摘要:到20世纪70年代中期,战机似乎已经近乎完美,几乎没有任何根本性的改进空间。1974年,美国国防部高级研究计划局(DARPA)秘密向五家公司征求意见,结果五家公司里,费尔柴尔德(仙童)和格鲁曼直接回绝,通用动力坚持认为电子对抗才是最优解,而后也退出了,最后剩下
到20世纪70年代中期,战机似乎已经近乎完美,几乎没有任何根本性的改进空间。1974年,美国国防部高级研究计划局(DARPA)秘密向五家公司征求意见,结果五家公司里,费尔柴尔德(仙童)和格鲁曼直接回绝,通用动力坚持认为电子对抗才是最优解,而后也退出了,最后剩下麦道和诺斯罗普,两家各获得10万美元的资助,用于进一步研究。
U-2侦察机
洛克希德公司此前曾在其U-2侦察机上使用过雷达吸波材料。SR-71“黑鸟”侦察机也使用了雷达吸波涂料,同时机身设计也减少了雷达截面。洛克希德根据选定的方案制作了一些木质缩比模型,有的作金属箔包起来用于验证计算的RCS值,有的则用来进行风洞测试。其中一个模型被拖到帕姆代尔附近莫哈韦沙漠的格雷比特靶场,进行更精确的雷达测试,结果证实了项目组的计算。此后DARPA以“实验生存试验台”(XST)为名义继续开发,麦道表示心有余力不足而退出,洛克希德和诺斯罗普各获得150万美元。
SR-71“黑鸟”侦察机
1975年4月,美国的一名雷达专家搜罗到了苏联有关研制隐形飞机的文章,文章中所提到的新技术、新思想及其未来可能在军事航空领域引发的革命让他很快感觉到了它的价值和巨大潜力。他将这篇文章送到了美国著名飞机设计和制造师贝·里奇的手中。里奇看到这篇文章后如获至宝,认为美国的机会来了。不久,位于弗吉尼亚州阿灵顿的高级研究计划局批准了关于设计建造隐形战机的方案,里奇亲自担任这一方案的副总裁和总设计师。
“塔克蒂蓝”验证机
1977年,洛克希德获得关于低可侦测性飞机的合同,包括建造两架可实际飞行的小型XST(试验隐身技术,Experimenta1stealth Technology)原型机,编号为1001和1002,被命名为“蓝色/拥蓝/海弗兰(Have Blue)”,其中一架用来评估飞行性能,另一架则是测试对于雷达信号的反应。诺斯罗普的方案成为“塔克蒂蓝”验证机,最终发展成为首款隐身战略轰炸机B-2——这又是后话了。两种验证机都以蓝色为名,可能也是暗喻隐身研究的意思,因为蓝色对于天空中的目标而言,目视隐身效果是最好的。
“塔克蒂蓝”验证机
“海弗兰”验证机和后来正式的F-117比起来外形几乎一致,但机体要小得多,空重只有F-117的四分之一,同时机翼后掠角为72.5度,看起来更加尖细,垂尾则是向内倾斜。为了节约成本加快进度,起落架是来自一架F-5,电传飞控则挪用了一架F-16,隐身方面除了飞机外形之外,洛克希德自己开发了雷达吸波涂料,挡风玻璃也采用了特殊涂层。
F-5
F-16
1977年12月1日,首架验证机HB1001没有施用吸波涂料,而是采用迷彩色涂装,目的是让外人看不清机身平面的形状。“海弗兰”终于在内华达州格鲁姆湖试验场(又称51区)高度保密的情况下进行了首飞。半年后的1978年5月4日在第36次试飞时,飞机在着陆接地瞬间机头突然上仰,主起落架卡在半放下位置,飞行员试图复飞,但油料耗尽被迫跳伞,飞机坠毁。HB1001坠机时,第二架验证机HB1002已基本完工,这架飞机主要用于测试雷达反射性能,因此表面是灰色隐身涂料,也拆除了影响隐身性能的一些部件。这架飞机飞了52架次,最后一次试飞中液压管路故障导致坠机,飞行员成功弹射。事实证明,除了波音E-3预警机外,所有机载雷达基本上都无法探测到它(即使是这架预警机,也只能在极短的距离内探测到它)。
HB1001
HB1002
尽管两架验证机都摔了,但试飞已经取得相应的成果,并证实了先前的理论和可行性。还在试飞阶段,1978年11月,洛克希德就收到了空军一份生产合同,包括5架预生产型和20架生产型飞机。此后第一架YF-117A于1981年6月18日首飞,第一架生产型F-117A于1982年交付。几乎整个80年代,F-117都处于高度保密状态,1990年4月,在F-117已经在入侵巴拿马时执行了首次实战打击任务之后,两架F-117才正式在内利斯空军基地向观众公开展示。
