS)吊舱;一部分Block30/32增加了AIM-120的第4级多目标交战能力,成为Block30B/32B。F-16C/D Block40/42
1989年,增强夜间/全天候能力的F-16C/D Block40/42在沃斯堡工厂下线并交付美国空军,主要改进仍然集中在航电/武器系统性能升级:
加强机身结构,最大起飞重量由17,000kg提升至19,187kg;装备了LANTIRN夜间红外低空导航&瞄准吊舱和配套平显(HUD),使F-16C/D Block40/42具备夜间和恶劣天气下对地攻击能力;增加AGM-88 HARM II导弹发射能力;实现Sure Strike升级,使F-16C/D Block40/42可以接受地面前进空中管制(FAC)直接传来的目标坐标和海拔高度并在HUD上显示;在Sure Strike基础上实现Gold Strike升级,增加双路图像传输能力,飞行员可以接收并显示来自地面站或者无人机的视频图像,还可以向外发送LANTIRN目标只是吊舱的视频图像;增加全集成式GPS接收机,是美军第一个装备此类设备的战机;升级的APG-68V(5)雷达,平均故障间隔时间MTBF提升至100小时以上;增加执行CAS近距支援任务的快速反应能力;全面内置式ECM设备;增强包线机炮准星;使用数字式4余度飞控系统,增加飞控系统可靠性;安装正压力呼吸系统,帮助飞行员提高过载耐受值。从F-16C/D Block40/42开始,左边挂一个AAQ-13导航吊舱,右边挂一个AAQ-14瞄准吊舱就成了F-16系列飞机的标配,对地精确打击能力的大幅提升使F-16C/D Block40/42不再仅仅是空优战斗机,而是真正成为了一款轻型多功能战斗机。
F-16C/D Block50/52
F-16C/D Block40/42下线生产仅过了两年,1991年,再次升级发动机的F-16C/D Block50/52启动生产:Block50使用普惠公司比早期F100推力增加22%的F100-PW-229发动机,Block52使用GE公司改进内部设计的F110-GE-129发动机,两种发动机推力都显著增加至接近13,154kg,增强了F-16的低空高速性能。
除了发动机改进以外,F-16C/D Block50/52的航电/武器系统已经开始向现代化、集成化、可编程化发展:
后期的F-16C/D Block50/52装备有性能包线更好的APG-68V(7)、APG-68V(8)雷达;单色MFD升级为彩色;兼容新一代JDAM弹药、AGM-154A/B JSOW,并且首次具备AGM-84“鱼叉”反舰导弹发射能力;可挂载洛马的“铺路便士”激光测距吊舱和TI公司的AN/ASQ-213 HARM瞄准系统吊舱;VHF/FM天线被集成到垂尾前缘;与F-16C/D Block40/42一起进行“通用配置实施计划”(CCIP),增加模块化任务计算机、头盔显示系统、Link16多功能信息分配系统(MIDS)、完成AIM-9X和AGM-158等新武器的整合,使Block40/42和Block50/52共享最先进性能,增加航电设备的通用性。
F-16C/D Block50/52+
为了增强恶劣天气情况下投掷波音JDAM的能力,2002年,F-16 C/D Block50/52+研制成功,通过升级雷达增加合成孔径模式,为454kg的MK-83、908kg的MK-84和BLU-109战斗部的JDAM提供制导。除此之外,F-16C/D Block50/52+还增加了被动式导弹告警器、地形参考系统、可挂载保形油箱。
1999年出口以色列的50架F-16I就是基于F-16C/D Block50/52+,除了配备AN/APG-68火控雷达最新系列(V)9以外,还安装了视频数据链、头盔瞄准具、Elisra供公司的先进电子战套件、洛马的LANTIRN吊舱系统,并兼容“怪蛇4”空空导弹和“瞪眼2”空地导弹。
以色列F-16I多任务战斗机“和平大理石V”
F-16E/F Block60
1994年,阿联酋计划采购80架远程打击战斗机,并号称要求集成最先进的技术。面对土豪国家如此诚恳的需求,正在研制F-35参与美国空军联合攻击战斗机(JSF)项目的洛马决定将F-35的技术应用在F-16上,为阿联酋研制最新款F-16战斗机,取名为F-16E/F Block60。
F-16E/F Block60是Block50/52的重大改型,主要改型在:
l 选用增强型F110-GE-132发动机,最大推力14,741kg,通过安装保形油箱,大大增加航程和作战半径;
l FLIR(热像仪)和IFTS(目标指示系统)取代LANTIRN吊舱系统,降低重量和阻力,提高了生存能力和隐身性能;
安装Falcon Edge内置式电子对抗系统、AN/APG-80敏捷波束相控阵雷达、电子战管理系统、光纤航电数据总线、8个综合投放器、先进IFF;先进的航电套件预留了未来升级的空间;装备ANLALQ-165 ASPJ,主动/被动式导弹告警系统可对逼近的导弹进行早期预警;保留Block50/52+全部武器挂载能力,并兼容新一代武器;彻底去掉机电式备份仪表,采用三个5×7英寸的彩色多功能显示器,座舱还支持头盔瞄准具,使飞行员有良好的态势感知能力。阿联酋“土豪版”F-16 F Block60
F-16V Block70
在阿联酋豪掷30亿美元研发F-16 E/F Block60,全世界都以为这款单价超过5,000万美元的超级豪华F-16已经成为这款经典三代机进化的终点时,洛克希德·马丁缓缓掏出了他的最后一张王牌——F-16V Block70。
F-16V是洛克希德马丁面向国际市场的一次成功的营销策划,它计划将F-35中应用的成熟先进技术,通过改装应用到现役各型F-16A/B、F-16C/D,让用户利用有限预算将老型号三代机一举升级为最先进三代机。
F-16V的升级计划包括:
比F-16 E/F Block60的AN/APG-80更加先进的AN/APG-83可变敏捷波束雷达,可以同时以空空和空地模式工作,或者交错进行两种模式扫描,在探测距离、分辨率、敏捷度上能与F-35的APG-81和F-22的APG-77媲美;全新的模块化任务计算机(MMC),处理能力提升一倍,内存提升十多倍,为F-16V未来升级提供充裕的空间;1Gb以太数据总线,满足航电系统大量数据交换的高速输入输出带宽需求;座舱装备2个4×4英寸和1个6×8英寸高分辨率彩色显示器;有限的双瞄准线(LOS)能力,可以使前后座飞行员能独立操控雷达、瞄准吊舱、武器瞄准,甚至可以同时发射各自选定的空空和空地武器。F-16最新版F16V
中国台湾作为F-16V的首发用户,花费18.5亿美元升级145架F-16,预计2022年完成改装;新加坡、韩国、希腊先后与洛马签订F-16V改装项目。这些旧版本F-16在改装之后预计仍能够服役至2040年。
结语历经40多年的进化之旅,F-16一直引领着世界最先进第三代战斗机的潮流,身上的标签也从设计之初的“Light、Cheap、Air superiority”转变为“Light、Multirole、Combat-proven”,在保持性价比优势的同时,不断集成最新武器和吊舱,丰富作战模式,又在实战中不断验证作战能力,反过来推动技术发展,形成良性循环,不断巩固自身优势,最终成为一代名机。



