大黄蜂

世界传奇战机,美国FA18发展史上

发布时间:2023/4/21 16:59:40   

本文仅提及F/A-18发展史,其中的服役历程、战绩并未提及,如有需求请自行找寻资料

F/A-18发展史(上)

F/A-18大黄蜂家族在二十一世纪的现代,无疑是美国海军最为倚重之打击武力,但凡空优、对地、电战一手包办,堪称最为优秀的多面手,在EA-6B退役后,将成为美国海军航舰战斗群中,唯一的战斗机、攻击机。

而这款优异战机的身世,得从一九六零年代,诺斯洛普的杰作机:F-5A讲起。

(我国的F-5E虎二式,YF-17即依据本机所研改)

一九六二年,诺斯洛普的N-F构型正式定型号为F-5A,将做为军援盟国的低成本出口战机,正式揭开F-5家族光荣历史的序幕。

然而,N-构型的传奇并未结束,诺斯洛普持续精进F-5A/B,提出更先进的改良型,即日后的F-5E,在一九六六年提出一个以F-5E为基础全面研改的新构型:N-。

N-构型比起F-5E,机身更加修长,同样具有低置渐缩翼与翼前缘延伸板,并将两具发动机更换为单具推力九千磅的J1A1涡轮喷射引擎,推力有显著提升。

(P-构型早期型,可见进气口还有冲压锥)

时至一九六七年,N-构型演变成另一新构型,P-,该构型最初仍与F-5A相同,采双发单垂尾,但具有更大面积的翼前缘延伸板,同时改为上置渐缩翼,动力来源改采通用电气公司的J1A5涡轮扇叶引擎,该引擎是取用F核心技术研改而来,为一具低旁通比涡轮扇叶发动机,但也因低旁通比的特性,有时被视为涡轮喷射发动机。

持续精进的P-构型在一九六八年将单垂尾改成双垂尾构型,水平尾翼进一步放大面积,双垂尾构型与大面积翼前缘延伸板使P-拥有极佳的高攻角性能,同时左右方向的静稳定性、操作性能皆大幅提高,直至一九七零年,P-构型具备向外倾斜十八度的双垂尾、面积放大的水平尾翼,主翼面积是F-5A的两倍以上,大面积的翼前缘延伸板使其在超过五十度攻角仍能稳地定的控制战机。

但因诺斯洛普认为,一九六零年代的线传飞控系统未臻成熟,决定持续采用传统的液压控制,而非先进的线传飞控系统。

P-瞄准使用F-、F-5A/B的诸多使用国,意图取得大笔订单,其概念模型曾参加一九七一年的巴黎航展,可惜的是乏人问津。

P-构型曾衍生出单发动机的P-,以降低成本,但构型尚未规画完成,计画领导人便去世,故而放弃该计

画。

(P-构型即是YF-17)

一九七一年,诺斯洛普推出P-构型,为P-构型的改良版,引进线传飞控系统,并将许多结构重新设计,材料改用石墨纤维复合材料,而两具发动机采YJ-GE-(注)涡轮扇叶引擎,单具后燃推力高达一万五千磅。

随着一九七二年一月六日,美国空军提出轻型战斗机计画(LightWeightFighter,LWF)向国内各大厂商招标与F-15低端搭配的轻型战机,诺斯洛普以P-迎战通用动力、洛克希德、沃特、波音等各大厂提出的战机计画,最终杀出一条血路,美国空军选择了通用动力的Model-16B(即日后YF-16)与诺斯洛普P-各生产两架原型机做为技术验证,原型机在试飞中的表现将决定最后由谁夺下LWF这笔大单。

注:YJ为一具涡扇发动机却仍使用涡轮喷射发动机的J字头编号,其实隐含诺斯洛普的小心机,意图以此混淆,使其他国家认为这是较为便宜的涡轮喷射发动机

(YF-17性能不俗,但仍败于F-16)

