[飛行員報告]中文版“F-35A不能狗斗”報告

2015-07-05 51新聞網

《“F-35A不能狗斗”報告》F-35結論及建議有5點:增加俯仰速率和可用法向過載能向飛行員提供更多的選擇,增加迎角起始響應速度。迎角限制區間設置為30度起,增加飛行員的偏航率控制權限。

解釋一下為什么說是“F-35A不能狗斗”報告,這是引用事件始作俑者war-is-boring博客的文章標題《Test Pilot Admits the F-35 Can’t Dogfight》。飛行員5頁測試報告也來自該博客。https://medium.com/war-is-boring

“F-35A不能狗斗”報告

(非專業翻譯,出現錯誤請不吝指正。感謝雙垂尾Luna的技術支持)

F-35A大迎角作戰機動 2015年1月14日

測試飛機:F-35A AF-2,測試編號715,飛行編號505,飛機構型10-001B(翼下無外掛),軟件版本0.1-v12.006 (R33.1)

“F-35A不能狗斗”報告

測試飛機:F-35A AF-2

“F-35A不能狗斗”報告

參加測試的F-16D Block 40翼下掛兩個370加侖副油箱

測試的目的

此次測試的目的是在典型大迎角作戰機動中以及使用攻擊性操縱桿/腳舵輸入對飛機的大迎角控制律進行壓力測試。集中評估飛機在動態環境中執行各種指定機動的整體有效性,這些機動包括在10000-30000英尺(3000-9100米)海拔高度范圍內的進攻、防守、及中立情景設置下的傳統基本戰斗機機動(BFM)。飛行品質的標準應該是飛機響應積極且可預測,同時不能出現無關的、意外的、或不可預測的響應。最后根據飛機的大迎角能力、進入低能量狀態的表現、以及各種人為因素考量作出定性觀察。

測試飛機

F-35A AF-2的彈艙是空的,翼下也沒有掛載,軟件版本R33.1.5。需要注意的是,F-35A在此次測試時沒有可用的CATM(戰斗武器培訓和維護)訓練設備,及可用的任務系統,也沒有用于模擬武器發射的控制彈艙門開關的試飛協助系統(FTA)。F-35的頭盔顯示器(HMD)安裝了一個固定在瞄準線上的瞄準,具用于輔助截獲/跟蹤任務,但頭盔沒有符號防抖濾鏡。目標飛機是一架F-16D Block 40,安裝GE-100發動機,翼下掛載兩個370加侖(1400升)副油箱,沒有掛載CATM設備。除了副油箱用光前法向載荷被限制在7G外,F-16不受其他限制。

任務執行

此次任務遵循海上測試靶場的標準管理作業,還進行了搜索練習來讓F-35目視熟悉目標飛機。F-35在22000英尺(6700米)海拔高度/400節(740公里/時)的狀態下完成了一次6000英尺(1800米)斜距和3000英尺(910米)高度差的進攻截獲/跟蹤任務,其余所有測試都是在傳統BFM場景設置中進行的,從22000英尺(6700米)海拔高度和440節(814公里/時)進入6000英尺(1800米)或9000英尺(2740米)高度的戰斗,以及從20000英尺(6100米)海拔高度和380節(704公里/時)進入3000英尺(910米)高度的戰斗。中立交戰的起始高度約為18000-20000英尺(5500-6100米),在接下來的戰斗中沒有速度或高度限制。所有戰斗的最低海拔高度限制都為10000英尺(3000米)。兩機共進行了17次交戰,在不受限制的油門、操縱桿和方向舵輸入下,沒有超出飛機的過載或其他限制。

“F-35A不能狗斗”報告

評論

下文并未提及某些評論,因為這些評論不是無足輕重就是保密級別較高。建議能讓更多飛行員參與此類測試,因為數據收集的效率會遠遠超過測試描述卡片。

F-35A能量機動性

總體而言,F-35A在視距內空戰中最明顯的特點就是缺乏能量機動性。F-35A飛行員有2000小時F-15E飛行時間,飛過F-16 30/40/42/50批次,飛過F/A-18F的大迎角機動,并且與上述所有機型以及F-15C進行過異機型BFM交戰。

