以色列视角下的武器:“狮”式战斗机的发展和经验 (4)

综合航空电子系统是“狮”式战斗机研制项目中的亮点,也是“狮”式战斗机研制项目中以色列自己完全可以掌握的唯一组成部分。

航空电子系统的研制是以色列国防工业中的一个强项,以色列先后为“狮”式战斗机项目发展了多种先进火力控制雷达。“狮”式战斗机早期计划采用的雷达是EL/M-2021B脉冲多普勒多功能火力控制雷达,EL/M-2021B雷达在1986年开始进行空中试验后就被更先进的EL/M-2035雷达所取代。EL/M-2021B雷达为第二代相参脉冲多普勒火力控制雷达,雷达工作在I/J波段,峰值功率3KW,重量120公斤,采用了卡塞格伦天线,故障间隔时间可以达到100小时。EL/M-2021B雷达在对空作战时具有边扫描边跟踪和自动截获的功能,在执行空对面作战任务时可以对目标进行测距,并且可以采用普勒波束锐化的形式工作在地形测绘状态。EL/M-2021B脉冲多普勒多功能火力控制雷达还可以进行海上动目标显示,并且在低空突防中还能够进行地形跟随和地形回避,能够确保“狮”式战斗机具有可靠的全天候作战和低空突防能力。

以色列在EL/M-2021B之后还继续发展了可配装到“狮”式战斗机上的EL/M-2035脉冲多普勒多功能火力控制雷达,EL/M-2035脉冲多普勒雷达是EL/M-2021B雷达的现代化改进型,在1987年的巴黎航空展上首次公开。EL/M-2035脉冲多普勒雷达工作在X波段,采用了平板缝阵天线雷达和气体冷却。雷达最大功率4KW,对于典型战斗机目标的跟踪距离为47公里。EL/M-2035脉冲多普勒雷达在对空作战时具有边扫描边跟踪、具有上、下视能力的边扫描边测距、单目标自动跟踪、空中态势判断等功能;在空-地任务时可以进行空地测距、动目标显示、真实波束地形测绘、多普勒波束锐化、搜索和地形回避功能。在“狮”式战斗机项目终止后,EL/M-2035脉冲多普勒雷达的一台样机还进行了较长时间的试验工作,并且对将EL/M-2035脉冲多普勒雷达装备到其他战斗机上进行了研究和试验。

“狮”式战斗机采用了以色列Elta公司研制的以分布式计算机网络连接的全数字自动化电子对抗系统,通过计算机网络系统可以在大范围内对资源实现最佳工作分配状态。一个综合化的ESM/ECM计算机控制系统能够对辐射源进行自动识别并且指挥主动对抗系统进行应答式干扰。采用分布式计算机系统可以保证“狮”式战斗机的电子对抗系统具有很高的反应能力和可靠性。电子对抗系统的核心传感器是一组先进的雷达告警接收机(RWR),雷达告警接收机可以在飞机同时受到空中战斗机、地面防空导弹、高射炮火力控制雷达和和预警雷达密集扫描的复杂电子环境中分拣出对本机具有威胁的辐射源方位,接收机可以在全方位以高灵敏度感受到单脉冲、多普勒和连续波信号,并且可以自动对威胁排序并消除虚警影响。

任务计算机(MC)是一部可在外场对存储器进行修改的机载通用计算机,任务计算机(MC)采用了超大规模集成电路和模块化设计,任务计算机软件系统中储存有自卫程序,可以自动控制综合电子对抗系统进行主动电子对抗、消极干扰弹投放、语音告警和进行威胁等级分析。

外挂管理系统(SMS)是一个带余度的数字化计算机系统,飞行员可以预先设置多种外挂物形式和武器投放方案,在作战使用时完全依靠任务计算机(MC)对武器的使用限制、优先顺序和选择类型进行管理,并且可以通过总线与数字化飞行控制系统进行综合。

“狮”式战斗机采用了数字式中央大气计算机(CADC),是根据为A-4和“幼狮”战斗机设计中央大气计算机的经验为基础设计的,全数字的中央大气计算机(CADC)具有很高的精度和故障间隔时间。机上还安装有1套计算机化的自动电子监控系统,采用自动电子监控系统可以对机载设备进行自动检测,发现潜在的故障并且将故障隔离到分机模块系统中。电子监控系统的采用缩短了飞机起飞前的检查时间,并且在对飞机进行检测的过程中不需要依靠外部设备的支持,检测的结果可以显示在驾驶舱内的显示器中由飞行员直接判读。机载综合通讯系统是专门为战场保密通讯和抗强干扰而特殊设计的,采用了全计算机化设计,并且可以在MIL-STD-1553B数据

