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F-35海空通用很先進?槽點太多實戰能力惹人懷疑

F-35 的研製源自 JSF 計劃,該計劃是由美國 20 世紀 80 年代的「通用低成本輕型戰鬥機」(CALF)和「聯合先進攻擊技術」(JAST)計劃合并演變而來。CALF 計劃主要為海軍陸戰隊研究一種具備短距起飛和垂直降落能力(STOVL)的輕型戰機,替代其使用的 F-16「戰隼」。後來在洛克希德的遊說下,1992 年空軍和海軍陸戰隊同意聯合研製一款具有先進短距起飛和垂直降落能力的通用經濟型輕型戰鬥機,這也是後來 F-35B 和 F-35A 區分的由來。JAST 計劃是美國國防部 1993 年在取消多用途戰鬥機(MRF)、海軍 A-12 及後續 A/F-X 先進攻擊機計劃後提出的一項替代計劃,目標是開發一種三軍通用的聯合攻擊機系列(延續了此前低成本聯合攻擊機JAF三軍通用的思路),替換幾種已經老舊的美製(F-16、A-6、A-10 等)和英制戰機(鷂/海鷂/AV-8B)。考慮到 CALF、JAST、JAF 等計劃相互重疊,1994 年 10 月美國國會將幾項計劃合并到了 JAST 計劃,新計劃將發展一個三種型別的通用飛機家族,包括美國空軍和英國皇家空軍使用的常規起降型(CTOL),美國海軍的艦載型(CV),以及美國海軍陸戰隊和英國皇家海軍使用的 STOVL 型。後續的研究中確定了單發單座基本型的設計思路,海軍曾一度希望設計雙發版本確保可靠性,最後也接受了單發的建議,普?惠的 F119 發動機被定為首選動力,通用電氣的 YF120 作為後備。



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波音的 X-32 與洛克希德的 X-35 具有完全不同的氣動外形和設計思路



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F-35 小批量交付美軍使用

1996 年 3 月,JAST 計劃正式更名為 JSF 計劃,並在 5 月份成為國防部正式採辦項目。同年 11 月 16 日,波音和洛克希德?馬丁公司被選為 JSF 為期 51 個月概念驗證階段的發展商,各自製造兩架驗證機完成三個型別的概念研究,其中波音的研製方案編號 X-32,洛克希德?馬丁的方案編號 X-35。項目同時要求以概念機為基礎研究一套武器系統,以滿足三軍需求,在整個計劃中最為苛刻的一條是要求新機全壽命周期成本低於現役的同類戰鬥機。美國軍方還同意普?惠公司以 F119 為基礎研發一款提高可靠性、可維護性和推力的新發動機,以平衡發動機研發成本(後定型為 F135 發動機)。按照計劃,所有型別的 JSF 戰鬥機都可用同一條生產線製造,使用同一種針對 CV 和 STOVL 優化的發動機,擁有儘可能多的通用部件,並使用通用的支援和維護系統。



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F-35 機體結構中複合材料佔比達到 30%,翼盒採用單塊式結構,與機身集成為一體,同時還採用了大面積整體蒙皮覆蓋


波音和麥道公司簽署了協議合作研發 JSF,1997 年 8 月兩家公司合并,另一方面,諾斯羅普?格魯門和英國宇航公司則加入了洛克希德?馬丁研製小組,兩組在方案設計上存在很大的不同。2000 年 9 月和 10 月 X-32A 和 X-35A 先後實現首飛,經過 10 個月的對比試飛,洛克希德?馬丁的 X-35A 在 2001 年 10 月獲得了最後勝利,贏得了工程製造與發展階段(EMD)合同。客觀地說,波音公司的下頜進氣無尾大三角翼 X-32 方案(包括後期推出的有尾翼方案)在技術上很有特色,但由於在垂直降落方面出現的事故(進氣口吸入前升力噴口的高溫氣流引發高度驟降)暴露了設計缺陷,在空中加油試驗中也出現了漏油情況,加上軍方對其隱身能力和機動性前景不確定性的擔憂,最終導致了競爭失敗。而洛克希德?馬丁相對常規的 X-35 方案和軸傳動升力風扇設計則相對可靠和安全很多,沒有高溫後燃氣吸入發動機的風險,空中加油試驗十分順利,一切表現都相當令人放心,因此決定性地獲得了最後合同。


