三十年霸業(yè)再回首

比較兩型戰(zhàn)斗機(jī)的優(yōu)劣總是會(huì)引起極大的爭(zhēng)議，但“戰(zhàn)果最輝煌的第三代戰(zhàn)斗機(jī)”這一頭銜卻由F-15牢牢占據(jù)。這款外觀保守，以致幾乎見(jiàn)不到所謂“三代機(jī)典型特征”的戰(zhàn)機(jī)，憑借什么成就了長(zhǎng)達(dá)三十年的空中霸業(yè)呢？本文將從技術(shù)角度詳細(xì)解讀。

飛行性能

普遍認(rèn)為第三代戰(zhàn)斗機(jī)的典型特征是大邊條、翼身融合、放寬靜安定性、機(jī)翼自動(dòng)變彎度等等，代表則是F-16和蘇-27。與此形成鮮明對(duì)比的是，F(xiàn)-15并未采用大邊條和放寬靜安定性技術(shù)，甚至放棄了在F-4上應(yīng)用過(guò)的前緣機(jī)動(dòng)增升裝置，僅僅使用了簡(jiǎn)單的前緣錐形扭轉(zhuǎn)。毫無(wú)疑問(wèn)，從所采用氣動(dòng)技術(shù)的先進(jìn)性而言，F(xiàn)-15不如F-16和蘇-27，但我們不妨從近年來(lái)最吸引眼球的大迎角飛行能力開(kāi)始，重新認(rèn)識(shí)一番F(xiàn)-15的能力。

很多人都認(rèn)為“大邊條布局或者鴨式布局才能有優(yōu)秀的大迎角性能”，然而恰恰相反，沒(méi)采用這些技術(shù)的F-15擁有良好的大迎角飛行特性。F-15在1974~1975年間完成失速特性研究，之前出版的飛行手冊(cè)多少限制了飛機(jī)對(duì)稱構(gòu)型的使用迎角和故意進(jìn)行失速、過(guò)失速飛行的行為，但之后關(guān)于F-15的飛行手冊(cè)對(duì)此都不再限制，僅對(duì)載油和外掛不對(duì)稱條件下使用迎角作出規(guī)定，禁止故意進(jìn)入尾旋。

根據(jù)試飛結(jié)論，F(xiàn)-15的低速最大穩(wěn)定迎角為40°，隨飛行馬赫數(shù)提高而降低，在高亞音速到跨音速區(qū)域范圍使用迎角則受抖振強(qiáng)度的限制。F-15大約在8°迎角附近會(huì)發(fā)生輕度抖振，到11°左右發(fā)展為中度抖振，此后抖振強(qiáng)度基本穩(wěn)定。而21°迎角是F-15穩(wěn)定性的Hopf分叉點(diǎn)（在此點(diǎn)，動(dòng)態(tài)系統(tǒng)喪失穩(wěn)定性），在該點(diǎn)附近F-15發(fā)生機(jī)翼?yè)u擺和偏航振蕩，最終在拉滿桿后，穩(wěn)定在大約40°迎角。隨著速度降低，飛機(jī)會(huì)發(fā)生失速。在臨近失速時(shí)，使用方向舵進(jìn)行滾轉(zhuǎn)控制，比依靠副翼有更高的效率。達(dá)到失速迎角后，方向舵和副翼效率均降低。F-15在不對(duì)稱載荷小于5000磅·英尺的構(gòu)型下是抗偏離的，尤其是無(wú)中央副油箱的構(gòu)型極度抗尾旋，在巡航飛行狀態(tài)即滿拉桿，并進(jìn)行全行程的交叉輸入，使得飛機(jī)不至于進(jìn)入尾旋。

