美國F-35隱形戰鬥機

美國F-35隱形戰鬥機

F-35“閃電Ⅱ”(英語:F-35 Lightning II)聯合攻擊戰鬥機是一款由美國洛克希德·馬丁設計及生產的單座單發戰鬥攻擊機,F-35主要用於前線支援、目標轟炸、防空截擊等多種任務,並因此發展出3種主要的衍生版本,包括採用傳統跑道起降的F-35A型,短距離起降/垂直起降機種F-35B型,與作為航空母艦艦載機的F-35C型。F-35在戰機世代上屬於第五代戰鬥機,具備較高的隱身設計、先進的電子系統以及一定的超音速巡航能力。F-35也是世界上最大的單發單座艦載戰鬥機和世界上唯一一種已服役的艦載第五代戰鬥機。F-35將會成為美國及其同盟國未來最主要的第五代戰鬥機之一。2015年2月9日,F-35在英國皇家空軍中編列服役;2015年6月28日,日本第一架F-35開始生產。2018年6月11日,美國洛克希德馬丁公司生產的第300架F-35型戰機交付用戶 。

基本信息

發展沿革

研製背景

F-35替換機型F-35替換機型
F-35起源自美國聯合攻擊戰鬥機(Joint Strike Fighter JSF)計畫,該計畫是20世紀最後一個重大的軍用飛機研製和採購項目,亦為全世界進行中的最龐大戰鬥機研發計畫,設計目的是為了替代美國空軍、美國海軍、美國海軍陸戰隊以及英國皇家海軍的F-16、F/A-18C/D、AV-8等各種軍機。計畫被定位為低成本的武器系統,這是因為現代先進戰鬥機,如F-22戰鬥機的成本不斷高漲,美國及其他國家均感到,單純依靠這樣的高性能且高價格的戰鬥機組成戰鬥機部隊,在財政上難以承受。因此美國各軍種改變以往各自研製戰鬥機的傳統,聯合起來,共同研製一種用途廣泛、性能先進而價格可承受的低檔戰鬥機。

研製過程

X-35試驗機X-35試驗機
美國聯合攻擊戰鬥機計畫

1993年美國國防部啟動了“聯合先進攻擊技術”JASF驗證機研究,並且在1994年1月成立了JASF研究計畫辦公室,希望研製一種幾個軍種通用的輕型戰鬥攻擊機系列,取代美空軍的F-15E、F-16、F-15C和F-117,海軍的F-14、海軍陸戰隊的AV-8B,幾個過時的機種。與此同時,英國也對這項計畫表示出濃厚的興趣,提出加入這項計畫,用這種飛機替換“鷂”和“海鷂”戰鬥機。美國國防部為了整合資源,突出重點,將正在進行的美海軍“聯合攻擊戰鬥機”JAF計畫和國防高級研究計畫局“通用低成本輕型戰鬥機”CALF計畫也納入JASF計畫中,並在1996年3月將JASF計畫正式更名為“聯合攻擊戰鬥機”JSF(JointStrikeFighten)。

F-35參與國F-35參與國
F-35外型像似F-22猛禽戰鬥機的單引擎縮小版,而且它的確從中吸取了一些元素。F-35的排氣噴口設備則從通用動力在1972年設計的垂直起降飛機Model 200得到了靈感。第一架進行試飛的F-35是空軍版F-35A,編號AA-1。2006年12月15日在德克薩斯州首飛成功。

設計特點

隱身設計

F-35機頭F-35機頭
F-35的隱身設計借鑑了F-22的很多技術與經驗,其RCS(雷達反射面積)分析和計算,採用整機計算機模擬(綜合了進氣道、吸波材料/結構等的影響),比F-117A的分段模擬後合成更先進、全面和精確,同時可以保證機體表面採用連續曲面設計。該機的頭向RCS約為0.065平方米,比蘇-27、F-15(空機前向RCS均超過10平方米)低兩個數量級。由於F-35武器採用內掛方式,不會引起RCS增大,隱身優勢將更明顯。
進行首飛的F-35A戰機進行首飛的F-35A戰機
在紅外隱身方面,從一些資料可推斷出該機在推力損失僅有2%-3%的情況下,將尾噴管3-5微米中波波段的紅外輻射強度減弱了80%-90%,同時使紅外輻射波瓣的寬度變窄,減小了紅外製導空空飛彈的可攻擊區。