“狮”式战斗机的航空电子设备组件采用分布式处理机,雷达与惯性导航系统、平显火控系统、任务计算机、外挂管理系统、电子对抗等航空电子系统采用了1553B双路数据总线进行综合,信息内容可以用座舱内的平显和下显进行显示。现代化综合航电的应用,使“狮”式战斗机在航空电子系统的整体技术水平上达到了与F-16A相当的高水平,而在对地攻击性能上超过了F-16A战斗机。“狮”式战斗机在设计中采用的是将航空电子系统与飞机机体结构进行综合设计的方法,“狮”式战斗机的航空电子系统很难通过简单的改装来移植到其他机型上,以色列航空技术人员就认为要使用“狮”式战斗机的航空电子设备来改装F-16A战斗机,那么所需要的费用将比使用在“狮”式战斗机上的同样系统增加150%。

驾驶舱

以色列空军中具有丰富实际作战经验的飞行员参与到“狮”式战斗机的驾驶舱设计中,在总结长期的作战经验的基础上着重提高了驾驶舱的人机功效。“狮”式战斗机座舱的透明部分采用了气泡式座舱罩,前部为固定的整体风挡,后方为高度较大的气泡形舱盖,飞行员的上半身暴露在座舱透明件中,较高的位置使飞行员的视野十分开阔。

驾驶舱内装有休斯公司生产的广角衍射光学平视显示器,该广角衍射光学平视显示器与F-16上使用的平显类似,平显下方为按键式控制板。在仪表板上方遮光板下方水平安排了3个边长5英寸的多用途阴极射线管多功能下视显示器,其中彩色下视显示器在座舱的右侧,其他2个多功能下视显示器为单色。下视显示器具有很好的分辨率和清晰度,飞行员在飞行过程中不必对下视显示器的显示亮度进行调节,3个下视显示器的显示内容可以进行切换。多功能下视显示器在30Hz时可以采用528/875行双扫描数率和1:1、4:3的双高宽比,通过采用自动聚焦使下视显示器具有了很高的分辨率和对比度,多功能下视显示器的全部参数都由一个内部中央处理器(CPU)自动进行控制。

“狮”式战斗机的1个平显和3个下显可以完全显示飞行所需要的信息,仪表板下方安排的普通仪表仅作为备份使用。“狮”式战斗机在导航状态时的航迹、航向、高度和剩余油量都显示在平显上,对空作战时的导弹发射参考标志和航炮热线也可以在平显上显示。平显在对地攻击中可以采用符号的形式显示航线和到达目标点的时间,当飞机到达投弹距离时显示符号改变为一个X形的标志并且提示飞行员拉起飞机,通过飞机的导航和火力控制系统还可以对飞机的航迹所形成的瞄准偏差在平显上进行修正。

在彩色下视显示器上通常采用绿色显示飞机的航线,应用其他颜色显示导航信息、目标位置和敌方地对空导弹的位置,雷达信号则显示在中央下视显示器上。将3个多用途阴极射线管下视显示器并排布置可以缩短下显与平显之间的距离,飞行员在飞行中可以不必对眼睛的焦距进行过多的调整就可以方便的观察下显与平显上的信息,在显示效果上明显的超过了倒品字形的下显布置。

“狮”式战斗机座舱内安装有正常位置的马丁-贝克公司弹射座椅和中央驾驶杆,没有采用美国在F-16上使用的后倾30度的弹射座椅和侧位驾驶杆都体现出了以色列长期战争中得到的丰富实际应用经验的成果。不采用后倾30度的弹射座椅可以明显的缩短座舱的长度,尤其是双座舱的机型效果更加明显,缩短座舱的长度可以有效的增加前设备舱的可用空间和整机空间利用率,增加机载设备布置的合理性。

