冷战色彩浓厚的F-14雄猫,正值壮年黯然退场,只因设计定位偏差

F-14是美国海军发展的最后一型重型舰载机,原本最初是按照一款重型高空高速截击机展开设计的,只因其与时俱进的采用了当时不二的可变后掠翼机动布局设计,意外的获得了尤其的机动性,在可变后掠翼布局设计的战斗机属于佼佼者,着重突出了优异的机动性,根据美国测试的结果,F-14的机动性完全碾压F-15空优战斗机,和F-16这种中型机相比也丝毫不落下风,算是一个意料之外的收获。正是由于其可变式后掠翼布局带来的强大升力赋予去出色的机动性,结合配套研发的AIM-54″不死鸟”远程空空导弹,使得其在诞生的那个年代独领风骚,奠定了其一代名机的历史地位。但是我们都知道,F-14战斗机前后在美军服役的时间不过20多年,正值壮年就被F/A-18中型舰载攻击机全面替代;目前也就只剩伊朗还有唯一的几十架F-14A还在老骥伏枥。本着严谨的态度,我们从F-14的整个发展历程来追寻F-14最终黯然落幕的原因。

冷战色彩浓厚的F-14雄猫,正值壮年黯然退场,只因设计定位偏差

F-14最终还是没能逃脱 “因果律”的循环

舰队防空作战新构想

想要探究F-14战斗机的发展背景,就必须要回溯一下美国海军于1955年提出的”舰队防空作战新构想”(以下简称新构想),这个源自于美国海军提交的一项舰队防空截击需求的新构想奠定了美国后续20多年的舰载机发展方向。按照美国人的设想,新构想以航母作为战役的支点,搭载大量的空中截击机,要求截击机具备同时攻击多个目标的能力,并配备有远程空空导弹,最小的作战半径不得低于200海里;由多艘航母组成一个超级航母打击群,从而获得数百架重型截击机组成的空战群,借而保证美国航母打击群的空中优势。

冷战色彩浓厚的F-14雄猫,正值壮年黯然退场,只因设计定位偏差

1955年提出的”新构想”影响了后来40多年的美军舰载机发展

美军提出新构想和当时苏联远海作战能力成型有直接的关系。二战后,美苏冷战,两国海军的发展思路完全不同,苏联主要打造以核潜艇和远程战略轰炸机为核心的远洋作战体系,因而衍生发展出远程战略轰炸机+超音速空射反舰导弹的反航母作战模式,其中图-95的诞生就是一个很重要的标志。为了应对来自苏联的空中威胁,美国人将航母舰载机的主要作战定位摆在拦截远程轰炸机上,依据定位催生需求的自然规律,美国就需要发展一款重型高空高速截击机。

这里要特别强调一个常识,一般我们认为战略轰炸机出航通常都有战斗机进行护航,其实则不然,考虑到当时战斗机的航程普遍比较近,无法对远程战略轰炸机提供全程护航,因此在一些远距离作战中,轰炸机往往到了后边就缺乏战斗机的护航,整个机群并不具备自卫能力。正是基于这一致命的缺陷,强调研发一款高空、高速截击机,从而保证较高的飞行速度能以最短的时间抵达作战区域,对于截击作战的任务就完成了,至于战机的机动性可有可无,至少在这里无关紧要。

冷战色彩浓厚的F-14雄猫,正值壮年黯然退场,只因设计定位偏差

上图充分见证了美军”新构想”战略的发展背景

美国海军经过详尽的研究,基于苏联海军远洋作战已经成型的现实背景,而且远程战略轰炸机的服役数量越来越多,美国航母打击群的作战优势受到了前所未有的挑战。因此,一款具有特定用途定位的重型舰载机研制计划随后逐步浮出水面。

多次选型过程中的技术积累

美国海军提出新构想后,1962年第一种基于新构想理念设计的战斗机,在美国麦克唐纳公司横空出世,即大名鼎鼎的F-4″鬼怪”战斗机。F-4 “鬼怪”战斗机因为取消了机炮而给世人留下深刻的印象,这一”超前”的设计或多或少和美军提出的新构想发展理念有一定的关系。

