标题: F-35的13大罪状 [打印本页] 作者: 晨枫 时间: 2012-5-13 10:39 标题: F-35的13大罪状 F-35“闪电II”战斗机或许是现代航空历史上最具争议的战斗机了,在系统研发和演示(简称SDD)阶段10年之后,进展最快的F-35A还没有进行过任何武器发射试验,短距起飞-垂直降落(简称STOVL)的F-35B更是“罄竹难书”,现在舰载的F-35C也开始出蹊跷了。在SDD十周年的时候,F-35阵营极力陈述成就,但新近透露的国防部报告给F-35又新增了13大罪状。这个11月29日呈交的简评报告是国防部采购主管弗兰克•肯达尔要求的,作为国防部的大内总管,报告的分量不言而喻,这份题为《F-35联合打击战斗机边试飞边生产问题快速评估》的报告由三个助理副国防部长、一个性能评估副主任和一个高级技术顾问执笔。 3 @) T( S- e+ o" ~3 A7 y) E# o4 J' ~8 m$ K: ]1 n
在正式启动SDD之前,美国空军已经在波音X-32和洛克希德X-35之间进行了对比试飞,最后X-35入选,成为F-35。这样两步走的目的是降低风险,由对比试飞验证包括气动、发动机和STOVL的基本技术,SDD只需要工程研发和型号试飞,不需要涉及技术攻关。F-35不仅应该是一个低成本、高效率、守时间的五角大楼军购改革的典范,还应该是一个低风险研发计划,所以美国三军信心满满,计划在SDD中期就开始同步的低速生产,然后逐步增速,在SDD末期正好转入全速生产。这不仅加速投入使用,也降低了生产能力闲置造成的成本转嫁。这就是边试飞边生产的由来。但F-35在研发中暴露了众多严重的问题,不仅迫使全速投产大大推迟,还迫使已经由低速生产交付使用的飞机按照发现的问题返工。STOVL的F-35B问题重重早已众所周知,前国防部长盖茨判F-35B缓刑两年,如今刑期已经过半,没有人说得清楚解除刑期的条件是否满足,或者应该下马。但F-35的问题不止B型。11月29日的简评报告罗列了13个新增问题。 , [8 |- z0 A2 F S- R9 K w) \ 1 f$ H6 ~8 Q+ y7 t3 ]4 N新增问题分为三大类。第一类为5个影响飞行或任务安全而尚未解决的重大问题,是边试飞边生产的绊脚石,其中包括头盔显示系统、燃油抛洒系统、综合动力系统、舰载型的尾钩和保密的第五项。4 V1 I3 Q4 w8 J# l5 A
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美国在越南战争期间就开始研制头盔显示系统,由于技术问题而最后下马。苏联在米格-29和苏-27上首先装备了简陋但实战化的头盔瞄准具,用眼角余光所见周边的一圈LED指示灯指示威胁方向,简单实用,但不能显示更多的火控和飞行信息。美国先是对苏联的这一技术突破嗤之以鼻,但德国统一后,装备头盔瞄准具和R-73近程空空导弹的前东德米格-29和西方战斗机多次对抗演习,在近距格斗中把所有西方战斗机打得满地找牙,美国和欧洲这才行动起来,加紧研制头盔显示系统。 $ v6 G( l- E; r/ J4 F3 H Q9 F+ ]$ F! e6 H# s z# m
F-35的头盔显示系统是第二代,不光提供目标提示,还可以显示火控、导航、发动机、大气数据、武器状态等图标信息,并投影显示夜视摄像机和分布孔径系统的图像。分布孔径系统是F-35的一个首创,采用6个传感器对F-35实现360度覆盖,飞行员可以实时观看360度的全景,并用于导弹来袭报警和定位、威胁指示和瞄准以及友机跟踪定位。和分布孔径系统相结合后,头盔显示系统不仅用于机载武器火控,还用于战场态势感知和主要飞行信息显示,完全取代了平视显示器,成为主要的飞行信息显示。头盔显示系统的性能对飞行安全、战场态势感知和作战效能至关重要。. W2 Q' l3 p2 j( q
