美國新一代艦載戰鬥機F-35C的技術參數詳解(組圖)

美國新一代艦載戰鬥機F-35C的技術參數詳解[圖]

2008年04月16日 14:01:39 　來源：中國航空信息網

 

美製艦載型F-35C戰機原型機[資料圖片]

美製艦載型F-35C戰機側視圖[資料圖片]

    F-35C是美國正在研製的新一代航母艦載戰鬥機，為F-35聯合攻擊戰鬥機（JSF）的三種基本型別之一。按目前的計劃，預生產型F-35C將於2009年第一季度首飛。

    與空軍的常規起降型F-35A和海軍陸戰隊的短距起飛垂直降落型F-35B相比，F-35C在盡可能保持三型飛機共性設計的同時還存在著一些重要的設計差異，以滿足在航母上常規起降（即起飛和降落時均有滑跑）的特殊使用要求。

    與現役F/A-18艦載戰鬥/攻擊機相比，F-35C將采用許多新的技術而使其性能出現質的飛躍。

    F-35C與F-35A和F-35B一樣均將采用自主式後勤（AL）保障，而其核心組成部分是預測診斷和完好性管理（PHM）係統。PHM係統強大的機載診斷與故障預測能力將給維修工作帶來許多革命性影響，這對維護保障環境惡劣的F-35C艦載戰鬥機而言具有極為重要的意義。

一、項目現狀

    美國洛克希德·馬丁公司正在研製的F-35 JSF，是以對地攻擊為主的單發超聲速隱身多用途戰鬥機。

    F-35在設計思想上強調具備良好的經濟可承受性並擁有優異的隱身能力和機動性、先進的綜合航空電子係統、一體化戰場通信、新一代任務管理係統，以及更高的瞄準精度、更高的可靠性和更好的維護保障性等。

    F-35將可內載或外掛西方國家各種先進中、近距空對空導彈，以及多種遠程或防區外精確製導攻擊武器。

    在F-35具有高度共性的三種基本型別中，F-35A已於2006年12月15日實現首飛，而F-35B目前預定於2008年進行首飛。

    按目前的計劃，美國與參與研製工作的英國、意大利、荷蘭、土耳其、加拿大、澳大利亞、丹麥和挪威等8個國際合作夥伴將總共購買3000多架F-35，用於取代F-16、A-10、F/A-18C/D、"鷂"和"海鷂"等多種現役戰術作戰飛機。

    另外，預計現在裝備F-16和F/A-18的其它許多國家或地區今後很可能也采購F-35，包括出口在內的F-35總產量可能高達5000～6000架。

     F-35C艦載戰鬥機預定取代海軍的F/A-18C/D"大黃蜂"艦載戰鬥/攻擊機，該機將作為開戰之初的首發力量並與F/A-18E/F"超級大黃蜂"並肩作戰。

    在目前進行的係統發展演示（SDD）階段中，F-35計劃總共製造15架預生產型飛機，其中將有4架為F-35C艦載戰鬥機，第一架預生產型F-35C將於2009年第一季度首飛；美國海軍打算共購買480架F-35C，該機將於2013年開始形成初始作戰能力（IOC）。

    與其X-35C驗證機相比，目前F-35C主要進行了兩次重大設計修改：

    一是為了滿足著艦低速進場要求，洛克希德·馬丁公司將F-35C的機翼麵積由57.62米2增加到了62米2，與此同時機翼上部的油箱容量也相應有所增大，為此飛機的輪胎和起落架也將稍微增大以配合這些設計調整，而由此引起的飛機增重並不大；

    二是洛克希德·馬丁公司在試驗室試驗中發現，F-35C需要的電力比其機載發電機所能提供的高33%，因飛機的飛行控製麵采用電靜液作動器驅動，電源係統必須滿足所有控製麵同時需要峰值電力的瞬時情況，F-35C的飛行控製麵比F-35A和F-35B大，而基於幾秒內平均功率需求所作的不當設計估計是導致出現該問題的原因，洛克希德·馬丁公司已與係統分包商簽訂合同，將把發電機的功率增加1/3而達到400千瓦，美國政府也授予普惠公司合同，更改F135發動機的變速箱以便驅動提高功率後的發電機，與此同時要求重新設計的部件應與原先的係統具有相同的重量和尺寸，並將其應用到所有三型飛機上（F-35A和F-35B今後可利用額外的功率支持任務係統的升級）。