通常认为F-16使用的后倾30度的弹射座椅可以提高飞行员抗过载的能力,但是通过长时期的实际使用发现这个说法并不具有普遍性的意义。现代战斗机在进行大过载机动时通常带有15度左右的迎角,采用13度位置的座椅在进行机动格斗时的实际倾角就已经接近30度,而后倾30度的座椅将达到45度左右,实际进行的离心机试验也证明在大过载机动空战中采用30度倾角座椅的抗G载荷能力与13度倾角的座椅相比并没有明显的优势,而且30度倾角座椅在出现不耐受时的反应也比使用13度座椅时更加明显。虽然后倾30度的座椅在巡航飞行时更加舒服,但是长时间的训练和实际战斗也证明,即使有30度后倾座椅的飞行员在战斗中的姿态往往也是接近正姿直坐的,在有的时候还有一定的前倾趋势,离心机试验也证明在大机动中飞行员采取后倾13度的近似正姿的抗G载荷能力与后倾30度时并没有本质上的差距。

采用小倾角的弹射座椅时飞行员的位置比较高,可以方便的观察仪表板上的显示信息,而采用后倾30度座姿的飞行员观察仪表板下方的仪表时就比较困难,长时间进行俯视也会增加飞行员颈、肩部的疲劳。采用中央驾驶杆可以方便驾驶员双手协调操纵,提高飞行员进行飞机操纵时的操作效率,在长时间低空突防中有着很强的实际意义。可以认为 “狮”式战斗机座舱内安装有正常位置的弹射座椅对机动飞行时飞行员的抗过载能力并没有造成过于不利的影响,而接近正姿直坐的飞行员也更加适合“狮”式战斗机执行低空突防和对地攻击作战任务。

武器

“狮”式战斗机的固定武器采用了1门与“幼狮”战斗机口径相同的30毫米转膛炮,30毫米口径的弹丸重量和威力都远超过了F-16使用的20毫米炮弹,装备30毫米炮让“狮”式战斗机在使用机炮对地攻击时的威力比F-16有明显的提高,也符合“狮”式战斗机强调对地攻击的任务定位。

因为以色列具有可以发射AIM-7中距离导弹的F-4和F-15战斗机,所以在设计“狮”式战斗机武器系统的时候以色列空军接受了美国F-16空优战斗机的设计思想,主要强调了“狮”式战斗机的格斗空战能力。“狮”式战斗机可以应用以色列设计的 “蛇”-3格斗空空导弹,并且在“狮”式战斗机研制的同时还开始开发了性能更先进的“蛇”-4先进空空导弹。

“蛇”-3格斗空空导弹采用了与AIM-9类似的气动设计,采用了高灵敏度的红外探测器,带有2500颗钢珠的预制破片战斗部和固体火箭发动机。“蛇”-3格斗空空导弹的离轴发射角、制导精度、射程和可靠性都很高,是达到第三代水平的先进格斗空空导弹,在综合作战性能上超过了美国AIM-9L空空导弹。可全向发射的“蛇”-3格斗空空导弹在80年代初与叙利亚的米格战斗机进行的大规模空战中有很好的表现,作战性能在同时代导弹中处于领先水平。我国在80年代也从以色列引进了“蛇”-3格斗空空导弹并且引进了生产线,国内生产型名称为PL-8,是我国空军J-7、8各型号和新型多用途战斗机的主要近距离空战武器,也是我国引进生产的先进重型战斗机机载武器国产化的选择之一。

如果“狮”式战斗机的研制可以顺利的完成,那么在“狮”式战斗机开始服役后装备的将是比“蛇”-3格斗空空导弹更加先进的“蛇”-4空空导弹。

“蛇”-4空空导弹的研制目的是为了提供导弹更大的离轴发射角和增加目标的不可逃逸区范围,“蛇”-4空空导弹采用了组合式的大面积空气动力控制面来代替其他国家同代导弹上采用的推力矢量结构,在取得很高的机动过载的同时使导弹的结构设计更加简单,空气动力控制面在导弹助推和接近目标的末段比推力矢量更加有效。“蛇”-4空空导弹采用了2组前弹翼和1对滚转稳定翼的气动控制系统使导弹的滚转稳定性和指向能力极强,尾翼前缘延伸的4条大边条大幅度的提高了导弹在末段时的弹体刚度,“蛇”-4空空导弹可以达到的最大G值可超过AIM-9M的一倍,即使与美国最先进的AIM-9X相比,在机动性上也毫不逊色。

