飞行员报告：驾驶F-35B悬停是怎样一种感觉

万磁王

原作者：Dave Unwin
来自空翼


　　在本文中，英国著名老式飞机飞行员戴夫·昂温谈谈他飞F-35B模拟器的感觉。由于F-35是一种单座战斗机，所以无法搭乘第三方飞行员做体验飞行，只能通过拟真度较高的模拟器进行。

本文作者Dave Unwin

　　我驾驶F-35B缓慢地沿着滑行道悬停时，不禁想起了以前飞“鹞”TMk10的时光（戴夫·昂温的“鹞”试飞报告）。我一直以为“鹞”是一架令人难以置信的飞行机器，但谁知F-35B在垂直起降上做得更好！
　　事实上，当我坐在马丁-贝克MK16弹射座椅上后，就立即发现F-35的座舱和我之前飞过的任何战斗机都不同。我很幸运，飞过十几种不同的战斗机和战斗教练机，动力形式涉及活塞、涡桨和喷气。虽然我不是一名真正的战斗机飞行员，但我可以分享一下驾驶F-35B模拟器的飞行体验，让读者对这种新型战斗机有个真正的印象。英国已经订购了138架“闪电II”，许多其他国家也购买了这种战斗机。F-35将最终成为其中一些国家的的唯一作战飞机，虽然听起来有点令人难以置信，但F-35的研制目的就是取代多种西方战术飞机。
　　F-35是一种集成了许多先进系统的战斗机，其中的一些先进技术最终会下放到未来客机和民用飞机上（想想现在的波音787和许多公务机上的平显），甚至有人说F-35很可能是最后一种有人战斗机。

万磁王

　　那么，“闪电II”到底是种什么样的战斗机呢？它是一种分成三种型号的第五代战斗机，分别是F-35A常规起降（CTOL）型、F-35B短距起飞/垂直降落（STOVL）型和F-35C舰载型（CV）。英国购买的是F-35B，同时装备英国皇家空军和皇家海军。但讽刺的是，虽然F-35项目试图通过让三种型号保持最大化的通用度来降低的研发费用，但美国政府估计F-35全寿命周期成本很可能会超过一万亿美元，超过了历史上的所有军机项目。F-35项目从一开始就是国际项目，这种非常先进的飞机依靠规模惊人的软件才能正常运作，源代码足足有八百万行，四倍用于第一种五代机——F-22“猛禽”。这也从一个方面反映出F-35的系统和传感器有多么复杂，其中包括有源相控阵雷达（AESA）、光电分布式孔径系统（DAS）和光电瞄准系统（EOTS）。我感觉其中最神奇的是光电分布式孔径系统，它的六个传感器能为飞行员提供全向昼/夜视景，也就是说当飞行员低头看座舱地板时，头盔显示器使他能透视机身看到下方景象！

三种型号的F-35列队飞行，从上到下分别是F-35A、F-35B和F-35C

F-35B上的光电分布式孔径传感器。制图：韩五记

我感觉其中最神奇的是光电分布式孔径系统，它的六个传感器能为飞行员提供全向昼/夜视景

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最初印象
　　坐进模拟器前，我先悠闲地绕着一架全尺寸实体模型转了一圈。F-35身长15.4米，翼展10.7米，块头在战斗机中不算很大，但相当高，足足4.3米。F-35不能被简单视为F-22的单发缩小型，它们在一些方面完全不同。这架模型的机翼没有安装挂架，弹药完全内置在机腹弹舱中，这能保证飞机的隐身性能。F-35的机翼、尾翼和起落架设计都显得很传统，但我知道F-35B内部的推进系统完全打破了常规。