到目前為止還沒(méi)有戰(zhàn)例支持大迎角飛行能力可以在格斗中發(fā)揮重要作用。然而大迎角飛行能力可能限制到飛機(jī)的可用升力系數(shù)，從而影響飛機(jī)盤(pán)旋能力的發(fā)揮。F-15在升力特性方面的表現(xiàn)則是低速下在40°迎角可以獲得升力系數(shù)1.6，比風(fēng)洞試驗(yàn)的預(yù)測(cè)高了0.28，與F-16在25°迎角可以獲得的升力系數(shù)相近。但是F-15使用高升力時(shí)需要比較大的迎角，此時(shí)會(huì)發(fā)生比較大范圍的分離，也增加了阻力。

依靠緊湊的總體布局、相對(duì)較大的機(jī)翼面積和很高的重量控制水平，F(xiàn)-15的空重在重型機(jī)里輕到當(dāng)時(shí)難以置信的地步。F-15A型機(jī)使用空重僅為12474千克，到F-15C的生產(chǎn)后期，空重也只有12928千克，即使是MSIP（多階段改進(jìn)項(xiàng)目）之后的F-15C使用空重也僅有13707千克。這個(gè)重量不僅大大低于蘇-27和F-14，也低于F/A-18E/F。本文以12928千克使用空重作為F-15C的重量計(jì)算基準(zhǔn)，這樣在掛載4枚AIM-7中距空空導(dǎo)彈，機(jī)內(nèi)半油（6.5磅/加侖的JP-4燃料）時(shí)，其作戰(zhàn)重量不會(huì)超過(guò)17112千克。

對(duì)于瞬時(shí)盤(pán)旋機(jī)動(dòng)，在跨音速時(shí)，又存在一個(gè)限制機(jī)動(dòng)的氣動(dòng)現(xiàn)象——“加速旋轉(zhuǎn)”，隨著飛機(jī)在跨音速機(jī)動(dòng)中減速，會(huì)突然上仰，產(chǎn)生附加過(guò)載。針對(duì)這一問(wèn)題，很多飛機(jī)的解決方法是在進(jìn)入跨音速范圍后，將過(guò)載限制下降1.5～2g，可保證安全，但限制了飛機(jī)的機(jī)動(dòng)能力。F-15為了充分發(fā)揮機(jī)動(dòng)能力，根據(jù)飛機(jī)的馬赫數(shù)和飛行高度，制定了一套非線性變化的函數(shù)來(lái)限制使用過(guò)載，并隨時(shí)通過(guò)過(guò)載告警系統(tǒng)，用平顯字符和聲音向飛行員提示，在較大的范圍內(nèi)允許飛機(jī)以17010千克重量進(jìn)行9g的飛行，最低過(guò)載限制是9080米高度，速度1.03馬赫時(shí)為7.33g，故當(dāng)過(guò)載告警系統(tǒng)被關(guān)閉時(shí)，F(xiàn)-15被要求不能進(jìn)行超過(guò)7.33g的機(jī)動(dòng)。

F-15C在3050米高度攜帶4枚AIM-7和4枚AIM-9導(dǎo)彈，重量為18186千克時(shí)，關(guān)閉過(guò)載告警系統(tǒng)，過(guò)載限制為7.33g，可計(jì)算F-15在最大瞬時(shí)盤(pán)旋時(shí)升力系數(shù)約為1.44，符合“使用迎角隨速度增加有所下降，配平旋轉(zhuǎn)阻力矩使升力略有損失”的規(guī)律。那么考慮在海平面，飛機(jī)開(kāi)啟過(guò)載告警系統(tǒng)的狀態(tài)，可用迎角提高約2°，升力系數(shù)達(dá)到1.5，可以計(jì)算出F-15C在海平面攜帶50%燃油和4枚AIM-7中距空空導(dǎo)彈的最大瞬時(shí)盤(pán)旋角速度為29.7°/秒。如果不是攜帶AIM-7，而是翼下掛載2枚AIM-9，重量將會(huì)減輕365千克（掛載AIM-9時(shí)增加了翼下掛架的重量），最大瞬時(shí)盤(pán)旋角速度則達(dá)到了30°/秒。這一數(shù)字可能讓人感到驚訝，30°/秒普遍被理解為“幻影”2000這類極低翼載戰(zhàn)斗機(jī)的專長(zhǎng)。

