猛禽的进化——从ATF到F-22

万磁王

作者：Armstrong


　　洛克希德•马丁战术飞机系统分公司的工程大楼内有一间神秘的储藏室，里面堆放着历年保存下来的小木箱子。人们说这些小木箱保存着F-22“猛禽”战斗机研制史的精华部分，因为里面装的是F-22各研究阶段的设计研究模型，其中最早的可以追溯到先进战术战斗机（ATF）项目的最初阶段。我们可以通过这一系列的模型，清晰地了解到“猛禽”的艰难诞生过程。

我们可以通过这一系列的模型，清晰地了解到“猛禽”的艰难诞生过程

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ATF的早期概念研究
　　通常说来ATF项目的正式启动时间是1981年，当时美国空军航空系统部（ASD，现在的俄亥俄州赖特-帕特森空军基地航空系统中心）正式发布了先进战术战斗机概念的信息需求书（RFI），标志着ATF项目的零点。但很少有人知道，在近10年前的1972年，“先进战术战斗机”这一词汇以及其缩写“ATF”就出现在了ASD一份总体作战需求书（GOR）中，ASD在这份GOR中要求各承包商研究一种用于补充F-15空中优势战斗机的新型空地战斗机，这种ATF将取代已经老化的F-4和F-111机队。
　　ASD向通用动力公司和麦道公司授予了ATF概念研究合同，要求这种空地战斗机的最大速度为2.5马赫（中空至高空），并能投射防区外武器来摧毁坦克和其他地面目标。但最后这架ATF并没有变成现实，其空缺被原本仅被设计用于白天空战的F-16“战隼”战斗机填补。ASD将要等待近十年后才会启动下一个新战斗机研究项目，名称也叫ATF。
　　随后ASD把ATF的后续研究移交给同样位于赖特-帕特森的美国空军飞行动力实验室（现在的空军研究实验室飞行器分部）。每当ASD展开新飞机研究项目时，该实验室就会开始相关的技术研究。
　　飞行动力实验室在整个70年代一直在推动着ATF的研究，持续资助概念研发合同。通用动力公司和麦道公司在1975年进行了名为“先进技术对地攻击战斗机”的研究，此后六家公司又参加“空面技术研究”。1980年实验室又开展了两项研究：一项是针对未来空地战斗机的“战术战斗机技术方案”和针对未来空空战斗机的“1995年战斗机技术研究”，其中波音和格鲁曼公司进行了空地研究，通用动力和麦道公司进行了空空研究。
　　洛克希德公司也参加了一些早期研究，不过是为海军干的。已退休的巴特•奥斯本曾是1972年洛克希德战术战斗机系统分公司的项目经理，他解释道：“洛克希德在70年代初为美国海军的‘超级隐身’空地攻击飞机进行了研究。”洛克希德用“超级隐身”一词来表示飞机的隐身特性将有显著改善。奥斯本在80年代中期成为洛克希德ATF项目演示/验证阶段的总工程师。

1973年洛克希德公司的ATF方案CL-1309-34，此时还没有融入隐身设计

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　　“洛克希德公司先是完成了海军先进战术飞机项目的方案。”奥斯本继续道：“然后我们略微修改了一下就获得了美国空军空地型，这也是一个‘超级隐身’的设计，但在那时我们还不知道如何去实现。我们在隐身技术上有一些想法，但并没得到验证。通过这些早期研究，我们了解了‘超级隐身’可让战机变得多么强大。”。很快洛克希德就专注于F-117项目，该公司的ATF早期研究进入了休眠状态。
　　波音公司在70年代研究了多种先进空地战斗机概念，波音当时的初步设计团队负责人迪克•哈迪回忆道：“我们的方案涵盖了从较小的单发飞机到大型双发飞机的多种设计，其中既有超音速也有亚音速飞机，既有传统的非隐身飞机也有隐身飞机，甚至还出现了类似B-2轰炸机那样的飞翼设计。”。哈迪后来成为波音公司F-22的项目经理。
　　通用动力公司同样研究了多种先进战斗机概念，并且也对现有战斗机进行了研究，F-16、F-15和F-111的先进改型方案和全新的先进战斗机概念同台竞技。先进概念战斗机包括有被称为“平凡女孩”（Plain Jane）的常规飞机、超音速隐形飞机、小型低成本“游击队员”（Bushwhacker）战斗机、能挂载许多远程空空导弹的“导弹手”（Missileer）大型战斗机、以及高度隐身的“劣酒”（Sneaky Pete，最终演变成海军短命的A-12“复仇者II”）飞翼战斗机。