英国的F-35A全尺寸模型

F-22与F-35地面高度对比

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　　F-35的普惠F135发动机是战斗机有史以来安装过的推力最大的喷气式发动机。F135和罗尔斯·罗伊斯公司研制的“升力系统”（也就是一个轴传动升力风扇）组合在一起后，能使F-35B在很短的距离内起飞，然后垂直降落。这套推进系统堪称机械奇迹（背景资料：“闪电”之心——谈谈F135发动机）。
　　F135发动机是普惠F119发动机的进一步发展，后者是F-22“猛禽”战斗机的动力装置。F-135可以产生高达12700千克干推力和令人难以置信的19500千克“湿”推力（加力推力）。作为对比，英国电气的“闪电”战斗机的罗罗“阿汶”发动机只能产生7257千克湿推力，两台加起来才14514千克。
　　F135的两个转子旋转方向相反，这有助于理顺从高压涡轮（HPT）进入低压涡轮（LPT）的核心气流，提高发动机的效率，并可能还减少了定子和导向叶片的数量。低压涡轮连接着罗罗升力风扇的驱动轴，升力风扇垂直安装在F-35B座舱后方，由两级反向旋转的风扇组成，一级叠加在另一级上方。进气口被一块大型盖板盖住，铰接于进气口后方的机身结构上，F-35B在悬停、短距起飞、或处于平飞和悬停间的过渡飞行时，盖板才向上打开。升力风扇的两级风扇各由一套锥形齿轮系统驱动，两套系统被容纳在一个共用齿轮箱中，由沿F-35B纵轴线布置的驱动轴驱动。当F-35B悬停时，这根驱动轴把28000轴马力的功率传递给升力风扇的离合器和锥形齿轮系统，驱动升力风扇从机背顶部的进气口吸入冷空气加速向下喷出，由此产生垂直升力。除此之外，F-35B的很大一部分垂直升力来自飞机尾部三轴承旋转模块（3BSM）喷管向下喷出的炽热燃气。这种有趣的喷管由三节连接在一起的管道组成，每节管道都是钛合金制造的，都通过环形轴承与其他喷管连接。3BSM喷管最多可向下偏转95度，也就是向前偏5度。有趣的是3BSM喷管的两个环形轴承致动器都是燃油液压驱动的，燃油被加压到3500psi（24.1兆帕）后作为液压流体来驱动致动器的伺服阀。3BSM喷管在2.5秒内就能完成95度偏转（从水平偏转到垂直状态），喷管在悬停模式中还能左右偏转12.5度进行横向控制。这套垂直升力/控制系统的最后一个组件是滚转喷管，位于两侧翼根下方的这个喷管截面积可调，在F-35B悬停时提供滚转控制。喷管从发动机引出旁通空气向下喷出，一个旋转致动器负责调截喷管面积，改变推力的大小和矢量，使飞行员在悬停时能控制F-35B在滚转轴上的姿态。

F-35B复杂的动力系统

F-35B机背的升力风扇和辅助进气口

万磁王

　　升力风扇、两个翼下滚转喷管和3BSM喷管总共可产生15830千克的垂直升力，其中7120千克来自尾喷管，而这推力转换可在不到三秒钟的时间里完成！
　　由于悬停需要非常大的动力，导致发动机要吞入更多空气，所以洛克希德·马丁公司在升力风扇后方增加了一对辅助进气门（AAID），用来向F135发动机提供额外空气。升力风扇下方的可调截面积叶片盒（VAVB）能对升力风扇产生的垂直升力进行矢量调节，VAVB由一个铝合金框架和六片百叶窗式钛叶片组成。叶片可向后偏转达42度，向前偏转5度，以此调节气流方向。

红外摄影机拍到的悬停状态下的F-35B，可以看到只有尾喷喷流是热的

万磁王

弹射座椅
　　令人惊讶的是，F-35的马丁-贝克Mk  16弹射座椅也和飞机一样先进。我曾经坐过许多种弹射座椅（当然不全是马丁-贝克），从“吸血鬼”TII的马丁-贝克Mk3到“鹞”T10的马丁-贝克Mk10，它们的共同点是不舒服，而且固定安全带很繁琐。
　　在Mk16上你只需要坐下，扣上安全带，插好个人装具接头，拔下弹射座椅保险销就可以了。弹射座椅没有腿部束带，无需在登机前套上这玩意，腿部约束功能已经集成在飞机设计中了。你也无需调整火箭发动机的推力来适应自己的体重。从座舱中起身也更容易，当你把“武装/保险”手柄拉回保险位置时，座椅会自动弹出个人装具接头。

马丁-贝克Mk 16弹射座椅

地面弹射测试

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不仅仅是头盔
　　“闪电II”飞行员戴着一个非常复杂的头盔，内置头盔显示器系统（HMD）。头盔主要使用芳纶制造，包括氧气面罩在内的总重量不超过2公斤。头盔采用主动降噪技术，其显示单元可向飞行员提供各种所需的数据，保证他在交战中能持续看向座舱外。此外，F-35的机载系统能把来自各传感器和数据链的数据融合后呈现在全景座舱显示上，把飞行员的态势感知提高到前所未有高度。系统能自动过滤不必要的信息，并把按优先级对威胁和目标进行排序。（背景资料：“闪电”之眼——F-35的头盔显示系统）
　　语音指令系统进一步增强了飞行员的态势感知能力，这套语音系统通过3D声音警告使飞行员知道威胁出现的方向，同时数据融合引擎和人机接口会自动在头盔显示器上显示出威胁信息。现代战场对隐身飞机的电磁辐射管制提出了极高要求，不仅需要电磁发射必须简短，而且还能瞄准友军接受装置做精准定向发射，但F-35作为重要网络节点需要与众多友军平台联网作战，而且大带宽要求也必须借助卫星通讯技术，这就导致了多重电磁辐射问题，与隐身形成矛盾，需要飞行员根据战术情况进行管制。