YF-117A
F-117
F-117首次公开展示的现场
F-117的巨大成功,让美国空军(F-117是空军的项目)认识到了隐身的巨大价值。看到空军在一边埋头吃肉,自己只能抱着F-14雄猫战斗机啃骨头,自然不甘心。于是海军在炒作一顿苏联威胁论之后,也提出了自己的新机计划, 在1985和1986年先后提出了ATA(先进战术战机)和NATF(海军先进战术战斗机)计划,ATA就是后来的A-12”复仇者“隐身攻击机,而NATF则是一款可变后掠翼的重型隐身战斗机。其实你可以把ATA和NATF计划看做当时海军A-6攻击机+F14大雄猫战斗机组合的隐身版本,NATF就是F-14大雄猫的四代隐身版,或者F-22的可变后掠翼版。
F-14雄猫战斗机
A-12”复仇者“隐身攻击机
A-6
然而1991年,北极熊轰然倒地,冷战结束,发展经济成为时代的主题,于是国会举起了屠刀,顿时三军一片哀嚎,ATA项目——A12复仇者隐身攻击机和NATF隐身大雄猫相继被砍,造舰计划也被削减。海军向国会发起了反击,提出了A-X计划(先进攻击机),要求隐身,双座,大航程。作为砍掉ATA和NATF的补偿。同时空军跑来和海军搭伙,A-X变成了A/F-X计划(先进攻击/战斗机),兼顾海空军需求,用来替换海军的A-6和空军的F-111。紧接着空军和又提出了MRF(多用途战斗机),要求单发单座,小巧便宜,用来替换F-16,目的是和在研的替代F15的ATF计划形成高低搭配。海军提出一起搞MRF,拿来替换F/A-18A/C/D大黄蜂。
F-111A
F-16原型机
F/A-18D
1992年克林顿上台后,进行大刀阔斧的经济改革。 1993年2月23日,国防部全面防务审查报告(BUR)对军事力量和现代化计划进行了规划,提供后冷战时期的国防规划制定战略。1993年9月,BUR的主要战术航空成果公布,继续F-22和F/A-18E/F项目,取消MRF和A/F-X项目,减少F-16和F/A-18C/D采购,启动JAST项目。国防部长莱斯·阿斯平将JAST项目定为未来打击系统的核心,海空军的作战人员和技术人员联合组成产品团队,探索和证实成本可控的新技术和制造工艺,为海军、空军、海军陆战队和盟军的未来打击系统提高通用性,降低全寿命成本。JAST将专注于航空电子、动力、地面支援、弹药、训练和任务规划等领域的通用技术和部件。该项目将制造几架验证机来探索未来作战飞机的技术,然后从技术验证机中发展出原型机,最终发展出替代A-6、F-14、F-16和F-111的飞机。
JAST方案
长期以来,关于美军,总流行这么一种说法:一等人海军、二等人空军、三等人陆军、四等人海军陆战队。海、空军都有了自己的未来战机计划,那海军陆战队怎么能甘落人后呢?在80年代陆战队的固定翼航空队由两部分,一是垂直起降的AV-8B鹞式战机,平时放在陆战队的两栖登陆舰上,用于对地支援,陆战队登陆之后,再在陆上建立简易机场,跟进地面部队推进,鹞式的短距起飞和垂直降落能力,很符合陆战队需要;而另一部分,则是F/A-18C/D型战斗机,用做低强度的制空权争夺,兼做对地支援,这部分F/A-18C/D放在海军的航母上,和海军自己的舰载机混编。
海军陆战队的F/A-18C/D
海军陆战队的F/A-18C/D
1966 年8月31日,英国鹞 GR.1 原型机(当时仍称 P.1127)首次试飞成功。1967 年 12月28日,鹞 GR.1 生产型试飞成功。1969年4月英国的鹞式战斗机开始装备部队,是世界上第一种实用型垂直/短距起降战斗机。英国“鹞”式垂直起降战斗机成功研制后,美国海军陆战队深感这一战斗机能满足海军陆战队前线航空火力支援部队的需要。海军陆战队航空兵对作战飞机的要求与海军航空兵不同,他们需要的是一种可以快速反应、为地面部队提供空中支援的攻击机。舰队航空兵的攻击机可以完成任务,但反应速度不够快,指挥不够灵活(需要跨军种支援)。而鹞可以从停泊在海滨的两栖攻击舰甚至简易滩头起降场起飞进行快速支援,虽然载弹量不够大,航程不够远,但恰好可以满足海军陆战队的需要。