一九七三年,由P-再精进的YF-17正式定型,所生产的原型机在隔年六月二十一首飞,此时,其竞争对手YF-16已首飞四个多月,第二架原型机也在一个多月前首飞,YF-17的试飞进度大幅落后于YF-16。

YF-17首飞三个月后,因欧洲的F-使用国需要一款能取代F-的战机,以及其牵涉的庞大利益,军方决议将LWF案更名为空战战斗机计画(AirCombatFighter,ACF),将来可能用户包含使用F-在内的十多个北约国家的ACF案被学者冠以「世纪军火交易」之名,来代表其庞大的利益。

除此之外,美国海军航空队所提出的VFAX案----同样是要找寻重型战机的低端辅助----也在国会的压力之下,改名为海军空战战斗机计画(NavyAirCombatFighter,NACF),与空军ACF案合并,胜出者不但能夺下空军的订单,更有望取得海军订单,设计出舰载型,借此踏足舰载机市场。

但诺斯洛普与通用动力对于舰载机设计经验都是一片空白,如不找一家具有丰富经验的公司合作,舰载型恐怕难以出世。

于是,诺斯洛普找上具有丰富舰载机设计经验的麦克唐纳道格拉斯(下文简称麦道)合作,该公司曾生产数款舰载机,目前仍居美国喷射机产量第二的幽灵二式(PhantomII)便为该公司产品。

两家公司达成协议,麦道为舰载机版本的主承包商,而诺斯洛普则为陆基版主承包商。

通用动力则找上LTV,发展出YF-16舰载版。

经过约数个月之久的测试,一九七五年一月十三日,美国空军部长宣布YF-16夺下ACF案的大单,YF-16被认为在穿音速机动性显著胜过YF-17,同时具备优异的加速性、爬升率、持续转弯性能等,最重要的是,YF-16成本较YF-17为低,所使用的F也能和F-15共通,简化后勤。

尽管YF-17不幸落败,但也有几点是不容否认的,YF-17在较低速度的机动性胜于YF-16,高攻角性能将YF-16远远抛在后头,甚至能做出眼镜蛇机动(注)----此时较一九八九年巴黎航展上,苏恺二十七做出眼镜蛇机动还早了整整十四年之多,双发动机的安全性亦是较YF-16为高,但伴随安全性的是较高的维护成本。

注:YF-17的眼镜蛇机动只能拉到90度角,整体而言并不如Su-27

(YF-16尔后持续发展,成为二十世纪末、二十一世纪初最畅销的轻型战机;图为希腊空军的F-16C/DBlock52)

YF-17在一九七五年的ACF竞标案中败给YF-16,正当山穷水尽疑无路时,柳暗花明又一村,向来与空军是死对头的美国海军航空队虽被迫同意延用ACF案中胜出的战机为NACF案的胜出者,用以辅助F-14、汰换F-4与A-7,但军种情结作祟使海军极为不愿意采用空军ACF案的YF-16。

再加上YF-17的双发特性使其在航舰上具有更加优秀的安全性,海军最终选择了诺斯洛普/麦道团队的方案最为低端战机,在一九七五年宣布由诺斯洛普/麦道团队夺下NACF案,军用编号为F-18,海军于一九七七年三月一日将之命名为大黄蜂。

诺斯洛普与麦道开始合作研改YF-17,因应海军的需求,F-18除了最基本的航舰起降应有之安全性外,F-18尚需具备发射AIM-7之能力,故选择休斯公司的AN/APG-65雷达,该雷达除可导引AIM-7外,尚具备优异之俯视能力,对于对地攻击为一大利多。

(F-4也是F-18汰换的对象之一

因要取代对地攻击能力优秀的F-4、A-7等机,麦道与诺斯洛普分别推出空战型的F-18和攻击机型的A-18,两种共通性极高,差别仅在于A-18座舱内有一具移动式地图显示器,挂载AIM-7的半埋式挂架不挂AIM-7,改挂标定夹舱。