F-35A的能量機動性遠不如安裝PW-229發動機的F-15E,因為F-35A在機翼更小的同時重量卻與F-15E相當,發動機加力推力還低了約15000磅(6800千克)。所以總體而言,F-35只要一使用大迎角能力就會顯著降低后續的機動潛力。即使在面對受限制的F-16目標機時,F-35A在每次交戰中都處于明顯的能量劣勢。

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F-35與F-16的一些數據對比

F-35A俯仰速率

俯仰速率的不足進一步惡化了F-35A的能量機動性。隨著時間推移,F-35A在空戰中與敵機的能量差距也越來越大。在交戰中出現了多個在戰術上能以損失過多能量換取短暫武器射擊窗口的機會,但被飛控控制律所扼殺(并阻礙了射擊)。這種情況也發生在剛脫離高度優勢占位發起攻擊的高能量狀態時。盡管飛行員已經向后快速全力拉桿,F-35A在轉彎中或進入盤旋時的平均法向載荷只能達到約6.5G或更低,飛機隨著能量的消耗而不斷減速,直至被限制器限制機動。俯仰速率不足的情況也發生在速度較慢的情況下,如嘗試機炮射擊時。F-35無法通過向后猛拉桿占位來抓住猝不及防的敵機進行領先追逐(機炮射擊三要素:射程包線內,共面,領先追逐),由于機鼻指向速率慢,讓敵機能輕易在炮口前溜走。從機炮防御角度來看,缺乏機鼻指向速率也阻礙了F-35逼近敵機,因為敵機在控制區(敵機后方的一片區域,進攻飛行員可在此進行武器射擊或其他任何攻擊行動)前端附近時甚至也能逐漸拉開距離。

F-35A大迎角

由于存在上述的能量和俯仰速率限制,所以沒有令人信服的理由來讓F-35A在大迎角狀態下進行戰斗。這架飛機進入大迎角時會抖振、座艙蓋上方氣流減弱、全拉桿俯仰無變化的現象。當穿越F-35的轉彎圓環(轉彎圓環是飛機在空中轉彎時穿過的路徑)或在3/9線后方觀察F-35時,其前緣襟翼可以作為一個額外的目視標志。前緣襟翼看起來似乎不如F-16的顯眼,但由于更大的尺寸,使F-35在戰斗中較易被敵機察覺。

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F-35在試飛中表現出了極佳的大迎角性能,但能量機動性阻礙了該機在戰斗中發揮這一優勢

測試人員發現了一種能在大迎角時制造一些進攻機會的戰術,而且證明能夠被復制。一旦建立起大迎角,長時間滿方向舵輸入能產生足夠快速的偏航率,從而制造足夠的航向夾角帶來滿足導彈發射條件的機鼻指向。

在開始防守時,這種戰術似乎比依賴俯仰速率和管理升力矢量與敵機比賽轉彎更加有效。但這種戰術需要損失能量,必須有足夠的能量保證完成機動后的安全高度,而且在進入再次防守前只能獲得一個短暫的攻擊機會。

簡而言之,F-35飛行員決定致力于大迎角交戰就意味著戰斗失利,除非敵機犯錯,否則無法保護自己的3/9線。在這種情況下,F-35A在恢復能量發起進攻方面也要面對極大挑戰。

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F-35A大迎角耦合操作區間

F-35A在容易發生耦合操作的區間內的飛行品質(20-26度迎角)既不直接也不值得稱贊,這特別令人沮喪。因為在空戰中,很明顯,這架飛機無論在轉彎或建立一個樹形/剪刀機動時的迎角就位于這種迎角區間,帶來了往往是不可預知的橫向/方向控制。

這次測試似乎特別有效地揭示了這個缺陷,因為在此前的大多數測試中,飛行員會時刻注意迎角值(或按照目標迎角值飛行),因此他能預測飛機的響應。但在動態戰斗中,飛行員關注的重點是敵機而不是具體迎角值,飛機的橫向/方向響應在大迎角耦合操作區間往往就撲朔迷離了。