小型低成本“游击队员”（Bushwhacker）战斗机

能挂载许多远程空空导弹的“导弹手”（Missileer）大型战斗机

高度隐身的“劣酒”（Sneaky Pete，最终演变成海军短命的A-12“复仇者II”）飞翼战斗机

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　　上述政府资助的研究，再加上波音、通用动力、洛克希德，及其他公司的自行研究，最终奠定了他们参加ATF项目正式角逐的基础。
　　所有这些ATF早期概念研究的基本动机是为了确定最有前途的设计，并发展下一代战斗机所需的关键技术。苏联新一代战斗机的发展也推动了美国的ATF研究.苏联在70年代初开始研制米格-29和苏-27战斗机，1977年10月米格-29原型机首飞，1981年4月苏-27原型机（更接近最终设计的T-10S原型机）首飞，同时苏联人也在迅速推进面空和空空导弹技术，美苏新型战斗机之间的模拟空战交换比逐渐变得让美国空军不能接受。

1981年4月苏-27原型机（更接近最终设计的T-10S原型机）首飞，同时苏联人也在迅速推进面空和空空导弹技术，美苏新型战斗机之间的模拟空战交换比逐渐变得让美国空军不能接受

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　　对大量设计概念进行快速评估的最有效方法就是计算机建模分析，通用动力公司为此发展出一套行之有效的流程：先是在概念设计阶段定义出飞机的总体布局、气动、结构、航电、武器装备、发动机，然后通过调整其计算机模型的构型和尺寸，获得一系列具有不同机动性、速度、航程和其他性能特性的设计家族。

对大量设计概念进行快速评估的最有效方法就是计算机建模分析，通用动力公司为此发展出一套行之有效的流程：先是在概念设计阶段定义出飞机的总体布局、气动、结构、航电、武器装备、发动机，然后通过调整其计算机模型的构型和尺寸，获得一系列具有不同机动性、速度、航程和其他性能特性的设计家族

　　然后这些更具体的设计家族被逐一进行寿命周期成本模型计算和作战效能模型分析，以确定每种设计在面空和空空威胁中的易损性，以及对预定目标的杀伤效能。作战效能模型获得的数据也被用于战役模型的分析，后者综合了设计的基本概念、受力结构、任务分配、威胁分布、战略以及战区细节方面的数据。每种设计在战役模型发动的模拟战争中只是空中力量的一部分，而且其数量和成本成反比。
　　这个完善的流程使工程师能够看到每一种设计的性能和特性是如何影响其军事用途的，然后再根据设计在模拟战争中的表现来进行调整。该流程还强调了设计需要最大限度发挥其成本效益。

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隐身
　　许多分析指出隐身是未来战斗机的一个非常可取的设计特性。通用动力公司在《1995年战斗机技术研究》的最终报告（1980年发布）中认为隐身是实现空中优势的卓越特性。比尔•莫兰当时作为通用动力公司的项目经理为飞行动力实验室做了许多这样的分析，他解释道：“战斗机总是会被涂上伪装色，而飞行员也一直在利用隐身战术进行作战。”。莫兰后来成为沃思堡F-22项目副主任。
　　莫兰说：“美国空军在越战时开展了‘红男爵研究’对空战进行实时分析，结果发现超过一半的被击落飞行员和约80%的遭受攻击的飞行员是在毫无预警的情况下受到袭击的，一战、二战和朝鲜战争的空战也是这种情况。历史上的王牌战斗机飞行员总是能做到先敌发现，他们经常背对太阳向敌人发起攻击。”。
　　隐身就意味着能够先敌发现，从狭义来讲，该术语也适用于能够显著降低飞机可探测性的各种材料和技术。
　　随着一种探测技术的出现，也必然会随之出现相应的反探测技术。例如实用化的雷达在二战初期出现后，也随之出现了雷达隐身技术，德国在40年代最先开始在U艇潜望镜和通气管上贴敷吸波材料，之后又设计出了结合隐身外形和吸波材料的霍顿Go 229喷气式飞翼战斗轰炸机。

