[飞行员报告]中文版“F-35A不能狗斗”报告

2015-07-05 51新闻网

《“F-35A不能狗斗”报告》F-35结论及建议有5点:增加俯仰速率和可用法向过载能向飞行员提供更多的选择,增加迎角起始响应速度。迎角限制区间设置为30度起,增加飞行员的偏航率控制权限。

解释一下为什么说是“F-35A不能狗斗”报告,这是引用事件始作俑者war-is-boring博客的文章标题《Test Pilot Admits the F-35 Can’t Dogfight》。飞行员5页测试报告也来自该博客。https://medium.com/war-is-boring

“F-35A不能狗斗”报告

(非专业翻译,出现错误请不吝指正。感谢双垂尾Luna的技术支持)

F-35A大迎角作战机动 2015年1月14日

测试飞机:F-35A AF-2,测试编号715,飞行编号505,飞机构型10-001B(翼下无外挂),软件版本0.1-v12.006 (R33.1)

“F-35A不能狗斗”报告

测试飞机:F-35A AF-2

“F-35A不能狗斗”报告

参加测试的F-16D Block 40翼下挂两个370加仑副油箱

测试的目的

此次测试的目的是在典型大迎角作战机动中以及使用攻击性操纵杆/脚舵输入对飞机的大迎角控制律进行压力测试。集中评估飞机在动态环境中执行各种指定机动的整体有效性,这些机动包括在10000-30000英尺(3000-9100米)海拔高度范围内的进攻、防守、及中立情景设置下的传统基本战斗机机动(BFM)。飞行品质的标准应该是飞机响应积极且可预测,同时不能出现无关的、意外的、或不可预测的响应。最后根据飞机的大迎角能力、进入低能量状态的表现、以及各种人为因素考量作出定性观察。

测试飞机

F-35A AF-2的弹舱是空的,翼下也没有挂载,软件版本R33.1.5。需要注意的是,F-35A在此次测试时没有可用的CATM(战斗武器培训和维护)训练设备,及可用的任务系统,也没有用于模拟武器发射的控制弹舱门开关的试飞协助系统(FTA)。F-35的头盔显示器(HMD)安装了一个固定在瞄准线上的瞄准,具用于辅助截获/跟踪任务,但头盔没有符号防抖滤镜。目标飞机是一架F-16D Block 40,安装GE-100发动机,翼下挂载两个370加仑(1400升)副油箱,没有挂载CATM设备。除了副油箱用光前法向载荷被限制在7G外,F-16不受其他限制。

任务执行

此次任务遵循海上测试靶场的标准管理作业,还进行了搜索练习来让F-35目视熟悉目标飞机。F-35在22000英尺(6700米)海拔高度/400节(740公里/时)的状态下完成了一次6000英尺(1800米)斜距和3000英尺(910米)高度差的进攻截获/跟踪任务,其余所有测试都是在传统BFM场景设置中进行的,从22000英尺(6700米)海拔高度和440节(814公里/时)进入6000英尺(1800米)或9000英尺(2740米)高度的战斗,以及从20000英尺(6100米)海拔高度和380节(704公里/时)进入3000英尺(910米)高度的战斗。中立交战的起始高度约为18000-20000英尺(5500-6100米),在接下来的战斗中没有速度或高度限制。所有战斗的最低海拔高度限制都为10000英尺(3000米)。两机共进行了17次交战,在不受限制的油门、操纵杆和方向舵输入下,没有超出飞机的过载或其他限制。

“F-35A不能狗斗”报告

评论

下文并未提及某些评论,因为这些评论不是无足轻重就是保密级别较高。建议能让更多飞行员参与此类测试,因为数据收集的效率会远远超过测试描述卡片。

F-35A能量机动性

总体而言,F-35A在视距内空战中最明显的特点就是缺乏能量机动性。F-35A飞行员有2000小时F-15E飞行时间,飞过F-16 30/40/42/50批次,飞过F/A-18F的大迎角机动,并且与上述所有机型以及F-15C进行过异机型BFM交战。

