从F-35的前世看F-35的空战性能

晨枫

F-35的空战性能或许可以从F-35的身世看出端倪。在80年代，美国空军、海军、海军陆战队各有一个下一代战斗机计划。海军陆战队需要研制AV-8“鹞”式的下一代，海军需要研制A-6的下一代，空军需要研制F-16的下一代。英国是“鹞”式的家乡，对先进短距起飞-垂直降落（Advanced Short Take Off and Vertical Landing，简称ASTOVL）技术早就开始研究，但英国的战斗机研发经费全部投到欧洲“台风”，无力顾及ASTOVL，而美国海军陆战队也缺乏明确的需求或者订单，再加隐身技术高度保密，不能和英国分享，所以ASTOVL技术搁浅。

90年代时，美国国防先进研究局（DARPA）推动使用升力风扇的新一代ASTOVL研究，避免“鹞”式使用围绕飞机重心的偏转喷口带来的天然局限。更有意思的是，取消升力风扇，就可以把多出来的空间用于增加燃油，增加航程，使ASTOVL和常规起落（Conventional Take Off and Landing，简称CTOL）战斗机共用平台成为可能。这就是DARPA的通用低成本轻型战斗机（Common Affordable Lightweight Fighter，简称CALF）计划。不过ASTOVL的要求也限制了CALF只能是单发，因为在垂直起落阶段，垂直推力必须保持绝对平衡，否则将在瞬间发生倾覆。双发非常难做到推力的绝对同步。不仅如此，由于两台发动机中一台发生故障的可能性是单发的两倍，双发ASTOVL的可靠性实际上反而下降到单发的一半，所以只能使用单发，最终由于重量和推力水涨船高，造成F135发动机今天世界上单台推力最大但依然推力不足的尴尬局面

与此同时，海军的A-12因为严重超支、延期而最后下马，F-18E/F成为填补空缺的过渡，但随着F-14退役和F-22的海军型NATF下马，F-18E/F改作舰队防空，主要用作战斗轰炸机的经典型F-18需要隐身的下一代，当然需要航母上弹射起飞和拦阻索着陆能力（Catapult Assisted Take Off But Arrested Recovery，简称CATOBAR）。空军也需要主要用作战斗轰炸机的F-16的下一代，同样需要隐身。F-16和F-18本来就是一棵树上结出的两个果实。1993年，克林顿的国防部副部长威廉·佩里（后接任莱斯·阿斯平担任国防部长）决心整顿国防采购，和专长成本控制的得力干将保罗·卡明斯基一起，把美国空军和海军的下一代战斗机研制整合到联合先进打击技术（Joint Advanced Strike Technology，简称JAST）计划，任命美国空军的乔治·缪尔纳少将负责，缪尔纳此前是美国空军格罗姆湖秘密试飞基地的指挥官，对于隐身和其他先进技术熟悉。在上任前，缪尔纳走访了DARPA和洛克希德-马丁，了解了CALF的进展，马上向佩里建议，将JAST和CALF合并。JAST和CALF共用平台后，在原则上取消了ASTOVL、CTOL和CATOBAR在升空后的性能差异，一些原计划寻求F-16和F-18替代的用户也可能转向ASTOVL，解决困扰各国空军很长时间的战时跑道受损的问题，扩大ASTOVL的用户群，用更大的产量降低ASTOVL的单位成本，使ASTOVL战斗机走出小众产品的怪圈。1996年，JAST改名联合打击战斗机（Joint Strike Fighter，简称JSF）。

在第一次伊拉克战争中，萨达姆的防空体系在第一天之后就再也没有恢复过来。这显示了未来空中打击的两个特点：1、隐身的高度有效性，2、第一轮打击后，隐身不再关键。由于精确制导弹药的大量使用，大量倾泻弹药不再必要，所以隐身战斗轰炸机不需要太大的机内武器挂载量，用隐身砸开大门后，可以外挂更多弹药，接力打击更多的一般目标。这就似乎JSF的“首日隐身”概念。但是从一开始，对地攻击就是JSF的设计起点，空战能力是次要的，只是在F-22照管不过来的时候在次要作战方向填空补缺之用。从某种意义上说，美国空军寻求的是具有极大提高空战能力、多用途能力和全天候能力的F-117。