鹞 GR.1 原型机
皇家空军第 1 中队于 1970 年全部人员的大合影
通过向麦道公司颁发鹞式飞机的生产许可证,解决了美国军队必须装备“国产”武器的问题。作为鹞式飞机的核心——飞马发动机,其“国产”问题同样通过许可证来解决。因此美国海军陆战队购买了一批英国“鹞”Mk50,重新编号为AV-8A,用于近距离空中支援和侦察。在整个 70 年代初期,麦道一共“生产”了 102 架 AV-8A和 8 架 TAV-8A。1975年麦道公司的会议室里,总工程师约翰把一叠照片摔在桌上。照片里是越南战场上AV-8A的残骸,活像被踩扁的易拉罐。"英国佬这设计根本是让飞行员送死!"。他转身按下投影仪,蓝图上新型机翼像撑开的油纸伞,进气口改成了鲨鱼鳃的形状。在场的机械师们眼睛都直了——这哪是改进,简直是给拖拉机装上法拉利发动机。
1977 年部署在海军航母上的 AV-8A,虽然 AV-8A 翼展不大,但占用甲板面积却一点不少
AV-8A
TAV-8A
1976年,美国国防部批准了鹞II战斗机的开发计划。麦道对两架AV-8A进行了改进,包括机翼、进气道、尾喷管等,成为YAV-8B原型机,1978年11月9日,第一架原型机进行了三次垂直起飞,在空中盘旋了7分钟,第二架原型机1979年2月19日首飞,但同年11月因发动机熄火而坠毁,飞行员弹射成功。飞行测试持续到1979年。虽然结果显示阻力大于预期,但其他方面的改进还属满意,于是1979年被授予了一份开发合同,最初决定采购12架,随后又增加采购324架。1983年12月12日,首架生产型AV-8B交付给美国海军陆战队203攻击训练中队(VMAT-203)。
AV-8B
塔瓦拉级两栖攻击舰上的AV-8B
黄蜂级两栖攻击舰上的AV-8B
1980 年,美国海军完成了关于未来海军航空的《海基空中力量总体研究》。美国国家航空航天局(NASA)承担起研发降低超音速短距起飞垂直降落型飞机成本的技术的挑战,并启动了先进短距起飞垂直降落(ASTOVL)项目。1980 年至 1987 年间,NASA 资助了所有主要飞机公司进行研究,以设计出一款能替代 AV - 8B “鹞” 式的超音速后继机型的创新概念,英国国防部在英国也开展了类似的研究。1986 年秋季,美国国防高级研究计划局(DARPA)扩大了 NASA 研究的范围,与臭鼬工厂签订了一份为期九个月的探索性研究合同,以确定是否能为海军陆战队研发一款超音速、具备隐身能力的短距起飞垂直降落型攻击战斗机。这款飞机必须具备 F/A - 18 的空中优势作战能力以及 AV - 8 的近距离空中支援能力。
AV - 8B “鹞” 式
AV - 8B “鹞” 式
1988年2月,美国海军签订了ASTOVL项目的《期望作战能力》,同时,美国海军陆战队、美国海军以及英国皇家海军共同制定了短距起飞与垂直降落攻击战斗机(SSF)的初步作战需求。这个ASTOVL项目也逐渐与SSF项目结合在一起。1992年,美国国防部将空军和海军陆战队的轻型战斗机需求合并,提出“通用低成本轻型战斗机”(CALF)计划,目标是为海军陆战队设计一款具备短距/垂直起降能力的轻型战斗机,以替代老旧的AV-8B海鹞。1993年,美国海军正式开启了CALF项目。
洛克希德CALF设想
诺斯罗普CALF设想
JAST项目办公室于1994年1月27日成立,任务包含定义战术飞机、武器、传感器的技术。波音、洛克希德、麦克唐纳.道格拉斯和普惠参与概念设计研究,但还没有具体到一款机型,也没有打算造出可飞行的验证机。后来,项目发展为替换美国和英国数款现役飞机的飞机系列。一开始,JAST办公室被普遍认为是另一个没有结果的研究计划,但在美国空军少将乔治·穆尔纳的领导下,研究迅速达到了能够展开下一代打击战斗机实际研制的水平。JAST概念并非是一种飞机,而是基于通用技术的三种不同型号的飞机:
诺斯罗普JAST
波音JAST