F-35A的能量机动性远不如安装PW-229发动机的F-15E,因为F-35A在机翼更小的同时重量却与F-15E相当,发动机加力推力还低了约15000磅(6800千克)。所以总体而言,F-35只要一使用大迎角能力就会显著降低后续的机动潜力。即使在面对受限制的F-16目标机时,F-35A在每次交战中都处于明显的能量劣势。

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F-35与F-16的一些数据对比

F-35A俯仰速率

俯仰速率的不足进一步恶化了F-35A的能量机动性。随着时间推移,F-35A在空战中与敌机的能量差距也越来越大。在交战中出现了多个在战术上能以损失过多能量换取短暂武器射击窗口的机会,但被飞控控制律所扼杀(并阻碍了射击)。这种情况也发生在刚脱离高度优势占位发起攻击的高能量状态时。尽管飞行员已经向后快速全力拉杆,F-35A在转弯中或进入盘旋时的平均法向载荷只能达到约6.5G或更低,飞机随着能量的消耗而不断减速,直至被限制器限制机动。俯仰速率不足的情况也发生在速度较慢的情况下,如尝试机炮射击时。F-35无法通过向后猛拉杆占位来抓住猝不及防的敌机进行领先追逐(机炮射击三要素:射程包线内,共面,领先追逐),由于机鼻指向速率慢,让敌机能轻易在炮口前溜走。从机炮防御角度来看,缺乏机鼻指向速率也阻碍了F-35逼近敌机,因为敌机在控制区(敌机后方的一片区域,进攻飞行员可在此进行武器射击或其他任何攻击行动)前端附近时甚至也能逐渐拉开距离。

F-35A大迎角

由于存在上述的能量和俯仰速率限制,所以没有令人信服的理由来让F-35A在大迎角状态下进行战斗。这架飞机进入大迎角时会抖振、座舱盖上方气流减弱、全拉杆俯仰无变化的现象。当穿越F-35的转弯圆环(转弯圆环是飞机在空中转弯时穿过的路径)或在3/9线后方观察F-35时,其前缘襟翼可以作为一个额外的目视标志。前缘襟翼看起来似乎不如F-16的显眼,但由于更大的尺寸,使F-35在战斗中较易被敌机察觉。

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F-35在试飞中表现出了极佳的大迎角性能,但能量机动性阻碍了该机在战斗中发挥这一优势

测试人员发现了一种能在大迎角时制造一些进攻机会的战术,而且证明能够被复制。一旦建立起大迎角,长时间满方向舵输入能产生足够快速的偏航率,从而制造足够的航向夹角带来满足导弹发射条件的机鼻指向。

在开始防守时,这种战术似乎比依赖俯仰速率和管理升力矢量与敌机比赛转弯更加有效。但这种战术需要损失能量,必须有足够的能量保证完成机动后的安全高度,而且在进入再次防守前只能获得一个短暂的攻击机会。

简而言之,F-35飞行员决定致力于大迎角交战就意味着战斗失利,除非敌机犯错,否则无法保护自己的3/9线。在这种情况下,F-35A在恢复能量发起进攻方面也要面对极大挑战。

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F-35A大迎角耦合操作区间

F-35A在容易发生耦合操作的区间内的飞行品质(20-26度迎角)既不直接也不值得称赞,这特别令人沮丧。因为在空战中,很明显,这架飞机无论在转弯或建立一个树形/剪刀机动时的迎角就位于这种迎角区间,带来了往往是不可预知的横向/方向控制。

这次测试似乎特别有效地揭示了这个缺陷,因为在此前的大多数测试中,飞行员会时刻注意迎角值(或按照目标迎角值飞行),因此他能预测飞机的响应。但在动态战斗中,飞行员关注的重点是敌机而不是具体迎角值,飞机的横向/方向响应在大迎角耦合操作区间往往就扑朔迷离了。