F-35的隱身設計,不僅減小了被發現的距離,還使全機雷達散射及紅外輻射中心發生改變,導致來襲飛彈的脫靶率增大。這樣該機的主動干擾機、光纖拖曳式雷達誘餌、先進的紅外誘餌彈等對抗設備也更容易奏效。根據有關模型進行計算,取F-35的前向RCS為0.1平方米,與10平方米的情況比較,在其他條件相同的情況下,前者的超視距空戰效能比後者高出5倍左右。

電子系統

AN/AGP-81型主動電子掃描陣列雷達AN/AGP-81型主動電子掃描陣列雷達
F-35有四大關鍵機載電子系統——諾思羅普·格魯曼公司的AN/APG-81有源相控陣雷達和光電分散式孔徑系統(EODAS)、英航宇系統公司的綜合電子戰系統及洛-馬公司的光電瞄準系統(EOTS)。
光電瞄準系統(EOTS)AN/AAQ-40光電瞄準系統(EOTS)AN/AAQ-40
其中EODAS由分布在F-35機身的6套光電探測裝置組成,可實現360°的環視視場,圖像投射到頭盔面罩上,使飛行員能通過自己的眼睛,“穿透”各種障礙看到廣域外景圖像。EOTS則是一個高性能的、輕型多功能系統,包括一個第3代凝視型前視紅外(FLIR)系統,可以在防區外距離上,對目標進行精確探測和識別。此外,EOTS還具有高解析度成像、自動跟蹤、紅外搜尋和跟蹤、雷射指示、測距和雷射點跟蹤功能。

諾斯羅普·格魯曼公司的AN/AGP-81型主動電子掃描陣列雷達是所有型號的F-35通用的。這種具有隔行掃描邊搜尋邊跟蹤功能的雷達,使得F-35的飛行員可以在探測、確定、以及對固定的和移動的地面目標進行武器制導的同時對付敵人的戰鬥機或者是低空飛行的直升機。AN/AGP-81型雷達的探測距離接近現有雷達探測距離的三倍,並能夠向飛行員提供超高解析度的合成孔徑雷達圖像。

座艙設計

F-35駕駛艙F-35駕駛艙
F-35的儀錶板與F-22的多功能顯示器不同,它採用了一個尺寸為8×20英寸的大型全景多功能顯示器(MFDS)。這是迄今為止最大的戰鬥機顯示器,它由Rockwell Collins公司的Kaiser 電子分公司研製。實際上它是由兩個並排在一起的8×10英寸投影顯示器組成,其解析度分別為1280×1024。這兩個顯示器是完全互為備份的。當一個發生故障時,所有的功能都可在另外一個顯示器上顯示。MFDS將顯示感測器、武器和飛機狀態數據,以及戰場環境、戰術和安全信息。大範圍的戰術水平態勢可以全螢幕顯示,也可以在平面上分割成若干小視窗分別顯示不同的信息。
全景多功能顯示器(MFDS)全景多功能顯示器(MFDS)
採用兩種方式對系統功能進行控制:一種是觸控螢幕方式;另一種是通過設定在駕駛桿和油門桿上的各種開關和電位計鏇鈕實現的(HOTAS)。兩台顯示器分別由兩個處理機提供對原始信息的加工處理。MFDS採用微型有源矩陣液晶顯示器(LCD)作為成像源。每個顯示屏的投影系統分別由3個弧光燈進行照明。Collins公司提供所有的顯示驅動和第一層次的套用軟體。
F-35座艙外部及升力風扇F-35座艙外部及升力風扇
F-35的頭盔顯示器系統(HMDS)將取代傳統的平視顯示器(HUD),不僅節約了費用,而且也顯著地降低了系統的重量。HMDS是由視覺系統國際(VSI)公司研製的,這是一家由美國Collins公司和以色列EFW公司(以色列Elbit系統公司的子公司)組成的合資公司。它還為F-15和F/A-18E/F提供聯合頭盔提示系統。HMDS包括三大部分:頭盔顯示器、DMC-H、頭盔跟蹤系統。HMDS系統是光電系統和飛行員頭部位置跟蹤裝置的組合,它將為飛行員顯示關鍵的飛行狀態數據、任務信息、威脅和安全狀態信息,同時系統還可以為飛行員引導機載武器和感測器(如雷達和EOTS)指向所關注的區域;或發出視覺提示,告訴飛行員應該關注的區域。