美国空军希望获得一种价格合理的常规打击战斗机,要具有隐身性能、先进航电设备、较低的生命周期和操作成本,以及较高的可靠性和良好的航程、速度和载弹量。美国海军对舰载战斗机的要求与此类似,不过增加了用于低速着舰的大尺寸机翼,以及重型起落架和用于拦阻降落的尾钩。海军在传统上不喜欢单发战斗机,但JAST办公室设法说服海军高层:新飞机将具有很高的可靠性。美国海军陆战队和英国海军希望能有一款具有出色短垂性能的先进攻击机,以便在前沿机场或较小的陆战队两栖攻击舰和英国滑跃甲板航母上操作。JAST还必须能执行次要的防空任务,使用空空导弹进行自卫或保护攻击编队不被敌机击落。高性能虽然可取但不是必需的,该机的机动性被定义为可与现役F-16和F/A-18媲美,最大速度1.5马赫。
洛克希德JAST
所有这些要求的答案就是,研制一款具有基本价格的常规起降型来满足美国空军的,再为美国海军和海军陆战队研制更昂贵的舰载型和短垂型,而且短垂型的性能要与其他两个型号基本相同。这虽然是个非常雄心勃勃的要求,但DARPA(美国国防先进研究计划局)的短垂研究已经表明,短垂技术已经成熟到可以实现这个目标的程度。
1994年5月,项目组被授予了为期六个月的广泛的潜在打击战初步概念探索(CE)研究合同。研究结果表明,一机三型是实现三军任务需求下最经济的方案,三种变形共用一个机体,稍作修改。同年10月,CALF项目合并到JAST项目中,并成为重点;ASTOVL项目也合并进来(短距起飞/垂直降落版是后来才合并进来的)。同时,英国国防部派一名代表参加JAST项目。美国空军型旨在补充F-22的同时取代F-16和A-10,同时英国空军也装备,为常规起降模式;海军陆战队型取代AV-8B和F/A-18C/D,同时皇家海军也装备,为STOVL模式;海军舰载型取代F/A-18E/F,同为常规起降模式。洛克希德ASTOVL概念
经过大量方案论证后,JAST确定为单座单发,虽然双发有利于提高舰载型的安全性,但基于未来技术的发展,研究员认为单发和单座足以满足任务需要。1994年12月22日,JAST项目办公室获得24项概念定义和设计研究合同,收到150份提案,涉及5个领域:武器系统概念、航空电子设备、飞机结构和材料、推进概念/部件、建模,模拟和分析。麦道、诺斯罗普和英国航空航天公司(BAE)联合设计的JAST,STOVL版本采用再热式涡扇和一个辅助升力发动机,机体后部有2个用于STOVL的辅助矢量喷口,因复杂和低效落败。诺斯罗普的JAST继承了CALF的设计,它的STOVL版本原理和麦道、诺斯罗普和BAE设计的JAST相同,同样落败。
1996年,麦道(MDC) 诺斯罗普·格鲁曼(NGC) 英国宇航(BAe)团队提交的设计方案因过于复杂而被淘汰。
1995年春,三个承包商团队都选择了普惠F119发动机的衍生型作为动力。1995年11月,普惠得到合同,初步设计每个变形机的引擎;与此同时, 通用电气(GE)被授予合同,研究F110或YF120发动机能否成为备用发动机。同年底进行了几次国防采办委员会(DAB)级项目评审。1996年,GE选中YF120作为初步设计的原型。同年3月,最终招标书(RFP)发送给承包商,此时JAST已改名联合攻击战斗机(JSF),春季完成了CALF Pase II关键技术验证合同,此后就是JSF的故事了。麦道、诺斯罗普和BAE设计的JAST早期概念(4号方案)继承了ASTOVL的设计,STOVL版本使用气体耦合升力风扇(GCLF),机体后部同样有2个用于STOVL的辅助矢量喷口。
麦克唐纳.道格拉斯的方案,鸭式布局,发动机是YF-120。
1996年3月将JASF计划正式更名为“联合攻击战斗机”JSF(Joint Strike Fighten)。1996年11月16日正式启动了JSF项目。以表明该项目是在发展真正的飞行硬件而不是不切实际的概念研究。鉴于该项目的生产数量将达数千架,所以美国航空航天业界产生了浓厚兴趣,展开激烈竞争,最后三家公司提出了满足JSF要求的方案:
JSF一路走来的经历