由于只消更换航电设备便可将战斗机改成攻击机以及两机极高的共通性,F-18和A-18合称F/A-18,最低成本内同时拥有对地攻击能力及空战能量。

(F/A-18A座舱采玻璃化设计,飞行员可快速取得飞行资讯,减轻负担)

改良后的F/A-18A/B基本气动布局与YF-17相去不远,保留后者的双发、双垂尾、大面积翼前缘延伸板等特点,但机身大幅强化、起落架扩大,以符合航舰起降之需求,主翼增设折叠功能,可减少战机在航舰上所占用的空间。

为了满足海军对F/A-18航程的要求,F/A-18将机身后段加宽十点一六毫米,发动机稍微外移,将机背增高,使其内载油箱空间被放大到四千四百六十磅,但尽管如此,F/A-18作战半径仍只有七百四十公里(四百海浬)。

航电系统方面,F/A-18引进先进的玻璃化座舱,以阴极射线管(CathodeRayTube,CRT)萤幕取代传统仪表,四余裕度数位线传飞控系统有效提高战机控制性能。

试飞过程中,F/A-18也发现不少缺点,例如滚转率不如海军所要求,对此,诺斯洛普与麦道将翼展长度增长零点七六公尺,并在主翼前缘增加锯齿状,有效改进F/A-18的滚转率,但量产型F/A-18A受F-18L影响,取消了犬齿状主翼。

(量产型的F/A-18A取消了犬齿状主翼设计,这项设计一直到F/A-18E/F才重新出现在世人眼前)

除滚转率未达标,最为致命的还是翼前缘延伸板在高攻角飞行产生的涡流,在通过主翼后溃散,溃散后的气流影响垂直尾翼,致使振颤现象产生,严重影响飞安。

工程师们决定在翼前缘延伸板上装设一对折流板,方解决此一问题。

(F引擎是一款优秀的中推力引擎,并有衍生出F、F等型号。我国的IDF第二批次原亦有可能采用该引擎的衍生型YJ-SF)

经过上述改进,F/A-18空重增至一万一千多公斤,比起YF-17多增加了四千五百公斤的重量,所幸YF-17所采用的YJ经过推力提升,可有效应付急速上升的数字,经过推力提升的YJ改型号为F,往后F/A-18家族皆使用F族系之引擎。

值得一提的是,F/A-18机身大量采用复合材料,使重量有效降低、强度不减,F/A-18也因此在服役时获得塑胶虫的绰号。

第一架全规模开发实验机(FSD)F/A-18在一九七八年九月十三日出厂,于十一月八日在海军圣路易斯兰伯特航空站首飞,试飞员认为大黄蜂非常容易操控且稳定。

一九七九年十月三号,F/A-18开始投入美国号航空母舰(CV-66)测试,经漫长的测试,F/A-18做出包含上文曾提及的增长主翼翼展、翼前缘延伸板增设折流板等。

但试飞发现的问题也导致F/A-18成本上涨,到最后,F/A-18的成本甚至逼近其所辅助的F-14,海军与海军陆战队不得不将订购架数削减至一千一百五十七架。

(F/A-18B主要用于训练任务)

F/A-18所推出的双座战斗教练机型号最早为TF-18A,尔后改作F/A-18B,具备单座型的一切作战能力,可协助完成喷射机训练的飞行员熟悉大黄蜂的操作。但因为双座型之故,F/A-18B内载燃油量减少百分之六。

一九八三年一月七日,F/A-18正式服役,揭开其在美国海军传奇的序幕。

F-18夺下NACF案后,麦道与诺斯洛普随即展开细部设计,于此同时,两家公司将眼光投向外销市场。

做为一款舰载机,F-18潜在客户仅有具备弹射器的法国海军,多出的可折叠主翼、弹射钩等舰载机必备零件对于仅有陆基操作需求的各国空军而言无疑是累赘,多出的重量将拖累大黄蜂的空战性能。