動力設計

普惠F119-PW-100發動機普惠F119-PW-100發動機
F-35使用的,也是世界上唯一可以滿足F-35性能要求的發動機就是普惠公司研製的F119-PW-100發動機,F119-PW-100也是人類歷史上第一型推重比超過10的航空動力系統。F135發動機採用與F119發動機基本相同的核心機。為提高推力,增加了發動機的空氣流量和涵道比,提高了發動機的工作溫度;為了獲得短距起飛和垂直著陸能力,垂直起降型增加了新穎的升力風扇、三軸承鏇轉噴管、滾轉控制噴管。其3級風扇採用超中等展弦比、前掠葉片、線性摩擦焊的整體葉盤和失諧技術,在保持原風扇的高級壓比、高效率、大喘振裕度和輕質量的同時,將風扇的截面面積增加了10%-20%。6級壓氣機與F119發動機的基本相同。
F-35B升力風扇布置F-35B升力風扇布置
STOVL型F135-PW-600為了滿足垂直起降要求,設計了升力風扇+發動機噴管下偏+調姿噴管的垂直起降動力方案。升力風扇由涵道、風扇、D形噴管、聯軸器、作動裝置和伺服系統組成,由主發動機F135的2級低壓渦輪驅動;升力風扇直徑為1.27m,可以向前偏轉13°,向後偏轉30°,在STOVL工作狀態下使戰鬥機上方的冷氣流以230kg/s的流量垂直向下噴出,產生90千牛的升力;3軸承偏轉噴管垂直向下偏轉,產生71.1千牛的升力;該噴管可使發動機的排氣從水平偏轉到垂直甚至向前,可以使推力從水平方向偏轉到垂直向後。
F-35B動力系統運作F-35B動力系統運作
此外,每側翼根處的滾轉控制噴管利用發動機壓氣機的引氣,也可提供16.7kN的推力;在控制桿端的噴管差動地打開和關閉,實現滾轉控制;通過偏轉噴管偏航實現偏航控制;通過升力風扇和發動機推力分離器實現俯仰控制。包括主發動機在內的整個推進系統的長度為9.37m,懸停總推力為175.3千牛,短距起飛推力為169.5千牛。

基本信息

參考數據
機長 15.67米
翼展 10.7米
機高 4.33米
翼面積 42.7平方米
空重 13,300公斤
最大起飛重量 31,800公斤
動力系統 1× 普惠F135渦扇發動機
推力 125千牛、191千牛(加力)
參考性能
最大速度 1.6馬赫
航程 1,200海里
作戰半徑 590海里(A型)450海里(B型)600海里(C型)
實用升限 18,288米
爬升率 Not Publicly Available
翼負荷 526公斤/平方米
推重比 1.07
機載武裝
機炮 1× GAU-22/A 四管加特林機炮,儲彈量180發
飛彈 兩個內置彈倉,可攜帶2枚AIM-120C中距空空飛彈和2枚雷射制導1000磅炸彈