有多次,F-35A的滚转速率未达预期,或机身中轴偏航率达到预期却出现了航向偏差。在其他一些例子中,随着F-35的迎角落入此区间,飞机的响应也在一同随机动变化。

在一次树形机动中,F-35的抗尾旋逻辑直接导致了这种不可预测性。当时F-35A已经获得了3/9线优势,跟在敌机后方进行机动。飞行员的一次蹬满脚舵输入并没有让飞机做出响应,但几秒钟后,当他放弃之前的操作改为使用操纵杆时,方向舵却偏转了起来。

一旦方向舵输入在一开始遭遇延迟,那么飞控就会尽快重新操作方向舵以完成机动,随之出现了很理想的偏航率,但是这个机动已经被抗尾旋逻辑破坏了。抗尾旋逻辑令人惊讶地强势,由于飞机已经完成了其他大迎角飞行机动,所以抗尾旋逻辑获得了足够的控制权限来消灭偏航率。鉴于方向舵输入的迟钝/渐进或延迟感,所以抗尾旋逻辑是直接、突然、有力的。

也许在防止飞机出现航向偏离的同时应该分给飞行员一些可用权限。

综上所述,看似有价值的改进就是把耦合操作的限制区间调整到至少30度起。

这出于两个原因,第一是保证可预测性。由于这架飞机最佳战斗迎角区间应该是在20度附近,所以就不该在这个区域附近设置大迎角耦合操作的限制。飞行员在25度“大”迎角下不会察觉异样,但在40度会,这也肯定了提高起始迎角的判断。

第二个原因纯粹因为几何学,只是也有助于提高可预测性。在几何上,26度迎角还比较“浅”,因此飞机能对滚转输入做出直接响应,完成一个稳定的轴向滚转,也能在方向舵输入下出现偏航。在数学上,平均耦合(50%)也是发生在30度(sin30),设置成30度似乎也符合飞行员“屁股不离座椅”的感觉。

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F-35A机炮防御

在这次测试中没有发现F-35进行了有效的机炮防御。飞行员根据方位角、能量和逼近情况尝试了多种战术。飞行员尝试通过保持在20度左右迎角区间凭借升力矢量来维持逼近,以及使用方向舵来脱离机动平面,结果就出现了上节所述的不可预测性。

对卸载-滚转-拉起(卸载指操纵杆回中以降低过载)的摆脱机动来说,由于在卸载和拉起时较慢的俯仰速率,结果成为了一个很容易被跟踪的渐进的脱离平面机动。对最低高度和低速摆脱机动来说,大迎角控制是够了,但飞行不能完成有效的运动。

结果就是:尽管F-35努力改变机动轮廓/飞机姿态,但还是无法从敌机准星中摆脱,更大的迎角通常只是形成了一个轮廓更大的目标。

F-35A抖振和跨音速翼下冲(Roll-off,或wing drop)

尽管在F-35项目早期出现了的抖振担忧,但这次任务并没有发现抖振对机动有害。实际上抖振的出现还是有利的,是对能量状态的一个很好的提示,在这点上类似F-15。无论抖振程度如何,敌机处于轴线或离轴位置,头盔显示器的符号都能保持稳定,没有发生抖动。

在F-35向敌机机炮射击时,飞机是低于抖振能量水平的,穿越敌机转弯圆环是向轴线上的敌机发射导弹时,飞机是处于卸载状态的(这名飞行员曾参加过在抖振条件下的头盔显示器可读性测试)。

F-35需要面对的一个更困难的问题就是如何保证头盔显示器机炮准星的精确性,特别是考虑到安装新的“游泳”滤镜(用于降低抖动的一个滤镜)的情况下,但是这超出了本次试验的范围(这架全尺寸发展飞机也没有安装滤镜)。此次F-35A在BFM交战中没有发生翼下冲现象。