洞察到这点,诺斯洛认为简化过的陆基版F-18有望凭借F-16所欠缺的BVR能力在外销市场打出一片天,空战性能也将比F-18A有所提升。

于是,诺斯洛普开始与麦道协议F-18陆基型的发展,编号为F-18L,两家公司最后以诺斯洛普让出F-18L百分之四十的分包权为条件,取得F-18A的部分专利技术。

在F/A-18A吸引力不大、F-16仍有部分国家未购买的情况下,具有BVR作战能力与双发动机安全性的F-18L对许多国家来说想必是十分有吸引力的,诺斯洛普也因此乐观的估计F-18L将会有千架以上的外销市场。

仿佛是像证实诺斯洛普的乐观,在计画开始没多久,伊朗巴勒维王朝便向表达采购两百五十架该款机型的意愿,并提供所需的八百万美元,该计画最后虽因美国政府反对而告吹,但加强了诺斯洛普的信心。

诺斯洛普就这样,怀抱着过度的乐观,开始设计F-18L。

(F-18L废除了可折叠主翼等舰上操作设施,以及一连串的改进,使该机空重下降一千多公斤)

一九七六年春天,诺斯洛普开始F-18L的设计工作,主要是更换只有在航舰上操作才需要的各项零件,以降低机身重量。

对于一架陆基操作的战斗机而言,F/A-18A的可折叠主翼绝对是多余之物,可节省空间的优点对于停放于机堡的战机而言毫无用武之地,却又徒增重量。

F/A-18A上装设的弹射钩是为了从航舰上弹射起飞所装设,结构、强度较高,相对的重量比起陆基战机的捕捉钩为重,虽有优点,但这优点对于陆基战机而言,仍不足以牺牲部分空战能力。

综合上述两点,弹射钩与折叠主翼成了诺斯洛普率先砍去的结构,少去折叠主翼的F-18L主翼具有更佳的强度、翼稍与翼下挂架皆可外挂AIM-7,捕捉钩加上起落架的更换都降低机体空重,除此之外,F-18L略微削减机身的纵梁与部分隔框厚度,增加内部空间,可用于放置新的航电、以及增加内载燃料空间。

除了汰换掉徒增无用重量的零件,F-18L气动布局也进行优化工作,将较为复杂的开缝式副翼、后缘开缝式襟翼以襟副翼取代,并透过线传飞控系统提升低空高速的操作性、滚转率等,同时可下打至垂直位置的襟副翼刹车效果获得提升,配合自动襟翼下打角度的改变,有效提升降落安全性能。

F-18L在设计最后阶段取消F-18A的锯齿状主翼,代以类似YF-17的设计,返场降落、高攻角控制能力等都有所提升,意外的使F-18A跟着F-18L的步伐取消锯齿状主翼。

同时,F-18L取消进气道两侧的半埋式挂架,改以两翼外侧各增加一个挂架取代,挂架则自海军型号改为空军标准型号,外挂能力大幅改善,阻力降低许多。

为了符合未来空战需求,F-18L也将机身可承受的最大G限提升至9G,除机腹中线挂点有外挂时无法承受7.5G外,F-18L多数时皆可承受9G机动。

而F-18L也取消了F-18A的加油管设计,改用空军的六百一十加仑大型副油箱,此外还有三百加仑、四百五十加仑可选。

(F-18L仍沿用可导引AIM-7的APG-65,但顾客也可选用APG-66)

F-18L的航电系统多仍沿袭F/A-18,如雷达仍旧使用APG-65,可执行多种任务,但同时,诺斯洛普也提出APG-66、其他电子干扰系统、无线电设备,供客户选配。

对应改为陆基型,F-18L将海军所用的NACES弹射椅改为马丁贝克US10V弹射椅,后者不似前者,具有海上救生设备。

经过零件更换、减少不必要的重量,以及航电变更后,F-18L空重自F-18A的九千九百零一公斤大幅下降,依客户选配的不同,可下降九百九十七公斤到一千一百七十九公斤左右,因空重的下降与气动布局的再改善,F-18L推重比、回转率、穿音速加速性皆有所提升,加上每小时燃油消耗率有所降低,油箱尺寸加大,航程及酬载量提升达百分之四十,甚至一倍之多,各方面性能皆有所改善。