然而，在和F-35对应的第三代战斗机中，F-16、F-18是针对F-4片面强调超视距空战、机动性的问题而产生的。F-16和F-18是按照能量机动原则设计的，F-15是不彻底的按照能量机动设计的战斗机，但也以“一磅重量也不用于对地攻击”为口号。能量机动是美国空军怪才约翰·伯伊德少校根据朝鲜到越南战争的空战经验，经过科学总结凝练出来的战斗机空战性能的定量计算方法，综合考虑战斗机在整个性能包线里的推力、阻力和重量，而不是孤立的爬升率、转弯速度等指标。能量机动不仅用于分析、比较战斗机的空战性能，还可以用于指导战斗机的设计，在超视距攻击技术正在成熟的时候，第三代战斗机依然强调格斗机动性，并在战场上证明了设计理念的前瞻性和正确性。由于美国空军和海军用F-15和F-14作为空战主力，F-16和F-18被用作侧重对地打击的战斗轰炸机，只担任二线空战任务。但在盟国空军中，F-16和F-18是用作空战主力的，这原本就是F-16和F-18的设计初衷。

历史经验表明，空优战斗机有转型为优秀战斗轰炸机的潜力，F-4、F-15都是现成的例子；但战斗轰炸机基本没有成功地转型为优秀空优战斗机的例子，F-111、F-105的空战性能都很糟糕，尽管从一开始就标榜多用途。成功的现代双任务或者多任务战斗机在设计的时候就强调空优，兼作对地攻击，F-18、法国“阵风”、欧洲“台风”都是例子。但强调对地攻击而兼作空优的，F-35可谓先例。

F-35的另一个特点来自卡明斯基，他把项目成本作为一个独立变量列入项目评估。过去的战斗机项目通常都是由用户指定战术技术性能要求，设计部门提出成本估算。项目启动后，由于没有技术预见的问题而导致成本增加，通常只能由用户追加。但卡明斯基的方法则要求规定一个明确的成本极限，设计中由于任何问题而导致成本增加，只能通过性能要求下调来补偿。这个方法在理论上可以控制成本爬升，但在实际上只是把问题推迟。由于先进技术的不定性，很多技术细节都还不清楚，清晰化后即可能带来惊喜，也可能带来头痛，很多在初始设计时按照最好情况预估的事情，到具体执行时碰到难题，用户不愿从已经达成协议的性能要求上让步，研制方则对技术进步心存幻想，但最后面多了加水，水多了加面，一直到再也绕不过去了，这时总算账，大幅度重新设计，造成成本剧烈飙升。F-35就是这样的情况。如果成本进一步增加，是否会最终逼迫性能作出大幅度让步，现在还不清楚。

7 ]; E# S1 ], S3 {* n0 L

F-35的前世会决定F-35的空战性能吗？现在还不能确定，但要是打赌的话，还是不要赌F-35具有优秀空战性能为好。

冰蚁

哈哈， 沙发

# q+ {+ U2 P* ~$ s

老芒

f35首架已经交付了，俺就一个感觉：贵，真贵。

秋天蚂蚁

美国国防先进研究局（DARPA）是个什么机构呀？好像互联网也是这个机构推动的

胖卡门

估计J20和35的纯空战性能谁强啊？

qqq54

看晨大的军事贴就是爽啊

猫元帅

我觉得当初仅仅是像找一个AV8B的后继机型，可是后来发现动力富裕、电子先进，于是乎就有点放卫星的意思了。结过越弄越糟，成了恶性循环。

晨枫

猫元帅 发表于 2011-6-27 00:10
9 R- g- V9 P2 t* v; B我觉得当初仅仅是像找一个AV8B的后继机型，可是后来发现动力富裕、电子先进，于是乎就有点放卫星的意思了。 ...

也不完全是，可以说是AV8的STOVL要求，F-117的隐身战轰要求（加强自卫空战能力），最后形成现在的F-35。如此出生，注定空战不是强项。

Highway

/ A: s6 M5 \0 K3 u" r
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  s4 n& [' K, b1 ~! V  Z; o! X美国佬现在在无人驾驶飞机上投入很大。我觉得这可能是真正的“下一代”战机。
. V: y) a) l# V  k
Now a new aviator is headed to Navy carriers, one that never needs training, never tires, and never gets nervous. Called the X-47B, the vehicle flew for the first time this year, in the California desert, in preparation for its first autonomous landing on a carrier, scheduled for 2013. The X-47B is a robot, and though it’s just a demonstrator, it will provide a compelling glimpse into the future of naval aviation.