冷战色彩浓厚的F-14雄猫,正值壮年黯然退场,只因设计定位偏差

F-4取消机炮很大程度上受到美军”新构想”的影响

其实F-4战斗机设计的思路主要是围绕截击苏联远程轰炸机和可以携带空舰导弹的战斗机展开的,极为注重战机的续航能力,设计要求F-4战斗机的空中续航时间不得低于3小时;同时还要能够使用半主动雷达制导中程空空导弹的能力。我们都知道F-4战斗机的设计并不是很成功,由于军方提出的性能要求太多,以至于在各项性能要求之间权衡的过程中很难兼顾较强的单一性能,最终没有获得美国海军的支持,这是第一次选型。

F-4″鬼怪”战斗机项目并不适合美国海军关于重型舰载机的要求之后,美国海军再次开始招标重型舰载机和远程空空导弹项目。在参加竞标的5大航空公司提交的竞选型号中,道格拉斯公司的F-6D和AAM-N-10组合初步得到美国海军的认可,随后展开了相关的研发工作。F-6D是一款亚音速双发舰载机,计划搭载全新研发的AN/AWG-9火控雷达,具有长达4小时以上的滞空时间;与其配套的AAM-N-10″鹰”远程空空导弹最大射程超过200公里,最大飞行速度超过4马赫数,且装备的脉冲多普勒雷达具有末端十余公里主动制导能力,在当时的技术条件下已经达到一个很高的水准。

冷战色彩浓厚的F-14雄猫,正值壮年黯然退场,只因设计定位偏差

F-6D突出高空截击性能,机动性太差导致最终落选

F-6D整体设计极度突出截击性能,因而丧失了执行空中格斗、攻击任务所需的机动性,经过美国海军对比发现,F-6D舰载机的爬升性能以及最大速度都比不上麦克唐纳公司的F-4″鬼怪”战斗机,尽管海军对其高空截击性能十分满意,但综合各项性能参数,F-6D依旧很难满足美国海军有关重型舰载机的定位,美国海军的第二次选型同样是以失败而告终。

在F-6D项目失败后,美国时任国防部长麦克拉马拉根据F-4战斗机研发取得的经验,要求美国空军和海军联合研发一款重型多用途可变后掠翼战斗机,也就是众所周知的”TFX”计划,新型战斗机的代号为F-111,计划研发成功后,空军型命名为F-111A,海军型为F-111B。

1965年5月18日,海军型F-111B进行了首飞,美国海军对于F-111B在试飞中的表现极度失望。不过这也是意料之中的事,因为F-111虽是海空军联合研制,其实整个研发工作都是美国空军主导的,其设计的定位也更倾向于空军的作战需求,最终导致了海军型起飞重量过大,与航母舰载设备不匹配,同时战机的设计过于复杂,直白点说F-111B压根就不适合作为舰载机来使用。最后,美国国会鉴于F-111战机在试验中种种不尽人意,最终中止了TFX项目研发,美国海军第三次选型也以失败告终。

冷战色彩浓厚的F-14雄猫,正值壮年黯然退场,只因设计定位偏差

F-111是美国空军主导研制的一个可变后掠翼战斗机项目

美国海军在F-4、F-6D和F-111B三次选型中最终都以失败告终,但在选型过程中三款战机研发过程中有很多技术得以传承下来,比如F-14早期拿出的8种气动方案基本沿袭了F-111的发展,其核心AN/AWG-9火控雷达和AIM-54远程空空导弹承袭了F-6D的相关技术。经过三次选型为F-14的开发积累大量的宝贵经验,成熟的技术增强了F-14整体的作战能力,助力其最终成为一代名机。

几经波折的VFX项目横空出世

F-111B的失败还有一个很重要的作用就是为正式开启F-14研发项目完成了行政上的准备工作,得益于上文提到的三次选型积累的成熟技术,1965年6月美国海军真正开始主导研发一款专门用于海空作战的重型舰载机,计划代号为”VFX”。参与竞标的有通用动力、格鲁门、LTV、麦道以及北美五家公司,由于格鲁门公司长期与美国海军合作,为美国海军研发舰载机,经过反复的论证,格鲁门公司的投标方案被美国海军选中。