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洛馬的 STOVL 升力風扇方案採用軸傳動常溫設計,無燃氣吸入風險



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這架 F-35B 正在海上進行垂直著艦試驗


F-35 三個型別在設計上針對不同任務進行優化,其中 A/CTOL 型與其他型通用性最高,達到 80%,B/STOVL 型通用性為 70%,C/CV 型由於結構加強、翼展增大和可摺疊等原因通用性只有 35%。



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F-35C CV 海軍型翼展加大,可摺疊,以減少上艦佔用空間


隱身設計措施方面 F-35 主要技術繼承自 F-22,總體來看設計上既有創新也有折衷讓步,不同之處主要在於:


. 進氣道採用了 DSI 加 S 形進氣道設計,其中進氣道側壁由驗證機的四唇緣改為帶大傾斜角的三唇緣設計,以改善大迎角進氣效率。DSI 設計在隱身方面的特點,主要具有正面和側前方位入射波直射範圍小收集量少,以及結構較輕等優點。但受機身長度制約,F-35 的 S 形進氣道偏短和陡,在進氣道內多次反射吸收的效果方面會略差,前掠唇口也會在前向的行波反射貢獻上稍有不利(由於唇口斜切,行波反射會沿唇口邊緣法線方向散射出去,基本不會回到原入射方向);


. 梯形主翼的後掠角只有 35° 左右,由於側前方 ±35° 方位仍然屬於戰術上威脅較大的方位,從這兩個方位附近入射的雷達波會在翼前緣形成較強的直接鏡面反射。此外,機翼前緣對正前向入射波的鏡面反射偏移角也偏小,可能導致部分反射旁瓣回到原入射方向。按照通常的隱身設計原則,機翼前緣後掠角越大對主要威脅角散射偏移越有利,一般建議超過 40° 以上,以提高對威脅最大的正前-側前方隱身效果;


. 尾噴口設計上,F-35的 CV 和 CTOL 型並未採用類似 F-22 的二元矢量偏轉噴口,估計主要是出於與 STOVL 型保持尾部框架結構通用的原因考慮。為提高後部隱身性能,F-135 發動機的尾噴口採取了有縱向尖拱傾斜面和鋸齒化葉尖等措施,在降低雷達散射的同時,對尾流與冷空氣摻混也有一定效果,有利於較快降低尾流的紅外輻射強度;


. F-35 機身偏短粗,在前機身座艙段(含座艙蓋)、中機身側下部等迎面角偏大,凸截面較多,在控制散射偏轉方向效果上較 F-22 要略差一些,帶升力風扇的 STOVL 型外形影響更大;


. F-35 在複合材料應用比例上比 F-22 更高,達到整機結構的 30% 左右,包括全複合材料一體成形機翼和垂尾等,對降低直接散射和表面行波反射等有利。艦載 CV 型的外形略大,翼展增加了 23%,機翼可摺疊,帶有保形外殼的可彈出著艦尾勾,基於艦載考慮結構作了不少加強,複合材料應用比例略低於其它兩型,結構通用性有明顯下降;


. 機表主要開口縫隙採用了特製的柔性導電材料填充抹平,同時主要活動機構如翼面轉軸接縫部位也採用了柔性導電蒙皮連接,以達到表面導電連續性和遮擋縫隙入口的目的;


. 相對 F-22 的「寶石柱」航電系統架構而言,F-35 的「寶石台」架構綜合水平進一步提高,航電雷達和各類天線孔徑的共用度也提升到了一個全新的水平,按任務需求書要求 F-35 上應至少有 37 種不同類型的天線孔徑,最後經過綜合和共用大幅削減到了 9 個,從而顯著降低了自身輻射暴露和天線被動暴露的概率。


綜合來看,F-35 受限於相對小尺寸下兼顧多軍種任務對結構、機體內容積和外形設計等的制約,其側面和後部外形上的隱身效果有限,結合吸波材料等手段也只能在前向 RCS 特性上較接近 F-22,側面和後向 RCS 特性較 F-22 差,不過綜合起來仍然滿足低可探測性要求。F-35 三種型別 RCS 特性略有不同,常規起降的 CTOL 型外形隱身效果最好,CV 型和 STOVL 型次之。



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F-35 設計配備 HMDS 先進頭盔顯示系統、座艙整體式綜合顯示系統集成度很高



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F-35 機頭下方的綜合光電瞄準系統(EOTS)外罩按隱身需要修形,內部感測器不一定安裝,而是根據型號和任務需要配置,但外罩始終保留


鑒於任務定位和研製時期的不同,在對地攻擊能力、先進感測器和態勢感知能力等方面,F-35 具有 F-22 不可比擬的優勢。但也正因為這方面的原因以及多軍種任務通用的要求,F-35的研製和生產成本始終居高不下,走貨價格在不斷向上攀升。F-35 的 B、C 型 2012 財年採購單價已超過 2 億美元(含配套武器),雖然其機體預期使用壽命較長,但全壽命周期成本仍然顯著高於美軍其他三代或三代改戰機,這與其研製初衷「經濟可承受」的要求顯然已經嚴重背離(根據 2000 年確定的聯合需求文件計劃採購單價最高不超過 3,800 萬美元),同時也會明顯影響其最終採購數量。



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首架交付英國皇家空軍的國際版 F-35B 型隱身戰鬥機


由於其特殊的定位和研製歷程,F-35 自誕生之日起就是一款極富爭議的焦點戰機,除成本和價格問題外,各盟國和客戶對其隱身性能、機動性、武器載荷等方面存在各種質疑。例如澳大利亞對 F-35 的隱身性能、機動性能否有效對抗周邊 Su-35 等表示擔憂,同時也認為其航程不足,難以滿足遠程攻擊任務要求。還有部分國家則對 F-35 內置武器數量較少,尤其空戰模式下只能配備兩枚中程對空導彈表示不滿。此外,有人猜測很可能在美軍使用的機型和英國等其他國家使用的機型上對隱身技術會有所保留,可能存在些微差別(例如隱身材料、塗料等細節差異)。出口型 F-35 的隱身性能實際情況如何尚無法證實,但事實上此前美國政府在許可出口 F-15SE「沉默鷹」時已經有過先例,根據波音 F-15 項目經理瓊斯的說法——「這不是你能夠達到怎樣的隱身水平的問題,而是允許達到怎樣的隱身水平的問題,美國政府控制著這個事情。」 他說:「我們可以根據不同國家來設計不同的隱身水平,我們需要決定在飛機的各個部位做些什麼以達到特定的 RCS 水平,採用什麼樣的技術組合取決於我們要求的 RCS 水平和在什麼部位做。」



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F-35 採用外掛武器方案時隱身性能下降,且武器載荷能力不如 F-15SE「沉默鷹」


在己方掌握制空權並壓制摧毀對方主要防空體系效能的情況下,F-35 可以採取武器外掛的方式遂行攻擊任務擴大戰果,此時對隱身性能的要求已不那麼重要和苛刻。不過在這類任務場景下,特別對武器載荷能力和航程等方面而言,F-35 的潛力顯然還無法與經過隱身改造後的 F-15SE「沉默鷹」相比,但二者在成本上卻存在著明顯差距,這也是一直以來存在的另一個有爭議的話題。


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