發展型號

F-35A陸基型

F-35A型高清圖F-35A型高清圖
第一架進行試飛的F-35是空軍陸上型F-35A,編號AA-1。試飛時間是2006年12月15日在德州沃斯堡展開。

第二架F-35A(編號AF-1)於2009年1月14日進行第一次試飛。

第三架F-35A(編號AF-2)於2010年4月20日試飛。

2015年6月,美國生產線上的日本F-35A初號機(AX-1)第一塊預製件已經開始準備,該機預計將於2016年8月下線。

F-35B垂直起降型

F-35B型高清圖F-35B型高清圖
可以進行垂直起降的F-35B(編號BF-1)於2008年6月11日進行第一次試飛,不過起飛的過程仍是採用傳統的滑行方式。BF-1同時也是19架系統發展與展示(System Development and Demostration)機組當中的第二架,以及第一架採用重量最佳化生產程式的飛機。

第二架F-35B(編號BF-2)於2009年2月25日試飛。
第三架F-35B(編號BF-3)於2010年2月2日試飛。
第四架F-35B(編號BF-4)於2010年4月7日試飛。

海軍陸戰隊上將約鄧福德出席F-35B下線儀式海軍陸戰隊上將約鄧福德出席F-35B下線儀式
2011年1月,美國防部長蓋茨宣布將進行為期兩年的F-35B生產暫停,以期重新設計以提高表現,如果不成功將會取消該子型號。洛克希德-馬丁副總裁Tom Burbage曾說大部分的F-35發展延誤都是由於B型造成的。而陸戰隊打算先一步不經足夠的驗收部署F-35B初始作戰能力。2012年1月20日繼任蓋茨的Leon Panetta稱“所有人都相信F-35B已取得了足夠的進展”而恢復生產計畫。

2012年12月3日, 1架F-35B試驗機BF-3完成首次空中武器投放。在大西洋上空首次完成了空投227公斤級別的GBU-12寶石路II雷射制導炸彈試驗任務。

F-35C艦載型

海軍艦載型F-35C於2010年6月6日在沃斯堡進行第一次飛行。這架編號CF-01的F-35C一共飛行57分鐘,飛行員是洛克希德-馬丁公司的試飛員Jeff Knowles,Jeff同時也擔任過F-117戰鬥機的首席試飛員,翼面積和尾翼面積比A/B型大,將裝備在福特級核動力航空母艦上。

F-35C型高清圖F-35C型高清圖

CF-01是在2009年7月28日出廠,然而一些組件運交延遲,加上設計方面的修改,導致第一次試飛的時間從2009年底延後到2010年6月。初期試飛計畫包括15次飛行,接著進行結構偶合和震動測試。接著在2010年10月會將CF-01送到馬里蘭州帕特森河海軍基地與F-35B一同進行後續的試飛工作。

2013年6月,洛·馬公司在佛羅里達州埃格林空軍基地向美國海軍第101戰鬥機中隊(VFA)交付首架F-35C“閃電 II”航母艦載型。

國際參與

雖然美國是主要的購買國與資金提供者,但英國、義大利荷蘭加拿大挪威丹麥澳大利亞土耳其也為開發計畫提供了43.75億美元經費。總開發經費預估將超過400億美元,主要由美國買單,購買2400架戰機預計將另外再花費美國2000億美元。九個主要參與國計畫在2035年前取得超過3,100架F-35。不過2009年,以色列、土耳其和新加坡也在就採購F-35與美國進行談判。進一步的樂觀估計、F-35型戰機未來的總銷售量將會突破6千架,使F-35成為數量最多的戰鬥機之一。

JSF國際參與分為三級,等級大致反應出對此計畫的財務支援、轉移的科技數量、可競標的分包契約和國家取得飛機的順序。英國是唯一的“一級”合伙人,貢獻25億美元,約研發經費的10%根據1995年英美簽定使英國加入此計畫的了解備忘錄。“二級”合伙人是義大利,貢獻10億美元,和荷蘭,八億美元。“三級”合伙人是加拿大四億四千萬,土耳其一億七千五百萬,澳洲一億四千四百萬,挪威一億二千二百萬和丹麥一億一千萬。以色列與新加坡是安全合作成員。