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头盔显示系统和头盔瞄准具的差别在于,后者只是简单的指示灯提示系统,而前者是完整的投影显示系统,可以显示图标和图像。问题在于,头盔显示系统的成像平面和眼球很近,图像的微小抖动对眼球视线来说也是可观的角位移,主观感觉上相当于大幅度抖动。如果长时间抖动频率较高的话,不仅无法正常读数,还会造成严重的头痛。更大的问题在于,头盔和头部的结合不可能做到绝对紧固,在正常机械振动、不稳定气流或者机动飞行的情况下,微小的松动都会加剧抖动问题。设计团队正在试图用微型陀螺稳定图像,但不仅没有到可以飞行试验的程度,还可能导致重量问题。头盔重量不仅是一个舒适问题,也是一个安全问题。在9g机动中,头盔重量相当于放大9倍,对飞行员的颈椎是很大的压力。弹射救生时,头盔重量也可能造成颈椎骨折,严重的时候可能致命,所以头盔显示系统对重量异常敏感。 # ~# j7 Y* H) B- s 8 u: J8 ~0 S2 @1 p第二个问题是显示滞后,图像显示滞后达130毫秒,图标显示滞后也有50毫秒,而设计指标分别是40毫秒和30毫秒。经常使用普及型数码相机的人对显示滞后会有体会,用相机背上的LCD取景拍摄跑动中的小孩时,图像不连贯不说,而且总是慢一拍,按快门的时候小孩已经跑出画面,拍下来的只是半个小孩。相比而言,索尼Cybershot DSC W80数码相机的快门滞后为150毫秒,顶级的尼康D3x降低到40毫秒,传奇式的莱卡M4旁轴相机采用帘布快门,只有12毫秒。对于家长来说,快门滞后只是恼火;对于飞行员来说,这就要贻误战机,或者危害飞行安全,是很要命的。) q$ x6 h0 p' c1 V
! E* `# b3 k2 h: `) s* q$ Y# i头盔显示系统的清晰度也不足,尤其是在夜视模式下,在满月的亮度下也只有相当于大约350度近视眼的水平,而传统的夜视眼镜只相当于不到100度的近视眼。随着亮度降低,夜视摄像机的清晰度降低得比夜视眼镜更快。现在正在研制的新一代也是摄像机,预计依然不能达到传统夜视眼镜的清晰度,而且离飞行试验还有一段时间。 1 ]- x$ x' y. Z+ z# M* D- Q) O t7 I6 v/ s4 _8 ]1 q为了不影响进度,设计团队正在两条腿走路,一方面由VSI公司继续解决现有问题,另一方面向BAe要求提供另一种头盔显示系统作为候选,BAe的设计采用常规的夜视眼镜,但无法显示分布孔径系统图像,失去分布孔径系统图像显示能力使F-35头盔显示系统的优越性大打折扣,但现在还没有更好的解决办法。9 h. Q3 D( d$ C
% Y" i4 X2 V/ J飞机着陆瞬间对起落架的冲击载荷很高,航母上降落尤其如此。飞机可以最大起飞重量安全滑跑和起飞,但不能以最大起飞重量安全着陆,抛洒过多燃油是重载飞机降落前必须要做的事。但F-35的燃油抛洒系统不能解决燃油沾上机体表面的问题,甚至在着陆后出现襟翼上积聚的燃油倾洒到地面的事情,容易起火。尤其是STOVL的B型,有很多高温表面,滴洒到的话容易起火。高温燃气吹拂下,滴洒到地上的燃油也容易被点燃。洒得到处都是的燃油对于维修、装弹和修复隐身涂层也是麻烦。由于这些问题,美国海军和空军索性规定,除非紧急情况,否则不准F-35在空中抛洒多余燃油。对于空军的F-35A还说,重载着陆的问题还比较小;对于海军的F-35C来说,就只有抛掉多余弹药,才能把着陆重量降到可以安全着舰的地步。传统飞机用一根伸出的多孔杆子,从尽量远离机体的地方抛洒多余燃油,但隐身飞机最犯愁的就是这些枝枝楞楞的东西,现在还没有一个既保证安全又不影响隐身的解决办法。8 A: t$ J% O; Y, b' q+ b
