美國F-117隱形轟炸機

美國F-117隱形轟炸機

F-117“夜鷹”是美國洛克希德公司下屬“臭鼬”工廠的產品。“臭鼬”工廠一直負責美軍絕密航空研製計畫,如U-2、SR-71等。F-117是一種單座戰鬥轟炸機。是世界上第一款完全以隱形技術設計的飛機,它的原型技術直接來源於擁藍(Have Blue)計畫。設計目的是憑隱身性能突破敵火力網,壓制敵防空系統,摧毀嚴密防守的指揮所、戰略要地、工業目標,可執行偵察任務。該機被美軍運用在多次局部戰爭中,取得了諸多重大戰果。目前該機正逐步退出美軍現役部隊。

研發歷程

本世紀60年代末、70年代初是美國軍用飛機(尤其是戰鬥機)發展的高峰。目前美國空、海軍現役的主力戰鬥機,差不多都是那時候研製的,例如F—14F—15F—16戰鬥機均為70年代初問世,只有F/A—18稍晚一點。美國人發展軍用飛機,往往始一種新型號出現後,馬上就開始考慮它的後繼機,有時甚至還要提前。隱形戰鬥機的研製就是從那時候開始萌芽的。後來,美國國防部高級研究計畫局提出了一個稱之為“海弗蘭”的隱形戰鬥機研究計畫,要求有5家主要契約商參加。

起初,洛克希德飛機公司並未被列於這5家之列。原因是說該公司缺少現代戰鬥機的設計經驗。實際上,洛克希德是一個老牌的飛機公司,創始於1916年,先後研製出P—38F—80、F—104、C—130和SR—71等一系列優秀軍用飛機,有些甚至是世界名機。近年來,雖然沒有再搞戰鬥機的研製,但一直在獨立地進行隱形技術的研究。由於洛克希德具有實力,而且在隱形飛機的研究上先行了一步,因此經過努力,終於被擠進了“海費蘭”計畫,並最後在原型機的競爭中獲勝。

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“海弗蘭”計畫始於70年代中期,先搞了兩架小型原型機進行可行性試驗。這兩架小型原型機也叫“海弗蘭”,裝兩台發動機,採用奇特的多面體外形。這種外形設計的依據,主要來源於一個計算飛機雷達反射截面積(RCS)的數學模型。因為計算雷達反射截面積,平面外形比曲面外形要容易些。沒想到這一數學模型真的得到了套用。“海弗蘭”原型機的放大型就是F—117A,1978年由洛克希德“臭鼬工廠”開始研製。研製工作進展順利,1981年6月首飛成功。

1983年10月進入托諾帕試飛基地的第4450戰術大隊服役(現為第37戰術戰鬥機聯隊)。美國空軍共訂購59架,現已全部交付,並無後續採購計畫。59架中有4架分別於1982年、1986年和1987年及1997年墜毀。59架F—l17A飛機總耗資將達66億美元,計畫價格為1.112億美元。

F-117 一共生產了 61 架,2 架預生產型仍然在 410 測試中隊,59 架是生產型。5 架墜毀,其中兩架在 80 年代早期墜毀,另外一架在新墨西哥沙漠,一架在東海岸航空表演時機身結構破壞,飛行員跳傘逃生,還有就是被南聯盟擊落的一架。3 架 F-117 進了博物館,一架在內華達內利斯美國空軍博物館,一架在俄亥俄懷特.彼得森空軍基地,還有一架在臭鼬工廠。

隱身技術

在F-117A的研製中,為了降低風險,採用了許多成熟的技術、部件和設備,例如:F-16戰鬥機的4餘度電傳操縱系統和M362F火控計算機;F/A-18戰鬥機平視顯示器和多功能顯示器,F404發動機;B-52轟炸機裝備的SPN/GEANS慣導系統;以及環控系統、通信及導航設備、液壓附屬檔案和ACESⅡ座椅等。

但在服役後,美國空軍和洛克希德公司立即著手進行全面改進F-117A飛機的工作。主要改進項目有:改裝新的航空電子設備和發動機排氣系統,更換起落架、輪胎及剎車裝置,用複合材料垂尾取代金屬垂尾等。

設計思想

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在F-117的設計中,其外形的設計已不能僅從常規氣動力(如升力和阻力)角度來考慮,而必須把外形與隱形聯繫起來,儘可能做到二者統一。單絕對的空氣動力系統考慮也使該戰鷹喪失了不可彌補的機動性能!它所獨有的外形和朝高速,注定該戰鷹一出世就被各過所關注!但是,由於過多的考慮隱身,所以,飛機的視野非常狹小,再加上雷達的性能不佳,致使該款戰機只有57架!並與2007年徹底停產!前據介紹F—117A飛機的RCS值只有0.001、0.01平方米(沿方位BCS值),比一個飛行員頭盔的RCS值還要小。如此小的RCS值,部分是由於F—117A採用了各種吸波(或透波)材料和表面塗料,但更主要的是由於它採用了獨特的多面體外形。