根据美国海军要求,新型战机的主要使命是执行空对空任务,控制航母周围广阔的领空以及摧毁敌军的轰炸机和战斗机,本质上是为航母主导的空中防御战而生,基本符合美军提出的舰队防空作战新构想。为此,格鲁门工程公司在6000多种方案中筛选出最终的303系列方案提交给美国海军,同时提供了8种气动外形设计方案,其中有七种采用可变后掠翼布局设计。

冷战色彩浓厚的F-14雄猫,正值壮年黯然退场,只因设计定位偏差

早期原型机

可变式后掠翼技术是上世纪六七十年代战斗机的主流气动布局设计,通俗点讲就是指在飞行中通过改变机翼后掠角度使得机翼的面积和展弦比发生变化,从而适应起飞、着陆以及高速飞行时对飞机升阻比的不同要求;在起飞着陆阶段展开机翼,适应战机对阻力和升力的需求,高速飞行时收拢机翼,进而减少阻力,提升飞机的高速性能。在当时欧洲英德意三国联合研制的狂风战斗机、苏联的米格-23、苏-17/22以及苏-24都采用了可变后掠翼气动布局设计。

后来经过反复的对比和试验,最终确定了303系列的303E型方案为VFX项目的气动布局方案,VFX计划正式进入到工程发展阶段。303E是一个修改优化后的设计方案,将原来的单垂尾与两片可折叠的大型腹鳍设计,优化为双垂尾加两片固定小腹鳍的布局设计,同时兼顾了战机高速飞行时的稳定性和保证了良好的舰载机飞行品质(注:这里的飞行品质也就是我们通常所讲的舰上可操控性,舰载机着舰速度低,对操控性能有很高的要求,也是衡量舰载机水准的一个重要指标),另外还对机翼面积和结构进行了修改,从而更加适合作为舰载机使用。

冷战色彩浓厚的F-14雄猫,正值壮年黯然退场,只因设计定位偏差

可变后掠翼设计是核心

1970年12月21日,VFX计划首架原型机XF-14A成功首飞,两年后,在经历坠机(原型机第二次试飞因液压系统故障坠毁)和完善设计后,F-14开始上舰试飞工作,并与同年10月配备舰队试用。由于当时AN/AWG-9火控雷达仍处于测试评估阶段,因而直至次年11月才通过定型测试投入大规模量产,同时也正式将新型战机命名为F-14″雄猫”战斗机。

成功的气动布局与意外获得的机动性

F-14战斗机是一款比较有代表性的可变后掠翼布局设计的战斗机,也是得益于成功的气动布局设计,使得F-14意外的获得了优异的机动性能。其实采用可变后掠翼气动布局设计的初衷是为了增加在航母上起飞所需的升力,毕竟F-14不同以往的是一款货真价实的重型舰载机,气动布局的在303E阶段的修改也是围绕舰上起飞应用而展开的,至于其碾压F-15的机动性完全是意料之外的收获。

冷战色彩浓厚的F-14雄猫,正值壮年黯然退场,只因设计定位偏差

高速飞行状态下的F-14

F-14战斗机采用的是当时最先进的可变后掠中单翼结构,由固定的翼盒翼套以及可以摆动的外形段两部分构成。转轴位于距离机身2.72米的地方,飞行中后掠角可在20度-68度之间根据飞行状态自动调节,考虑到舰上停放需求F-14的后掠角在舰上停放的时候可以进一步增加至75度,以减少占用的面积。除可变后掠中单翼设计之外,辅助以前后缘的襟翼,使得F-14获得了较好的高空飞行性能以及优秀的跨音速机动性能。另外,F-14双垂尾和全动平尾设计,在为飞机提供有效的横向稳定性和操控性的同时还进一步提升了该战机的敏捷性。