F-35A后方视野

对于座舱内部空间而言F-35A的头盔过大,无法让飞行员充分看到飞机后方。有好几次看不见敌机时(并未被座椅遮挡),头盔阻碍了飞行员头部进入一些位置去观察(座椅顶端背后、座椅内侧周围、或升力矢量附近的高处)。也有好几次是座椅挡住了视线。当敌机在高处时,头盔的“帽檐”还经常阻止飞行员发现目标。

每当头盔抵住座舱盖时,飞行员继续努力转动脖子会导致符号偏离眼前。在空战中,头盔显示器报了多起BRST故障(错误代码),这也许是这架全尺寸发展飞机的特例,但不排除生产型飞机发生此问题的可能性。此问题除了造成干扰外,还会通过限制飞行员动作或使符号消失进一步限制武器的使用。

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头盔过大,阻碍了头部的运动

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保持符号显示的精确和稳定也是头盔显示器的一大设计难题

总体而言,飞行员要花费很多体力去转动身体获得目视。飞行员经常要在左转弯中相当费劲地推开大腿外侧的座椅护腿,扭动腰部,还要用一只手搭在撑住座舱盖上才能向后方观察。

发动机集成产品团队(IPT)指出发射这种情况时(左手脱离油门杆),飞机急需的动力往往会被不经意降低(油门阻尼在6点钟位置),也会延误发射干扰弹。除腰部劳损外,头部后仰会使HVI(头盔飞机接口)电缆扭曲成弹簧状,进一步增加颈部肌肉的紧张度,并不是说会不舒服,但飞行员有明显感觉。

头盔显示器的重量不是问题,实际上比传统头盔更舒适。总之,即使F-35A在低于预期法向载荷时,飞行员转动头部也要消耗比预期更大的体力。

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F-35综合警告和提示系统(ICAWS)

除了头盔显示器的BRST故障,INS DEGD(系统定期自检发现INS故障)、SFD ATTITUDE(飞行姿态数据异常)、和HDG DISAGREEs(航向偏差)故障会不时出现,对战斗造成轻微干扰。

F-35A在一次树形机动中试图从敌机上方转换位置时,出现了FUEL FEED TANK(发动机供油油箱)故障,全推杆输入加最大推力产生的俯仰速率远低于预期。这次测试中并没有因飞机子系统的限制而终止任何战斗。

F-35结论及建议

  • F-35在转弯战斗中处于明显的能量劣势,飞行员应迅速明白转弯并不是理想的办法。对于使用武器来说俯仰速率太慢。过载维持在低于限制的水平,暗示机体能有更大的机动性。建议1:增加俯仰速率和可用法向过载能向飞行员提供更多的选择,特别是考虑到固有的高能量损耗率。

  • 虽然该机已经被证明能进行大迎角飞行,但并不能有效击杀或躲避,主要原因还是缺乏能量机动性。也许,通过加快迎角起始加速度,能在交战时选择更大迎角方面获得一些优势。建议2:考虑增加迎角起始响应速度。

  • 大迎角耦合操作区间是不可预测的,主要原因是该区间太接近理想的战斗迎角,而且在该区间飞行对飞行员来说不够直观,因为他把注意力集中在敌机上而不是显示的迎角值上。建议3:考虑把耦合操作的迎角限制区间设置为30度起。

  • 这次和其他大迎角飞行已经证明抗尾旋控制权限过于强大,即便在缓慢和渐进的操纵输入下,抗尾旋响应也是突然的、灵敏的、强大的。建议4:考虑增加飞行员的偏航率控制权限。

  • 头盔显示器和座舱盖构型不利于视觉观察,应该对该组合进行评估,看看是否可以改进。头盔显示器BRST故障会阻碍武器的使用。建议5:提高头盔显示器的瞄准性能以适应动态机动,并考虑为头盔创造更多的运动空间来改善后方视野。

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