麦克唐纳·道格拉斯公司(MDA)、诺斯罗普·格鲁曼公司(NGC)和英国航空航天公司(BAE)合作提出了一种传统的设计,但没有垂尾,只有一组较小上反角的V尾。该方案短垂版本的特点是后机身主发动机两侧具有矢量喷管,在短垂起降中主发尾喷管关闭,两侧矢量喷管打开以提供垂直推力。两个喷管以在飞行中也可以使用,可前后偏转20度以提供矢量推力来增强机动性。短垂型在座舱后方还安装了一台垂直升力发动机,美国空军的常规起降型去掉升力发动机改为油箱来增加航程。美国海军的舰载型具有更大尺寸的机翼以及其他用于上舰操作的设备。
MDA、NGC 、BAE 的 L+L C 动力升力系统
BAE的方案,无尾布局,背部进气。尾部没有喷口
麦道JSF概念
麦道短垂方案
波音公司为自己的JSF方案选择了很不寻常的设计被一些人认为是“及其丑陋”,该机具有光滑的隐身轮廓、三角翼、V型垂尾和机鼻下方的铲状进气口。波音JSF短垂型将发动机前移直机身中部,并在飞机重心下方布置一对矢量升力喷管,在短垂起降中关闭发动机尾喷管,由布置在翼尖的两个姿态控制喷嘴保持平衡,进气口此时前移为发动机提供提供更多的气流。为了获得短垂操作所需推力,波音公司与普惠公司合作继续提高F119加力涡扇发动机的推力。波音的JSF常规起降和舰载型删除了短垂功能来提高燃油容量,由于机翼翼展足够小,舰载型即使在较小的英国航母上操作也无需折叠翼,肥厚的机翼提供了较大燃油容量,保证了该方案的航程。
波音大型动力模型(展示平移整流罩和被阻挡的发动机喷管)
波音推进系统(包括 F119 发动机、滚转喷管、缩放的 F119 风扇、双滚转导管、两个偏航喷管、喷气屏障等)
洛克希德·马丁公司的JSF方案在设计上较为传统,好似该公司F-22的单发型。该机具有高度隐身的外形设计,短垂型的特点是在座舱后方垂直安装了一台升力风扇,由普惠F119发动机通过驱动轴驱动,发动机尾部安装三轴承旋转矢量喷管,垂操作时向下偏转以提供垂直升力,此外在翼根“腋下”还有两个平衡喷管。升力风扇的优势在于最大程度降低了发动机在短垂操作中吸入热废气的可能性,这是困扰短垂飞机的一个普遍问题,会导致发动机推力降低。该机在总体设计上与俄罗斯雅科夫列夫设计局雅克-41“自由式”短垂战斗机相似,其常规起降和舰载型上,升力风扇被油箱代替,此外舰载型还具有较大尺寸的机翼和尾翼。
洛克希德海军陆战队型
洛克希德海军型
1996年波音和洛马公司的方案入围决赛,然后两家公司开始研制验证机。惨遭淘汰对麦道公司而言是一个沉重打击,也是该公司随后被波音收购的原因之一。波音和洛马各制造两架验证机,分别编号为X-32和X-35。
X-32发展脉络
X-32A
X-35发展脉络
X-35A
因为英国很早介入SSF与ASTOVL计划,从JAST也可以看到英国的影子,因此JSF首先吸引了英国的加入。隐身战机的研发成本高昂,即便是财力雄厚的美国也感到压力巨大。为了分摊成本,美国军方灵机一动,提出了众筹的概念,即联合研制。这一提议无疑具有巨大的吸引力,因为各国都面临着更新换代的需求,同时隐身机的复杂性也使得单凭一国难以独立研发。通过联合研制,各国可以充分利用现有技术降低研发费用,同时多国参与也能显著减少建造成本。最终,JSF计划的成本远低于单独研发,这使得各国纷纷选择加入。经过一番协商,共有七个国家最终加入了JSF计划,它们分别是意大利、荷兰、丹麦、挪威、土耳其、澳大利亚和加拿大。
国际合作
参与众筹的各国在F35早期实验机侧面上留下了各自的国旗印记。这些国家根据众筹金额的不同被划分为三个等级:美国作为主导国家,英国以25亿美元的贡献成为一级伙伴,享有全面的参与权和发言权;意大利和荷兰分别投入10亿和8亿美元,被列为二级伙伴,可有限参与特定技术项目。而加拿大、土耳其、澳大利亚、挪威和丹麦,分别投入4.75亿、1.95亿、1.44亿、1.22亿和1.1亿美元,被归为三级伙伴,他们有权获取数据,但在设计方面没有发言权。此外,还有两个特别的安全合作伙伴——以色列和新加坡,共同出资5000万美元。
F35早期实验机侧面上留下了各自的国旗印记
来源:夜鸿羽1