2008-03-10 00:08:05洛克希德

F22 Raptor 基礎建模練習

1990年由美國洛克西德馬丁公司

替美國所開發的21世紀先進戰機

它雍有匿蹤的能力外還可不點燃

後燃器的條件下進行音速飛行

但造價十分昂貴約為8千萬美元

(F-22性能)

乘員: 1名

翼展: 13.56m

機長: 19.57m

機高: 5.39m

最大速率: 2.5馬赫以上

外型與結構的特徵是一架雙引擎、雙尾翼,機身擁有內藏式彈艙的單座戰鬥機。
機頭部份較短並成菱形狀,暗示著其內藏一具相位陣列雷達。非氣泡式座艙罩部份高聳突出,使得飛行員擁有水平360度的視野,兩側曲線較為平坦,至頂部則以強烈的曲線連接,企圖將反光的可能性降至最低。

機身部分自菱形的機首腰線向後沿伸自機尾,主翼與水平尾翼皆裝備在此條腰線上,值得一提的是:由於機身長度與計算好的的主翼面積使得水平尾翼前緣與主翼後緣的缺口重合,這種設計可以使經主翼整流過的氣流直接吹襲在後方的一對全動式水平尾翼上,容許了機體以更大的攻角狀態下操作,這點是F-22翼面設計較為特殊的地方。控制面方面非常傳統:主翼前緣向後掠48度,其上配置了前緣襟翼,後緣則向前掠15度,內側翼為後緣襟翼,都為電腦所控制的自動襟翼,外側則是控制滾轉軸的副翼。

彈艙共有3個,其中機腹中線空出了一個寬達至兩弦側的大型彈艙,彈艙開啟時由2扇兩段式艙門由外展開並向內折收,這個主彈艙總共可以攜帶至多6枚的AMRAAM先進中程空對空飛彈,機腹兩側各有一個響尾蛇飛彈專用的彈艙,每一個彈艙只能攜帶一枚響尾蛇飛彈,但是飛彈內藏於彈艙裡無法鎖定目標,為了解決飛彈尋標頭搜尋熱源的問題,這個特殊的彈艙在響尾蛇飛彈被選用時,可伸縮式的彈架會在艙門開啟後將飛彈伸出機外以鎖定目標的紅外線訊號。

尾部方面:不等邊的梯形垂直尾翼向外傾斜30度以折射雷達波並獲得一些俯仰軸的控制,其上附有大型的尾舵,並且具有空氣煞車的功能,當制動時,兩片尾舵擺向外側同樣也能達到傳統空氣煞車板的效果。

↑菱形的機首暗示著內藏了一具相位陣列雷達

↑難得一見的機腹彈艙近照,注意到開啟的彈艙及其內的AMRAAM (按一下,看局部放大圖)

↑F-22左側彈艙開啟的畫面,可清楚地看到由彈架伸出的響尾蛇飛彈 (按一下,看局部放大圖)



↑二元向量噴嘴提供F-22的靈活性,但幾乎不能隱藏熱源 (按一下,看局部放大圖) 推進YF-22的普惠F119-PW100型噴射發動機在獲選為美國空軍下一代先進戰術戰鬥機ATF時也成為量產型F-22的動力來源。

於引擎末端設置二元向量噴嘴的F-119噴射發動機使得F-22擁有無與倫比的操控性能;在飛行測試時顯現出飛機在高達60度的攻角狀態下仍有控制力。

F-119的方型二元向量噴嘴是一個4件式的機構,上下兩個活動的推力偏向片用來偏折引擎噴口的方向,這兩個偏向片的活動界限都是上下各20度。左右的兩個噴嘴導片採固定式且結構堅強,它分別提供了兩個偏向片活動的固定點,同時也是整個噴嘴的固定機匣,支持偏向片動作時所產生的應力。

F-22的二元向量噴嘴使得F-22的靈活度有了整體性的提升,但是卻幾乎無法隱藏熱源,據筆者以前曾經看過的資料,F-22在發動機尾管裡裝設了液態氮槽,釋放時可以瞬間降低噴嘴的出口溫度,如果此項消息屬實的話,再輔以微量熱燄彈的釋放應該就可以輕易躲避紅外線追熱(IR)飛彈的攻擊。
駕駛艙方面:共有4個彩色的多功能陰極射線管,中間的MFD為狀態顯示器,主要負責提供導航、數位式地圖的顯示,左側為防衛顯示幕,顯示被動雷達所接受到一切的雷達接觸,右側顯示射控雷達的資訊,下側則是系統顯示器,整合了油料顯示與貨物管理系統。

接下來我要提到的是關於低可視度的戰術運用,一般來說,戰場上應付面對到所謂的多重威脅時,採用多種作戰飛機來進行,如越戰時F-4E執行MIG-CUP、F-105攜帶百蛇鳥空對地飛彈執行野鼬任務、A-3執行電子干擾,而事實上真正所要做的是2架A-6轟炸一處軍營。

我所要說的是:當作戰飛機暴露在高度空防的環境下,就必須要有越多飛機聯合進行,才不至造成無法承受的龐大損失,但是低可視度(即匿蹤性)的飛機則超越了上述的障礙,就理論上來說它能夠無視於雷達電波的存在,從容地執行任務而不須時時擔心暴露在高度雷達波脈衝下的威脅,而使飛行員的負擔越輕相對地任務成功率也就越高。

↑大量採用了多功能顯示幕MFD,下一代的戰鬥機操縱介面將更為簡單,圖為F-22的〝玻璃駕駛艙〞(按一下,看局部放大圖)