有多次,F-35A的滾轉速率未達預期,或機身中軸偏航率達到預期卻出現了航向偏差。在其他一些例子中,隨著F-35的迎角落入此區間,飛機的響應也在一同隨機動變化。

在一次樹形機動中,F-35的抗尾旋邏輯直接導致了這種不可預測性。當時F-35A已經獲得了3/9線優勢,跟在敵機后方進行機動。飛行員的一次蹬滿腳舵輸入并沒有讓飛機做出響應,但幾秒鐘后,當他放棄之前的操作改為使用操縱桿時,方向舵卻偏轉了起來。

一旦方向舵輸入在一開始遭遇延遲,那么飛控就會盡快重新操作方向舵以完成機動,隨之出現了很理想的偏航率,但是這個機動已經被抗尾旋邏輯破壞了。抗尾旋邏輯令人驚訝地強勢,由于飛機已經完成了其他大迎角飛行機動,所以抗尾旋邏輯獲得了足夠的控制權限來消滅偏航率。鑒于方向舵輸入的遲鈍/漸進或延遲感,所以抗尾旋邏輯是直接、突然、有力的。

也許在防止飛機出現航向偏離的同時應該分給飛行員一些可用權限。

綜上所述,看似有價值的改進就是把耦合操作的限制區間調整到至少30度起。

這出于兩個原因,第一是保證可預測性。由于這架飛機最佳戰斗迎角區間應該是在20度附近,所以就不該在這個區域附近設置大迎角耦合操作的限制。飛行員在25度“大”迎角下不會察覺異樣,但在40度會,這也肯定了提高起始迎角的判斷。

第二個原因純粹因為幾何學,只是也有助于提高可預測性。在幾何上,26度迎角還比較“淺”,因此飛機能對滾轉輸入做出直接響應,完成一個穩定的軸向滾轉,也能在方向舵輸入下出現偏航。在數學上,平均耦合(50%)也是發生在30度(sin30),設置成30度似乎也符合飛行員“屁股不離座椅”的感覺。

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F-35A機炮防御

在這次測試中沒有發現F-35進行了有效的機炮防御。飛行員根據方位角、能量和逼近情況嘗試了多種戰術。飛行員嘗試通過保持在20度左右迎角區間憑借升力矢量來維持逼近,以及使用方向舵來脫離機動平面,結果就出現了上節所述的不可預測性。

對卸載-滾轉-拉起(卸載指操縱桿回中以降低過載)的擺脫機動來說,由于在卸載和拉起時較慢的俯仰速率,結果成為了一個很容易被跟蹤的漸進的脫離平面機動。對最低高度和低速擺脫機動來說,大迎角控制是夠了,但飛行不能完成有效的運動。

結果就是:盡管F-35努力改變機動輪廓/飛機姿態,但還是無法從敵機準星中擺脫,更大的迎角通常只是形成了一個輪廓更大的目標。

F-35A抖振和跨音速翼下沖(Roll-off,或wing drop)

盡管在F-35項目早期出現了的抖振擔憂,但這次任務并沒有發現抖振對機動有害。實際上抖振的出現還是有利的,是對能量狀態的一個很好的提示,在這點上類似F-15。無論抖振程度如何,敵機處于軸線或離軸位置,頭盔顯示器的符號都能保持穩定,沒有發生抖動。

在F-35向敵機機炮射擊時,飛機是低于抖振能量水平的,穿越敵機轉彎圓環是向軸線上的敵機發射導彈時,飛機是處于卸載狀態的(這名飛行員曾參加過在抖振條件下的頭盔顯示器可讀性測試)。

F-35需要面對的一個更困難的問題就是如何保證頭盔顯示器機炮準星的精確性,特別是考慮到安裝新的“游泳”濾鏡(用于降低抖動的一個濾鏡)的情況下,但是這超出了本次試驗的范圍(這架全尺寸發展飛機也沒有安裝濾鏡)。此次F-35A在BFM交戰中沒有發生翼下沖現象。

