先进战机的探索：从XF-108到ATF

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　　虽然F-15是像F-111一样的“纸飞机”，并且激怒了许多空军内部中希望回到仅对在原型机时证明自身性能的飞机进行购买的保守派官员，但这也是因为当时还有很多关键的子系统仍然处于原型开发状态。比如西屋电子和休斯飞机公司在1968年11月5日同时赢的攻击雷达的竞标，它们将在20个月后的竞标飞行中分出高下。而通用电力和普拉特&惠特尼也在1968年8月同时赢得了为F-14/F-15提供动力系统的竞标，他们也会在18个月后证明谁更强。最终赢家是休斯飞机公司和普惠，而最终，菲尔科•福特公司赢得了F-15的机炮竞标，他们将会为F-15开发一种名为GAR-7/A的25mm无壳弹（实际为全可燃药筒）五管加特林机炮。

GAU-7/A无壳弹加特林机炮，因为一些技术可靠性的问题没有得到解决，这个项目最后被终止，而F-15仍然使用M61A1航炮

　　F-15项目和F-111项目间最大的区别是：第一，前者是专为单一目的打造的战斗机而后者是个多任务战机；第二，F-15大量使用还处在原型的先进设备而F-111则主要选用现有成熟设备。而且渐进式合同方案代替了总承包采购（Total  Package  Procurement，TPP或者TPPC，是一种由麦克纳马拉推行的采购哲学）——需要达成一定的阶段性目标合同才会进入下一阶段。在这种采购哲学下，空军项目经理得以独立进行决定而不受上层干扰，而最重要的是，每日决定权回到了空军项目主管手里而不是掌握在国防部文职人员手中。项目经理直接对空军系统司令部司令，空军司令以及空军参谋长进行报告。
　　F-15项目是对麦克纳马拉的各项政策和常识的反叛，并且是对于F-111项目中所产生的各种毛病的一个回应。该方案在F-86的20多年后，产出了又一种优秀的，空军真正的空中优势战机，并将对于先进战机的研究推进到了70年代。

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第二章：在70年代确保先进战机所做的努力
　　对于空军来说，60年代只有F-111这一种“先进战机”被投入生产和服役。虽然空军也在使用F-4和A-7，但是这两个“盐水鸡”并不能被服役人员认可为一种“先进战机”。这些战机没有任何一个是纯空优战机，它们要么是多用途战机要么是专门用来对付地面目标的。而F-108和F-12也因为各种原因没有能派上用场。不过随着F-X项目的开展和F-15的开发，空军拒绝了多军种，多任务的设计，回到了开发一种单一任务空优战机这一在60年代早期不可能被人接受的路上。战术空军司令部司令威廉•华莱士•莫迈耶在1968年表示，空军现在明确并紧急的需要一种新的空优战机。

虽然空军也在使用F-4和A-7，但是这两个“盐水鸡”并不能被服役人员认可为一种“先进战机”

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F-15
　　经过对越战中空战的分析以及对苏联新式战斗机的顾虑之后，F-15被设计为一种可以在超音速至两马赫速度上拥有高机动性的飞机。在常见的狗斗描述中，飞行员会以超音速速度接近战场，但是一旦进入“毛球”（多机近距离缠斗）中，他们总是会将速度降至1马赫左右，而这时高机动性就成为了致胜的关键。因此F-15的主要目标是拥有高机动性，并具有一定的高速能力。与此同时，约翰•博伊德和托马斯•克里斯蒂提出的能量空战理论揭示了，若想让飞机在变换方向时尽可能不损失速度，那么这个飞机一定要具有低翼载以及高推重比。
　　这个新的先进战机将不会使用像F-111一样的可变翼，也不会使用刚刚发明的超临界翼技术。它将会使用一个没有任何外来高升力装置，但具有电控±30°后缘襟翼的固定翼。系统部门在100种翼型的800个变种中选中了一个简单而干净的机翼。（这些方案中的其中一种成为了后来给F-4E加装前缘缝翼方案的雏形）F-15的机翼采用了一个圆锥形弧度来满足其在跨音速段高升低阻的要求。