在穩(wěn)定盤(pán)旋方面也許更出人意料，盡管傳統(tǒng)上一般認(rèn)為F-15由于輕得多的翼載荷和較大的推重比而具有優(yōu)勢(shì)，但考慮到飛機(jī)升阻特性、發(fā)動(dòng)機(jī)性能和重量，可以認(rèn)為F-15并不優(yōu)于F-16。造成這一現(xiàn)象的原因主要是F-15的亞音速升阻比不高，歸結(jié)到氣動(dòng)方面，應(yīng)該是沒(méi)有采用前緣增升裝置和自動(dòng)變彎度技術(shù)，僅依靠前緣固定扭轉(zhuǎn)無(wú)法照顧到機(jī)動(dòng)飛行包線。但是回顧美國(guó)空軍第三代戰(zhàn)斗機(jī)的穩(wěn)定盤(pán)旋性能要求，可以發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)重點(diǎn)是中空跨音速區(qū)域，“空戰(zhàn)在這一區(qū)域內(nèi)頻繁發(fā)生”是美國(guó)空軍根據(jù)越南戰(zhàn)爭(zhēng)（導(dǎo)彈時(shí)代的首次大規(guī)?？罩凶鲬?zhàn)）得出的認(rèn)識(shí)。這一區(qū)域內(nèi)，F(xiàn)-15在低空可以達(dá)到9g的結(jié)構(gòu)限制，在中空則可以不受限制地發(fā)揮飛機(jī)的性能，直到6000米以上的高度，F(xiàn)-15都可以享有過(guò)載優(yōu)勢(shì)。

爬升

在爬升方面首先要明確的是，蘇-27改裝了專用于創(chuàng)紀(jì)錄的飛機(jī)П-42，起飛重量明顯小于生產(chǎn)型蘇-27飛機(jī)。同時(shí)，П-42所用發(fā)動(dòng)機(jī)為推力達(dá)到133.25千牛的Р-32，根本沒(méi)批量生產(chǎn)。因此，П-42的爬升紀(jì)錄無(wú)法代表蘇-27的爬升性能。

80年代中期的F-15C可以從比它略輕的TF-15A（后來(lái)改稱F-15B）數(shù)據(jù)來(lái)推算，考慮到F-15B零升阻力較F-15C略大，單位重量剩余功率的下降，忽略僅有數(shù)十磅力量級(jí)的誘導(dǎo)阻力變化。攜帶4枚AIM-7F導(dǎo)彈時(shí)，16900千克的F-15B海平面最大爬升率達(dá)到330米/秒；重量增加到17111千克的F-15C，海平面最大爬升率約為326米/秒。

發(fā)動(dòng)機(jī)

F100系列發(fā)動(dòng)機(jī)存在一個(gè)在平時(shí)被禁止使用的Vmax開(kāi)關(guān)，位于左側(cè)座艙蓋下，由一個(gè)線扎的護(hù)蓋擋住。此開(kāi)關(guān)啟動(dòng)時(shí)，加力燃油流量增加。Vmax狀態(tài)連續(xù)使用時(shí)間不得超過(guò)6分鐘，每次使用須報(bào)告并有地勤檢測(cè)，一個(gè)翻修期的總使用時(shí)間不得超過(guò)60分鐘。在截?fù)糇鲬?zhàn)中，如果F-15的飛行員使用了Vmax狀態(tài)，還可以獲得一些額外的優(yōu)勢(shì)。