之所以F-14能意外的获得不俗的机动性,追根溯源得益于其小展弦比机身和大展弦比机翼的设计。在空气动力学上,小展弦比机身主要有利于飞机高速飞行状态下增强飞机飞行的稳定性;大展弦比机翼则是可以使飞机获得更大的升力,这与提升舰载机飞行品质的初衷是相一致的。让设计人员没有想到的是,将这两种设计结合后,机身用于保持飞行的稳定性,机翼提供足够的升力,最终表现出了类似多功能战斗机的机动性,完全是意外收获。

冷战色彩浓厚的F-14雄猫,正值壮年黯然退场,只因设计定位偏差

机身保持稳定性,机翼提供升力,两者完美结合

再细化一下,比如在近距格斗作战中,F-14凭借其强劲的动力提供的推力和机翼大过载性能,通过对可变后掠翼的收放,可使得战机的机头扬起进而实现突然减速的目的,最终形成了突然减速从被攻击状态转向攻击位置的近距缠斗战术。这也就成为F-14可以与典型的第三代F-15、F-16战斗机一战的资本所在。根据美军测试的结果,尤其是在近距格斗作战中,F-14的机动性发挥的更加充分,占据的优势更加明显。

强大的心脏

很多时候,我们在谈论一款战斗机性能指标的时候,常常会提到一个和动力系统有关角推重比的专业词汇,我们之所以认为美国的F-22战斗机机动性出众,提及最多的一个佐证就是其搭载F-119发动机推重比超过10。其实我们今天的主角F-14的动力系统推重比早在几十年前就接近了10。

F-14重型战斗机早期安装有两台普拉特·惠特尼公司生产的TF30-P-412加力涡扇发动机,后来更换为现在的F-110-GE-400型发动机,该型发动机单台最大可提供12.7吨的加力推力,两台发动机的总推力达到了25.4吨,飞机的推重比接近10.举个例子对比一下,苏-27重型战斗机的机动性是众所周知的,其宣传指标中提到大推力发动机可以提供24吨的推力,并将其引为宣传的亮点,在起飞重量差不多的情况下,F-14达到了25吨的水平,对比之后由此可见一斑。

冷战色彩浓厚的F-14雄猫,正值壮年黯然退场,只因设计定位偏差

发动机对于提升F-14的机动性至关重要

F-14发动机是由置于机身两侧固定翼段下方的直通式二元外压进气道提供进气,进气道内设计有多激波可调斜板系统,可以通过机载电路控制系统根据实际飞行条件进行自动调节,从而保证发动机能够获得比较合适的气流,有效提升了发动机的工作效率,从而保证飞机有一个可靠、充沛的动力系统。

作为一款介于二代和三代之间的战斗机(我们通常将F-14划分到三代机中,之所以讲介于二三代之间,主要是一个研制时间的问题),F-14的气动布局属于典型的二代后期设计,但其发动机的推重比在涡扇发动机中不弱于任何一款三代机,这也是其之所以能够与典型的三代机F-15、F-16一战的重要因素之一,一定程度上可以认为,F-14的优异性能和其充沛的发动机有直接关系。

火控雷达和机载武器是最显著的时代特色

在F-14重型战斗机的服役生涯中,AN/AWG-9脉冲多普勒火控雷达和AIM-54″不死鸟”远程空空导弹是其核心看家本领。AN/AWG-9这款由美国休斯公司研制的火控雷达,从F-6D时期就开始研制,采用大功率发射机,根据目标的大小不同,其对空探测目标距离介于120-315千米之间,可同时跟踪从超低空到3万米高空之间、不同距离上的24个空中目标;突出超远距大广角探测性能,从而满足对远程空空的使用。

