三十年霸业再回首:十孔口琴bd谱天空之城

　　比较两型战斗机的优劣总是会引起极大的争议，但“战果最辉煌的第三代战斗机”这一头衔却由F-15牢牢占据。这款外观保守，以致几乎见不到所谓“三代机典型特征”的战机，凭借什么成就了长达三十年的空中霸业呢？本文将从技术角度详细解读。
　　
　　飞行性能
　　普遍认为第三代战斗机的典型特征是大边条、翼身融合、放宽静安定性、机翼自动变弯度等等，代表则是F-16和苏-27。与此形成鲜明对比的是，F-15并未采用大边条和放宽静安定性技术，甚至放弃了在F-4上应用过的前缘机动增升装置，仅仅使用了简单的前缘锥形扭转。毫无疑问，从所采用气动技术的先进性而言，F-15不如F-16和苏-27，但我们不妨从近年来最吸引眼球的大迎角飞行能力开始，重新认识一番F-15的能力。
　　很多人都认为“大边条布局或者鸭式布局才能有优秀的大迎角性能”，然而恰恰相反，没采用这些技术的F-15拥有良好的大迎角飞行特性。F-15在1974~1975年间完成失速特性研究，之前出版的飞行手册多少限制了飞机对称构型的使用迎角和故意进行失速、过失速飞行的行为，但之后关于F-15的飞行手册对此都不再限制，仅对载油和外挂不对称条件下使用迎角作出规定，禁止故意进入尾旋。
　　根据试飞结论，F-15的低速最大稳定迎角为40°，随飞行马赫数提高而降低，在高亚音速到跨音速区域范围使用迎角则受抖振强度的限制。F-15大约在8°迎角附近会发生轻度抖振，到11°左右发展为中度抖振，此后抖振强度基本稳定。而21°迎角是F-15稳定性的Hopf分叉点（在此点，动态系统丧失稳定性），在该点附近F-15发生机翼摇摆和偏航振荡，最终在拉满杆后，稳定在大约40°迎角。随着速度降低，飞机会发生失速。在临近失速时，使用方向舵进行滚转控制，比依靠副翼有更高的效率。达到失速迎角后，方向舵和副翼效率均降低。F-15在不对称载荷小于5000磅・英尺的构型下是抗偏离的，尤其是无中央副油箱的构型极度抗尾旋，在巡航飞行状态即满拉杆，并进行全行程的交叉输入，使得飞机不至于进入尾旋。
　　 到目前为止还没有战例支持大迎角飞行能力可以在格斗中发挥重要作用。然而大迎角飞行能力可能限制到飞机的可用升力系数，从而影响飞机盘旋能力的发挥。F-15在升力特性方面的表现则是低速下在40°迎角可以获得升力系数1.6，比风洞试验的预测高了0.28，与F-16在25°迎角可以获得的升力系数相近。但是F-15使用高升力时需要比较大的迎角，此时会发生比较大范围的分离，也增加了阻力。
　　依靠紧凑的总体布局、相对较大的机翼面积和很高的重量控制水平，F-15的空重在重型机里轻到当时难以置信的地步。F-15A型机使用空重仅为12474千克，到F-15C的生产后期，空重也只有12928千克，即使是MSIP（多阶段改进项目）之后的F-15C使用空重也仅有13707千克。这个重量不仅大大低于苏-27和F-14，也低于F/A-18E/F。本文以12928千克使用空重作为F-15C的重量计算基准，这样在挂载4枚AIM-7中距空空导弹，机内半油（6.5磅/加仑的JP-4燃料）时，其作战重量不会超过17112千克。
　　对于瞬时盘旋机动，在跨音速时，又存在一个限制机动的气动现象――“加速旋转”，随着飞机在跨音速机动中减速，会突然上仰，产生附加过载。针对这一问题，很多飞机的解决方法是在进入跨音速范围后，将过载限制下降1.5～2g，可保证安全，但限制了飞机的机动能力。F-15为了充分发挥机动能力，根据飞机的马赫数和飞行高度，制定了一套非线性变化的函数来限制使用过载，并随时通过过载告警系统，用平显字符和声音向飞行员提示，在较大的范围内允许飞机以17010千克重量进行9g的飞行，最低过载限制是9080米高度，速度1.03马赫时为7.33g，故当过载告警系统被关闭时，F-15被要求不能进行超过7.33g的机动。
　　F-15C在3050米高度携带4枚AIM-7和4枚AIM-9导弹,重量为18186千克时，关闭过载告警系统，过载限制为7.33g，可计算F-15在最大瞬时盘旋时升力系数约为1.44，符合“使用迎角随速度增加有所下降，配平旋转阻力矩使升力略有损失”的规律。那么考虑在海平面，飞机开启过载告警系统的状态，可用迎角提高约2°，升力系数达到1.5，可以计算出F-15C在海平面携带50%燃油和4枚AIM-7中距空空导弹的最大瞬时盘旋角速度为29.7°/秒。如果不是携带AIM-7，而是翼下挂载2枚AIM-9，重量将会减轻365千克（挂载AIM-9时增加了翼下挂架的重量），最大瞬时盘旋角速度则达到了30°/秒。这一数字可能让人感到惊讶，30°/秒普遍被理解为“幻影”2000这类极低翼载战斗机的专长。