    另外，生產型F-35B將采取的機體結構減重措施也將運用到F-35C和F-35A上。

注：（1）洛克希德·馬丁將在F-35三種生產型飛機上采取同樣的結構減重措施；（2）F-35C的翼展和機翼麵積已略微增大；（3）8個國際合作夥伴國現擬購買總共720餘架F-35 。圖表來源：中國航空信息網 二、主要技術特點     由於艦載機處於高海情、高溫或低溫、強風和鹽霧腐蝕和極為有限的航母甲板空間等惡劣的使用環境中，洛克希德·馬丁公司在JSF研製之初主要考慮了F-35艦載機的以下特殊設計要求：   （1）良好的晝夜全天候艦上起降性能；   （2）加強的起落架和機體結構及防腐措施； 　（3）用於艦上起降的專門機載設備或係統； 　（4）在甲板上具有良好的操縱品質並與支援設備兼容； 　（5）具備較高的可靠性並在空間緊張的飛行甲板上和機庫內易於維護。 　  在飛機設計過程中，F-35C重點考慮了以下機-艦適配性問題：   （1）著艦進場的飛行品質 　（2）在航母甲板上的操縱 　（3）在航母甲板上的停放 　（4）與航母升降機的匹配 　（5）在飛行甲板上的運作 　（6）在機庫甲板上的維護 　（7）發動機的尾噴流效應 　（8）飛機的航母著艦係統 　（9）航母的海上運動情況 　（10）艦載使用/保障環境 　（11）彈射器蒸汽吸入問題 　為滿足在航母狹小的飛行甲板上彈射起飛和攔阻著艦的特殊使用要求，F-35C與F-35A和F-35B相比在飛機總體布局及其機體結構上主要存在以下設計差異：   （1）具有較大的機翼和尾翼控製麵，以滿足著艦低速進場的操縱品質要求   （2）加強機體結構強度以承受彈射起飛和攔阻著艦時的載荷 　（3）起落架具有較大的減震行程和較高的承載能力 　（4）機翼可折疊以減小甲板停放所需的空間 　（5）加裝與航母攔阻裝置匹配的攔阻鉤     在JSF競標試飛中，X-35三型技術驗證機的試飛統計情況表明，X-35C的出動架次和試飛時數要比X-35A多得多，這在很大程度上反映了艦載戰鬥機相對於陸基飛機具有很大的研製難度或複雜性。另外，從X-35C進行了多達252次的模擬著艦試驗可以看出，在艦載戰鬥機起降中著艦相對於起飛更為困難和危險。 　 與現役F/A-18相比，F-35C具有以下許多新的技術特點： 　（1）采用了雷達和紅外隱身技術 　（2）無附麵層隔道的超聲速進氣道 　（3）電驅動控製麵/電靜液作動裝置 　（4）采用開放式航空電子係統結構 　（5）EODAS電-光分布式孔徑係統 　（6）實現了機電係統的進一步綜合 　（7）座艙內的大屏幕全景顯示係統 　（8）用頭盔顯示器取代平視顯示器 　（9）機體用薄膜覆蓋取代傳統噴漆 　（10）預測診斷和完好性管理係統     F-35C將是美國海軍第一種隱身艦載戰鬥機，該機主要采用了雷達和紅外隱身技術。F-35C前向雷達散射截麵（RCS）約為0.1米2，比第三代戰鬥機降低了兩個數量級，主要雷達隱身技術措施包括：對飛機總體外形設計進行調整，武器可置於機內彈艙且機載設備均為內置式，局部采用雷達吸波塗料/結構，進氣道、雷達（罩）和座艙蓋等強散射源進行特殊處理，對自身的電磁輻射采取分級控製和采用任務規劃係統，以及應用隱身飛機所需的材料工藝和製造技術。    F-35C重點縮減了機尾噴流引起的紅外信號特征，主要紅外隱身技術措施是利用尾翼對尾噴口形成遮擋和冷卻尾噴流。    另外，發動機尾噴流無煙跡，從而減小了被目視發現的可能性。    美國軍方對F-35三型飛機提出的技術性能和出廠單價指標見表1，可以看出短距起飛垂直降落型F-35B的作戰半徑和載彈量均較小，這是美國為其海軍大型航母研製采用彈射起飛和攔阻著艦的F-35C的原因所在。        與其將要取代的F/A-18C相比，F-35C在隻用機內燃油的情況下航程提高了一倍。另外，各型F-35均裝有空中受油裝置。