航程

F-15C攜帶4枚AIM-7時(shí)的載油系數(shù)約為30.3%，每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)則耗油14.5千克，轉(zhuǎn)速上升時(shí)耗油37千克，滑行耗油10.4千克/分鐘。假設(shè)約滑行5分鐘左右，起飛前總計(jì)耗油227千克，則起飛前總重約18840千克，余油約5882千克。以此初始重量加速至爬升速度，再耗油136千克，按要求在海平面使用最大連續(xù)推力5分鐘，耗油約681千克，前進(jìn)距離約82千米；爬升至13725米，耗油約454千克，前進(jìn)距離約111千米。F-15C巡航初始重量約18023千克，余油4610千克，在最優(yōu)巡航高度13420米，每千克燃油支持的巡航距離約1.23千米。航線余油要求為20分鐘。海平面最大航時(shí)巡航，油耗約545千克，并攜帶5%初始油量著陸。下滑不計(jì)油耗和距離。巡航段可用燃油約3760千克，該段航程約1994千米?？芍狥-15的機(jī)內(nèi)油總航程約為2200千米。

火控

F-15的火控傳感器僅有AN/APG-63雷達(dá)，是最早裝備部隊(duì)的具有高中低脈沖重復(fù)頻率（PRF）的全波形數(shù)字化雷達(dá)，具有作用距離遠(yuǎn)，下視能力強(qiáng)，重量輕的特點(diǎn)，探測(cè)距離約為144千米。這個(gè)數(shù)據(jù)是85%累積檢測(cè)概率下探測(cè)2平方米目標(biāo)。并且AN/APG-63下視探測(cè)距離沒(méi)有明顯下降，是全波形雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)。

蘇-27的火控系統(tǒng)要比F-15多出由光學(xué)雷達(dá)和頭盔目標(biāo)指示系統(tǒng)構(gòu)成的光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)。而且蘇-27的雷達(dá)天線直徑達(dá)到975毫米，重達(dá)550千克，而光學(xué)雷達(dá)ОЛС-27的重量也高達(dá)120千克。這使蘇-27在火控系統(tǒng)的探測(cè)部分重量就達(dá)到了F-15的約3倍。然而在50%檢測(cè)概率時(shí)，РЛПК-27雷達(dá)對(duì)3平方米目標(biāo)的迎頭探測(cè)距離為100千米。也就是說(shuō)，F(xiàn)-15在高得多的檢測(cè)概率下，對(duì)較小的目標(biāo)探測(cè)距離還要高于蘇-27。

蘇-27的火控系統(tǒng)中另一項(xiàng)引人注目的構(gòu)成是頭盔目標(biāo)指示系統(tǒng)НСЦ，可使P-73導(dǎo)彈導(dǎo)引頭隨動(dòng)于飛行員視線，令蘇-27可以在機(jī)頭指向敵機(jī)之前便能鎖定目標(biāo)，取得格斗優(yōu)勢(shì)。但НСЦ因傳感器安裝于平視顯示器兩側(cè)，只能測(cè)量±60°錐角，只能測(cè)量20°/秒以內(nèi)的視線角速度，且頭部附加質(zhì)量為350克。另外，НСЦ性能并未明顯超過(guò)美國(guó)1969年應(yīng)用于海軍F-4J戰(zhàn)斗機(jī)的AN/AVG-8頭盔瞄準(zhǔn)具，只不過(guò)蘇-27裝備可大離軸發(fā)射的Р-73導(dǎo)彈，且本身具有優(yōu)異的機(jī)動(dòng)性，在格斗中依靠НСЦ進(jìn)行大離軸攻擊是一項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。

武器

F-15使用延續(xù)數(shù)十年的AIM-7和AIM-9系列，直到冷戰(zhàn)之后才添加了新的主動(dòng)雷達(dá)制導(dǎo)中距彈AIM-120系列。美國(guó)在空空導(dǎo)彈方面一直堅(jiān)持逐步改進(jìn)既有型號(hào)，形成系列發(fā)展，與蘇聯(lián)為每一代甚至部分型號(hào)飛機(jī)研制新導(dǎo)彈大相徑庭。