自F-18A研改的F-18L虽更动许多零件,但诺斯洛普仍声称该机与F-18A有百分之六十的零件共通性,高价值零件共通性则有百分之八十之多,但预期造价比F-18A低百分之二十,因机构各方面有所简化,维护成本也降低许多。

(一九七零年代末加拿大空军的战机标案诺斯洛普势在必得,甚至将一架YF-17原型机漆上加拿大国徽、送往该国展示)

很显然地,F-18L比起F-18A有诸多优势,诺斯洛普也对该机信心满满,积极参与其他国家战机采购案。

然而,诺斯洛普很快地便发现,他们最大的敌人并非F-16,而是系出同源的麦道F/A-18。

一九七七年三月,加拿大空军积极寻找接替CF-5、F-、CF-等旧式战机的新一代战机,基于加拿大空军在战时需要飞越大西洋驰援盟友,飞过大西洋时的安全性极为重要,故而双发动机的F-18极具吸引力。

这是第一次,F-18A和F-18L正面冲突,陆基型的F-18L显然更佳优秀,不论是机动性、航程、成本等,诺斯洛普也将这笔订单视为囊中物,将一架YF-17漆上加拿大空军徽帜,自费送往当地做展示飞行。

诺斯洛普积极为F-18L外销准备,麦道亦不落人后,积极推销F-18A。

(漆上加拿大国旗的YF-17。F-18L最终还是未能夺下订单)

但F-18A最后还是在一九八零年夺下这笔订单,使F-18L铩羽而归。

F-18L确实具有许多优势,惟数量太少,比起美国海军大规模采用的F-18A,采用F-18L得冒更大风险,故而F-18A性能不如F-18L、多出许多不必要零件,加拿大空军仍宁可采用F-18A,而非F-18L。

在加拿大一役发生的自家人打自家人,让诺斯洛普很快理解F-18L最大的敌人便是系出同源的F-18A,而这违反了当初两家公司协:由麦道统筹国内海军市场、诺斯洛普负责外销。

两家公司很快打起官司,一九七九年十月,诺斯洛普向法院提告,开始长达五年多的官司,期间F-18L先后在加拿大、澳洲、西班牙惨遭滑铁卢,被F-18A夺去订单,最后在一九八五年诺斯洛普忍痛同意麦道以五千万美金买断该机设计,放弃F-18L,就此退居F-18系列首要次承包商,也退出战机设计市场。

任何一款成功的战机绝不可能只有一种型号,而是会随着时光推出各式改良型号,以取代过去较为落后的早期型。

F/A-18无疑是这样一款战机,各方面优秀的能力证明他为一优异多面手,各种任务都胜任愉快,在空战方面,F/A-18A于演习时往往都能抢占F-14后半球、死咬雄猫不放,而取代A-7及F-4,更是证明其对地攻击能力,唯一美中不足的是F/A-18作战半径仅有七百多公里。

(瑞士空军的F/A-18C/D)

F/A-18的表现令美国海军迫不急待的要求麦道在F/A-18A基础上继续精进,推出更加先进的型号,即F/A-18C/D,用以取代原有的F/A-18A。

F/A-18C/D主要更换航电系统、加强对地攻击能力等,将任务电脑、汇流排更新,改用改良过的零零弹射椅,并能发射新式的主动雷达导引飞弹AIM-、红外线导引式的AGM-65等,由于系统更动幅度不大,只能从所部份多出的天线判断。

一九八七年九月三日,F/A-18C/D首飞,不久便开始量产,由VFA-25、VFA-两支联队首先换装,一九八九年后出厂的F/A-18可外挂各式红外线标定夹舱(如AAR-50、AAS-39等),使F/A-18C/D具备夜间攻击能力,,多出的此一能力使其获得「夜攻黄蜂」的外号。

一九九二年后的F/A-18则多出外挂雷射标定夹舱的能力,可引导雷射导引炸弹,使性能再向上提升。



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