　　在稳定盘旋方面也许更出人意料，尽管传统上一般认为F-15由于轻得多的翼载荷和较大的推重比而具有优势，但考虑到飞机升阻特性、发动机性能和重量，可以认为F-15并不优于F-16。造成这一现象的原因主要是F-15的亚音速升阻比不高，归结到气动方面，应该是没有采用前缘增升装置和自动变弯度技术，仅依靠前缘固定扭转无法照顾到机动飞行包线。但是回顾美国空军第三代战斗机的稳定盘旋性能要求，可以发现设计重点是中空跨音速区域，“空战在这一区域内频繁发生”是美国空军根据越南战争（导弹时代的首次大规模空中作战）得出的认识。这一区域内，F-15在低空可以达到9g的结构限制，在中空则可以不受限制地发挥飞机的性能，直到6000米以上的高度，F-15都可以享有过载优势。
　　
　　爬升
　　在爬升方面首先要明确的是，苏-27改装了专用于创纪录的飞机П-42，起飞重量明显小于生产型苏-27飞机。同时，П-42所用发动机为推力达到133.25千牛的Р-32，根本没批量生产。因此，П-42的爬升纪录无法代表苏-27的爬升性能。
　　80年代中期的F-15C可以从比它略轻的TF-15A（后来改称F-15B）数据来推算，考虑到F-15B零升阻力较F-15C略大，单位重量剩余功率的下降，忽略仅有数十磅力量级的诱导阻力变化。携带4枚AIM-7F导弹时，16900千克的F-15B海平面最大爬升率达到330米/秒；重量增加到17111千克的F-15C，海平面最大爬升率约为326米/秒。
　　
　　发动机
　　F100系列发动机存在一个在平时被禁止使用的Vmax开关，位于左侧座舱盖下，由一个线扎的护盖挡住。此开关启动时，加力燃油流量增加。Vmax状态连续使用时间不得超过6分钟，每次使用须报告并有地勤检测，一个翻修期的总使用时间不得超过60分钟。在截击作战中，如果F-15的飞行员使用了Vmax状态，还可以获得一些额外的优势。
　　
　　航程
　　F-15C携带4枚AIM-7时的载油系数约为30.3%，每台发动机启动则耗油14.5千克，转速上升时耗油37千克，滑行耗油10.4千克/分钟。假设约滑行5分钟左右，起飞前总计耗油227千克，则起飞前总重约18840千克，余油约5882千克。以此初始重量加速至爬升速度，再耗油136千克，按要求在海平面使用最大连续推力5分钟，耗油约681千克，前进距离约82千米；爬升至13725米，耗油约454千克，前进距离约111千米。F-15C巡航初始重量约18023千克，余油4610千克，在最优巡航高度13420米，每千克燃油支持的巡航距离约1.23千米。航线余油要求为20分钟。海平面最大航时巡航，油耗约545千克，并携带5%初始油量着陆。下滑不计油耗和距离。巡航段可用燃油约3760千克，该段航程约1994千米。可知F-15的机内油总航程约为2200千米。
　　
　　火控
　　F-15的火控传感器仅有AN/APG-63雷达，是最早装备部队的具有高中低脉冲重复频率（PRF）的全波形数字化雷达，具有作用距离远，下视能力强，重量轻的特点，探测距离约为144千米。这个数据是85%累积检测概率下探测2平方米目标。并且AN/APG-63下视探测距离没有明显下降，是全波形雷达的优势。
　　苏-27的火控系统要比F-15多出由光学雷达和头盔目标指示系统构成的光电瞄准系统。而且苏-27的雷达天线直径达到975毫米，重达550千克，而光学雷达ОЛС-27的重量也高达120千克。这使苏-27在火控系统的探测部分重量就达到了F-15的约3倍。然而在50%检测概率时，РЛПК-27雷达对3平方米目标的迎头探测距离为100千米。也就是说，F-15在高得多的检测概率下，对较小的目标探测距离还要高于苏-27。
　　苏-27的火控系统中另一项引人注目的构成是头盔目标指示系统НСЦ，可使P-73导弹导引头随动于飞行员视线，令苏-27可以在机头指向敌机之前便能锁定目标，取得格斗优势。但НСЦ因传感器安装于平视显示器两侧，只能测量±60°锥角，只能测量20°/秒以内的视线角速度，且头部附加质量为350克。另外，НСЦ性能并未明显超过美国1969年应用于海军F-4J战斗机的AN/AVG-8头盔瞄准具，只不过苏-27装备可大离轴发射的Р-73导弹，且本身具有优异的机动性，在格斗中依靠НСЦ进行大离轴攻击是一项优势。
　　
　　武器
　　F-15使用延续数十年的AIM-7和AIM-9系列，直到冷战之后才添加了新的主动雷达制导中距弹AIM-120系列。美国在空空导弹方面一直坚持逐步改进既有型号，形成系列发展，与苏联为每一代甚至部分型号飞机研制新导弹大相径庭。