F-15A主要使用1976年交付的AIM-7F，主要特點(diǎn)是制導(dǎo)系統(tǒng)引入了脈沖多普勒技術(shù)，可以濾除地雜波的干擾，攻擊約合15米高度的目標(biāo)。同時(shí)它通過(guò)換裝發(fā)動(dòng)機(jī)并提高導(dǎo)引頭檢測(cè)能力，大大提高了導(dǎo)彈的射程，由AIM-7E的50千米陡增為98千米，導(dǎo)引頭在連續(xù)波照射下對(duì)雷達(dá)表面反射面積（RCS）為2平米的目標(biāo)作用距離達(dá)到41千米，對(duì)RCS為5平米的目標(biāo)作用距離更達(dá)60千米。

蘇聯(lián)在Р-27Р導(dǎo)彈開(kāi)始研制時(shí)就已經(jīng)判定其導(dǎo)引頭РГС-27（9Б-1101К）的作用距離無(wú)法達(dá)到AIM-7F的水平。為了突破導(dǎo)引頭距離對(duì)導(dǎo)彈射程的限制，蘇聯(lián)在導(dǎo)引的中段引入了指令制導(dǎo)方式，在導(dǎo)引頭能夠截獲目標(biāo)之前，通過(guò)載機(jī)發(fā)出指令，引導(dǎo)導(dǎo)彈飛向目標(biāo)。這種方式使Р-27Р的發(fā)射距離達(dá)到了與AIM-7F接近的水平，但付出了導(dǎo)彈設(shè)備復(fù)雜，重量增加的代價(jià)，直到80年代中期才完成研制工作。

與Р-27的高技術(shù)低性能不同，蘇聯(lián)Р-73確實(shí)有值得驕傲的資本——在世界上首次實(shí)現(xiàn)了多元非成像紅外導(dǎo)引頭和推力矢量控制。Р-73的導(dǎo)引頭為獨(dú)特的L形布置二元非成像敏感器件，當(dāng)它旋轉(zhuǎn)時(shí)，目標(biāo)輻射依次在兩個(gè)探測(cè)臂上形成信號(hào)，進(jìn)行鑒相處理后，得到目標(biāo)方位信息，大大增加了進(jìn)光量，能夠有效提高對(duì)目標(biāo)能量的利用，同時(shí)使噪聲大幅降低。Р-73的另一特征為兩副擾流片構(gòu)成的推力矢量，用于在發(fā)射初段使導(dǎo)彈能在較低速度下實(shí)現(xiàn)大離軸快速轉(zhuǎn)向。盡管要付出擾流片偏轉(zhuǎn)時(shí)的推力損失，擠占了彈尾空間，但推力矢量對(duì)于近距離纏斗具有重要意義。與AIM-9L相比，Р-73離軸攻擊能力是AIM-9L無(wú)法相比的，而且Р-73最大過(guò)載高達(dá)50g，在對(duì)付高機(jī)動(dòng)性目標(biāo)方面具有很大優(yōu)勢(shì)。

應(yīng)該說(shuō)，Р-73在設(shè)計(jì)理念上很接近美國(guó)70年代研制的AIM-95導(dǎo)彈方案，但美國(guó)從成本和復(fù)雜性出發(fā)，將這一進(jìn)行到試射階段的項(xiàng)目下馬，選擇了相對(duì)保守的AIM-9L導(dǎo)彈。AIM-9L通過(guò)新的銻化銦敏感器件和改進(jìn)氣動(dòng)布局，獲得滿足當(dāng)時(shí)要求的導(dǎo)引頭探測(cè)能力和機(jī)動(dòng)性（馬島戰(zhàn)爭(zhēng)已經(jīng)證明）。盡管AIM-9L導(dǎo)彈很輕，但低阻力彈體設(shè)計(jì)和高效發(fā)動(dòng)機(jī)，可以使它對(duì)約3000米高度以0.9馬赫飛行并作5g逃逸機(jī)動(dòng)的開(kāi)加力目標(biāo)，達(dá)到約8.5千米的最大射程。

電子戰(zhàn)