比如,一般來說地面雷達機載雷達的探測角大都處於飛機軸平面的正負30度範圍之內,所以設計師們把F—117A大部分表面的傾角都設計成大於30度,這樣就可以將雷達波偏轉出去,而避開輻射源。設計師還把F—117A機身表面和轉折處設計成使反射波集中於水平面內的兒個窄波束,而不是象常規飛機那樣全向散射。這樣就能使兩波束之間的“微弱信號”與背景躁聲難以區別。這種波束很窄,以致於雷達不能夠得到足夠連續的回波信號,而難以確定是飛機目標,還是瞬變噪聲。

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在對待一些小部件的設計上,設計師也作了周密考慮。如座艙蓋接縫、起落架艙門和發動機維修艙門,以及機頭處的雷射照射器邊緣都設計成了鋸齒狀嵌板,並讓這些鋸齒邊緣與上述某窄波束方向垂直,這樣其反射汲就不會形成另外的波束,而與該窄被束方向一致。

為了防止雷達波進入進氣口,設計人員除對發動機進行了專門處理外,重點對進氣口進行了特殊設計。進氣口用相距1.5厘米的吸波複合材料格柵禁止起來,以防止雷達波直接照射到具有強反射特性的發動機風扇葉片上。F—l17A的進氣口高約0.6米,完1.5米左右。這么大尺寸的進氣口,一可以繪發動機提供進氣,二可以提供冷卻空氣。冷卻空氣從進氣口旁路通過,在尾噴口處與發動機的排氣混合,然後排出去。這樣做,可大大降低發功機的排氣溫度,減少紅外特徵。此外,F—117A還採用了V形尾翼(全動式)、埋入式武器艙、可伸縮的天線等。總之,這一切都是為了減小飛機的RCS值,達到隱形的目的。

結構特點

美國F-117隱形轟炸機F-117轟炸機空中加油
F—117A是一種高亞音速的戰術飛機,裝兩台F404—GE—FID2渦扇發動機。幾何尺寸與F—15戰鬥機相當。概括起來,F-117A有兩個特點:一是外形奇特,二是機載武器和設備通用性強。F—117A的外形與眾不同,整架飛機幾乎全由直線構成。連機翼和V型尾翼也都採用了沒有曲線的菱形翼型,這在戰鬥機的設計中是前所未有的。對於F—117A的進氣口為“網狀格柵隱蔽”式,尾噴口為沿展向的“開縫”式(也有人稱其為“口琴”式噴口)。沒有採用推力矢量控制技術。兩側發動機短艙—止部裝有輔助進氣口。之所以這樣設計,美國空軍官員解釋說:由於氣流通過格柵式逃氣口會產生壓降,因此發動機效率會有所損失,但在大迎角和側滑飛行的情況下,格柵式進氣口可為發動機提供均勻的氣流。輔助進氣口只在起飛和復飛時打開使用。

F—117A可進行空中加油,加油口位於機身背部。全機乾淨利索,沒有任何明顯的突出物,除了機頭的4個多功能大氣數據探頭外就連天線也設計成可上下伸縮的。此外,座艙益框架、起落架艙門和炸彈艙的邊緣以及機身後部的平面形狀均做成鋸齒形,這些便構成了F—l17A的獨特外形。F—117A的最大重量為23835千克。內部武器艙長4.7米,寬1.75米,可攜帶2枚900千克的BLU—109雷射制導炸彈,也可帶AGM—88A、AGM—6S空對地飛彈和GBU—15炸彈等。這些武器其它多數戰術戰鬥機均可使用。

美國F-117隱形轟炸機電光瞄準系統
F—117A的機載設備也具有很強的通用性,很多都是其它飛機現成或稍加改進就可以:用的東西。其中包括F—16的4餘度電傳操縱系統,C—130的環境控制系統,F—15的剎車裝置,F—15、F—16和A—10的ACES2彈射座椅,以及與其它飛機通用的通信、導航設備和保障系統箋。就連動力裝置也與海軍的F—18具有較高的通用性;這樣做,既可降低成本、減少風險、加快研製進度,同時也易於維護使用。