冷战色彩浓厚的F-14雄猫,正值壮年黯然退场,只因设计定位偏差

F-6D舰载机项目失败后,其机载火控雷达系统和武器系统得以折中发展,美国海军之所以继续推进发展,主要还是看中的是AN/AWG-9火控雷达的远距离探测能力,因为在舰队防空作战新构想中,F-14战斗机的核心任务就是对敌军可携带远程空舰导弹的轰炸机和战斗机进行远程截击任务,这就需要机载雷达本身拥有较强的态势感知能力,且这一设计在八十年代打击利比亚的”一分钟”空战和后来的”八分钟空战”中,F-14用实际行动证明了该设计的可行性。

冷战色彩浓厚的F-14雄猫,正值壮年黯然退场,只因设计定位偏差

与AN/AWG-9火控雷达相配合的就是AIM-54″不死鸟”远程空空导弹,该导弹沿承了AAM-N-10″鹰”式导弹的部分技术,采用主动雷达制导模式,最大射程150公里,能够在3万米的高空正常使用,最大飞行速度超过5马赫。在1973年的实弹测试中,曾打出过6枚”不死鸟”导弹击落不同方向、不同高度6个目标的记录,具备一定的发射后不管能力。遗憾的是,由于当时的技术条件限制,AIM-54远程空空导弹在后续的使用中暴露出诸多问题,最终伴随着F-14一道被新一代的组合所取代,但在当时的技术条件下,F-14的AN/AWG-9火控雷达和AIM-54空空导弹组合在国际上一度处于领先地位。

设计定位偏差注定了黯然退场的结局

平心而论,我们不得不承认F-14″雄猫”战斗机是一款性能优异的战斗机,在战斗机发展历程中算得上是一个经典型号。雄猫战斗机在服役不到30年后,于2006年正式退出历史舞台,其最终黯然退场的结局从其诞生之时就已经埋下了伏笔。从大格局上来看,F-14战斗机成也萧何败也萧何,其研制的背景充斥着浓厚的冷战色彩,在美军舰队防空作战新构想理论中辗转诞生,主要被用于反制苏联战略轰炸机+超音速空射反舰导弹的模式,但时过境迁,伴随着苏联的解体,美国成为单极军事强国,传统的作战威胁消失了,意味着基于传统威胁研发的F-14也到寿终安寝的时候了。

冷战色彩浓厚的F-14雄猫,正值壮年黯然退场,只因设计定位偏差

F-14D改进型雄猫战斗机

随着美国海军提出由海向陆战略转型,F-14这种为远程空中截击而生的重型截击机丧失了用武之地,被后来的F/A-18舰载攻击机项目所取代也在情理之中。美国的战略转变,意味着作战样式的转变,兼具制空和攻击于一体的新型舰载机更加适合战略需求,F-14对地打击先天性不足的缺陷不再适应作战需求,可变后掠翼布局带来的一系列繁杂的后勤保障以及性价比问题,加速了F-14被取代的步伐,自此之后,重型舰载机正式退出了美国舰载机体系,一款多用途舰载机也相继取代了原来专用的舰载攻击机,这是一个技术发展的必然结果。

设计定位偏差注定了最终的结局,但也不能否认F-14战斗机的成功之处,F-14的发展历程见证了美国海军战略转型发展,成熟的技术设计意外的成就了F-14服役生涯的辉煌。

冷战色彩浓厚的F-14雄猫,正值壮年黯然退场,只因设计定位偏差

近乎苛刻的罚款协议是一个有趣的小插曲,格鲁门公司最终还是接受挑战

最后分享一段F-14研发过程中一个小故事,美国海军经历三次选型的失败,为了保证VFX计划的顺利推进,美国海军和格鲁门公司签署一项性能违约罚款,比如空重每超过45公斤罚款44万美元,加速性能每少1秒罚款44万美元,续航距离每少10海里罚款100万美元,着陆速度每增加1节罚款105.6万美元,维护性每增加1个人工小时罚款45万美元,交机时间每推迟1天罚款5000美元等等,这个罚款条约可以用极度苛刻来形容,但正是整个违约罚款条文为F-14的成功打下了基础。

Show CommentsClose Comments

發表迴響

這個網站採用 Akismet 服務減少垃圾留言。進一步瞭解 Akismet 如何處理網站訪客的留言資料

%d 位部落客按了讚: