$ E, F9 I. z4 SIPP的故障还不是罢工那么简单。2011年8月3日的故障中,IPP发生爆炸,飞出的部件击穿了油箱,迫使全部F-35停飞两星期。肇事部件统统更换了,但如何确保IPP一旦爆炸不至于击穿油箱还没有找到办法。IPP的更换工序也太复杂,需要48小时连续苦干。低可靠性加上高维修工作量使得IPP需要全面重新设计,对于已经交付的F-35来说,又多了一个返工项目。 3 t! j8 E. t) D& w$ @ f 8 S( q) ]& f% m舰载型F-35C的尾钩出现着陆滑跑时挂不上拦阻索的问题,在莱克赫斯特海航基地试验时,8次挂钩企图全部失败。问题出在:1、主起落架到尾钩接地点距离太短,使得主起落架的机轮滚过拦阻索后,拦阻索还没有来得及回位,还紧贴地面,尾钩难以挂上;2、尾钩形状不利于挂上;3、压住尾钩的机构阻尼不足,使得尾钩容易被地面或者甲板的表面不平而弹起。 : l6 v1 `7 Y h$ i# X4 f & O t) p# h/ f3 l0 c1 Z3 C. o洛克希德从来没有设计过舰载飞机,难说这是不是尾钩设计出问题的原因。和典型舰载战斗机主起落架到尾钩接地点的距离相比,F-18E为5.7米,F-14D为6.7米,教练机T-45为4.45米,就连纵长相对较短的无人机X-47B都有3.1米,但F-35C只有2.2米。F-35C的尾钩形状本来是借用F-18E的,F-18E的主起落架到尾钩接地点的距离比F-35C长150%,没有机轮把拦阻索压到地上来不及弹回的问题,所以F-18E的尾钩前缘较钝,还略带像大头皮鞋一样的倒钩,确保挂上拦阻索后不会脱落。但同样的形状用于F-35C就悲剧了,根本挂不上。现在设计团队在把尾钩修改为较尖锐的锲形挂钩,但这样的形状容易挂上,也容易脱落,特别在尾钩阻尼不足造成弹跳或者拦阻索张力不均匀的时候。尾钩阻尼则是一个典型的动态响应问题,阻尼较小,相当于弹簧较软,尾钩撞击甲板的时候,初始弹跳较小,但随后的一系列弹跳衰减较慢;阻尼较大,相当于弹簧很硬,后续弹跳衰减很快,但初始弹跳幅度很大。阻尼大小也可以用汽车悬挂来理解,阻尼较小相当于林肯,阻尼较大相当于宝马。阻尼和主起落架至尾钩接地点距离要配合设置,距离短只有用较小的阻尼,距离长容许用较大的阻尼,但F-35C的设计使得阻尼设置陷入两难。* ]3 m+ A# B* W; I+ i2 v
3 l5 A& F9 w* y5 k d- P- z
主起落架到尾钩接地点距离和尾钩长度的关系不大。出于隐身和重量的考虑,尾钩需要完全收入机内,所以不可能太长,要增加距离,只有把尾钩的安装点向机尾移动。但尾钩要把以至少250公里/小时速度接地而几乎二十吨重的F-35C拖住,在几十米内减速到静止,承受的负荷非常之大,安装点的选取和机体的整体强度有关,不可能轻易移动。一旦移动,和机体强度、疲劳有关的全部测试将全部重来,兹事体大。 6 I) D9 j/ t& D4 V$ e" }6 o% K# p$ _& A( R! g- d# x) ]5 w
在公开的报告中,第一类重大问题中第五个缺陷是引人注目的空白,只有机密版的附件才有具体内容。一般猜测,这涉及到隐身。这不是空穴来风,报告附录罗列了所有评估项目,“信号特征测试结果”是一大类,有“制造商数据”和“测试数据”两个小类,但报告中对这一大类只字未提,而所有其他大类都提到。当然,真相只有到未来解密的时候才知道了。 ) U0 E2 \( h* ^2 |; z+ _, }: k1 R% o M; f3 F- K k
第二类3个问题影响重大,但不至于直接影响日常飞行安全,具体影响还需要进一步的试飞才能确定,其中包括涡流敲击、疲劳寿命和试飞进度。4 H! [9 M0 V, a6 M* i( G) | p
# S( C9 ?1 `9 o; ?" ~飞机在空气中飞行的时候,气流不一定平顺地流经飞机表面。强大的涡流可以对机体局部造成高频敲击,造成结构疲劳甚至损坏。F-18A在试飞中,涡流对双垂尾产生严重敲击,导致早期疲劳,最后是加强了垂尾结构,并在边条背上增加了一对扰流片,改变涡流走向,才解决了问题。F-22也曾经有过类似的问题。涡流敲击也恶化了飞机的振动,严重时不仅影响舒适,也影响飞行员对仪表的读数和精细的操作动作。头盔显示系统对振动十分敏感,涡流敲击是大大的坏消息。F-35在试飞中,发现超常的涡流敲击现象,这还是尚未开始20度以上迎角的试飞的情况,大迎角飞行时,涡流敲击更为严重。9 {3 u/ Z9 N/ x5 F
' W0 ?! ]1 {( X
根据已有的试飞数据,F -35在迎角只有10-20度时,在0.65到0.9马赫范围内已经广泛出现中等程度的涡流敲击,局部条件下还有严重敲击。不过F-35大迎角飞行时飞控稳定性尚未认证,大迎角试飞要2012年底才能开始,要经过一段时间的深度试飞才能确认大迎角涡流敲击的影响,最早要2014年才能揭晓,在此之前,只能作为技术不定性处理。如果需要修改气动或者结构设计,这又是一个返工项目。 " G9 |8 J: H( n0 I' a9 g1 ]3 P& f, ?4 p2 |, h
F-35的疲劳试验还刚开始。F-35机体的设计寿命是8000小时,疲劳试验要求16000小时的等效飞行时间。到目前为止,F-35A只完成了3000小时等效飞行时间,F-35B为1500小时,F-35C要到2012年才开始疲劳试验。但这些有限的试验已经暴露了一些疲劳问题。F-35B的第496号隔框已经出现疲劳裂纹,重新设计的隔框已经交付,将于2012年初重新开始疲劳试验。F-35A的机翼前缘翼肋也提前出现疲劳裂纹,B型是同样的设计,也有同样的问题;C型采用不同的机翼设计,尚不清楚是否会有类似问题。还有其他部件达不到设计寿命,尽管这些部件还没有在疲劳试验中出现裂纹,其中F-35A有24个这样的部件,F-35B有19个,F-35C有15个。1 @) W4 M. }% M: N8 q% {6 L" N$ K
* T {$ W& u- g3 x令设计团队担心的是疲劳试验还刚开始不久,由于疲劳试验的特点,越往后出现的问题越多,预计还会有更多的结构部件疲劳问题。好在部件疲劳都是局部问题,大多是相对简单的设计失误造成的,容易修改,在未来生产的飞机上不会留有隐患。问题是已经低速生产的飞机比较作难,试飞和疲劳试验全部完成时,应该已经交付了300多架F-35。第一个办法是接受降低使用寿命的现实,提前订购替换的飞机要增加全寿命成本;第二个办法是加强检查和维修,这个也要增加全寿命成本;第三个办法是返工修复,这个办法最彻底,但初始投入也最大。 # W6 F6 o8 T. C; B$ D7 R O. ?: l- x$ c4 t
很多技术验证和设计修改都取决于试飞的进展,但F-35的58300个试飞科目中只完成了19%,还基本上都是容易的项目,10260个军方验收科目中只有不到5%得到验收。舰载型F-35C的进度尤其落后,14300个试飞科目中只有2000个完成。所有三个型号都还没有进行大迎角飞行试验或者武器投放试验。80% 极限水平的载荷、颤振、涡流敲击方面的试飞科目要到2014年才能完成,100% 极限水平的相应试验至少要到2015-2016年,12200米以上的高空试飞也要到2015-2016年。美国空军的埃格林空军基地和美国海军的莱克赫斯特海航基地的试飞进度达到计划要求,但进度依然比SDD原计划落后至少8%。这主要是因为不断发现新问题,不断重新设计和返工,还有飞机的可靠性、可维修性和备件问题。比如说,F-35A的一般试飞拖了系统试飞的后腿,F-35B的升力风扇门故障拖了垂直降落试飞的后腿,燃油抛弃的问题将拖所有型号试飞的后腿。* ?) D6 {/ M p
' p2 M( m# V* Y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。 + S! ~/ H1 H7 Y* m1 V- E; b/ E- o' O. q7 p' N( b! C
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。8 V, B# ^6 p& P
6 v: } z8 [* A5 c5 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。 h$ U0 N9 p/ f* A0 y1 g1 o( Z3 Q 4 W6 B3 ?/ p, c4 {! m% S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。 3 S, w, r* e. z! J( S& h6 F( I& W0 k3 h7 p( L% A o
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。 5 i0 J: Q T* y1 J) O 0 x6 {. z# [- p. \- D& T$ A& P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。3 U$ i7 b3 ]4 L" J& z# i