　　F-15A主要使用1976年交付的AIM-7F，主要特点是制导系统引入了脉冲多普勒技术，可以滤除地杂波的干扰，攻击约合15米高度的目标。同时它通过换装发动机并提高导引头检测能力，大大提高了导弹的射程，由AIM-7E的50千米陡增为98千米，导引头在连续波照射下对雷达表面反射面积（RCS）为2平米的目标作用距离达到41千米，对RCS为5平米的目标作用距离更达60千米。
　　苏联在Р-27Р导弹开始研制时就已经判定其导引头РГС-27（9Б-1101К）的作用距离无法达到AIM-7F的水平。为了突破导引头距离对导弹射程的限制，苏联在导引的中段引入了指令制导方式，在导引头能够截获目标之前，通过载机发出指令，引导导弹飞向目标。这种方式使Р-27Р的发射距离达到了与AIM-7F接近的水平，但付出了导弹设备复杂，重量增加的代价，直到80年代中期才完成研制工作。
　　与Р-27的高技术低性能不同，苏联Р-73确实有值得骄傲的资本――在世界上首次实现了多元非成像红外导引头和推力矢量控制。Р-73的导引头为独特的L形布置二元非成像敏感器件，当它旋转时，目标辐射依次在两个探测臂上形成信号，进行鉴相处理后，得到目标方位信息，大大增加了进光量，能够有效提高对目标能量的利用，同时使噪声大幅降低。Р-73的另一特征为两副扰流片构成的推力矢量，用于在发射初段使导弹能在较低速度下实现大离轴快速转向。尽管要付出扰流片偏转时的推力损失，挤占了弹尾空间，但推力矢量对于近距离缠斗具有重要意义。与AIM-9L相比，Р-73离轴攻击能力是AIM-9L无法相比的，而且Р-73最大过载高达50g，在对付高机动性目标方面具有很大优势。
　　应该说，Р-73在设计理念上很接近美国70年代研制的AIM-95导弹方案，但美国从成本和复杂性出发，将这一进行到试射阶段的项目下马，选择了相对保守的AIM-9L导弹。AIM-9L通过新的锑化铟敏感器件和改进气动布局，获得满足当时要求的导引头探测能力和机动性（马岛战争已经证明）。尽管AIM-9L导弹很轻，但低阻力弹体设计和高效发动机，可以使它对约3000米高度以0.9马赫飞行并作5g逃逸机动的开加力目标，达到约8.5千米的最大射程。
　　
　　电子战
　　F-15配备了战术电子战系统，包括AN/ALR-56雷达告警接收机、AN/ALQ-135内装式双模干扰机、AN/ALE-45干扰物投放设备和AN/ALQ-128组成。
　　ALR-56采用了扫描超外差体制，优点是可以允许选取高灵敏度，有很高的频率分辨力，分选信号的能力非常好。但它的瞬时带宽小，需要时间进行频域扫描，因此对猝发信号的检测概率不理想。但这在当时不算缺陷，并且ALR-56包含了独立的低频段接收机和高频段接收机，可以共同工作。ALR-56由可重编程的计算机控制，可以根据威胁条件的变化更新威胁数据库，通过对抗显示器向飞行员显示威胁的方位。检测到威胁之后，可以直接控制ALQ-135双模干扰机针对施放有源干扰，或控制ALE-45投放干扰物。
　　ALQ-128只见于美国自己使用的F-15，位于左垂尾的顶部，关于它的信息比较模糊，有“针对敌我识别进行告警和干扰”的说法，也有“多普勒导弹逼近告警雷达”的说法。从它的保密程度看，前一说的可能性比较大。
　　F-15的电子对抗系统在70年代居于领先地位，在80年代足以对付已知威胁，远优于苏联同期水平。
　　
　　可靠性
　　F-15有过一个流传甚广的绰号――“机库皇后”，给人留下了“高故障、难维护”的印象。然而事实上这仅是F-15A刚刚开始服役的几年，航电设备处于完善阶段，故障较多，发动机饱受悬挂失速问题和耐久性问题的困扰。
　　通过努力，在服役4年后的1979年，F-15完全任务完好率达到与当时空军的主力F-4E相当，在1981年超过了F-4E，成为空军可靠性最高的战斗机。在这一过程中，F-15机队的平均故障间隔飞行小时数由0.68增长到1.68，其中F-15C/D机队达到1.85，而较新生产的F-15C/D Block24~26和27~29分别达到了2.49和3.31。F-15A/B机队的每飞行小时维护工时稳定在22个，F-15C/D则是17.4个，达到了以高可靠性著称的F/A-18的水平。
　　
　　结语
　　随着时间推移，我们对一型飞机所能获得的信息越来越全面，对其进行全面评价的可能性逐渐提高，所得到的结论很可能与初期零星信息的推测差异不小。对于仍在役的成熟型号，研究分析不应因循过去的既有信息，而应根据目前已有的信息加以更新，不断深化认识。F-15从“机库皇后”和“不浪费一磅重量到对地”，发展到现在的“全能多面手”，外界对它的认识过程变化，可以对我们研究军事提供直观启示。