0 J# S) L, p" R" h, n U传统上,发动机启动系统、发电机和冷暖空调是各自独立的系统。F-35将三者整合进一体的综合动力系统(简称IPP),减轻了重量,简化了操作和维修。但IPP故障将导致主要航电过热故障、失去备用发电机、失去机载制氧能力和座舱加压,在空中出现的话,将导致严重的飞行安全问题。IPP应该具有无故障间隔至少2200小时,但在美国空军的试飞中,已经出现11起必须全换的故障,其中8起是在12个星期里集中出现的,使得无故障间隔降低到不可接受的13小时。+ N) }& ?- T& j2 y1 [5 I. T
2 C Y# |* y! X软件问题也是试飞拖延的一个原因,F-35A六号机因为软件问题而停飞两个星期。但任务系统的软件升级在不断进行,修补和纠错也接踵而至,更加复杂的武器和传感器整合部分的软件测试还没有开始。保密使得埃格林和莱克赫斯特之间的沟通不灵,进一步增加软件问题的痛苦。软件测试和试飞计划也对不上号,Block 3F在两者的日程上竟然相差160天。 ; G$ B: ^% ]. f+ B+ w , K! E' }( q# A, e% \9 U第三类是5个中等严重程度的问题,后果和成本居中,但累积起来还是会对边试飞边生产造成问题,其中包括软件、超重、过热、自动后勤信息系统和雷击防护。& w N9 Y R& y" T
% y8 }" l& E k/ i' g现在战斗机的软件研发已经越来越成为影响成败的重头戏。软件赋予电子系统以智能,软件的易升级性也使得系统的生命力长青。不过软件之“软”也使得隐患容易滋生,软件测试和修补与其说是科学,不如说是艺术。即使是成熟的软件,在超常使用条件下也不时会有惊讶发生,视窗就是一个例子。为了控制进度和风险,F-35的软件是分批研发的,后续批次在已经成熟的先导批次基础上升级。已经交付的Block 1A软件只有导航、飞控、座舱管理等基本功能,2012年交付的Block 1B将具有简单的空空和空地模拟攻击能力,可以用于训练,2013年交付的Block 2A可以用于复杂的空空和空地模拟攻击,2014-2015年才能交付的Block 2B才具备初始的作战能力,能发射机内挂载的AMRAAM中程空空导弹和GBU-12“铺路石”或GBU-32小直径制导炸弹,具有完备作战能力的Block 3F要到2017年才能就绪。 8 e: f. I1 h2 }) ^+ T- q2 |9 M 6 E( `; W+ ?: { M# R' I但分批交付软件也有特有的问题,当前在试飞机队中,有8个主要软件版本,其中4个属于任务系统,4个属于飞行控制。不同批次的软件同时存在,每个批次内部不同功能有不同的成熟程度,有的能用,有的不能用,造成软件使用、维护、纠错和升级的极大困扰。电子和机载系统电子控制的设计返工和气动、发动机、结构重新设计带来的新的功能和自检要求进一步增加了软件研发的混乱。软件功能增加使得硬件速度不够用,硬件升级则带来新的软硬件相容性问题,或者需要软件驱动器和界面的更新。另外,软件测试也落后于进度。在10月底,Block 1B应该测试完成,但只完成了25%,任务系统整合拖了2.5个月;Block 2A的任务系统整合应该完成67%,实际完成35%。但眼下F-35设计团队最大的担心是软件团队力量不足,无法应付多重版本和日新月异的要求。1 ]0 p! C3 e- H+ P8 Z L
* Z7 C. B2 N/ C6 y飞机最怕超重,但F-35的超重问题如影随形。2004年曾大动干戈搞了一次减重运动,同时制定了严格的重量管理制度,规定F-35B到服役时增重不得超过3%,F-35A和C不得超过2.5%,也就是说,平均每年增重分别不得超过0.33%和0.28%。2010年F-35计划再次整顿时,已经大大超过规定的逐年增重空间,预期2015年就将吃掉全部容许的增重空间,而那时试飞和设计修改尚未结束。 , o; U9 I, \0 j3 {: I: S" H! O. R3 A8 w5 u Q. J" f