前两天看了这样一篇文章，不知道老晨有什么点评
7 _: }! Z& A# H: Y' V8 ~
Pilot Not Included
: d/ m6 V" e2 }3 H5 x
4 K! y! [! k! ^; R. D  p+ _

晨枫

Highway 发表于 2011-6-27 08:15
1 Q5 e/ G  w) Y) W: K回复 晨枫 的帖子
$ Z/ p: z; ]" @5 Q1 \; Z4 `+ f
美国佬现在在无人驾驶飞机上投入很大。我觉得这可能是真正的“下一代”战机。

+ V; d: D' ?1 [% B6 V4 U' z( j3 ~这个话题展开就不是一个帖子甚至一篇文章，而是一本书或者几本书了。简单地说，有两个问题：
( J" q( _) [0 o& v) Q/ {1、计算机只能codify已知的best practice，但这中间空袭巨大，而且best practice本身是在迅速发展的。这好比把所有现行法律、法规、案例统统输入计算机还是不能使计算机代替法官和律师一样。人工智能可以做简单的、重复的任务，但自学习在本质上还是一个无解的问题，所以全自主的无人作战飞机在可预见的将来不可能实现。
, w1 J+ D) c8 u0 [  M4 k2、半自主的无人作战飞机要现实得多，人工智能作简单、确定的任务，包括起飞、着陆、空中加油甚至投弹、格斗，但人还是在回路中，作战术决策，或者超越控制，直接介入。但这在电磁对抗通信中断的时候就糟了。
$ ?9 W9 M2 y2 {4 n4 a# l  y
现在无人机的新趋势是optionally manned，可以在有人和无人之间切换，就是考虑到这些问题。无人机是非常重要的趋势，但无人机不会代替人。never tires是对的；never gets nervous也对也不对，应该是easily frustrated and gets lost；never need training不对，控制员需要的训练比现在的有人战斗机要求还要高，工业自动化高度发展早已证明了这一点，自动化程度越高，操作工要求也越高，因为责任范围扩大，而且应急要求提高，平时只是看着，到all hell broke lose的时候，手忙脚乱，比纯手工要糟糕100倍。

MacArthur

5 L  G1 v# I, Q9 T* K
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% T  D' J3 {0 I
: _0 G$ H( q7 K这玩意儿也就对付一下弱小的、没有像样防空的“流氓国家”还行。。。 要拿来跟大国正儿八经开打，首先就得考虑一下无线电中断了咋办。。。 没有了地面指挥，仅仅凭机载的那点儿人工智能，就是一火鸡呵。。。
; k- Q% {$ k2 F! U
  B+ I: }) `2 U, g  E- @7 {+ y比方说有人驾驶的战斗机偷偷跟住它，不开火控雷达，直接用光环瞄准 -- 这要是有飞行员的话，一回头就发现了。。。 现在无人驾驶，地面又控制不了，它如何能“知道”危险迫在眉睫？

这也就美国人用合适 -- 不死人，摔了再造，拉动内需。。。 专门欺负小国，享有完全电磁制空权。。。
! j1 w  d) C/ F

8 Q2 R0 G0 {8 y/ s6 i8 u

Highway

  }4 Z. ?, {: K' `. P' n9 O) m
, s1 ^  i! X( _& v, u4 h回复 晨枫 的帖子
2 ^8 ^* Q! T& ?& s; ?% f7 W

计算机只能codify已知的best practice

也没这么惨。因为没人在，飞机的设计可以更aggressive，飞机可以做人做不了的动作，人的生理局限还是很大的。这就是为什么有人开着的飞机，还是躲不过没人驾驶的导弹。人能承受几个g的过载？
9 Q$ h5 `3 @+ |1 k7 R
再说，如果计算机能把现有的best practice固化到程序里，那也是很了不起的。因为历史上80%的飞机是被不到20%的优秀飞行员击落的。也就是说，驾驶员中“东郭先生”是主流。无人驾驶飞机不求击败那些elite飞行员，只求把东郭先生干掉就足够了。甚至和东郭先生1:1对磕都行！