據美國空軍官員說,F—117的維修勤務與F—15及F—16類似。其維修費用也與其它戰術飛機差不多,只比麥道公司的F—15戰鬥機略高。在飛行訓練方面,F—117A從1983年10月開始裝備部隊以來,已有175名飛行員飛過這種飛機。據說,凡是飛過F—117A飛機的飛行員都認為該機的起飛、著陸和其它飛行性能都不錯。當然,從另一個角度來看,也可以說F—117A並不是什麼都是全新的東西。

武器配置

美國F-117隱形轟炸機AIM-120飛彈
F-117A戰鬥機的所有武器都掛在武器艙中。武器艙長4.7m、寬1.57m,可掛載美國戰術戰鬥機使用的各種武器,如AGM-88A高速反輻射飛彈AGM-65“幼畜”空對地飛彈、907kg口徑的GBU-10/24/27雷射制導炸彈、GBU-15模式滑翔炸彈(光電制導)、B61核炸彈和空對空飛彈等。

火力配置方案包括,1、F-117A掛載兩枚總重約1860kg的907kg口徑的雷射制導炸彈時的作戰半徑為1100km(595nm);

2、F-117A掛載兩枚總重2270kg的GBU-15光電制導炸彈時的作戰半徑為926km(500nm);

3、2枚AIM-9L/M/R“響尾蛇”空對空飛彈和1顆B61核炸彈。

GBU-27/28雷射制導侵徹炸彈,是美國空軍的隱身攻擊機F-117A在1991年的海灣戰爭中,用來攻擊伊拉克地下掩體、指揮中心等堅固目標的新型高效侵徹炸彈。GBU-27/B是“寶石路”ⅢGBU-24雷射制導炸彈的改進型,於80年代中期開始改進,1988年開始進入空軍服役,1991年首次大量用於海灣戰爭,其彈藥消耗量占有限庫存的60%,1992年美國空軍重新訂購1300顆GBU-27/B,以補充其庫存。

動力系統

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F-117的動力系統同樣專門為隱身做了細緻周全的考慮。該機採用兩台GE通用電氣公司的F404-GE-F1D2不加力渦扇發動機,單台推力48千牛(4898公斤)。矩形進氣道配有2.5×1.5厘米的金屬加熱網,可以防冰,更重要的是可減小進入進氣道內的雷達波。輔助進氣門位於同一水平面內靠後一點的地方,部分冷氣繞過發動機與排氣混合進行冷卻。後機身有呈“鴨嘴獸”嘴巴形狀的窄縫發動機噴口,1.65米長,0.10米高,下唇口較長,上面貼有太空梭使用的那種防熱瓦,噴口內有11片垂直的導流片。下邊緣有向後上方翹起的斜板,減弱了機尾後的雷達反射,對紅外輻射也有遮擋作用。

通過與冷空氣的充分混合,排氣溫度僅有66℃,大大提高了紅外隱身效果。埋入式渦扇發動機和特殊的進/排氣裝置,使發動機噪音大為降低,具有一定的聲隱身能力。為減小發動機壓氣機葉片、進氣道和進氣口的雷達反射,進氣口還加裝了複合材料隔柵,其電阻率由內向外漸變,以便與自由空間電磁分部規律匹配。發動機裝有由森德斯特蘭德(Sundstrand)公司研製的空氣渦輪啟動器。在座艙後部有可收放空中加油受油口,在座艙頂部有夜間加油照明燈。此外F-117的內部武器艙可選掛副油箱。

戰爭表現

在1989年空襲巴拿馬行動中,“夜鷹”投擲的是對地攻擊的雷射制導炸彈。

在1991年海灣戰爭中,45架F-117A共執行了1271架次的作戰任務,轟炸了其戰略清單中40%的伊拉克目標,投彈命中率高達85%。

在2003年伊拉克戰爭中,F-117總共發射了109枚制導炸彈,摧毀了大約100個薩達姆部隊的地面目標。

擊落

1999年3月27日,北約南聯盟空襲進人第4輪。20時左右。一架尾翼上編號為AF-82-806的美國空軍的F-117隱形戰鬥機在結束投彈後返航。它呼嘯著飛過南斯拉夫首都貝爾格勒以西洲60公里的布加諾維奇小村時,不知什麼東西從村旁山巒起伏的發射陣地上騰空而起,準確地擊中了這架隱形戰機。被擊中的F-117像挨了一記悶棍一樣,突然間機身一抖,失去平衡,難以控制。飛行員十位老手,他一面控制飛機向西方靠近北約駐義大利基地的方向墜落,以期便於逃生和營救,一方面向美空軍特種部隊的EC-130電子指揮發出遇險信號,當他看到警告跳傘的紅燈頻頻閃爍,並發出了刺耳的警報聲後,才啟動彈射座椅的按鈕,棄機而逃。3月28日,南聯盟電台、電視台及報紙報導了這條震驚美國朝野的爆炸性新聞,各國新聞媒體也為之做了大量的報導。這些傳聞雖然使F-117聲名狼藉,但也使其家喻戶曉。可是不管媒體怎樣炒熱這條新聞,南聯盟始終閉口不淡是用什麼武器擊落F-117的。於是,在世界上流傳著各種說法,有說是老式的SA-3飛彈擊落的。有說是SA-6飛彈擊落的,也有說是被SA-13飛彈擊落的,等等。