典型战斗机在首飞到服役之间,平均增重3.5%,F-18E/F大量采用成熟技术,只增重了2.5%;F-22就没有那么幸运,增重5%。F-35的增重容限是比较苛刻的,但F-35特别需要控制增重。STOVL的F-35B在垂直降落时,完全靠发动机提供升力。F-135采用F-22的F119发动机的基本技术,但F135的推力比F119增加近25%,不仅把增推空间吃光,还使发动机的极限工作状态成为正常工作状态,降低可靠性和寿命。驱动升力风扇的额外要求进一步加重了低压压气机的负担。因此,F-35B对增重特别敏感。F-35B还容许增加23.6公斤的重量,但已经有63.5公斤的增重要求在等着了,不过也有113公斤的减重可能性。算入预计的0.44千牛的推力增加,增重空间增加到64.4公斤,还是不宽裕。另一个问题是重量分布,重量前移将超过升力风扇的扭力极限,但现在重心已经略微超过极限,实际上压缩了可用的增重空间。 + `* Z2 j3 ^/ z - i7 d' R( h+ Y2 b" F由于推重比不足,F-35A和C也对增重敏感,不仅影响空战性能,也影响航程。F-35C的重量还影响着舰重量、着舰速度和剩余油量。F-35A有31.3公斤的增重空间,F-35C有11.8公斤增重空间,不过着舰重量比较宽裕,还有200公斤的增重空间。F-35C的试飞开始最晚,也已经有29.5公斤的增重要求在排队,不过也有14.5公斤的减重可能性。F-35重量问题现在勉强得到控制,但进一步试飞和设计修改很容易就会吃点这一点点可怜的增重空间。 3 j# v# z/ w- H5 A2 {* P1 H9 }- s' B6 e5 }. }: D, a) r; P8 h
F-35飞行员和地勤报告,座舱和电子设备舱空调不足,宽幅俯视显示器会由于过热而当机。F-35B在STOVL状态更加空调不足,如果飞行员需要身穿寒冷水域救生装具,会热的不堪忍受。空调系统使用燃油作为热交换介质,但燃油温度超标,导致热交换不力。如果空调不足导致发动机全权数控过热,可能导致发动机停车。 h6 H" N; T) a* l/ Z% Z6 P
7 }- t3 N/ |" d% ?/ vF-35B还有其他特有的过热问题。刹车盘容易过热,用F-35A的刹车盘可以解决问题,但要增重41公斤。升力风扇离合器在正常飞行时冷却不足,需要加装辅助冷却系统。横滚控制臂的喷嘴作动机构会因为高温压缩空气泄漏而过热,现在采用防热毯先对付着,等待重新设计。F-35A长时间使用加力推力的话,会出现结构过热。F-35A第一次达到M1.6时,加力开了几分钟,导致平尾涂层起泡、剥落,部分发动机防热板也有所损坏。在问题没有解决之前,所有F-35试飞不得超过M1.0,加力使用不得超过1-2分钟。好在现有的过热问题都不是太严重的问题,适当的重新设计就可以解决。- X" A4 D, a1 O
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现在也在争论这个问题,还没有结论。不过美国人真是开始担心了。波音最后一批F-18E已经开始订购long lead items了,接下去就是生产线完成最后组装、关闭。此后波音就退出战斗机生产,和诺斯罗普一样,只保留战斗机研发的种子力量。再过10年,只有洛克希德一家有完整的战斗机研发能力,想要鼓励竞争都找不到人了。波音、诺斯罗普理论上还有重新壮大的可能,但这也需要人,而且不是可以“人才市场”上就可以找来的一般技术人员。作者: jlccbcl 时间: 2012-5-15 21:57
晨枫 发表于 2012-5-15 21:19 + n6 ~5 `4 Y7 P. f% [现在也在争论这个问题,还没有结论。不过美国人真是开始担心了。波音最后一批F-18E已经开始订购long lead ...