麦道的F-15方案

F-15的材料分布示意图

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　　F-15的608平方英尺机翼为这个40000磅的庞然大物提供了优秀的翼载——仅仅54-56磅/平方英尺。为了减重，飞机使用了26.7%的钛合金，35.5%的铝合金还有37.8%的复合材料。钛合金主要集中于机翼底部，机尾处的机身蒙皮以及纵梁和防火隔壁；铝合金主要用于机翼顶部以及前部机身；而复合材料则用于尾翼；除此之外还用了一些其他的材料（比如硼纤维蜂窝层合板蒙皮）。机身呈半硬壳式结构，并采用了具有冗余载荷路径的多重加强蒙皮桁条结构以提高生存性。这种材料安排保证了飞机在具有高G耐受性能的情况下仍然保持较低的全重。
　　为了确保高机动性以及高推重比，F-15在机身上安装了两台推力25000磅的普惠F100无烟引擎。它是一个具有轻量化材料制成的可变几何喷口，13级压气机以及4级燃气涡轮的先进带后燃涡扇引擎。每个发动机进气道都有一个自动控制的三级可变坡道来最优化发动机在全攻角下的进气。即使在最大起飞重量下，F-15仍然拥有在1:1以上的推重比；而在战斗重量时，F-15的推重比甚至能达到1.4.从来没有任何美国战斗机曾拥有如此表现。

强大的F100-PW-100引擎是F-15高推重比的重要保障

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　　F-15独特的引擎和气动让它变成了有史以来加速性能和转弯性能最强大的飞机；其机身可以承受高达5G的持续过载和在37400磅时7.33G的最大过载。这些高G指标允许飞机做出非凡的侧滑和急转，使其在做一些危险的机动时自身仍不会受到损坏。
　　但是飞行员受得了这么高的过载么？飞行员真的可以在这种环境下进行空中机动么？和其他飞机仅仅偶尔进行高G机动不同，F-15的飞行员将会一直处于高G环境下。莫迈耶将军提到过，F-15的过载承受能力比飞行员能承受的要高，而本杰明贝里斯少将，F-15的项目负责人也表示我们可能正在接近战斗机飞行员的生理极限。但是，在1972年开始的测试中表明，由于抗荷服的进步以及F-15的增强飞行控制系统和完全整合的航电，让F-15的飞行员可以比同期任何飞行员都做得更好。
　　F-15是一架真正的战斗机。它的飞控系统使用了一个带有双通道控制增稳系统（CAS Control Augmentation  System）的液压致动器来执行飞行员的指令。控制增稳系统（CAS）会感应到控制面的相应，并增加或者减去其偏转角度来达到预期中的处理效果。飞行器的火控系统基于休斯AN/APG-63脉冲多普勒雷达。这个雷达拥有一个清晰的显示器来执行下视下射任务，并可以在视距内发现并锁定多个目标。（译者注：事实上APG-63并没有TWS模式）这些空前的能力全部得益于数字信号处理技术的发展。F-15还是第一种在战机上同时使用长程搜索/锁定雷达和IFF（敌我识别）系统的飞机，尽管早在F-108和F-12的AN/ASG-18上这些就得到应用了。武器投送系统还使用了一种惯性导航系统来保持对目标的跟踪，还有一台IBM电脑来负责控制航电的集成和表现。目标和自身飞行的所有数据都会在抬头和低头显示器上显示出来。最后，自动武器控制系统和一整套电子反制设备的加入使得F-15成为了一台有效的单人武器系统。