↑燄陽下F-22精緻的線條暴露無遺。與F-15約略同樣的大小,卻比F-15更為有效




↑大量施放誘餌是一種有效對付威脅的手段,但它仍屬於消耗性的物品
低可視度對於作戰飛機的生存威脅方面:傳統上施放大量的金屬箔片(Chaff)及熱燄彈(Flare)再加上一些戰術性的規避動作對於雷達脈衝威脅及遮蔽紅外線訊號一直是非常有效的方法,但誘餌仍然是屬於消耗性的物品(拋完就沒了!),而且也是一種消極性的防衛手段。
治本的方法乃是降低自身的雷達反射截面積。F-22的機身雖然是曲面,但是依然與F-117具有同樣的匿蹤效果,克雷XMP超級電腦的運算速度驚人,使得設計小組一開始就能進行三度空間的設計,而不須由二度空間組成類似〝菱鏡〞的弧形來折射雷達波,這使得F-22不若F-117一般有著三軸先天性的不穩定。

在超音速巡航方面:〝超音速巡航Super cruise〞是指以不啟動後燃器的情況下以超音速作持續的巡航能力。這是較新的一種構想,並且於1986年納入了ATF (Advanced Tactical Fighter)的設計要求之一。

作戰飛機的最大速度在之前一直被過份地要求,這個觀念直到越戰時改變;大部分的空戰速度都不超過0.8馬嚇,而在後燃器全開所締造的〝最大速度〞此時一瞬間變得毫無意義,因為很可能再過30分鐘你就因燃料耗盡而準備彈射了。然而合理的速度優勢仍然是有價值的,因為它能夠幫助你快速的進入戰場作戰並在油彈耗盡時脫離。


還有一項值得一提的功能是資訊:F-22能與AWAS(早期雷達預警機)和友機傳送與下載各自偵搜的戰情狀況,這種能力可以使飛行員能下載另一位飛行員使用主動雷達探測所得到的即時資訊,並不須開啟自己的雷達即可施行BVR視距外作戰,這種戰術就是〝using your target to attack〞。
以上的特性使得F-22成為一架前所未有的戰鬥機,它在戰場上具備了能最先看到敵機、最先展開攻擊與最先脫離戰場的全贏局面。


美國空軍制定F-22在與敵機交戰的戰術正是完全地運用F-22的能力,請試著想像一下:一架F-22正運用它本身的主動雷達探測80浬外的4架SU-37 ,同時,另一架F-22進行超音速巡航進入AMRAAM的射程內,但是飛行員並沒有開啟自身的雷達而接收僚機的即時射控雷達資訊,並且開啟機腹彈艙發射了4枚AIM-120(他已經進入射程範圍了!!!),4枚AIM-120藉由80浬外以EMCON MANUAL 5模式進行全功率掃瞄的另一架F-22導引,等到飛彈距離迫近到開啟了自己的主動尋標頭後又關閉了雷達,片刻之後4架SU-37相繼被空速高達6馬赫的AMRAAM命中,並解體燃燒著墜落。

讓我們再來從另一個角度來看看吧!當F-22開啟雷達時敵機也由被動雷達接受到F-22的威脅訊號,長機便命令全中隊關閉雷達並散開進入防禦狀態,4架SU-37迂迴地向尚在遠方的F-22逼近。又過了不久,雷達預警系統突然響了起來,同時在威脅顯示幕上代表F-22的威脅圖案開始閃爍,代表它正在為飛彈傳送射控資料,有沒有搞錯?F-22竟有射程達80浬的飛彈?困惑的飛行員開始做出飛彈防衛狀態,左彎右拐地試著消除機首雷達特徵,拋了幾份干擾絲並計算自己在飛彈來襲前至少約還有45秒的時間,又過了十數秒,雷達預警系統突然接收到AMRAAM主動尋標頭的訊號,F-22的雷達訊號也消失了,飛彈迫近的警告聲不絕於耳,驚愕的飛行員訝異飛彈飛行的時間怎麼濃縮成這麼短...這似乎是一場不太公平的空戰,不過美國空軍正打算如此。

這種類似美國海軍〝射手與眼球〞的戰術將來也會用於F-22上,只不過F-14的目地是〝疏散雙機〞以看得更廣,而F-22則是〝使用僚機的雷達〞以進行攻擊。

最後,在這裡我們必須要強調:F-22是一架與眾不同的飛機,它成功地結合了匿蹤性、靈活度及超音速巡航等特性。在此之前,美國空軍的F-15擁有絕佳的靈活度,但是它沒有匿蹤性。F-117雖然能躲避雷達的偵測,而其優異的四重式線傳飛控使得操縱更為敏捷,但由於飛行的特性及載彈量仍然難以勝任空優戰機的任務。

在設計F-22時,工程師所面臨到最大的挑戰是前所未有的系統整合,如何能達成上述ATF的三大條件成為一項難題;欲滿足匿蹤性的須求,除了使用電腦輔助設計出適合的機體後,由於因應機體的任務需求計算彈艙的容量,而這是須要加強電子與飛控系統的功能與縮小所佔的空間來空出彈艙,如此努力的結果使得F-22約略和F-15一樣的大小,但機身卻能內藏6枚AMRAAM與2枚響尾蛇飛彈。

為了增加靈活度,乃配置了二元向量噴嘴,並且修飾尾段來偏折雷達波,但隨之犧牲了遮蔽紅外線訊號的能力。主翼的設計是因應超音速巡航能力與匿蹤性的折衷方法而使前緣後掠了48度,雖然對等的梯形設計對於匿蹤性是較佳的設計。

1991年4月,YF-22擊敗了競爭者YF-23,獲選成為美國空軍下一代的先進戰鬥機ATF,這或許就是上述的說明使然吧!

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