“蛇”-4空空导弹的动力系统采用了DN-10双推力固体火箭发动机,双推力固体火箭发动机具有根据导弹飞行剖面燃烧的特点,火箭发动机在最初的3~4秒时间里产生816公斤的推力,用来保证完成导弹的加速和大离轴角转弯机动,在以后的8秒时间里以71公斤的推力保持导弹的动能,提高导弹动力射程和末段的机动性能,双推力固体火箭发动机的应用使飞行员可以保证命中机头正面120度范围内,距离在5.5公里内的一个较大区域内以9G过载进行高机动的目标(正面盲区可以通过载机与目标间的高度差来克服)。“蛇”-4空空导弹可以通过机载雷达、导引头自行搜索和头盔瞄准具进行目标指引,高爆炸力的破片战斗部和激光近炸引信能够保证导弹在复杂的攻击环境中也能够有很高的杀伤可靠性。

装备“蛇”-4空空导弹的“狮”式战斗机在格斗空战中可以与目前已知的任何空中对手进行对抗,虽然在设计时并没有对“狮”式战斗机的中距离攻击能力提出要求,但是通过应用在“蛇”-4空空导弹基础上发展的主动雷达制导空空导弹,“狮”式战斗机同样可以具有很强的中距离空战和一定的防空拦截能力。

“狮”式战斗机应用的对地攻击武器比较传统,在执行对地攻击任务时“狮”式战斗机可以携带250公斤口径的TAL-1/2子母炸弹、450公斤口径的ATAP-1000子母炸弹以及以色列本国和西方国家所生产的口径小于1000公斤的各种炸弹、制导炸弹和中、小型战术导弹。因为“狮”式战斗机发展的时间比较早,主要以使用常规自由落体炸弹对地攻击为主,在设计中并没有过多考虑使用各种吊舱和防区外精确制导武器的能力,不过因为机载电子系统是由以色列本国企业完成的,以色列完全可以依靠自己的力量随技术的进步而为“狮”式战斗机扩展使用精确制导武器的能力。

虽然“狮”式战斗机可以使用激光制导炸弹等精确制导武器,但是制导弹药只能挂在机翼下的外挂点上,在机身下侧方6个半埋外挂点因为结构限制而无法使用普通的制导炸弹。“狮”式战斗机在外挂点设计方式和外挂物扩展能力上与F-16相比有一定的差距,在设计中仍然具有很强的战场强击机的应用色彩。

结构材料

以色列飞机工业公司为了满足使“狮”式战斗机的性能超过F-16的设计要求,尤其是在首次研制先进战斗机的成就感的刺激下,以色列飞机工业公司在进行“狮”式战斗机的结构和材料设计上采用了尽可能多的先进技术。虽然“狮”式战斗机结构材料以金属材料和铝合金为主,但是机体结构的22%应用了先进的复合材料,这个比例已经远远的超过了美国F-14A、F-15A和F-16A复合材料占机体1~2%的比例,甚至比同时期应用复合材料12.5%的F/A-18还要高。“狮”式战斗机的机翼蒙皮、操纵面、全动鸭翼、垂直尾翼和各种舱门、口盖都采用了复合材料,在机体结构材料中大量应用复合材料取得了显著的减重作用,是“狮”式战斗机获得先进的飞行性能的重要保证,同样也因为大量应用复合材料也使“狮”式战斗机的研制和生产费用明显提高。在以色列飞机工业公司几乎没有复合材料制造和部件生产能力的情况下,如此大规模的应用复合材料只能完全依靠美国,这也使“狮”式战斗机无论在设计还是在制造上都完全无法脱离美国的协助。

试飞过程和技术标准

虽然项目开发的前景已经十分的黯淡,但是“狮”式战斗机于1986年12月31日的成功首飞,还是全面开始了对这种先进战斗机的飞行试验工作。初期所进行的20次飞行主要用来确定“狮”式战斗机的基本飞行包线,验证了飞机亚音速条件下从海平面到10000米高度上的不同迎角性能。“狮”式战斗机在早期飞行试验中也进行了150度/秒的滚转数率和6G过载的飞行试验,试验取得的效果很好,基本上符合设计时所提出的技术要求。因为“狮”式战斗机采用的发动机和机载功能系统都是利用成熟技术发展而成,所以在试飞过程中这些系统的表现较好,体现出了很高的技术可靠性。“狮”式战斗机在试飞过程中表现出在大过载条件下具有很好的操纵性的优点,飞机即使在进行高G机动时的方向安定性能仍然良好,飞行员不必过度进行修正。座舱设置使飞行员的操纵简单有效,因为采用了正常位置的座椅,所以飞行员在保持持续高G机动的过程中仍然可以方便的操纵座舱内所有的系统和控制器。

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