霍顿Go 229被认为是现代隐身飞机的鼻祖

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　　美国也在战后大力发展雷达隐身技术，不久就应用在了无人机和导弹上，例如采用了吸波材料的瑞安Q-2“火蜂”和洛克希德D-21无人机。波音公司在60年代设计近程攻击导弹AGM-69 SRAM时大量采用隐身技术，当时在波音公司参与了项目的哈代说：“这种导弹有着严格的雷达反射面积要求。”。这种超音速的SRAM导弹在B-52和B-1轰炸机上一直服役到1990年。

洛克希德D-21无人机

　　通用动力公司也是隐身技术早期发展的主要推动者，他们在新墨西哥州的白沙为美国空军建造了第一代雷达天线目标散射设施（RatScat），该设施被用于精确测量飞机的雷达反射面积。除了在70年代为美国空军建造并操作RatScat外，通用动力公司还于80年代在德州莫瑞迪建立了自己的雷达测量设施。

通用动力公司也是隐身技术早期发展的主要推动者，他们在新墨西哥州的白沙为美国空军建造了第一代雷达天线目标散射设施（RatScat）

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　　通用动力公司曾在50年代末为中央情报局进行过一种高度隐身的侦察机的研究，这种超音速高空侦察机原定被用于取代洛克希德的U-2。设计起始于被称为“超级盗贼”的B-58的寄生方案，随后进化成一个能在38000米高空进行6.25马赫巡航的“石首鱼”独立飞机，该机将大量采用耐高温陶瓷材料（一种耐热并能衰减雷达波能量的陶瓷材料）制造。“石首鱼”在起飞和加速阶段使用两台可伸缩的通用电气J85涡喷发动机，负责把飞机加速到冲压发动机的点燃速度，在巡航中使用两台马夸特冲压发动机。

“石首鱼”在起飞和加速阶段使用两台可伸缩的通用电气J85涡喷发动机，负责把飞机加速到冲压发动机的点燃速度，在巡航中使用两台马夸特冲压发动机

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　　1959年8月，通用动力公司激进的“石首鱼”方案被洛克希德的A-12打败，后者也就是著名的SR-71“黑鸟”双座侦察机的前身。A-12采用了隐身外形设计，并且大量使用雷达吸波结构与材料，是第一种在设计时就高度融合隐身技术的飞机。该机的内倾垂尾、锯齿状结构、前后缘扇形蒙皮、翼身融合设计、再加上雷达吸收结构和涂料使该机的雷达截面积大大低于同时代的其他飞机。

A-12采用了隐身外形设计，并且大量使用雷达吸波结构与材料，是第一种在设计时就高度融合隐身技术的飞机

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　　洛克希德在70年代把隐身技术推向一个更高高度，该公司把计算雷达反射的晦涩数学公式和计算机相结合，设计了一款被称为“回声”（Echo）的计算机程序，能够准确计算出一个多面体物体的雷达截面积。洛克希德在为美国国防部高级研究计划局进行的一项研究中就用“回声”软件设计出了“拥蓝”（Have Blue），这是一架垂尾内侧的多面体小飞机，也是F-117“夜鹰”的前身。很快洛克希德就获得了F-117的研制合同，F-117非常成功，具有前所未有的隐身性能，该机也将对ATF产生重大影响。

“拥蓝”（Have Blue）是一架垂尾内侧的多面体小飞机，也是F-117“夜鹰”的前身

F-117非常成功，具有前所未有的隐身性能，该机也将对ATF产生重大影响