我不认为20年内无人机会取代现有飞机，但是这个方向确实是很有潜力的。AI的发展今后几十年不仅是越来越牛，同时会越来越便宜。而飞行员的成本是降不下来的。就像现在只有IBM的至牛超级计算机可以击败国际象棋大师，再过个10年8年，你的手机可能都能从容应付两三个卡斯帕罗夫！

Highway

回复 MacArthur 的帖子
4 E0 w% r, K! F* c5 e6 O# j6 S6 Y
现在好一点的汽车上都前前后后的安上摄像机了，也就是百十块钱的是。放几个到飞机上很难吗？没有人的飞机，设计可以向导弹看齐,肯定可以比载人的飞得快。等你悄悄的在后面瞄准好了，人家一开After burner绝尘而去了。说不定还恶搞你一下，喷一股烟，搞成一个字样“KISS MY ASS!”

晨枫

Highway 发表于 2011-6-27 12:55
$ i. X; E8 y* j: H( u9 H( f, b  w回复 晨枫 的帖子

+ ~* H8 e% k0 n4 [无人机在理论上可以做到更高的机动性，但实际上现在没人这么做，原因很简单：更高的机动性要求极大地加强机体强度、气动控制面的功率和发动机的推力，机动性不是把舵拉得更狠就可以提高的。但那样，无人机的成本可就太高了。现在无人机已经不便宜了，MQ-9 Reaper是螺旋桨的，速度和高度比P-51还差，但单价是1050万美元，你要一个机动性比F-15还高的无人机，只怕美国空军脸都要绿了。
5 F: }! z+ n( l  u. ?2 _8 n# V
best practice固化到计算机里，这一句话说说容易，实际上极难做到，或者说不可能做到。best practice的基本原则很容易固化，但原则之间有极大的空间open to interpretation，这也就是顶级飞行员和平庸飞行员之间的差别，因为基本原则大家都知道。用传统战争做例子吧，正规军校出来的军官都学过兵法，说不定都是学的同样几本书，但战场上的表现千差万别，原则中间的灰色空间就是原因。那灰色空间能白色化吗？在某种程度上能，但白色化的过程导致更大的灰色空间。这几乎是一个fracto问题，而不是一个有限空间的问题，钻进一层，又会生出新的一层。
( f- l6 b: [2 j1 y3 F+ }
0 k- q! q3 p% r0 x1 L; P$ E8 y卡斯帕罗夫是一个很好的例子。国际象棋再复杂，只有那么几个棋子，每个棋子的行走都有严格规定，变量其实有限。战场上的问题就复杂多了。首先这不是两个人的对弈，而是四国大战、八国大战；其次对手会赖皮，不按规则来。人工智能要达到这一地步，我的有生之年怕是看不到了。

晨枫

Highway 发表于 2011-6-27 13:12
- E7 u7 g2 l9 U) `* z回复 MacArthur 的帖子

现在好一点的汽车上都前前后后的安上摄像机了，也就是百十块钱的是。放几个到飞机 ...

8 q/ n3 e& J+ u4 Y多安几个摄像机不是问题，问题在于如何从这许多摄像机整合出一幅完整的图画。这不是简单的叠加。还有多个摄像机/雷达/……信息不一致、造成冲突的问题，这有时候是一个传感器看不出来，但另一个看出来了；有时候则是一个失灵了，另一个还在正常工作；有时候一个说在3点钟，一个说在2.45；这些情况如何处理，比多装几个摄像机难多了。

大楼监控也一样，面前放着20个屏幕，看起来很威武，但要是19个屏幕太平无事，只有一个有状况，他能处理；要是15个屏幕都出状况，但其中6个串信号了，另有3个黑了，这就糟了。

赫然

晨枫 发表于 2011-6-27 14:32
5 C) ?% l4 Y% ]4 e+ j- a多安几个摄像机不是问题，问题在于如何从这许多摄像机整合出一幅完整的图画。这不是简单的叠加。还有多个 ...

这些总体上不是问题了。技术上基本解决了。当然，现在的水平是否能够达到战斗机的要求，这个不敢妄言。到底战斗机的准确率喝容错率要求可能比较高。