F-35A后方視野

對于座艙內部空間而言F-35A的頭盔過大,無法讓飛行員充分看到飛機后方。有好幾次看不見敵機時(并未被座椅遮擋),頭盔阻礙了飛行員頭部進入一些位置去觀察(座椅頂端背后、座椅內側周圍、或升力矢量附近的高處)。也有好幾次是座椅擋住了視線。當敵機在高處時,頭盔的“帽檐”還經常阻止飛行員發現目標。

每當頭盔抵住座艙蓋時,飛行員繼續努力轉動脖子會導致符號偏離眼前。在空戰中,頭盔顯示器報了多起BRST故障(錯誤代碼),這也許是這架全尺寸發展飛機的特例,但不排除生產型飛機發生此問題的可能性。此問題除了造成干擾外,還會通過限制飛行員動作或使符號消失進一步限制武器的使用。

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頭盔過大,阻礙了頭部的運動

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保持符號顯示的精確和穩定也是頭盔顯示器的一大設計難題

總體而言,飛行員要花費很多體力去轉動身體獲得目視。飛行員經常要在左轉彎中相當費勁地推開大腿外側的座椅護腿,扭動腰部,還要用一只手搭在撐住座艙蓋上才能向后方觀察。

發動機集成產品團隊(IPT)指出發射這種情況時(左手脫離油門桿),飛機急需的動力往往會被不經意降低(油門阻尼在6點鐘位置),也會延誤發射干擾彈。除腰部勞損外,頭部后仰會使HVI(頭盔飛機接口)電纜扭曲成彈簧狀,進一步增加頸部肌肉的緊張度,并不是說會不舒服,但飛行員有明顯感覺。

頭盔顯示器的重量不是問題,實際上比傳統頭盔更舒適。總之,即使F-35A在低于預期法向載荷時,飛行員轉動頭部也要消耗比預期更大的體力。

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F-35綜合警告和提示系統(ICAWS)

除了頭盔顯示器的BRST故障,INS DEGD(系統定期自檢發現INS故障)、SFD ATTITUDE(飛行姿態數據異常)、和HDG DISAGREEs(航向偏差)故障會不時出現,對戰斗造成輕微干擾。

F-35A在一次樹形機動中試圖從敵機上方轉換位置時,出現了FUEL FEED TANK(發動機供油油箱)故障,全推桿輸入加最大推力產生的俯仰速率遠低于預期。這次測試中并沒有因飛機子系統的限制而終止任何戰斗。

F-35結論及建議

  • F-35在轉彎戰斗中處于明顯的能量劣勢,飛行員應迅速明白轉彎并不是理想的辦法。對于使用武器來說俯仰速率太慢。過載維持在低于限制的水平,暗示機體能有更大的機動性。建議1:增加俯仰速率和可用法向過載能向飛行員提供更多的選擇,特別是考慮到固有的高能量損耗率。

  • 雖然該機已經被證明能進行大迎角飛行,但并不能有效擊殺或躲避,主要原因還是缺乏能量機動性。也許,通過加快迎角起始加速度,能在交戰時選擇更大迎角方面獲得一些優勢。建議2:考慮增加迎角起始響應速度。

  • 大迎角耦合操作區間是不可預測的,主要原因是該區間太接近理想的戰斗迎角,而且在該區間飛行對飛行員來說不夠直觀,因為他把注意力集中在敵機上而不是顯示的迎角值上。建議3:考慮把耦合操作的迎角限制區間設置為30度起。

  • 這次和其他大迎角飛行已經證明抗尾旋控制權限過于強大,即便在緩慢和漸進的操縱輸入下,抗尾旋響應也是突然的、靈敏的、強大的。建議4:考慮增加飛行員的偏航率控制權限。

  • 頭盔顯示器和座艙蓋構型不利于視覺觀察,應該對該組合進行評估,看看是否可以改進。頭盔顯示器BRST故障會阻礙武器的使用。建議5:提高頭盔顯示器的瞄準性能以適應動態機動,并考慮為頭盔創造更多的運動空間來改善后方視野。

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