与XF-108和YF-12上AN/ASG-18一脉相承的AN/APG-63脉冲多普勒雷达为F-15提供了同期空优战机难以企及的视野

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　　与F-111相比，F-15在研发过程中出现的问题以及进行的改动少的令人啧啧称奇。由于25mm无壳弹开发过程中问题重重，F-15最后还是选择了M61火神机炮作为其航炮。而普惠F100发动机则于1973年8月21日在150小时耐久测试中的第132小时发生爆炸，最后事故问题查明为不合格涡轮叶片造成。引擎还有过低加速率和在一定海拔上加力燃烧器无法重新点燃的问题。不过除了这些意外F-15几乎没有什么其他主要问题。
　　在空军于1970年末认可通过了F-15的气动外形后，总设计师发现发动机进气道和雷达罩必须进行重新设计，平尾和机翼都将向机尾稍稍后移，还需要增加垂直尾翼的面积和高度。在开发测试以及评估中，又有4.5平方英尺的翼尖机翼后缘被消去，使翼尖呈现倾切的外观。全动平尾前缘也增加了锯齿型。这些改动改善了颤振性能以及降低了气流通过机身表面时的干扰，并导致了减速板样式以及面积大小的改变——从20平方英尺增加到31.5平方英尺。改进后的减速板配合加强的起落架和CAS，有效的提高了飞机在侧风情况下的降落性能。F-X项目中对于理念和需求的无尽探索，F-15项目中开发的具有简单重新编写能力的航电，以及严格的地面测试使得F-15在开发和飞行测试中不再受问题困扰。
　　F-15在1972年6月26日试制完成第一架，并在同年7月27日完成首飞。在1974年，F-15完成了一次模拟截击三马赫SR-71的任务，向世人证明了其优秀的航电性能。飞机还在随后于103000英尺高空达到了2.55马赫高速，并在这种情况下飞出了正9G、负3G的高过载，在测试中最高达到了110度攻角，随后在5万英尺海拔的测试中则最大可以达到6G过载，2.3马赫。它的低速表现同样卓越，甚至可以在67度攻角中最低达到15节的低速。在1975年1月后半月的条纹鹰计划中，F-15打破了以前被掌控在海军F-4和苏联米格25手中的所有8个从3000-30000米的爬升时间记录。在1975年的空战操纵性试验中，F-15在与其他七种来进行测试的美国军机对抗中再次表现出了强大的空战能力。

F-15早期风洞模型，腹鳍和进气口扰流片引人注目

F-15 FSD飞机机翼没有切尖，平尾没有锯齿，可与下图的生产型进行对比

F-15代表了六七十年代美国空军对于一种先进战术战斗机探索的最终成果，无论是飞行性能还是航电都无可挑剔

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轻量化战机（LWF）的原型机
即便是在F-15推出之前，国防部以及空军高层就已经达成了关于启动下一代先进战斗机的共识，以避免再出现类似F-86到F-15中间出现的20年空优空白。并且F-15多采用的是一些低风险的高科技产品，而放弃了诸如电传操纵，超临界机翼等最新科技。随着苏联空优机在质量和数量上的提升，空军认为下一代战斗机必须必F-15更加复杂。在这种环境下，有许多人提出空军需要重新采用在“世纪战斗机”时代中所积累下来的经验——大量使用创新性人才并恢复原型机阶段，而不是像F-15的采购中一样直接通过图纸就开始批量化生产。所以，在1972年国防部建立了一项使用原型机验证流程的开发项目。在项目中，轻量化战机（LWF）原型计划使用最前沿的高科技，包括使用像F-14/F-15一样的高推重比引擎，以及专为极高机动性以及可控性设计的先进气动外形。
　　为此，在1972年1月，空军向9家公司发布了一份21页的投标申请书，要求公司在次月前为两种原型先进战斗机提交一份不超过60页的设计方案。很快，在1972年春天，航空系统部门的原型项目办公室宣布诺斯罗普和通用动力中标。相比之下，F-111和F-15的投标申请书有250页，而设计方案则超过两千页，空军足足花了一年多的时间才能决定到底谁的方案比较好。
　　和1950年代后期和1960年代的研究项目不同，两家公司被分别被要求制造出两架完完整整的原型机。这些原型机都是专为晴好天气下的空中格斗所设计的，他们还必须使用一些先进的技术来降低采购和维护成本，如果有可能的话，还要像F-15一样，为跨音速段加速和机动进行特别优化。空军计划先不生产，只测试；并且在诺斯罗普YF-17和通用动力YF-16通过其三百小时，12个月的飞行测试前不安排任何竞争。

在LWF项目中并肩飞行的YF-16与YF-17

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YF-17
　　空军的YF-17事实上是诺斯罗普P-600型飞机，一种基于1966年作出口用的P-530的升级版。YF-17是一个单座，使用两台通用电力YJ101双转子涡喷发动机的飞机。YJ101是第一种自冷却的涡轮喷气式引擎，它在高空工作时拥有比其他涡喷更高的压缩比。飞机的结构非常传统，机身73%都是铝合金，还使用了8%的碳纤维先进复合材料，10%的钢，7%的钛合金以及2%的其他材料。
　　YF-17有两个放置在其巨大平尾前方的向外倾斜垂直尾翼。在开发过程中，为了提高机动性，在机身的正中间复合翼平面形状从一个前缘襟翼换成了一个与自动控制，双下垂或可变弯度的双后缘襟翼。YF-17还有一个盖住了发动机进气道的超长边条翼。这种配置给予了YF-17固有的稳定性，从而使它无需使用线传飞控或者控制配置载具技术。YF-17采用了传统的单通道增稳系统来相应飞行员的控制。YF-17在演示中携带了一门20mm航炮和两枚翼尖挂载的AIM-9L来证明其作为武器平台的稳定性。由于原型机阶段只需要最低水平的航电，诺斯罗普（通用动力也是这么做的）仅仅给飞机安装了一个测距雷达以辅助火炮瞄准。就像F-15一样，YF-17在战斗全重时也拥有超过1的推重比。其350平方英尺的翼面给予了其仅仅64磅/平方英尺的翼载，足以与其推重比相结合进行能量空战。YF-17还凭借其仅仅55.5英尺长，35英尺翼展，和14.5英尺高的尺寸变成了一种非常小而难以捕捉的目标。为了以防万一，YF-17还装备了一种可以在最低200英尺倒转情况下进行弹射的安全座椅，并且和常规座椅不同，YF-17的座椅仅仅后倾18度，这可以有效地帮助飞行员对抗过载。

YF-17由诺斯罗普P-530衍生而来，两者非常相似

从N-300到F-18，“大黄蜂”诞生记

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YF-16
　　轻量化战机原型的另一个参与者，空军YF-16，实际上是来自于通用动力的401型飞机。和YF-17相同的是，YF-16也是一种单座战斗机，但是和前者不同的是，YF-16是一种单发战斗机，使用的是和F-15一样的普惠F100高推力涡扇发动机。YF-16的结构也相当传统，由80.6%的铝合金，7.6%的钢，2.8%的先进复合材料，1.5%的钛合金以及7.5%的其他材料构成。
　　YF-16使用了一种翼身融合（多少有点像YF-12A）以及单垂尾的设计。之所以选择这样的设计是因为在之前对翼身融合以及传统翼身设计的参数研究中，认定了只有翼身融合设计配合单垂尾可以达到最好的效果。翼身融合设计给与了YF-16高内油载荷以及更大的设备存放空间，不仅如此，它还可以在高攻角为机身提供强大的升力。翼型采用了带有前缘襟翼和后缘襟翼的切尖三角翼，使机翼可以改变自身弧度。这些襟翼的开合接受预先编程的控制，以求在不同飞行状态下提供最优化的表现。
　　F-16同样有一个在机身前部的高度后掠的边条翼以获得涡升力，并在提高高攻角稳定性的同时降低机翼展弦比。为了迎合高机动性的要求，YF-16巨大的机腹进气道专门为跨音速作战进行了优化。YF-16使用了带有四个冗余通道的线传飞控系统（同时也是美国第一种不带有机械备份操作系统的战斗机）以及侧置的操纵杆和控制车辆配置技术。这些技术允许F-16在亚音速时放宽到10%的负静稳定裕度，这种不稳定可以大大增强飞机在空战时的机动性，但这也意味着飞行员几乎不可能在非线传操纵下对飞机进行安全驾驶。这些技术同时允许飞控系统以电子方式进行优化，并在紧急情况下拒绝飞行员输入的可能威胁到自身的指令。YF-16的武备与YF-17同样为一门M61航炮以及两枚AIM-9L，航电也同样简陋。
　　YF-16在27000磅的最大起飞重量时推重比接近1:1，而在战斗全重时则会上升到1.0-1.3左右。其280平方英尺的翼面积给予了YF-16  64磅每平方英尺的翼载，足以与YF-17媲美。YF-16长47英尺，翼展30英尺，高约16英尺，比YF-17稍小一些。除了其侧置操纵杆以外，后倾30度的弹射座椅同样有助于飞行员在7到9G的高过载下保持对飞机的控制。

在弗吉尼亚航空航天中心展览的YF-16

与1965年的先进日间战斗机项目相比，LWF项目中的YF-16改变了很多

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空战战斗机（ACF）与F-16
一开始，YF-16与YF-17仅仅会对其使用的科技进行相互独立的飞行评估，并不会在轻型战斗机（LWF）项目中竞争，当然也不会进入正式生产。但是随着F-15因其普惠F100发动机遭遇问题而延迟至1974年，同期苏联也开始加紧为部队装备先进的狐蝠战机，而国会与国防部还注意到了F-15对于纯空优任务来说太大太重太复杂，并因此变得极为昂贵。所以很多人都认为空军以及海军需要一种小而便宜的飞机与F-15（和F-14）组成所谓的高低搭配，以保证机队数量。
当然，国会中反对派也很多，并且空军不希望有任何行动妨碍即将完成的F-15项目。不过随后外力的加入让这个事件变得更为复杂：欧洲开始寻找一种可以替代F-104星战士的新型战斗机，而F-15对于他们来说毫无疑问太过昂贵了。没人质疑F-15执行全天候制空任务的能力，但是超过2000万美元的单价还是让欧洲国家望而却步。而一种类似正在进行的LWF项目的足以进行昼间晴朗天气作战的小飞机却可以满足欧洲的需求。最后，空军在得到保证项目不会与F-15产生冲突的情况下，终于承认了高低搭配的方案并准备购买大量飞机填充机队。所以，在YF-16与YF-17仍然在测试的时候，方案发生了变化，两种原型机必须战胜对手才能夺取唯一的全尺寸开发权以及“空战战斗机”（ACF）的生产权，这种飞机将会成为高低搭配中的低档飞机，并将参与欧洲市场的竞争。
　　YF-16在1973年12月13日率先推出，于1974年1月20日的高速滑行试验中意外迎来首飞，并于1974年2月5日的第三次试飞中成功进行超音速飞行。YF-17则于1974年4月4日推出，同年6月9日完成首飞。不过当国防部长詹姆斯•R•施莱辛格于1974年4月29日表示五角大楼正在认真考虑将轻型战斗机原型的其中之一推向全尺寸开发并以一种新的低成本空战战斗机的名义投产后，测试日程开始加速，并启动了YF-16与YF-17的竞争测试。为了更好的进行竞争评估，空军飞行员在测试的最后一个月对两种飞机都进行了试飞。
　　空战战斗机是空军战斗机序列的正式成员之一，它不可能仅仅以LWF项目中进行飞行测试中的最低航电标准进入服役。所以航空系统部门于1974年11月向西屋以及休斯公司发起招标，要求开发一种可以与F-15上的APG-63一较高下的雷达，最终西屋以一种现代数字化雷达赢得了招标。

西屋AN/APG-66雷达甚至无法提供全天候作战能力，后来安装在约克中士自行防空炮上效能极差，实在不能说是一种“可以与F-15上的APG-63一较高下的雷达”