合作國 購買量 型號 預計服役年 變動
澳大利亞 100 F-35A 2014
加拿大 80 F-35A 2017
美國 176 340 340 F-35A F-35C F-35B 2013 2015 2013
以色列 25 +50架選購
義大利 109 22 F-35A F-35B 2014 2014
挪威 48 F-35A 2015
荷蘭 85 F-35A 2016 +15架選購
英國 138 F-35B 2015
土耳其 116->50 F-35A 2014 削減一半
日本 42 F-35A 2019

未來規劃

F-35F-35
2013年6月美國新型F-35戰鬥機的製造商已向美國國防部保證,F-35戰鬥機兩年後將開始服役,至少垂直起飛的F-35B戰鬥機會在兩年後交付使用。2013年6月16日美國戰略之頁網站報導指出,在過去十年里,F-35戰鬥機項目被一再拖延,甚至有關取消的說法越來越多。訂單已削減,製造商承受很大壓力,要儘快使這種新的隱形飛機投入使用。
兩架F-35於愛德華茲上空兩架F-35於愛德華茲上空
將會最早服役的F-35B機身重約27噸,能夠攜帶6噸武器,而且是隱形飛機。在垂直起飛模式下,F-35B可攜帶武器的重量約為“鷂”式戰鬥機的兩倍,其作戰半徑約為800千米,大約也是“鷂”式戰鬥機的兩倍。F-35B戰機將取代AV-8B。
美國空軍將於2016年年底拿到並部署重31噸的F-35A戰鬥機。這是成本最便宜的機型,單價約為1.54億美元。

在2019年年底,美國海軍將部署F-35C戰鬥機,這種機型單價約為2億美元(與F-35B差不多)。它有著較強的起降裝置,以便在航母上進行起降,它的零部件有著較強的抗海水腐蝕的性能。

美國洛克希德·馬丁公司負責F-35項目集成及業務開拓的副總裁Steve O’Bryan在巴黎航展期間表示,儘管簽約購買F-35聯合打擊戰鬥機的時間比較晚,但是以色列將成為首個正式操作使用這種第五代戰鬥機的國際客戶。

按計畫,首位以色列飛行員將於2016年初抵達美國佛羅里達州的埃格林空軍基地,他將在這裡接受駕駛F-35A戰鬥機的培訓。首架F-35I戰鬥機(F-35系列戰鬥機中專門出口以色列的型別)將於2016年底交付給以色列空軍,並將於2017年抵達以色列。而以色列空軍的首個F-35I戰鬥機作戰中隊預計將於2018年形成初始作戰能力。

根據已簽署的5年採購計畫,交付以色列的首批F-35I(共19架,契約價值27.5億美元)將在F-35戰鬥機第8~10批次小批量生產(LRIP 8~10)契約框架下製造,並將在2017年內全部交付給以色列空軍。根據隨後的下一個5年採購計畫,F-35I的後續採購訂單將於2018年內簽署。

總體評價

F-35交機儀式F-35交機儀式
F-35由於軍方對技術要求不高,因此最高飛行速度僅1.6馬赫,超音速巡航能力不高。這方面F-35似乎和三代戰機沒有太大差別。但F-35的機動性能並不差,通過精確的氣動布局設計,再加上先進的飛控計算機,該機擁有比三代機更優越的機動性。但客觀講,F-35並非強調空戰性能,推力並不太強勁(推重比尚不如F-15),因此與F-22頗有差距。F-35的機載設備比F-22更現代化,但由於雷達天線直徑的限制,探測能力不能達到F-22那樣的水平,但其APG-81有源相控陣雷達要比多數戰鬥機的機載相控陣雷達先進得多。而且該雷達擁有合成孔徑雷達地圖測繪(SAR)和地面移動目標指示(GMTI)的能力,可使F-35獲得出色的對地攻擊能力。

不過,F-35比其他戰鬥機最具優勢的還是隱身能力,隱身能力配合被動電子探測系統,使其在空戰中能夠隱蔽接敵,並能夠在雷達不開機的前提下發射空空飛彈。

F-35最廣泛的市場推廣策略,加上其低成本,使其將成為所有戰鬥機在市場上的最大敵人。但F-35研製成功尚需時日,該機進度受阻和成本的不斷提升也造成美國軍方的很大困擾。

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