 

美製艦載型F-35C戰機上視圖[資料圖片]

三、自主式後勤保障

    艦載機的後勤保障問題十分重要，與陸基飛機相比其特殊性在於：航母的內部空間和甲板麵積有限，不能使用太多的維修保障人員和容納太多的航材，因此要求艦載機必須可靠性高、維修簡便、專用維修設備少，並基本上能在自身投影麵積內簡易快速地完成維護。

     F-35C與F-35A和F-35B一樣均將采用AL保障，而其核心組成部分--PHM係統將對後勤保障工作產生革命性影響，這對後勤保障環境惡劣的艦載機來說具有極其重要的意義，可以大大提高飛機的可靠性、降低飛機的後勤保障費用並大大改善飛機的維護性。

    經濟可承受性是JSF計劃的基石，盡可能降低飛機的全壽命周期費用是F-35最重要的設計目標之一。由於飛機的後勤保障費用一般占其全壽命周期費用的2/3，F-35的重要設計特點之一是要達到前所未有的高可靠性和優異的維護性。F-35通過提高可靠性來減少維護工作需求，從而大幅度降低使用和保障成本，而高可靠性能使F-35以盡可能少的保障設備快速地投入部署。

    為了在任何時間和任何地點作好隨時投入戰鬥的準備工作，F-35還將把采用最新信息技術的快速響應保障係統與訓練係統結合起來，其AL保障方案將飛機當前的布局、性能和作戰參數、預定的升級和維護、部件曆史情況、PHM以及使用保障等方麵集成起來。從本質上看，AL將在後勤保障方麵為F-35提供極為有效的後台監視、維護和診斷而保證飛機具備持續的完好性。

    在F-35飛行過程中，AL係統將監視其它機載係統的完好性；向地麵或艦船下載相關信息；並為飛機能快速再次投入戰鬥而預先調配維護人員、設備和零備件。這種AL保障的最終目標是使F-35具備較高的出動率。AL保障借助PHM係統具有記錄飛機狀態的作用，即機載計算機可以利用跟蹤積累的數據預測飛機部件何時失效。維護人員借助這種手段，能夠在部件失效之前即予以更換而保證飛機隨時可飛。

     F-35與F-22A一樣也采用兩級維護體製而取消了中繼級維修，其基礎是提高可靠性和采用模塊化設計並依靠強大的故障檢測能力，但F-35的PHM提供了更強大的機載診斷與故障預測能力而推動了飛機維修保障的變革。F-22A具有某些局域管理軟件模塊，可用於監控來自特定係統的機內檢測（BIT）數據，但因未形成多層結構和高級管理推理機，無法在匯報信息出現矛盾的情況下做出正確判斷而易出現虛警。

    為避免BIT診斷技術中較高的虛警率，F-35在綜合核心處理器中采用了PHM智能軟件程序，它可經常監控機內檢測和來自子係統的參數信息。這種多層結構的高智能係統利用填埋在機身各處的傳感器采集飛機係統狀態的技術數據，由高級管理器利用人工智能技術對這些數據進行推理分析，確定問題匯報係統提供的信息是否為真而有效消除虛警並預測故障，其BIT的檢測範圍更廣而逐步擴展到結構、子係統、任務係統、虛擬存儲器係統、發動機、信號和聯合分布式信息係統。