现在F-35的头盔显示器已经发展到了第三代

目前正在测试更新的减重版以降低对飞行员颈部的压力

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模拟器体验
　　我在肯恩和“芭比”的照看下坐进模拟器座舱。肯·库珀和前F-18飞行员克雷格·达勒（呼号“芭比”）对F-35的系统知之甚深。我的第一印象是座舱和仪表面板都这么干净，不仅开关、旋钮和手柄很少，甚至在其他STOVL飞机上非常重要的喷管和襟翼控制手柄也不见了踪影。你面前只有发动机启动开关、起落架收放手柄、紧急抛挂架按钮、着陆灯开关、停机制动开关，相当简洁，除此之外的控制都要通过触摸屏或者语音命令进行。座舱里还缺少平显，但F-35的飞行员仍能获得海量信息，其中大部分都显示在自己的头盔面罩内侧。事实上，这架飞机的辅助设备（如弹射座椅和飞行员头盔）和飞机本身一样复杂。

F-35模拟器没有采用制式头盔显示器

这是因为F-35飞行员的头盔是高度定制化的，成本高达40万美元，所以全任务模拟器使用了更便宜的解决方案

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　　座舱的核心设备是L-3全景座舱显示器（PCD），这是一个带触摸功能的有源矩阵液晶显示器，由两块250 x  200毫米的液晶面板组成。显示器分辨率达2560 x 1024像素，也就说单块面板的分辨率是1280 x  1024。显示器清晰易读，画面顶部主要显示子系统信息，如发动机仪表、燃油量、起落架状态、注意和警告信息、自动驾驶仪/自动油门和导航信息等等等。战术信息显示在画面中间，被分成了叫做“门户”的四块，飞行员可以设置任意一块的显示内容，甚至可以改变门户的大小。画面左下方的符号显示3BSM喷管和升力风扇的状态。全景座舱显示器下方中央控制台上还有一个电池供电的备用飞行显示器。但飞行员所需的大多数信息还是显示在头盔显示器上，辅以语音指令系统发出的3D声音威胁警告，这大大增强了飞行员的态势感知。（背景资料：F-35的电子战系统）
　　座舱右侧控制台安装着侧杆式操纵杆，除操纵副翼和平尾外，F-35B飞行员在悬停中也要用到侧杆。油门杆在左侧，是前后滑动式的。侧杆和油门杆上布满了开关和按钮，形成了“手不离杆”（HOTAS）系统。HOTAS的操作逻辑相当复杂，奇怪的是其中居然没有配平按钮。

我的第一印象是座舱和仪表面板都这么干净，不仅开关、旋钮和手柄很少，甚至在其他STOVL飞机上非常重要的喷管和襟翼控制手柄也不见了踪影

HOTAS的操作逻辑相当复杂，奇怪的是其中居然没有配平按钮

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　　启动发动机很容易，只需启动综合动力包（IPP，即一种辅助动力装置-APU），然后把发动机启动开关扳到运行就可以了。地面滑行也非常简单，用踏板控制前轮转向，还可以调节转向增益。座舱前向视野很棒，事实上，如果分布式孔径系统工作正常的话，座舱玻璃不透明都可以，可以只依靠合成视觉来开飞机。我滑行到虚拟内利斯基地的跑道上，过了一遍起飞前检查。我徒劳地寻找着襟翼选择开关，直到“芭比”提醒我襟翼是全自动的。起飞很简单：对准跑道，先开军推再进入加力，飞机加速惊人，滑跑很短距离后就达到了150节（278公里/小时）的抬前轮速度，升空后我要用最快速度收起落架！速度在飞快增加，不一会我就在虚拟沙漠30米上空加速到0.9马赫，加速度相当惊人！当你的飞行矢量会与地面相交时，头盔显示器上就会出现一个警告符号，真是个很有用的安全设计。

常规起飞中的F-35B，襟翼是自动控制的

F-35的滚转相当迅速，围绕三轴的操纵都很精确