F-15配備了戰(zhàn)術(shù)電子戰(zhàn)系統(tǒng)，包括AN/ALR-56雷達(dá)告警接收機(jī)、AN/ALQ-135內(nèi)裝式雙模干擾機(jī)、AN/ALE-45干擾物投放設(shè)備和AN/ALQ-128組成。

ALR-56采用了掃描超外差體制，優(yōu)點(diǎn)是可以允許選取高靈敏度，有很高的頻率分辨力，分選信號(hào)的能力非常好。但它的瞬時(shí)帶寬小，需要時(shí)間進(jìn)行頻域掃描，因此對(duì)猝發(fā)信號(hào)的檢測(cè)概率不理想。但這在當(dāng)時(shí)不算缺陷，并且ALR-56包含了獨(dú)立的低頻段接收機(jī)和高頻段接收機(jī)，可以共同工作。ALR-56由可重編程的計(jì)算機(jī)控制，可以根據(jù)威脅條件的變化更新威脅數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)對(duì)抗顯示器向飛行員顯示威脅的方位。檢測(cè)到威脅之后，可以直接控制ALQ-135雙模干擾機(jī)針對(duì)施放有源干擾，或控制ALE-45投放干擾物。

ALQ-128只見(jiàn)于美國(guó)自己使用的F-15，位于左垂尾的頂部，關(guān)于它的信息比較模糊，有“針對(duì)敵我識(shí)別進(jìn)行告警和干擾”的說(shuō)法，也有“多普勒導(dǎo)彈逼近告警雷達(dá)”的說(shuō)法。從它的保密程度看，前一說(shuō)的可能性比較大。

F-15的電子對(duì)抗系統(tǒng)在70年代居于領(lǐng)先地位，在80年代足以對(duì)付已知威脅，遠(yuǎn)優(yōu)于蘇聯(lián)同期水平。

可靠性

F-15有過(guò)一個(gè)流傳甚廣的綽號(hào)——“機(jī)庫(kù)皇后”，給人留下了“高故障、難維護(hù)”的印象。然而事實(shí)上這僅是F-15A剛剛開(kāi)始服役的幾年，航電設(shè)備處于完善階段，故障較多，發(fā)動(dòng)機(jī)飽受懸掛失速問(wèn)題和耐久性問(wèn)題的困擾。

通過(guò)努力，在服役4年后的1979年，F(xiàn)-15完全任務(wù)完好率達(dá)到與當(dāng)時(shí)空軍的主力F-4E相當(dāng)，在1981年超過(guò)了F-4E，成為空軍可靠性最高的戰(zhàn)斗機(jī)。在這一過(guò)程中，F(xiàn)-15機(jī)隊(duì)的平均故障間隔飛行小時(shí)數(shù)由0.68增長(zhǎng)到1.68，其中F-15C/D機(jī)隊(duì)達(dá)到1.85，而較新生產(chǎn)的F-15C/D Block24~26和27~29分別達(dá)到了2.49和3.31。F-15A/B機(jī)隊(duì)的每飛行小時(shí)維護(hù)工時(shí)穩(wěn)定在22個(gè)，F(xiàn)-15C/D則是17.4個(gè)，達(dá)到了以高可靠性著稱的F/A-18的水平。

結(jié)語(yǔ)

隨著時(shí)間推移，我們對(duì)一型飛機(jī)所能獲得的信息越來(lái)越全面，對(duì)其進(jìn)行全面評(píng)價(jià)的可能性逐漸提高，所得到的結(jié)論很可能與初期零星信息的推測(cè)差異不小。對(duì)于仍在役的成熟型號(hào)，研究分析不應(yīng)因循過(guò)去的既有信息，而應(yīng)根據(jù)目前已有的信息加以更新，不斷深化認(rèn)識(shí)。F-15從“機(jī)庫(kù)皇后”和“不浪費(fèi)一磅重量到對(duì)地”，發(fā)展到現(xiàn)在的“全能多面手”，外界對(duì)它的認(rèn)識(shí)過(guò)程變化，可以對(duì)我們研究軍事提供直觀啟示。