     PHM有5個局域管理器：通用係統管理器、任務係統管理器、結構管理器、推力管理器和飛機管理器。前4個局域管理器分別用於監控來自各子係統的參數信息，飛機管理器則可實現BIT失效信息在所有係統中的交聯，供失效確認和故障隔離使用。此外，PHM通過空地（艦）數據鏈還能將這些預測和故障信息傳遞到後方基地，進入地麵（艦載）的維修保障信息係統而實現故障數據、航材申請、人員調配請求和武器係統需求等信息的實時傳遞。 

艦載型F-35C戰機原型機[資料圖片]

     PHM為F-35的後勤保障提供了以下四方麵變革的潛力：

    （1）擴大視情維修的範圍

    一般現役飛機采用定時維修的原因是由於缺乏先進的故障預測技術，隻能根據長期積累的經驗被迫按規定的間隔期安排維修活動。而有限壽命部件的壽命通常是根據大量統計數據得出的均值，不能準確反映某一具體零件在飛機特定部位和特定使用環境中的壽命。為避免故障造成損失而定時維修，通常會出現根據經驗而提前換件的問題，從而造成大量的過度維修和浪費。F-35的PHM技術可在傳感器的基礎上，對全機進行狀態監控並預測部件出現故障的時間。這樣既可充分利用有壽件的使用壽命、避免過度維修，又能針對具體情況有效地預防故障，從而降低維修頻率、節省大量人力物力，在避免替換件浪費的同時還提高了飛機的可用性。

    （2）縮小外場保障規模

    PHM係統中BIT檢測範圍的擴大和智能係統的應用，均可減少飛機對地麵保障的依賴。隨著內埋式傳感器進入機體結構，對結構件的實時載荷監控成為可能，可取消對地麵探傷設備的需求；同時，具有全機監控功能的故障預測與狀態管理技術還可在飛機降落前完成大量的診斷工作，提前為外場維護人員提供飛機裝備的狀態和故障情況，維修人員無須再進行故障檢測，隻需攜帶備件和基本的保障設備即可直接開展維修工作。這樣既能減少對外場檢測設備和工具的需求，又可方便簡化一線的維修工作。外場保障規模的縮小有助於進一步推動兩級維修體製的實現和降低維修成本。

    （3）縮短維修待命時間

    通過數據鏈，PHM不僅可使外場維修人員提前掌握飛機的診斷信息，還能為各級保障環節中即將到來的維修事件提供實時通報，促使其在備件、工具、人員和技術等方麵作好準備，縮短外場和工業部門所需的維修工作響應時間。PHM能在維修係統中實時傳遞飛機的全機狀態監控信息，根據明確的故障定義及其發展情況預測係統性能尚可接受的工作時間，綜合參考地麵保障信息而為維修活動留出充裕的準備時間；在保障係統中，還可根據任務需求和各零部件的剩餘壽命預先安排和培訓維修人員，並按交付周期提前購置必要的備件，使飛機在維修過程中的停機時間最小化、減少庫存備件、提高維修效率。

    （4）降低對人員的要求

    先進的PHM係統可降低對維修人員數量和傳統技能的要求。隨著視情維修範圍的擴大，每架飛機的外場維護工作量減少，對人員的數量需求也會相應降低。強大的機載故障預測與隔離能力可完成許多現在由維護人員進行的檢測與診斷工作，可降低對基層維護人員傳統技能的要求。即使提前通知的飛機故障和故障征候是維護人員不太熟悉的，他們也可在維修工作開始之前進行演練，提高現場維護技能，從而降低對維修人員的整體培訓要求。對維護人員數量、技能和培訓要求的降低均可壓縮飛機裝備在使用維護中人員訓練費用的支出，提高綜合保障的效益。

    具有上述潛力的PHM係統將給維修工作帶來革命性的影響，它可根據預測的故障時間而不是出現故障的時間來安排維修工作，因此有望節省大量的使用與維護費用。據估計，F-35在全壽命周期內的使用與維護費用僅為常規戰鬥機的一半。（作者：中國航空工業發展研究中心航空技術所 郭道平）