F-22的能与不能——“猛禽”的超机动评述

万磁王

作者：徐勇凌

　　从2008年开始，经过几年的训练磨合，美空军飞行员确认已经掌握了F-22的操控特性，随之就开始了世界各地的飞行表演。在美国四代机一枝独秀的时代，这种表演总是自我感觉良好，因为对于那些爱好者而言，F-22无论做什么动作都是那么精彩而充满玄奥，而即使是专业的飞行家，甚至也很难理解F-22的那些动作是如何做到的。对于飞过三代机的飞行员而言，F-22的操控理念、飞行机动特点都是全新的，你再也不能用所谓的“空气动力机动”原理去理解四代机的机动飞行了，因为随着矢量推力技术的引进，飞行已经进入了一个全新的时代。现在我们只能用“超机动”去形容四代机的超凡机动能力，而在一个更为准确专业的名词出现之前，我愿意用“随控飞行”这个新词，因为“随控飞行”很好地体现了四代机想怎么飞就怎么飞的特点。

美国空军成立了专门的F-22单机飞行表演队来展示该机的机动性

　　美国人最懂得F-22技术超越的意义，因此，他们似乎很愿意公开F-22表演的一些信息，包括飞行员对于特技表演的真实描述。当我读到《code one》杂志中保罗.莫加上校的文字时，我并没有为F-22的超凡所震惊，反倒是美国人做事的认真与精细打动了我，我想如果俄罗斯人对待飞行表演也能做到对细节的如此关注，那么他们在航展上层出不穷的表演事故也会减少很多了。

万磁王

一、表演飞行中的细节透露了什么？
　　对于爱好者而言，保罗.莫加上校的文章中关于与机师的协调配合、起飞线停机的几分钟拖延、平显和机场表演区的线和标尺、表演过程中飞行员与地面观察员的对话，这些都是乏味并可以一代而过的，那些精彩的动作才是他们兴趣的焦点。而对我而言，恰恰是这些飞行中的细节吸引了我的眼球，文化与技术理念的不同，会在人们的行为习惯中充分体现出来，所有的完美都是规划与设计出来的，美国人为了做到精美已经将细节做到了极致。这种精细不仅是为了表演过程中的打动人心，更重要的是他们要做到即使有万分之一的风险，也要做到万无一失。举个小小的例子，高度表对零是飞行员每次飞行前都要做的，我们一般是在停机位做这项工作，而F-22的飞行员是在跑道上完成这一动作，这样做的目的是为了防止停机位与跑道的之间哪怕微小的高度误差影响到飞行的安全。
　　类似的细节还有很多，有些人也许认为这仅仅是工作习惯，但在我看来确是非常重要的提示。如在机师中设置2名主管工程师，既可以在不同的位置上观察飞机的工作情况，也可以避免因为一个人权限过大，对飞机状态做出错误判断时无人能够干预制止。为了表演中更好地操控飞机和设备，飞行员在地面就将座舱显示控制画面设置到所需的状态，例如打开弹仓的工作是表演的一部分，需要在机动飞行中完成，为了避免操控弹仓影响操控飞机，飞行员把弹仓控制画面置于左侧显示器上。地面安全员不仅在飞机滑出前，而且在滑行过程中、进跑道前、起飞前都对飞机状态进行确认，并与飞行员交流后才可放飞，而同样的工作在其他一些国家的空军只进行一次确认，就这样一些人甚至都觉得过于繁琐，认为只需滑出前检查就可以了。

F-22跨音速通场

　　为了达到最佳表演效果，在整个表演过程中飞行员始终要对飞行表演中心区域有一个明确的空间定位，并在每一个动作中都进行必要的调整，这些都在飞行路线中进行了设计，而不是在飞行中让飞行员随机调整，这样避免了因为控制随意性过大造成误差过大难以调整，从而确保了表演飞行的完美。
　　飞行的风险控制是一门很深的学问。在传统的飞行理念中，要做到更加安全就必须更加严格，传统安全理念的最大问题在于，严格的定义无法把握，因为对于由人来控制的过程中，严格不仅是一种态度，而且是需要承受巨大的工作负荷，人的自我控制力和精力总是有限度的，严格如果是一种状态在执行过程中就会充满变数，许多问题恰恰就出现在人因为疲惫与松懈而出现的状态低下的阶段。现代的安全控制理念不再拘泥于无法控制的人的态度要求上，而是对过程进行控制，即对于那些可能出现问题和最容易实现控制的工作节点进行监控。为了达到过程控制的完美无缺，对由谁来控制进行了明确的规定，即由最能观察到局部细节和关键点的人来把关控制，例如在地面滑行时是地面安全观察员，而在表演中是由飞行专家在最佳位置对飞机的外部轨迹进行观测提醒。过程管理是全新的安全理念，它杜绝了由于人的疏忽而导致的监察失当，使严格把关成为可以量化和控制的具体工作。

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二、惊险玄奥的超机动飞行是如何做到的？
　　保罗.莫加是从表演飞行的真实过程，对F-22的机动动作进行描述的。这种叙述的好处在于，我们不仅可以了解某一机动动作的操控技术细节和数据状态控制方法，而且可以通过飞行员对于表演动作的编排，以及表演过程中飞行员对于表演区域的飞机位置调整和动作连贯性的考量。这对我们理解表演飞行的奥秘是非常重要的。因此，我们的分析也按照莫加上校的表演顺序进行。
开场——跃升翻转+向下横滚
　　所有表演飞行的开场都是至关重要的，对于三代机和四代机，这是表现飞机较大的推重比和垂直机动能力的最好时机。滑跑距离的远近、离陆后爬升增速的快慢、能否完成起飞后的垂直机动、垂直向下机动的半径如何，都可以通过开场的第一个亮相机动中展示出来。
　　与以往的三代机表演飞行不同，在开场的拉升、后空翻、越肩滚转机动中，F-22得以展示其近乎无半径垂直机动特性，也就是所谓的后空翻。在一般的表演飞行中起飞后的动作分为三种，一是直接向上做筋斗，过顶点后下降翻转对向表演区域；二是做跃升倒转，完成倒转后也是对向表演区域；三是完成一个上升或水平转弯机动，返回表演区域。跃升倒转或者筋斗接下降翻转，都需要飞机具备很好的动力特性，使飞机上升到足够的高度，否则飞机垂直机动的半径不够就会发生坠机事故。在1992年的一次雷鸟单机表演中，飞行员做跃升倒转过程中增速不够，导致倒转时高度过低，飞机的垂直机动半径不足以使其在安全高度退出俯冲，飞行员在飞机即将坠机的刹那弃机跳伞。

F-22开场往往是以大迎角加力起飞开始的

　　F-22的性能较之F-16显然优越得多，在拉升飞行中F-22可以凭借远大于1的推重比做垂直跃升，而在做后空翻时可以靠发动机的矢量推力完成一个近似无半径的垂直翻转，使机头由向上状态迅速通过顶点转为向下，更加刺激的是由于机动半径足够的小，飞行员甚至有机会在垂直向下的俯冲中完成一个405度的滚转，当然，为了确保安全飞行员通报了高度，通过地面观察员确认其高度足以完成滚转并退出俯冲。在这套看似简单的动作中，充分展示了F-22的俯仰操控能力。近似无半径的垂直机动是三代机无法完成的，其旋转角速度远远大于有半径的垂直机动，这一动作的战术意义不言而喻，在被咬尾的不利态势下，F-22仅靠一个拉升倒转，就将机头指向了追尾者，从而实现了瞬间的攻防逆转。
　　在完成了垂直向下的滚转后，飞行员讲到为了退出俯冲他几乎将驾驶杆拉到了最后但留有余地，这样做的目的是在速度大于400节的情况下，防止因载荷过大造成机体损伤，而飞机的能力其实还有很大的余量，像定点的无半径俯仰机动一样，退出俯冲时只要飞行员愿意可以将半径控制得很小。
　　总之，在精彩的开场机动中，F-22就展示了其强劲的推力和优越的垂直机动性能，这一看似简单的动作是三代机绝对无法完成的。

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满行程拉杆水平360度机动
　　看似简单的水平机动是所有表演飞行中规定动作。作为观赏者也许只能被F-22在盘旋中的机头急速转向的迅猛所震撼，但F-22的水平机动特点决不能仅用机动性好来描述。
　　四代机水平机动与三代机最大的不同有两个：其一，在水平机动中机头指向的急速旋转不仅是舵面操控的结果，由迎角增加而产生的升力只是轨迹变化的原因之一，而由矢量推力所产生的直接力可以不通过向心力就实现飞机姿态和轨迹的变化，在四代机的水平机动中向心力公式已经不能解释其曲线运动的规律了。
　　其二，在四代机的水平机动中，迎角不再是飞机可控的基本条件，因为对于三代机而言，其机动性能的提高只是可用迎角的增加和推重比的增大，而对四代机而言，机动的中的迎角不再是问题，因为对于具备超机动的四代机而言，无所谓临界迎角，在超临界迎角时飞机依然稳定而可控。

F-22水平360度机动

　　因此，在四代机的水平机动中迎角想多大就可以多大，唯一的问题是飞机的承受能力和推力有多大。我们看见在水平盘旋的前半段，飞行员莫加几乎将驾驶杆拉到了极限，飞机迅速旋转但速度减小并不多，这得益于F-22巨大的动力。当然，随着飞机迅速的旋转速度也由400节减小到了300节左右，为了维持飞机的速度（以便衔接下一个动作），飞行员适当减小了拉杆量，并最终控制飞机回到盘旋初始进入位置，从而完成下一个动作。需要指出的是，在这个卓越的盘旋中F-22依然采用了常规水平机动模式，即由坡度实现飞机水平机动，其实，F-22完全有能力进行低速几乎无半径的水平转弯，但这是其后面要做的动作，在这一常规机动中F-22只需展示其超乎寻常的机动小半径和迅速完成盘旋的能力，而这是三代机无法比拟的，受迎角和发动机动力的限制，三代机只能完成角速度不大于25度/秒的水平机动。

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J字型转弯
　　美国人用“J型转弯”来定义F-22超越苏-27“眼镜蛇机动”的看家动作，但这个动作比字母J复杂得多。所谓J型转弯其实是下俯方块筋斗的一部分+加眼镜蛇机动的前半部分+无半径侧转的组合。
　　在下俯方块筋斗的垂直转水平的机动中，由于速度小于300节，靠操纵舵面是无法使飞机迅速下俯的，但F-22能够做到，它靠的依然还是矢量推力，在飞机完成下俯进入水平状态后，飞行员又拉杆进入了类似眼镜蛇机动的上仰状态并保持住，随后的动作是F-22独有的，即在保持飞机几乎垂直向上的状态，利用飞发一体化控制技术保持飞机像一块平板那样飘在空中，并通过增加发动机推力使飞机缓慢的下降但飞机状态不变，这就好像飞机在垂直向上的状态下开倒车。
　　J型机动的原理与眼镜蛇机动完全不同。作为超临界迎角机动，眼镜蛇机动其实并不是全程可控的，我把它定义为可预期的非控制机动。而F-22的J型机动是全程可控的，只要速度在合适的范围，其上仰与下俯都是随控的，这得益于F-22的矢量推力和飞发一体化飞控系统的能力。最后为了结束动作，F-22做了一个侧转使机头向下，与常规飞机的侧转不同，在这个机动过程中飞机也是完全可控的，飞行员通过方向舵操控和发动机喷口的偏转控制，使机头偏转进入俯冲。需要说明的是在整个机动过程中，飞行员必须很好地控制发动机的推力，以控制最佳的速度，否则在这一复杂机动中飞机的动态就会难以把握，在随控飞行中理论上讲飞机无所不能，但飞行员的操纵却极为复杂精巧，需要飞行员对飞机的状态具有很高的认知度和控制力。
　　J型机动展示了F-22最足以称道的操控特性，俯仰、方向的任意随控，使得其相对于三代机具有无与伦比的优越性，从近距空战的角度而言，面对F-22三代机没有任何取胜的可能，这就是四代机超机动的威力所在。

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弹仓门开启穿越和垂直滚转

　　F-22的隐身性无疑是其最大的优势所在，但除了地面静展时可以从F-22异样的外表、光洁的表面和隐身涂层的灰暗颜色，最能展示其隐身特征的还是F-22的独特设计——内埋外挂，为此，表演者精心设计了弹仓开启关闭的穿越飞行动作。
　　高度100米，速度尽可能地小（200节），为了展示多个弹仓同时开启时飞机下表面窗口遍布奇妙场面，飞行员甚至考虑到了倾斜机身这样的细节，加之地面观察员的通报，飞机刚好穿越表演区域迅即收起所与舱口，并迅速将飞机改平坡度，加满油门完成上仰垂直滚转机动。

F-22弹舱门开启通场

　　垂直向上滚转机动是一个常规飞机需要大速度完成的精彩表演动作，但F-22凭借大推力在200节的速度即向上拉起并滚转，加之飞机刚穿越表演区，向上的滚转依然在观众的视线之中，表演的效果会非常好看而惊险。至于为什么要做滚转机动完全是为了表演效果，因为如果不是为了下接另一个方向的俯仰机动，滚转本身是没有战术价值的（“桶滚”并非严格意义上的纯滚转机动，但桶滚的战术意义非常重要），但在表演飞行中却使用频率非常高，原因是滚转飞行的视觉效果非常好。

F-22垂直滚转机动

　　小速度的上仰垂直滚转，是常规飞机难以完成的，原因是常规操控系统的俯仰操纵性不足以使飞机在低速迅速上仰成90度，而F-22凭借矢量推力却可以很轻松地做到，因此，这一动作可以说是F-22的“看家本领”。

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低空9G过载盘旋穿越观礼台
　　低空大过载盘旋通场会在比较大的速度下完成，尤其是常规飞机如果速度不够就无法达到9G过载，而9G也是通常的飞行员生理极限。在观礼台上空完成9G大过载盘旋，所要达到的就是震撼的效果。
　　与常规飞机不同，F-22可以在相对较小的速度下完成9G过载机动，原因还是它有矢量推力的支撑。但为了达到呼啸的震撼力，飞行员依然会选择700公里/小时左右的速度，由于F-22的大推力穿越是需要防止的是速度过大甚至超音，因为在低高度超音会形成巨大的破坏力，这在和平时期是被各种条令法规严格禁止的。

9G大过载盘旋

　　进入观礼区之前飞行员要确认速度在可控的范围，而高度则达到了惊人的100米（这完全是出于对观众安全的考虑），为了达成盘旋的震撼效果，飞机从观众的后方穿越并突然出现在观礼区，随机迅速形成9G的过载，此时飞机在巨大推力的推动下，以很大的速度迅速旋转，机头在矢量推力作用下向被什么东西牵着一般，迅速地扭转，而轨迹也迅速变化，仿佛一瞬间F-22就完成了360度的水平机动。与满行程小速度盘旋不同的是，9G过载不是为了展示盘旋半径有多小，而是展示飞机完成盘旋的速度有多快，伴随着发动机和速度的呼啸声，观众在震耳欲聋的轰鸣中看见的是F-22的华丽转身，如此迅速、如此的桀骜不驯。
　　9G过载是“几何空战”、“能量机动”的秘籍所在，在传统的近距空战中拼的就是飞机的过载机动能力。而在这一传统空战领域，作为四代机的F-22，展示的是意义截然不同机动，对F-22而言，能量不再是必不可少的机动之源，随着矢量推力技术的引进，近距格斗进入了一个全新的时代——超机动时代。

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无半径下降转弯（踏板转弯）

　　下一个机动从字面上翻译叫做方向舵转弯，这是从完成机动的操纵角度来说的，但这个机动的最大特点是，转弯是在几乎机翼水平的状态下完成的，而转弯的半径极小。还是先看看F-22做到了什么。
　　为了衔接上一个低空大过载机动动作，在进入无半径下降转弯之前必须上升高度，利用盘旋的剩余速度加上发动机推力的调整，飞行员拉杆使飞机再次进入垂直上升状态，并在足够的高度上完成一个类似后空翻的动作使飞机减速并进入水平状态，接下来就是最精彩的无半径盘旋下降了。由于此时飞机的速度已经非常小，为了保持飞机近似水平的状态，必须向后拉住驾驶杆杆，此时飞机的姿态基本是水平的机翼也保持水平状态，但由于速度减小升力降低，飞机实际上是在缓慢飘降，而此时飞行员蹬满了舵，飞机在垂尾和发动机喷口舵面的作用下开始水平旋转，从而完成360度的无半径下降盘旋。为了动作的规范严谨，进入方向是平行观礼台的，而完成动作实际上要多转一个角度，因为完成动作时高度不足200米，为了观众的安全停止旋转的方向略朝外，从而远离观礼台。
　　相对于传统飞机，F-22的无半径盘旋已经是惊世骇俗的了，但需要指出的是由于F-22的矢量推力并不是严格意义上的全向矢量，因此，它还不能像米格-29OVT那样做近乎水平的无半径盘旋，而必须带有一定的飘降状态，关于这一点将在下一节加以阐述。但F-22毕竟做到了小速度下的迅速转向，这对于三代机而言已经是技高一筹。

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筋斗和负过载翻滚
　　筋斗和负过载翻滚并无什么新奇指出，只是一个衔接动作。筋斗的迅速旋转特性前面已经叙述过了，而负过载翻滚其实就是顶杆完成翻滚，这在二代机、三代机也是常见动作。

负过载翻滚时飞行员是非常受罪的

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尾冲

　　尾冲也叫“钟形机动”，是较为常见的超临界机动。在这一机动中利用飞机的速度拉杆使飞机进入70度左右仰角的跃升，之后，随着速度的减小飞机将会自动转入轨迹下降的运动，此时，利用驾驶杆和脚蹬的合理操控，使飞机尽可能地保持姿态，以达到圆满的观赏效果，随着下降速度的增加，飞机将在俯仰安定力矩作用下迅速下俯，从而完成钟形机动。对于传统飞机而言要完成好尾冲需要很多的技巧，否则飞机的横侧平衡一旦失去，尾冲就会偏转方向从而达不到观赏效果。对于F-22而言这一切都不在话下，因为它有矢量推力的帮助可以很好控制飞机的平衡，而且，利用矢量推力还可以克服飞机的俯仰安定力矩，使飞机在钟形机动的后半段，保持较长时间的上仰姿态，这样的飘降尾冲与传统飞机迅速下俯的状态截然不同，飞机仿佛定在空中随风飘降。

F-22飘降尾冲，就好像飞机凝固在空中

　　尾冲是一个完全为表演而设计的动作，实际作战中没有什么战术意义，但从表演的角度而言，F-22的尾冲突破了安定力矩的作用，达到一种“定在空中”的效果，这对观众而言的确是出乎意料的。