退役

美國空軍F-117A夜鷹隱身戰機編隊飛行美國空軍F-117A夜鷹隱身戰機編隊飛行
F-117起初研製的原因是以冷戰作為背景。當年,美國為了使核彈轟炸機突破蘇聯防線,嘗試了各種辦法。具體有兩種:1.戰機低空避開雷達探測入侵;2.研製高空超高音速轟炸機進攻。然而蘇聯人在低,中,高空,分別設定了火炮,飛彈和高空截擊機,幾乎無懈可擊。令美國人大為頭痛。

此時,F-117出現了。獨特的稜角外形加上吸波塗料,使得F-117很難被探測到。這樣,由F-117掛載飛彈第一波摧毀敵軍雷達設施,其後轟炸機就可以長驅直入了。

海灣戰爭F-117作為急先鋒,表現更是出眾,美國軍方大量裝備。可謂“一招鮮,吃遍天”然而F-117作為第一代隱形戰機,技術並不是很成熟。由於主要靠稜角外形反射雷達波,在進攻前都要預先定製進攻飛行路線和角度,一旦有所改變,隱形便告失效。加上空襲南聯盟時,捷克已造出可以探測F-117的雷達,導致一架F-117被擊毀落。

其實,F-117為了隱形犧牲了氣動外形,沒有超音速飛行能力,同樣為了隱形,武器掛載只有兩枚內置對地飛彈,無空戰能力。任何一架二代以上飛機均可致其於死地。此後,美國也加強了隱形戰機研究(後來誕生了F-22、B2)。自9.11美國反恐戰爭以來,F-117終於落得尷尬下場,地方的武裝極為落後,根本沒有探測雷達,也就沒有隱身必要。而且讓一架低速飛行的F-117冒著被敵軍火炮擊落的危險,去用飛彈擊毀沙漠中的一座敵軍帳篷(這已經是敵軍大本營了),實在不格算。

本著實用主義原則,美國空軍於2006年開始逐步退役封存F-117,2006年,首批10架“夜鷹”戰鬥機退役,此後又有27架陸續停飛。至2008年4月21日,F-117A在執行完最後一次任務後,退出現役(這四架F-117A將於2008年11月從新墨西哥州飛往內華達州機場)。至此,F-117服役時間長達27年,第一代隱形戰機就此落下帷幕。

不足之處

F-117雖然是先進的隱身戰鬥轟炸機,但並不是非常徹底的革新設計。例如為降低成本和研製風險,早期的F-117A上採用了大量現有設備,如飛控計算機F-16A/B的,導航系統源自B-52的,發動機來自F/A-18的,起落架為F-15的。但後來洛克西德在美空軍的要求下,逐步提高F-117的性能。

第一階段的工作始於1984年,用IBM公司的AP-102取代了台爾柯公司的M362F計算機,第二階段的改進工作對座艙進行了改進,並加裝了霍尼韋爾公司的多功能顯示器、三維飛控管理系統和活動地圖等。第三階段的改進工作於1992年試飛,機上安裝了新的紅外捕獲與指示系統(IRADS)、霍尼韋爾公司的環形雷射陀螺慣導系統和柯林斯公司的GPS系統。

海灣戰爭後,F-117A深受美國空軍的青睞。之後由於隱身攻擊機A-12計畫的取消,B-2的大量削減,美軍對F-117A更加倚重。F-117有許多缺點,這主要是設計時以隱身性能為首要考慮而造成的。如例如速度慢,機動能力差,這主要是因為機身結構、布局為照顧隱身需要,氣動性能不佳,發動機則推力減小,並且無加力。儘管如此,但作為世界上第一種隱身戰鬥轟炸機,已經“名垂青史”。

戰機參數

美國F-117隱形轟炸機美國F-117隱形轟炸機
機長:20.3米
機高:3.8米
空重:23,625千克
翼展:13.3米
機翼面積(估計):105.90平方米
空機重量(估計):13608千克
最大起飛重量:23814千克
內部武器重量:2268千克
正常最大使用速度:M0.9
起飛速度(正常戰鬥重量):306千米/小時
著陸速度:227千米/小時
作戰半徑(不空中加油,載彈2268千克):1112千米
限制過載: 6g

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